初中科学实验教学设计策略
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科学是一门以实验为基础的学科。初中科学中,每一个概念、规律的发现与确立都依赖实验。实验不仅仅是技术操作过程,更是包含了丰富的科学思想、科学方法。因此,在实验教学过程中,教师要善于从多种角度优化实验设计,使学生学会“手脑并用”,让学生在亲身参与科学实验过程中,发现问题、提出质疑、感受过程、获得事实证据,逐步形成科学思维的习惯。
一、改变反应物药品用量,促进求异思维
“量变引起质变。”初中科学教学中很多实验,教师若有意改变实验中药品用量,与教材中规定用量的实验现象进行对比,会达到“出其不意”的实验效果。这样教师设下疑团,引导学生质疑,使学生思维的火花在一次次撞击中闪耀。
如华师大九上第二章实验活动:“用新制的Cu(OH)2检验葡萄糖”。课本要求:用2ml10%NaOH滴加4~5滴5%CuSO4溶液制成Cu(OH)2再加入2ml10%葡萄糖加热煮沸,通过观察Cu(OH)2颜色变化,检验葡萄糖的存在。
改进实验方案:分组实验,每组做2次。第1次按课本药品用量及步骤进行实验,加热煮沸观察Cu(OH)2颜色变化;第2次用4ml10%NaOH滴加8~10滴5%CuSO4溶液制成Cu(OH)2(即Cu(OH)2过量),再加入2ml10%葡萄糖加热煮沸观察Cu(OH)2颜色变化与第1次实验现象进行比较。
实验过程中,有学生纷纷提出问题:“第1次实验Cu(OH)2加热煮沸后变成红色。第2次实验Cu(OH)2加热煮沸后为什么一部分变成黑色,一部分变成红色?”教师趁声追击问道:“同学们,根据第一次实验现象你能得出什么结论?你们猜想第二次实验中生成的黑色物质是什么?红色物质是什么?说出你们猜想的理由。”
学生提出多种猜想:有的认为黑色物质是碳,红色物质是Cu。猜想理由是Cu(OH)2使C6H12O6脱水碳化生成了碳;有的认为黑色物质是CuO,红色物质是Cu。猜想理由Cu(OH)2是不溶性碱加热能分解成CuO和H2O;还有的认为黑色物质是CuO,红色物质是Cu和Cu2O。他的理由Cu(OH)2不可能使C6H12O6脱水碳化,否则第一次实验中Cu(OH)2也能使C6H12O6脱水碳化生成黑色物质,红色物质猜想是Cu和Cu2O,理由是从H2还原CuO实验了解到红色生成物可能是Cu和Cu2O混合物想到的;以上学生的猜想及理由似乎都很合理,但教师不急于评价对错或抛给学生答案,而是接着让学生通过设计实验来验证黑色物质是C还是CuO,这红色物质是Cu还是Cu2O。学生又提出了多种实验方案:1.取黑色物质加入少量的稀硫酸微热看溶液是否变成蓝色,若变蓝色说明黑色物质是CuO而不是C。2.用石棉网灼热黑色物质,用内壁附有澄清石灰石水的小烧杯罩住,观察内壁是否变浑浊,若浑浊说明黑色物质是C。3.将黑色物质灼热后,立即放入盛满氢气的集气瓶,看是否变成红色,若变红色说明黑色物质是CuO。4.在红色物质中滴加稀硫酸微热,若不能反应则红色物质是Cu,若能反应则是Cu2O。
以上实验教学过程充分体现了“药品用量变,促进学生思维的质变。”所以教师只要留意在一些化学反应中“改变药品用量会出现不同实验现象的实验”巧作设计,设下迷津,让学生从观察到的现象中发现不同,从而激发他们去猜想,去探究。这样的实验设计能有效激发学生学习的积极性,使他们所学知识得以综合运用获得成功的喜悦,更能培养他们从多种角度寻求解决问题的方法,促进学生求异思维发展。
又如:探究“空气中氧气的体积分数”实验中,白磷足量或不足量充分燃烧后,钟罩内水面上升刻度不同,从而启发学生思考影响氧气体积分数偏小的各种原因。还如探究“用H2O2溶液和MnO2催化剂制取氧气”实验时,让学生用溶质质量分数分别为2%、5%、8%的H2O2溶液和等质量的MnO2混合制取氧气,观察到氧气速率明显不同,从而激发学生探究“影响化学反应速率可能与哪些因素有关?”。再如探究“Na2CO3溶液与盐酸反应”实验时,若在Na2CO3溶液中滴加少量稀盐酸,与加入足量稀盐酸时观察到产生气泡现象不同,从而激发学生探究“Na2CO3与少量稀盐酸反应生成产物是什么?”等等都可选择这种实验教学方案,在教学中渗透“量变到质变”的辨证思想。
二、改变实验器材,培养发散性思维
在实验教学中,教师要有强烈的课程资源整合意识。同一实验中要善于改变实验器材,采用多种探究方法的实验设计。引导学生从多种角度寻求解决问题的方法,开阔学生的视野,启迪学生的发散性思维。
如在复习电学实验:测标有“3.8V”小灯泡的电阻及额定功率时,先让学生回顾用伏安法测小灯泡电阻及额定功率的实验原理、实验步骤及电路图设计。接着教师创设情景提出问题:“若在该次实验中,甲实验小组伏特表损坏不能使用,但实验桌上有一定值电阻R0=10欧,其他实验器材都齐全。你有什么办法测出该小灯泡的电阻及额定功率?请设计电路图。”学生纷纷动脑设计了多种实验方案如下图所示: