《微型化學(xué)實驗》選修課的設(shè)計與實施

《微型化學(xué)實驗》選修課的設(shè)計與實施翁志勇浙江省杭州高級中學(xué)310009摘要:本文從課程提出、課程實施、課程實施感想及遇到的困難三個方面出發(fā)，其中課程實施包括課程綱要、課程內(nèi)容、課程教學(xué)、課程評價四方面，介紹選修課《微型化學(xué)實驗》的設(shè)計與實施。關(guān)鍵詞：高中化學(xué)選修課微型化學(xué)實驗一、課程提出2012年6月，浙江省教育廳頒布《浙江省深化普通高中課程改革方案》[1]，主要內(nèi)容有：“減少必修，增加選修；全面實施選課制；全面實行完全學(xué)分制和彈性學(xué)制，進(jìn)一步擴(kuò)大學(xué)校課程自主權(quán)”。配合大環(huán)境，筆者設(shè)計與實施了《微型化學(xué)實驗》這一課程。此為拓展性實驗，以課本知識為依據(jù)，但又高于課本，屬于必須教學(xué)目標(biāo)之外的實驗，主要培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度，提升學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)和環(huán)保意識。之所以選擇這一課程，主要基于化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，極具可操作性，所以選擇實驗為課題開發(fā)既能體現(xiàn)學(xué)科特色，又能發(fā)展學(xué)生收集與處理信息的能力、綜合運(yùn)用知識解決問題的能力以及交流與合作的能力。二、課程實施1．課程綱要選修課程的實施應(yīng)有嚴(yán)格的課程綱要，避免課程內(nèi)容編寫的隨意性和課程教學(xué)的乏味化。作為知識拓展性的《微型化學(xué)實驗》選修課的選修對象是高二理科化學(xué)基礎(chǔ)較好的學(xué)生，主要以實驗班為主，而蘇教版高中化學(xué)因為學(xué)業(yè)水平考試需要，在高二已經(jīng)學(xué)好了《必修1》，《必修2》及《化學(xué)反應(yīng)原理》，學(xué)生已有較好的實驗基礎(chǔ)。對于化學(xué)基礎(chǔ)較好的理科生，已有獨立設(shè)計實驗的能力，故筆者將課程綱要確定為：(1)能正確使用中學(xué)化學(xué)實驗常用儀器和對實驗儀器進(jìn)行微型化改造；掌握多種微型化實驗儀器改造的技巧和方法。(2)能獨立或合作設(shè)計微型實驗并完成；初步學(xué)會書寫實驗報告或小論文；養(yǎng)成探索自然奧秘、批判性思維，依賴自我和合作，探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，讓少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出。2．課程內(nèi)容課程內(nèi)容的選擇與編寫應(yīng)按照課程綱要設(shè)定。對于本課程而言，要具體落實到選擇怎樣對儀器進(jìn)行微型化改造以及如何設(shè)計和完成微型實驗，選擇這些實驗和儀器又有何目的，每個實驗要學(xué)生掌握哪些化學(xué)知識。為了更容易讓學(xué)生吸收和消化，本課程以蘇教版高中化學(xué)中的《必修1》，《必修2》及《化學(xué)反應(yīng)原理》的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容和現(xiàn)實生活為基礎(chǔ)開展的自主探究，教師引導(dǎo)的微型實驗探究。每一個微型儀器及微型實驗都由教師課前精心思考布置，學(xué)生課后思索、設(shè)計，課堂理論回顧、討論及操作實踐完成，教師最后再課堂總結(jié)及課外延伸，融知識性，微型性和實用性為一體，實驗器材選取方便、操作簡便、安全，方案設(shè)計多樣，實驗現(xiàn)象明顯，是必修課程中實驗的拓展和提高。根據(jù)課程綱要，我們選取了以下一些微型儀器制作及微型實驗的設(shè)計。(1)生活化的微型實驗儀器的制作:教師要指導(dǎo)讓學(xué)生從家庭和社會尋找，在保證安全、衛(wèi)生的前提下收集儀器、藥品及其代用品,詳見表1?；谶@些實驗，學(xué)生就可以建立自己的微型化學(xué)實驗箱。表1日常廢棄物制作的微型化學(xué)實驗儀器一覽表儀器名稱日常廢棄物制作的微型化學(xué)實驗儀器集氣瓶用青霉素瓶藥代替玻璃棒吸管、塑料棒、筷子膠頭滴管醫(yī)療用塑料滴管、注射器、塑料眼藥水瓶量筒用一次性注射器代替滴定管用完整的一次輸液管代替微型試管裝藥片的塑料穴膜板點滴板醫(yī)藥膠囊透明凹槽、裝藥片的塑料穴膜板小燒杯用吃完果凍的塑料杯子代替微型水槽用洗發(fā)膏的塑料盒代替漏斗礦泉水瓶頸部（5cm高）或去掉底部的塑料眼藥水瓶分液漏斗用一次性注射器代替長頸漏斗用醫(yī)用廢棄的輸液管制作廣口瓶用青霉素瓶或感冒藥瓶代替細(xì)口瓶用50ml的葡萄糖液瓶或塑料眼藥水瓶或透明的小藥瓶代替表面皿用藥片鋁塑板代替藥匙玩具塑料匙、廢圓珠筆芯稍加熱待軟化后壓制燃燒匙用易拉罐或罐頭盒的金屬皮制作導(dǎo)管用一次性輸液管的細(xì)管代替U形管粗簽字筆芯加熱彎制微型酒精燈用透明的小藥瓶或口服液瓶制作試管用裝過中藥片劑的玻璃瓶代替試管架可用泡沫塑料制作試管夾（木制）用晾衣服用的木夾，在一側(cè)用白膠布貼一片木條成為長柄制成(2)制備實驗的微型化設(shè)計研究:目前蘇教版教材課材對物質(zhì)制備的微型化研究主要集中在氣體（Cl2、SO2、C2H4、C2H2、NH3、NO、NO2等），因為這些氣體多數(shù)是對環(huán)境有污染的，所以通過微型化設(shè)計可以大大減少污染；但除此之外還有固體的制備，如：膠體Fe(OH)3的制備，同時還涉及到有機(jī)類物質(zhì)的制備，如：乙酸乙酯的制備。(3)性質(zhì)實驗的微型化設(shè)計研究：性質(zhì)實驗一方面涉及到元素化合物，其中包括上述幾種典型氣體的性質(zhì)的實驗，而且很多的微型化實驗中這幾種氣體的制備和性質(zhì)的實驗都是一體化的，除此之外還有固體的性質(zhì)實驗，如鈉的性質(zhì)實驗；另一方面，也涉及到有機(jī)物化合物性質(zhì)的檢驗，如：烴類、醇、醛、酮等。(4)檢測實驗的微型化設(shè)計研究：檢測實驗涉及到的范圍也比較廣泛。第一，有針對反應(yīng)原理的微型化設(shè)計，如原電池原理的探究、電解質(zhì)的電離及溶液的導(dǎo)電性的強(qiáng)弱、反應(yīng)速率的測定；第二，有針對元素化合物的微型化設(shè)計，如銨鹽的分解產(chǎn)物等；第三，有針對有機(jī)化合物的微型化設(shè)計，如：淀粉與纖維素水解產(chǎn)物的檢測、乙醇的催化氧化中乙醛的檢驗等。(5)趣味實驗的微型化設(shè)計研究：對生活化、趣味化的實驗進(jìn)行了微型化的設(shè)計研究，如：火柴頭成分的檢驗、水果電池等，但是這類型實驗仍然很少，還是主要針對教材中涉及到的常規(guī)實驗來進(jìn)行微型化的設(shè)計。本課程共18課時，每課時40分鐘，具體安排如下：教學(xué)實踐內(nèi)容課時生活化的微型實驗儀器的制作（至少制作5種常用的微型儀器）2制備實驗的微型化設(shè)計研究（銅與稀硝酸的反應(yīng)制NO）2制備實驗的微型化設(shè)計研究（乙酸乙酯的制備）2性質(zhì)實驗的微型化設(shè)計研究（SO2的化學(xué)性質(zhì)實驗）2性質(zhì)實驗的微型化設(shè)計研究（鈉的性質(zhì)實驗）2檢測實驗的微型化設(shè)計研究（乙醇的催化氧化中乙醛的檢驗）2檢測實驗的微型化設(shè)計研究（原電池原理的探究）2趣味實驗的微型化設(shè)計研究（火柴頭成分的檢驗）2課程問卷調(diào)查，學(xué)生自主設(shè)計綜合微型實驗23．課程教學(xué)(1)教學(xué)組織和實施此課程實施場所設(shè)在化學(xué)實驗室。為了更好的指導(dǎo)和關(guān)注學(xué)生的微型實驗設(shè)計能力發(fā)展，此次選修課的限選人數(shù)設(shè)定為20人，實現(xiàn)小班化教學(xué)。另外，第一課時花一部分時間給學(xué)生分組(2人一組，固定不變)，說明該選修課的內(nèi)容和要求，講授基本的實驗規(guī)范、實驗預(yù)習(xí)報告和實驗報告的書寫等。最后一課時花一部分時間進(jìn)行課程問卷調(diào)查，了解學(xué)生對本選修課的態(tài)度、意見及建議。(2)教學(xué)形式由于本課程目前沒有教材，所以需要教師課前精心思考布置，制作好預(yù)習(xí)報告；學(xué)生回家思索、設(shè)計并填寫好預(yù)習(xí)報告；教師課堂理論回顧，學(xué)生兩人討論，確定實驗方案并完成操作及實驗報告，學(xué)生課堂總結(jié)及教師課外延伸。最后兩課時的學(xué)生自主設(shè)計綜合微型實驗，學(xué)生由于有一定的實驗基礎(chǔ)，可按照“教師給出實驗內(nèi)容，學(xué)生討論設(shè)計多種方案，教師指導(dǎo)并完善，學(xué)生獨立完成實驗操作”的過程進(jìn)行。(3)教學(xué)課例選取微型實驗儀器參與鈉的性質(zhì)實驗改進(jìn)為例，采用選擇以學(xué)生設(shè)計實驗探究步驟為主的探究模式，流程圖如圖1。圖1探究活動流程圖動手探究實驗設(shè)計方案產(chǎn)生問題學(xué)生探究：動手探究實驗設(shè)計方案產(chǎn)生問題分析交流總結(jié)分析交流總結(jié)指導(dǎo)學(xué)生實驗指導(dǎo)方案創(chuàng)設(shè)情景指導(dǎo)學(xué)生實驗指導(dǎo)方案創(chuàng)設(shè)情景教師指導(dǎo)教學(xué)過程：教學(xué)手段學(xué)生活動教學(xué)設(shè)計意圖【回顧】鈉與水實驗操作分組實驗引出問題,為實驗改造作鋪墊【設(shè)問】金屬鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的是“煙”還是“霧”？金屬鈉與水反應(yīng)時，除聽到“嘶嘶”的響聲，金屬鈉表面發(fā)生燃燒，甚至發(fā)生輕微的“啪啪”爆炸聲？思考,分小組討論問題的引入【設(shè)問】能否運(yùn)用前面日常廢棄物制作的微型化學(xué)實驗儀器仿造該實驗設(shè)計一套微型實驗裝置完成解決上述問題?制定計劃、搜集資料,明確小組成員的分工,設(shè)計方案培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和拓展思維能力【學(xué)生實驗】引導(dǎo)學(xué)生按自行設(shè)計的方案實驗，觀察實驗現(xiàn)象。其中一組學(xué)生創(chuàng)新的微型實驗方法展示如下：創(chuàng)新實驗所用儀器，包括針筒、筆套、已經(jīng)裝有少量煤油的青霉素瓶、將輸液管改裝成的兩端均有金屬針的導(dǎo)管，其中一頭插入橡皮塞內(nèi)。反應(yīng)裝置為將鈉置于放油煤油的小注射瓶內(nèi)，用兩端帶有金屬針頭的輸液管一端插入橡皮塞，橡皮塞塞緊注射瓶，通過針筒將水打入注射瓶內(nèi)，由于金屬鈉密度關(guān)系會浮于水面沉于煤油底，故金屬鈉與水反應(yīng)時不會太劇烈，金屬鈉與水反應(yīng)后產(chǎn)生的氫氣則通過筆套排水法收集。培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識。以上課例中學(xué)生通過微型化學(xué)實驗選修課來探究拓展思維，認(rèn)證想法獲得成功后變得越發(fā)喜歡化學(xué)課，對化學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，通過上臺展示描述匯報，學(xué)生語言能力邏輯能力增強(qiáng)的同時對自己亦更加有自信。4．課程評價在一定階段，教師要對學(xué)生進(jìn)行評價，讓學(xué)生了解自己的情況。對評價不只是測驗一種方式，不只是測驗學(xué)生的知識水平，還要對學(xué)生的整體能力進(jìn)行測試，以檢驗教學(xué)效果。特別是選修課，不能前期轟轟烈烈地開展，最后平平淡淡地結(jié)束。采取的評價原則：過程評價重于結(jié)果評價；態(tài)度、能力、個體發(fā)展評價重于知識、技能的評價；學(xué)生自我評價重于教師評價；實現(xiàn)開放性的評價，重視實踐經(jīng)驗共同分享。因此采取多種評價方式：(1)過程評價（60%）：平時教師要對學(xué)生進(jìn)行考勤，觀察學(xué)生在實驗過程中的表現(xiàn)，態(tài)度并檢查完成的實驗報告。對考察中發(fā)現(xiàn)的問題及時做出指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。(2)終端評價（40%）：有課程問卷調(diào)查和自主綜合微型實驗的評分等方式。三、課程實施感想及遇到的困難“萬事開頭難”，一門全新課程的開設(shè)在最初必然是充滿艱辛的，但開發(fā)的過程是值得回味的。在開發(fā)課程前一定要制定課程綱要，課程內(nèi)容編寫嚴(yán)格按照課程綱要開發(fā)。筆者在選擇微型實驗時盡量考慮到實驗?zāi)芘c高考知識相結(jié)合，使學(xué)生有興趣學(xué)，并收獲成果。但是還是在實施中遇到如下困難:(1)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變是一個長期漸進(jìn)的過程。長期的機(jī)械式照方配藥的實驗教學(xué)模式使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自動探索方面的訓(xùn)練較少，更何況預(yù)習(xí)報告和實驗報告的意識，所以自助式實驗教學(xué)模式，剛開始實施起來確實有些困難，需要指導(dǎo)教師有耐心和包容心，多與學(xué)生學(xué)法指導(dǎo)和實驗操作的指導(dǎo)，讓學(xué)生由被動實驗循序漸進(jìn)地過渡到自主實驗。(2)常規(guī)學(xué)習(xí)的壓力使學(xué)生沒有較多的時間投入到《微型化學(xué)實驗》課程中。由于課程的內(nèi)容或多或少涉