基于高中化学定量实验的两种教学方式对比研究
基于高中化学定量实验的两种教学方式对比研究
唐捷慧
（华东理工大学附属中学）
摘要：
高中化学随着学习的深入，逐步由“定性”过渡到“定量”。高二教材中三个定量化学实验历来是教学难点。三个定量实验看似三种不同的定量实验方法，实则可用同一个模式进行教学。本文借“一定量气体体积的测定”的同课异构来介绍我的教学模式。
正文：
一、背景分析
“定量实验”是采用专用仪器对化学反应中量的变化予以测定，从而达到认识客观世界的一种方法，它对学生思维能力、动手能力、分析问题能力都有较高的要求。由于教材实验中定性分析占多数，所以在定量实验教学过程中很多老师会照搬定性教学中“老师做—学生记”的模式去进行教学。在这种模式下学生既没有体验到化学研究的过程，课堂又枯燥乏味，导致效率低下。
二、教学实录（采用传统教学方式）
1、气体摩尔体积常数与温度压强的关系
【引入】一定量物质体积与哪些因素有关？
【提问】分析一定量气体体积时，微粒大小可忽略不计，为什么？
【归纳】影响气体体积的因素为：微粒数目、微粒间距
【引导】①如果要测定1mol气体的体积，上述两个变量中哪个变为定值？
②此时微粒间的距离决定了气体体积的大小
③气体分子微粒间距离受什么影响？（温度、压强）
④如果温度和压强一定，相同物质的量的气体体积应该？
【结论】同温同压下任意1mol气体体积相同
2、室温下Vm的测定
【设问】如何通过实验方法测定一定温度压强下1mol气体的体积呢？
【引导】通过Vm的计算公式，分析需要测定的物理量
【引导】公式中气体V和气体n直接测定非常困难，如何间接测定呢？
★Mg的质量可先称量并换算为氢气n（硫酸过量），产生H2体积可用排水法测定
【引导】根据实验原理的分析，若要设计一个实验装置，大致应有哪几个部分？
【讲述】气体体积测定仪，分为三部分：A.气体发生装置（发生反应产生氢气）B.储液瓶（★瓶内装的是品红溶液；收集和储存产生的氢气）C.液体量筒（测量排出水的体积）
【讲述+演示实验】实验操作流程略……
【思考】产生的氢气体积是否就读出的水的体积？为什么？
★V氢气 = V水 — V硫酸 + V抽气
【归纳】实验要点：“一次称量”，“二次加料”，“三次使用注射器”，“四次记录数据”
实验用品：气体体积测定仪，注射器，电子天平，烧杯、镁带
【习题训练，巩固】
三、范式探讨：
传统的“定量实验”教学中教师占据主导地位，将“实验原理”、“实验仪器”、“实验步骤”一口气灌输给学生，然后学生操练，最后分析误差。这样学对学生的思维能力培养一点益处都没有，相反还与科学的本质背道而驰，导致学生越学越乏味，越学越死，老师教得没劲学生学得无趣。
通过这几年的教学反思，我得出一套适用于“定量实验”的教学范式：
分析定义式 → 寻找测定量 → 选择测定方法 → 选择仪器 → 设计步骤 → 完成实验
四、教学实录（改进后的教学模式）
根据此范式并结合我校学生的实际情况，我重新设计了本节课的教学设计：
教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
1、引出1mol气体的体积即Vm，复习公式Vm=V÷n 2、分析公式中的待测量，并选择合适的测定方法
3、选择合适的仪器测定所需物理量 |
在教师的引导下找到实验关键：准确测定的气体的物质的量。 结合已有实验经验，寻找合适的测定手段后得出： ①虽然气体体积难以观察却可以用排液的方法予以测定 ②气体的物质的量更加难以测定，必须通过方程式中的定量关系从而测定某反应物的质量来间接测气体的物质的量 在教师的引导下，找到问题的关键在于： ①精确测量排出的液体的体积，在已有的实验装置中选择“量筒”作为测量工具 ②精确测量气体的物质的量，以氢气为例欲测得美带质量需要使用“电子天平” | 复习概念及表达式。培养学生观察分析能力，设计合适的方法“间接法”测定某些物理量
根据问题背景，分析实验仪器选择合适的仪器。 |
4、简述实验步骤，设计简单方案 | 由学生根据前面的分析，大致得出：反应-收集-测量的步骤 | |
5、发现问题，设计专用仪器 | 根据提示选用仪器测定镁带质量和水的体积 但是在选择发生装置时学生会遇到问题：该反应是常见的固液不加热型发生装置，如采用启普发生器或简易启普发生器，再配合排水法测量氢气体积会造成气体测量不精确的问题，易将反应的稀硫酸体积混入氢气体积进行计算却又无法精确扣除从而导致误差。 受此启发，寻找能测量加入稀硫酸体积的工具，并找到“注射器”。 由于实验过程中既要精确测量稀硫酸的体积又要迅速让反应发生，所以就会联想到在锥形瓶上加单孔橡皮塞，实验时插入注射器迅速挤入稀硫酸，于是专用仪器设计完成。 | 实验成功的关键在于准确测量一定质量的镁条及精确测量排出的水的体积，这些物理量的测定对学生来说都非常容易。
在测量氢气体积时学生发现加入的稀硫酸体积也要算入，这意味着启普发生器不适用。 |
6、完善实验步骤 | 根据新设计的实验仪器，实验步骤可分为：称量镁带—打磨—反应—收集与冷却—读数—计算 | 在完善实验步骤的同时学生会遇到新的问题，比如镁带如何预处理，试剂添加的顺序，如何读数等。这些都是在定量实验的大背景下诞生的，遇到问题学生应有能力用已有知识一一解决。 |
7、数据处理与结果分析 | ① 确氢气体积的测量方法 ② 根据公式计算Vm | 难点在于氢气体积的测定。量筒内的读数就是氢气体积吗？受定量实验大背景影响，学生会发现如此测量很不精确，第一打入的硫酸体积包含在内，第二一部分氢气在导气管内无法读出，因分别予以计算，最后得出正确的公式。 |
8、完成实验 | 在教师的指导下完成实验 | 锻炼动手能力，体验通过化学实验活动得出科学结论的过程。 |
五、讨论与分析
案例一是主要以教师分析学生观察记忆为主，案例二中教师则主要扮演引导员作用，所有的操作、分析都由学生完成。学生在实际操作中理解概念、仪器原理和操作原理。
我们从以下几个角度分析这种改变对学生带来的影响。
（一）学习化学的积极性
中学化学课堂教学多侧重理论，学生被动接受知识的时间较多，教师的教学思路逐渐固化，“黑板实验”变得原来越常见，学生也习惯了老师讲什么记什么的坏习惯。
实验是最好的调动学生学习积极性的手段，尤其定量实验学生更是第一次接触，在学习过程中学生将充分体会到实验是认知未知世界的最有效手段之一，这将大大提升学生学习化学的积极性。积极性提高了自然就会对学习产生正面作用。
（二）认知新事物的方式和方法
经过三年的学习，学生们也大致认同了化学实验对得出科学结论的必要性，但更多时候我们还是停留在观察实验现象的阶段（定性阶段），这种认知还是停留在感性的认识。
但实际上很多公式或理论的得出并不是通过观察实验现象获取的，数学作为一门工具课在解释化学原理的过程中起了很大的作用，定量实验就是这样一种实验方法，在本系列的课程中学生第一次认识并运用这种方法去解释科学现象。这为将来要从事科研领域研究的学生打下了坚实的基础。
（三）实事求是的科学态度
做学问需要严谨，任何科学结论的获取都需要大量数据做支撑，通过大量的数据中刷选提取出有用信息。用数据解释问题，这正是实事求是的科学态度。做学问如此，做人亦是如此！
教学方式 |
六、研究结论
对照两种模式的设计，最大的不同在于实验步骤和专用仪器的分析。案例一采用的是“分析概念—分析物理量—分析测量仪器—完成实验—归纳总结”的模式，看似有条不紊思路明确，但由于学生课堂参与度不够很容易造成课堂死气沉沉的感觉，教学效果可想而知。而模式二最大的特点在于“勇于让学生去尝试，在尝试中发现问题并解决问题”。本节课的重点认知仪器是容量瓶，学生认知容量瓶的过程经历了“已有知识测量—发现仪器局限性—引出新仪器”的过程，这恰符合科学研究的一般过程。学生课堂参与度与案例一比较有明显改观，从课后作业情况来看正确率也有明显提升。
这种教学方式不但能够达成学科教学的基本要求，使一般的学生能掌握知识。也能对成绩较好的同学起到培养思维方式的目的，提高他们的化学学习能力。
七、参考文献
[1]陈悦，赵毅.高中化学定量实验设计教学模式的研究.化学教学， 2008 (5月) :40-41
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