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优化整合实验 提高课堂效率

  • 投稿狐狸
  • 更新时间2015-09-02
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  摘要:以苏教版选修4“化学反应速率”高三复习课为例,通过实验的优化整合,提高复习课教学效率,提升课堂思维品质,培养学生探究、分析、综合应用知识的能力。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
  关键词:化学实验;优化整合;反应速率;高三复习
  文章编号:1005?6629(2014)3?0041?03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
  1 设计思想
  关于化学核心知识与化学学科意识,高剑南教授提出了八条,其中两条是:化学反应是化学研究的中心问题;提高反应速率是实现化学反应的关键因素之一[1]。说明化学反应速率在化学学科中有着重要的学科价值和社会价值。从学科价值看,反应速率是属于化学动力学范畴的内容,是中学化学重要的理论知识之一,是理解化学平衡移动的基础,它前后还联系了元素化合物的性质、电化学、物质合成实验等知识。同时,化学反应速率还是进行“定性和定量”、“控制变量法”科学方法教育的有效载体,它包含着化学学科中重要的“变化观”、“能量观”、“实验研究法”等核心观念。从社会价值看,化学反应速率的问题在生活生产中的应用俯拾皆是:食品的保存和变质、金属制品的使用和防腐、加酶洗衣粉的高效净化、工业生产的效率和效益、化石燃料的形成、生活垃圾的降解等等。因此,对这部分内容的复习,教师应揭示其背后蕴含的学科观念和方法论,并展现化学学科在生活生产中的应用实例。
  既然,事物的发展是“内外因共同决定”的,那么在内因确定的情况下,外因就成为可调控的唯一因素。宋心琦先生曾说过:物质体系的性质是多因素的函数[2]。这么多变量的调控下,到底结果会怎样?实验是最权威的答案。教学中,教师非常有必要引导学生利用实验的手段去分析各种具体问题。
  复习课上,实验除了回顾旧知外,还兼具情境创设,促进学生知识迁移,培养学生解决实际问题的能力的功能。对实验进行优化整合,从实验体系三要素(研究体系、仪器和操作)的选择,再到实验机理的分析讲解,最后是实验结论的应用延伸都是提高复习课效率的关键环节。基于“化学反应速率”复习课的教学目标,笔者选用了“草酸与高锰酸钾反应”这一化学体系进行优化整合,从教材经典实验回顾,到反应速率的实验方案探索,再对实验数据的绘图和分析,最后是实验原理的解析和应用,努力促成学生主动参与到知识的探索中,体验知识的建构过程,训练化学特有的研究方法和思维方式,形成核心的化学观念。
  2 教学过程
  2.1 回顾经典实验,厘清知识脉络
  [投影]《化学反应原理》(苏教版第37页)“影响化学反应速率的因素”实验:
  原理:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑
  内容:将三支盛有相同高锰酸钾溶液和草酸溶液的试管分别置于冷水、热水和常温下,观察实验现象。
  师:结合以上实验,请同学回顾哪些变量可以用来描述化学反应速率?它有哪些影响因素?
  [整理]化学反应速率的概念、表达方式、影响因素。
  2.2 问题驱动,加密思维
  为了让学生更清晰地观察实验现象,教学中使用了实物投影仪,反应容器选用了培养皿。
  (1)试计算0~4 min、4~8 min时段的高锰酸钾反应速率并填入表格空白处。
  (2)若用H2C2O4表示0~4 min的平均反应速率,ν(H2C2O4)= 。
  (3)以下表示的反应速率中,你认为速率最大的是哪一项,并说明判断理由。
  A.ν(KMnO4)=0.14×10-4 mol?L-1?min-1
  B.ν(H2C2O4)=0.25×10-4 mol?L-1?min-1
  C.ν(KMnO4)=0.10×10-4 mol?L-1?min-1
  [小结]
  ①同一化学反应中,用不同物质的浓度变化所表示的速率,其数值之比等于方程式化学计量数之比。
  ②一段时间内某物质的化学反应速率是平均速率而不是瞬时速率。
  ③比较同一反应中不同物质的反应速率快慢要注意转化。
  师:为使数据更直观地呈现,结合速率随时间变化的数据,我们可以建立“速率―时间”坐标,通过速率描点,以直观呈现“速率随时间”的变化趋势(如图1)。
  [问题2]请同学们观察以上“ν-t”变化图,试分析反应速率随时间变化特点,并推测可能的原因。
  生:开始速率随着时间变化而逐渐增大,反应一段时间后速率随着时间变化而逐渐减小。
  师:那可能是什么因素导致速率发生如此变化?能否设计实验方案进行证明?
  生:开始一段时间速率增大的原因:①可能是该反应是放热反应,导致溶液温度升高,使反应速率加快。验证方法:测定反应过程的温度变化。②可能是生成物对反应有催化作用。反应一段时间后,由于反应物浓度逐渐减小,速率逐渐减小。
  师:实验2说明什么问题?
  生:试管内溶液温度无明显变化,说明开始一段时间反应速率的增大不是由温度升高引起的。
  师:如果反应速率的增大是由生成物的催化作用引起,那么起催化作用的物质又是什么呢?
  生:起催化作用的应该是Mn2+。
  师:你是如何推导的?该如何证明呢?
  生:因为只有Mn2+是新生成的,可以设计对照实验加以证明:取两份草酸和酸性高锰酸钾混合液,向一份中加入2滴硫酸锰溶液,另一份中加入2滴水,比较两溶液褪色速度。
  师:为何在一份溶液中加入2滴硫酸锰溶液的同时,要在另一份溶液中加入2滴水?
  生:这样才可以保证各反应物浓度的相同,排除浓度对反应速率的干扰。(因学生的精彩回答,迎来其他同学热烈的掌声)   师:很好,分析相当到位,实验设计也非常严谨。但老师想用更简单的方法,请大家注意观察下面的实验现象。
  [实验3]往实验1已褪色溶液中加入2 mL KMnO4(H+)溶液。KMnO4溶液的紫红色快速褪去。
  师:该实验能证明反应速率的增大的原因吗?为什么?
  生:可以,因为实验1已褪色的溶液中含有Mn2+,可以证明反应速率增大是由Mn2+的催化作用引起的。
  此时有一学生质疑:“老师,实验1中的H2C2O4溶液是否过量呀?”
  师:你的想法是对的。根据这一想法能说明既然有Mn2+的催化影响,但反应一段时间后,速率为何又随时间的变化而逐渐减小呢?
  生:因为反应一段时间后,反应物浓度逐渐减小对反应速率的影响占主导地位,反应速率又逐渐减小。
  师:可见,有多因素影响反应速率时,在不同阶段,其“主导因素”是不同的。在科学研究时,可以使用实验的手段,同时还要注意控制变量。除了上述的影响因素外,大家认为还有其他方法改变一个化学反应的速率吗?
  生:有物质本身的性质,还有改变浓度、压强、光照、反应物接触面积大小或组装成原电池等。
  师:很好,今后大家还可能会认识到影响反应速率的其他因素。事实上,任何事物的发展亦是如此,都是内外因共同决定的结果。比如,地球上化石燃料的形成,就是自然地理环境中诸多因素的合力。所以在认识任何事物时,我们要学会全面周到地考查分析,学会透过表象看本质。
  ……
  3 教学反思
  这是笔者在温州市高考化学备考研讨会中执教的一节复习课片段。作为高三一轮复习,本节课突破了传统教学中为“巩固知识”而设计教学步骤的做法,从“能力立意”的新理念出发,通过实验的优化整合、问题的有效设计,诱发学生积极思考;通过教师有效引导,让学生在问题和实验的探索与交流中进行有效的学习,达到复习、巩固和加深理解化学反应速率有关知识的目的,实现学生思维能力的培养。下面笔者就本节课的教学,谈几点想法。
  3.1 重视实验优化与整合
  在本节复习课中,以高锰酸钾溶液与草酸溶液的优化实验为教学主线,既达到梳理旧知的目的,也利用新情境中的问题解决训练了学生获取信息、分析信息、综合应用知识的能力,培养了学生的化学探究能力、化学思维方式和化学学习方法。
  3.2 渗透“内因和外因的辩证关系”
  宋心琦先生曾说过:绝对正确的唯一答案,只存在于目前的习题、考题和竞赛题之中[3]。就一个反应的速率来说,可能的影响因素有很多,只有实验才是最权威的答案,当然实验结果的测定还依赖于科技的进步。本节课中,利用简单的实验素材、鲜明的实验现象和“控制变量法”的方法来验证反应速率的影响因素,并结合对实验数据的绘图和分析,培养学生大胆假设、科学论证的思维方式,感悟“事物的发展是受多种内外因素影响”的哲学思想。
  3.3 塑造“互动”的课堂
  教学是要在“对话”中进行的,包括师生对话、生生对话。学生的头脑不是一个被填满的容器,而是需要被点燃的“火把”。教师的责任就是点燃“火把”,让他们燃烧。一旦燃烧开始,那么课堂就会充满乐趣,洋溢激情和创意。
  参考文献
  [1]高剑南.试论化学核心知识与化学学科意识[J].化学教学,2004,(3):1~2.
  [2][3]宋心琦.再谈中学化学实验教学改革(上)[J].化学教学,2013,(3):3~7.
  [4]高瑛,马宏佳,颜桂芹.化学反应速率教学概念导入的实验设计[J].化学教学,2005,(5):8~9.