优化实验设计,发展学生思维

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在学生实验课上，教师往往比较关注对学生实验操作能力的培养，而忽视学生思维能力的培养。通常教师给学生实验器材，告诉学生操作的步骤和交代实验注意的事项，然后让学生按照实验册或教材所安排好的实验步骤机械地操作。许多学生并不理解实验的设计思想，也不会分析实验可能存在的误差。这样使得学生实验课的效果大打折扣。下面本人结合测定硫酸铜晶体中结晶水含量分组实验时，是如何发展学生思维的。

课堂实录：

地点：实验室

器材：天平、酒精灯、三脚架、火柴、研钵等

授课过程：

教师出示硫酸铜和硫酸铜晶体，然后告知学生白色的是硫酸铜，蓝色的是硫酸铜晶体。“为什么硫酸铜晶体是蓝色的呢？”带着这个问题，教师演示了白色的硫酸铜粉末遇水变蓝色的实验后指出：硫酸铜晶体中含有结晶水，白色硫酸铜遇水会转化为蓝色的硫酸铜晶体。硫酸铜和硫酸铜晶体是不同的物质，它们的化学式分别是CuSO4和CuSO4·5H2O。接着指出，硫酸铜和硫酸铜晶体在一定条件下可以相互转化，硫酸铜遇水会转化成硫酸铜晶体，而硫酸铜晶体在受热的情况下会分解成硫酸铜和水。

师：要想知道硫酸铜晶体中水的含量，也就是要确定硫酸铜晶体中结晶水的质量分数。有哪些方法？

生:根据硫酸铜晶体和水的化学式，可以计算得出。

师：怎么算？

学生们根据有关物质组成中元素质量分数的计算方法开始计算。结晶水的质量分数为：5H2O/CuSO4·5H2O=36%

师：这是理论的方法。我们还有什么方法可以确定硫酸铜晶体中水的含量呢？

生：用实验的方法，对硫酸铜晶体进行加热，使其中的水分蒸发出来。

师：能说的具体一些吗？

生：要先取一定质量的硫酸铜晶体，对它加热后质量会减少。减少了的质量就是硫酸铜晶体中水的质量，这样就可以算出硫酸铜晶体中水的含量。

师：很好，我们今天就是用这个方法来测定硫酸铜晶体中水的含量的。为完成这个实验，我们需要哪些仪器？

生：需要天平、酒精灯、三角架、火柴

教师提示学生还需要一个盛放硫酸铜晶体进行加热的容器——坩埚。

在这个基础上教师组织学生利用实验的原理和给定的实验器材设计实验方案，并组织学生对实验方案进行讨论。

以下是一位学生的实验方案：

实验步骤：

师：上述实验方案有需要改进吗？

学生思考，没有提出具体的意见。

师：我们直接硫酸铜晶体进行加热吗？

生：（可能看到桌上摆放的研钵）将硫酸铜晶体磨细了再加热，这样加热更快、更充分。

师：这里有产生一个问题，应该是碾了再称，还是称了在碾呢？

有的学生认为称前碾和称后碾都没关系，只要碾细就可以。

大部分认为称前碾。

师：说说理由。

生：称后碾，会使一些硫酸铜晶体留在研钵中，使测量结果不准确。

师：说的很好，误差是任何实验都必须关注的问题。

师：对上述实验方案，还有意见吗?大家完成对晶体加热分解后，能否马上把坩埚放在天平上称量呢？

生：应该冷却后再称量，否则会损坏天平。

师：就直接放在空气中冷却，好吗？

生：不太好，空气中有水蒸气。

师：说得很好。我们应当把它放在一个干燥的环境中冷却。

接着，教师向学生介绍干燥器，并要求学生坩埚加热后要放在干燥器里冷却。

教后反思

实验并非简单的机械操作，培养学生实验操作的技能并不是实验所追求的唯一目标。在以上实验中，教师不是简单地让学生按照课本规定的实验步骤去测定硫酸铜晶体中结晶水的含量，而是让学生参与实验方案的设计过程。在明确实验目的，让学生选择实验器材，设计实验步骤，并引导学生对所设计的实验方案进行讨论，加以完善。这些讨论需要科学理论的支持，更需要思维的严密性、批判性和反思性。所以，它不但能使学生更深刻地理解实验设计，而且能够极为有效地发展学生的思维。

合作学习是新课程所积极倡导的学习方式。通常，学生在分组实验中所表现的合作只是同组同学在实验涉及的任务分工中的合作。这样做是对的，但是不够的。在上述案例中我们看到，同学之间的合作还表现为方案的制定时的合作和方案完善时的合作，这使得合作的范围和项目得到了进一步地扩大。