1·1演示实验教学技能的基本要求
演示实验是为配合课堂教学的内容,由教师(也可以是学生)进行表演和示范操作,并引导学生进行观察与思考的实验。它是化学教学中使用方便、应用最广、效果好的一种教学实验,可用于各种教学场合。如果用于一个单元和一堂课的开始,演示实验可以集中学生注意,激发学生的学习兴趣;如果用在化学概念,化学理论的教学,可为学生提供感性认识材料;用于学生提出问题,可以考核学生观察、记忆和运用化学知识的能力;用于验证假设,有助于学生进行推断、作—出结论、解决化学问题;用于化学问题解决时,可启发学生的解题思路。通过演示实验,让学生形成正确、规范的实验操作表象和实验的方法,受到良好实验习惯和严肃认真的科学态度的熏陶和感染。因此,教师要充分利用演示实验的功能,努力提高演示质量,做好演示实验。
(1)演示技能的结构
提高演示实验的质量,教师的演示技能至关重要。演示技能一般有如下的结构:
引入演示——介绍媒体——操作控制——指引观察与思考——整理与结论。 ①引入演示
引入演示的作用就是要激发学生的兴趣和动机,明确演示的内容和目的,把学生的注意力集中在教师的演示上。这就要求教师要善于运用导人的技能,使引入既简明扼要,又能集兴趣、动机于演示上。
引入演示常用的方法有两种,一种是带有探究性的创设问题情境的设问引入。把学生的兴趣、注意力集中于演示结论的探索上。
另一种引人演示的方法,就是验证性的直接引入。将实验的结论事先告诉学生,学生在心理上得以满足,注意力集中于演示结论的验证上。 ②介绍媒体
介绍媒体就是在引人演示之后,介绍演示所需的试剂、仪器、装置等名称或结构、使用方法等,以便为演示操作服务。
介绍仪器、设备主要是介绍实验中新出现的仪器、设备,常见的可从简。例如,物质的量浓度溶液的配制实验,可主要介绍容量瓶的构造和使用。
介绍媒体一般是随演示操作的进程而进行。药品、仪器、设备应随演示的进程而逐次呈现介绍。不应一开始就把所有物品堆集于讲台上,以防引起学生的无意注意,分散学生的注意力。有些不易观察的仪器或构造,例如容量瓶上的温度、体积标记、刻度线等,可拿到学生中去让学生看个明白。配套的实验装置应分别从各部分的构造、作用等方面进行介绍。例如,氯气的实验室制备装置,应分别从气体发生装置(固体+液体)、收集装置(有时前面还有净化装置)、尾气吸收装置,分别进行构造、作用的介绍。
③操作控制
演示技能中的操作控制就是根据一定的实验目的,规范地进行实验操作,人为地创造、控制某些条件,排除干扰,突出主要因素,使某种或某些物质实现预期的化学变化,呈现预期的实验现象,以便进行观察和研究,从而达到认识物质的组成、性质、变化、制取或应用的目的。
这里的操作控制要达到两个目的: a)示范的目的;
b)要得到预期的实验效果。
这就要求教师在演示实验时一定要规范操作,且注意操作与讲解结合;要求教师在演示实验前对实验要充分了解,掌握实验成败的关键,实验中的不安全因素,这样才能在演示实验中有目的地控制条件,科学、规范地操作。
④指引观察与思考
指引观察与思考就是在演示实验的操作控制过程中,不失时机地引导学生有目的、有计划、有针对性地去观察、思考实验的现象或操作,并对观察结果进行必要的记录。目的是准确、全面地获取实验结论所需的现象,形成鲜明的操作表象,培养学生的观察能力和思维能力。
“实验——现象——观察——思考”这是实验,尤其是演示实验的四步曲。学生观察演示实验需要指引。这是因为,实验现象有强有弱、有长有短、有明有暗;有的稍纵即逝,有的若明若暗,真假难分;有的现象繁多、目不暇接;另外,实验装置、操作的原理也离不开及时地指引观察与思考。
指引观察与思考应从演示实验的目的、观察的目的出发,有目的、有计划、有重点、有针对性地进行。
a)对于反应速度快,现象变化快或现象繁杂的实验。一般在化学反应进行之前就要有目的、有对象地进行观察指引。
b)在演示过程中,针对实验目的,有计划地及时指引学生观察。c)在反应过程中,有重点地指引观察与思考。如镁在空气中燃烧的演示实验,为说明化学变化是生成新物质的本质,应指引学生重点观察生成物的颜色、性状,并与反应物比较,以免这说明反应本质的实验现象,被耀眼的剧烈反应白光所忽视。
d)对演示装置、操作的指引观察与思考。其方法一般是结合演示进程,边操作边指引观察。同时结合提出问题,引导思维进行,即观察与思维相互渗透。不仅能强化观察与认识,而且给观察带来理性成分,有利于观察与思维能力的培养。
⑤整理与结论
演示技能中的整理与结论就是引导学生对指引观察所得现象,联系演示实验的反应和操作进行整理、分析、归纳,抽象出本质的东西,完成或验证演示实验的化学方程式或分析出演示装置和操作的原理,即得出演示的结论。这是演示技能中感性认识上升为理性认识的重要要素,是学生思维方法学习和思维能力培养的重要步骤。
演示实验中的整理与结论常用的方法一般有两种:
a)对于探究式的演示实验 一般是从反应后物质的颜色、状态、气味及反应过程的现象出发,联系反应物的组成、结构及反应条件,依据质量守恒定律或其他必要的检验,从现象到本质引导学生分析抽象出反应生成物,完成反应的化学方程式。
b)对于验证性演示 验证性演示,实验前学生已知道实验的结论,故实验现象已不再是学生探求反应发生和反应生成物的依据,而是对反应生成物和条件进行验证的依据。故实验现象应联系预先知道的生成物性质加以对照、确认。这
种整理联系的立足点是对结论的证实。虽有利于演示实验的完成,但不利于学生兴趣的激发和创造性思维能力的培养,一般不提倡。
整理与结论一般都应抓住实验现象与结论的分析,引导学生来完成,并配以板书、结论、化学方程式或其他原理进行。
(2)演示实验的基本要求
中学化学演示实验的对象是中学生,强烈的好奇心和形象思维是他们这个年龄阶段重要的心理特征。中学化学实验属于基础性质。演示实验是教师通过宏观的化学事象说明微观化学变化,帮助学生形成化学概念,学习物质知识的重要途径;是教师示范,学生学习实验操作、实验方法的重要手段。故中学化学演示实验的性质、功能和教学对象决定了中学化学演示实验应具有下列基本要求。
①演示的目的要明确
每一个演示实验都服务于特定的教学内容,因而都有特定的演示目的、观察目的。一个演示实验要说明什么样的问题,帮助学生建立什么样的化学概念,揭示什么样的化学原理,要给学生什么样的操作,培养什么样的能力,以及由此要求学生观察实验的哪些方面?这些都要求化学教师心中有数,目的明确,这样才能达到应有的演示目的。
②实验要安全可靠、保证成功
演示实验的安全与成功才能达到演示的目的。而实验的成功与否取决于演示者对实验成功关键的掌握、演示者的实验操作技能、实验的仪器与药品是否达到应有的要求等。这就要求教师演示前要对实验有充分的认识,有充分的准备,十分的把握。坚持课前做好预备实验,把可能导致实验失败的各种因素在演示前解决。
化学实验的仪器、药品及化学反应过程决定了化学演示实验存在许多不安全的因素。许多化学反应在一定条件下会发生爆炸,如H2与O2混合点燃,CO、CH4混合一定量空气点燃等;许多反应物和生成物有毒,如Cl2、CO、H2S及许多有机物等,或有强烈的腐蚀性,如浓硫酸、强酸、强碱等;演示实验的仪器大多是玻璃,不小心就会破碎或炸裂。因此,对于每一个演示实验教师必须事先明确有哪些明显的和隐蔽的不安全因素,怎么才能预防。
例如,用氯酸钾与二氧化锰混合制氧气的实验。如果氯酸钾或二氧化锰不纯,其中混有还原性物质,(如碳、硫、磷、纸屑等)在加热、研磨、撞击等情况下就容易发生爆炸。因此,反应物如系工业品,必须在使用前分别进行灼热检验和除杂,或使用化学纯以上的试剂。
对没有安全把握,有可能发生事故的实验,不能选作演示实验。对于有毒或有强烈刺激性的气体要尽量减少外逸,尽可能采取密封实验,防止环境污染。
③操作要规范,现象要清晰可见
示范是演示实验的功能之一,教师每一操作都是学生模仿的对象。实验操作的熟练与规范关系到实验的成败和日后学生的操作。现在相当一部分中学生,乃至大学化学专业的学生,对于滴管滴液这样简单的操作都不规范,不能说不来自各级教师示范的不正确或不注意。因此,教师对于每一个演示实验的操作都应熟
练有序、规范准确、干净利落。从单项操作到成套装置都应给学生以示范作用,并能加以强化。
提供丰富、生动的直观感性化学事物和现象,帮助学生学习物质知识,形成化学概念是演示实验的另一重要功能。因此,提供清晰可见的实验现象是对演示实验的一项重要基本要求。清晰可见就是要让每一位学生都能看清楚。因此,演示实验时教师应从以下方面注意:
a)演示的台面应高于学生坐立的高度,能让最后排学生可见。演示无关的物品,以免挡住视线和分散注意。
b)教师站立的位置及手臂不要挡住学生的视线。台面上不摆与实验无关的物品,以免挡住视线和分散注意。
c)观察有颜色而现象又不太明显的物质,应根据情况采用白色或黑色的衬板。
d)对于现象变化不太明显的实验可采用对照实验或设法将现象放大。如采用投影仪或用盛水烧杯起凸透镜作用,把试管实验演示效果放大。
e)对于一些无现象变化或现象变化不明显的反应的实验,可将实验的变化转化成可见或更鲜明的现象。如氢氧化钠与二氧化碳的反应,无现象变化,可利用放入盛装二氧化碳气体的烧瓶中的瘪的气球,加入少量氢氧化钠振荡后,气球变大这一转换现象加以说明。
f)对于实验现象不太明显的实验,在易拿动的情况下,尽可能拿到学生中去走动,让学生观看,对不易拿动的,可让少数有代表性的学生上台观看。
④引导学生主动参与
学生是演示实验认识的主体。演示实验的过程不应是学生被动观察、接受的过程,而应是学生主动参与、积极地看与想的过程。因此,引导学生主动参与是实现演示实验功能最基本的要求和条件。引导学生主动参与,就是要发挥演示技能中引入实验的作用,从目的、需要出发,充分利用实验本身的魅力和学生好奇与探究心理,来激发学生的兴趣与动机,引导学生主动参与。学生主动参与演示实验有三层含义:
a)学生主动参与实验的观察与思考; b)学生主动参与实验的操作; c)由学生进行演示实验。 ⑤指引观察与思维引导结合
演示实验既然要为学生提供预定的实验现象,就必须有目的、有针对性地引导学生观察;演示实验的操作示范,目的是为学生提供可模仿学习的清晰表象,因而也就离不开示范的操作与说明。学生对现象的观察与操作的学习更离不开积极地思维。实验证明:在观察过程中,参与积极的思维活动,可以增进对事物的理解程度。这些,都要求演示者在演示过程中不失时机地指引学生观察与思考。在指引学生观察与思考时一般应注意:
a)有目的地指引观察;
b)重点与全面结合指引观察;
c)指引观察与思维引导和讲解相结合。
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