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中学化学演示实验教学应关注的问题  

2017-12-12 16:41:44|  分类: 教材与教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                     例谈中学化学演示实验教学应关注的问题

                                       

     要:以初高中化学教材中过氧化氢的催化分解反应实验为例,阐述了让演示实验发挥应有的作用教师应思考的问题——演示实验表现的内容、演示实验操作的方法和演示实验教学的语言。

   关键词:演示实验  H2O2催化分解  演示内容  演示方法   教学语言    

       中学化学教材中有许多演示实验,其内容的呈现形式一般是实验过程、方法和实验仪器、药品的文字说明以及实验装置、实验方法的图示。教材呈现出来的这些内容是演示实验的简约方案,不是演示实验的全部,它只是帮助教师教学的一个例子,是教师教学的参考,教材中演示实验的过程方法不是对教师教学的限制和规定,而是教师教学的样本。教学实践表明,如果对教材呈现的演示实验不进行加工处理而照本应用于课堂教学,有些时候演示实验很难发挥其最佳教学效果或者根本达不到演示实验的目的。要想让演示实验发挥应有的作用,教师就需要认真思考演示实验教学中的关键性的问题——演示实验表现的内容、操作的方法和教学的语言,本文以二氧化锰催化过氧化氢分解演示实验为例加以说明。

   1 过氧化氢催化分解演示实验

       在王祖浩教授领衔主编的沪教版九年级化学和苏教版高中化学教材中都有过氧化氢加入二氧化锰催化剂催化发生分解反应的演示实验。

沪教版九年级化学中过氧化氢的催化分解实验如下[1]

利用图2—9的实验装置,把稀的双氧水(6%的过氧化氢溶液)从分液漏斗慢慢加入装有二氧化锰粉末的锥形瓶中,收集一集气瓶放出的气体,用带火星的木条伸入集气瓶中。

 

        研究表明,在双氧水制取氧气的反应中,加入二氧化锰能加速双氧水的分解。在反应前后,二氧化锰的质量保持不变,化学性质也没有发生变化。这种在化学反应中能增大化学反应速率,但本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质称为催化剂。

       苏教版高中化学教材《化学反应原理》中过氧化氢的催化分解实验如下[2]

ABCD4支试管中分别加入等体积5%H2O2溶液,再向试管中分别加入23滴洗涤剂,向试管A中加入23FeCl3溶液,向试管B中加入少量MnO2粉末,向试管C中加入一小块新鲜的动物肝脏,D试管留作比较用。观察、比较4支试管中发生的实验现象,并试着分析导致实验现象差异的原因。

       

       

       

 

 

 

 

 

实验表明,催化剂对化学反应速率有显著影响。催化剂是通过降低反应所需的活化能来增大反应速率。如图2-10所示,没有催化剂参与的反应,活化能(Ea?)较大,则反应的速率较小;而有催化剂参与的反应,活化能(Ea)较小,因此反应速率较大。

从初高中催化剂的教学要求和教材呈现的文本材料我们可以看出,同样都是过氧化氢的催化分解实验,但用来说明的问题是不同的,初中教材中的实验用来说明催化剂的概念即什么样的物质是化学反应的催化剂,而高中教材中的实验用来说明不同催化剂对过氧化氢的分解催化效果不同和催化剂改变化学反应速率的原因。因此过氧化氢催化分解演示实验在不同时期教学的角度和关注点是不同的。

   2 演示实验教学应关注的问题

   2.1 演示实验的演示内容

教材中的演示实验都承载着课堂教学中知识的、技能的、方法的等多方面的教学任务,课堂上演示实验要把它所承担的任务全部完成,就要求在实验演示的过程中让其能展现的内容全面表现出来,让学生全方位观察体验。

       催化剂是初中化学中的重要概念,教学要求是认识催化剂的基本特征。课堂教学中关于催化剂的演示实验就要能充分体现出催化剂具有的特征,让学生通过现象充分体验到催

化剂的特点,要达到这一要求,演示实验的现象就要能表现出催化剂改变了化学反应的速率,而反应后物质的质量和化学性质没有发生变化,让学生在观察、比较中得出对催化剂的认识。过氧化氢催化分解实验的现象是知识层面的,实验过程的体验和现象的观察、结论的获取是技能、方法层面的,初中化学教学中通过二氧化锰催化过氧化氢的分解实验一定要让学生切实感受到催化剂具有的特征,让学生在知识、技能、方法上的有收获,还要为高中化学中催化剂的教学铺垫,即催化剂改变化学反应速率,但不能改变化学反应的方向,让学生在观察比较中意识到不是加入催化剂反应才发生。

       高中阶段《化学反应原理》中催化剂的教学是初中化学学习的深入,目的是让学生认识催化剂加快化学反应速率的原因和不同催化剂的催化效果,因此高中化学过氧化氢的催化分解反应的演示实验就应该能从现象上表现出催化剂加入改变了化学反应的过程,最终催化剂没有发生变化,从而达到演示实验的教学效果。

       明确了实验要突出表现的内容,演示实验围绕着要突出表现的内容设计,让演示实验把教学需要的信息都呈现出来,演示实验才是有效的。做到这一点需要教师认真钻研教材研究演示实验,透彻理解文本材料,精心设计选择演示实验优化实验的做法。

   2.2 演示实验的演示方法

       演示实验的操作方法需要精心设计安排,否则演示实验只能成为课堂教学的点缀,让学生看些热闹、有些新奇而已,很难达到预想的结果。

       对于二氧化锰催化过氧化氢分解的实验,按照沪教版九年级化学教材中的方法进行演示实验,学生只是感受到过氧化氢接触到二氧化锰产生了大量的氧气,其它的可以说一无所获,实验中并没有现象能说明催化剂改变化学反应的速率、反应前后质量和化学性质都没有发生变化,学生也只能被动接受MnO2是双氧水分解的催化剂的观点,对MnO2催化双氧水分解后的质量和化学性质没有发生变化是半信半疑。MnO2是加快了双氧水的分解速率还是使常温下本没有进行的过氧化氢的分解反应发生了? MnO2有没有发生反应?MnO2的质量有没有改变?固体物质还是不是MnO2?这些方面的问题对学生认识催化剂的概念和分析物质是否催化剂产生着影响。

       按照苏教版高中教材中的实验方法进行教学演示,学生同样是只能看到过氧化氢在不同物质存在的情况下,生成氧气的速率加快了且加快的速率不同,也没有感受到催化剂改变了化学反应的过程,而最终质量和化学性质都没有发生变化。演示实验的形式不同了,但学生和初中从实验中得到的体验没有什么改变,仍然是被动的接受催化剂改变化学反应过程的结论。

       从沪教版九年级化学教材关于催化剂的演示实验本身来看,虽然不能把催化剂全部的特点显现出来,但实验的方法得当也可以减少学生理解催化剂的困难。我们可以这样来实验演示:

       首先用一支试管取2mL6%的双氧水,让学生认真观察双氧水中产生的细小的气泡,感知过氧化氢在没有加入二氧化锰前就可以发生分解,但速率很慢;然后向锥形瓶中加入二氧化锰时,让学生体会到加入的量很少;连接装置后,通过分液漏斗滴加过氧化氢,既让学生观察产生气体的速率加快和气体的收集检验上,还要在气体收集满瓶和检验后锥形瓶已不在产生气体时,再向锥形瓶中滴加过氧化氢,锥形瓶中又产生气体,反复这样的操作几次,通过加入少量二氧化锰使大量过氧化氢分解,让学生体验二氧化锰没有在过氧化氢生成氧气时消耗,而是一直存在并发挥着催化作用。这样一来学生对二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂就顺理成章了。

       苏教版高中教材《化学反应原理》中关于催化剂的演示实验,要体现出教学需要的现象,需要对实验的方法进行必要的加工改造。过氧化氢分解的催化剂有很多,经过实验研究我们发现FeCl3溶液对过氧化氢分解的催化作用十分明显,更重要的是借助FeCl3溶液催化过氧化氢分解实验中出现的现象,可以把催化剂在反应过程中的变化表现出来,帮助学生完整的认识催化剂的催化原理。

       课堂教学时,比较了不同物质的催化效果后,再引导学生观察FeCl3催化过氧化氢分解的实验。首先让学生观察FeCl3溶液的颜色,学生看到FeCl3溶液呈黄色,接着在试管中取2mL黄色的FeCl3溶液,然后用胶头滴管向FeCl3溶液中滴加5%的过氧化氢数滴,学生可以观察到试管中产生了大量气泡,并且在产生气泡的过程中溶液变为红色,当试管中气体逸出液体平静下来后,液体又恢复为黄色。再用胶头滴管向试管中滴加5%的过氧化氢,结果又出现了上述的实验现象。学生观察到这样的实验现象,自然明白FeCl3作为催化剂参与了化学反应,改变了反应过程,化学反应速率加快最终FeCl3没有变化。

       我们可以看出,演示实验的做法对提高演示实验的教学效果是十分重要的,同样的演示实验不同的做法,学生的收获不同。

2.3 演示实验的教学语言

       设计了合适的演示实验的操作方法,在演示实验的教学过程中还要有恰当的指导性语言的引领,才能启发学生思考演示实验中教师的每一个表情、动作、操作、步骤的用意,让学生去发现演示实验要揭示的问题,在演示实验的教学中获得知识、领悟方法。演示实验中的引导性用语一般是针对实验内容和实验要得到的结论设计的富有启发性、引导性的问题或陈述语,演示实验教学的指导用语应该围绕演示实验解决的问题设计,要有针对性富有启发引导作用

       初中化学催化剂的教学时,二氧化锰催化过氧化氢分解的演示实验,可以设计下面的引导性语言、问题:

      1)仔细观察或轻轻摇动盛有过氧化氢的试管观察,你看到什么现象?该现象说明了什么问题?

      2)将过氧化氢滴入锥形瓶后有什么现象出现?能试着猜想产生这种现象的可能的原因吗?

      3)过氧化氢反复多次滴入锥形瓶时,你又有什么发现?对此发现的认识是什么?

      4)通过上面的实验,能看出二氧化锰在过氧化氢分解中的作用吗?

       高中化学催化剂的教学时,二氧化锰催化过氧化氢分解的演示实验,可以设计下面的引导性问题:

      1)请认真观察实验中出现的现象,并对它们加以描述。

      2)在初中催化剂学习的基础上,你对此现象你有怎样的感悟。

      3)FeCl3溶液中多次滴加过氧化氢的现象是什么,这种现象说明了什么

      4)通过这些实验你对催化剂加快化学反应的速率有什么见解吗?

       教师演示实验操作和现象配合教学过程中这些引导性的语言、问题,让学生在观察思考和分析归纳中获得了对催化剂较为全面的认识。 

       指导用语的运用要适时,有的语言和问题应在演示实验前给出,指导学生对实验的观察和思考,有的要在实验中提出,这样更能引起学生对问题的注意,有的要在实验后抛出,让学生对实验全面深入分析,防止实验结束学生思维停止的结果。

       演示实验富有丰富的教学内涵,需要我们思考的问题有很多。我们只有对教学材料深入研究,才能让演示实验发挥它应有的教学功能。

  

  参考文献:

  [1]义务教育课程标准实验教科书.化学[M].上海:上海教育出版社,2012     

  [2]普通高中课程标准实验教科书.化学[M].化学反应原理.北京:人民教育出版社,2007

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