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高校设计性化学实验教学策略研究
来源查字典化学网| 2018-06-11 发表| 243 人浏览| 教学经验分类:化学论文

教学经验

为了培养学生的探究能力,提高学生化学学习兴趣与综合专业素养。文章以高校化学学科教学为例,从设计性实验、具体要求、策略实施等三方面对化学实验教学策略进行了研究,然后分析了设计性实验教学案例,包括实验方法、实验结果、总体分析三方面。

关键词:高校;设计性化学实验;实验方案

传统的重教轻学教学方式己经不再适应新时代发展要求,对学生的学习方法进行全方位指导、使其学会学习才是当务之急。因此,高校培养大学生自主学习能力势在必行。高校化学教学以实验教学为核心,借助化学实验的趣味性、综合性、实践性等优势,传授学生自主学习方法,提高其自主学习能力,进而使其逐渐发展为综合型人才。

一、化学实验教学策略研究

(一)设计性实验

自主设计实验是高校化学实验教学的一种有效教学手段。教师应该确立自己引导者的地位,通过自主设计实验、独立完成实验,给予学生更多自主探究、自主学习的机会,以激发学生自主学习的兴趣,达到优化化学教学效果、促进学生综合能力发展的目的。

(二)具体要求

设计性实验是在教师给定题目或范围、提出基本要求的基础上,学生以小组为单位,根据个人的兴趣及实验室现有条件,综合运用所学的知识,提高学生的自主学习能力。实验组以2人为一组,在设计性实验开始的前2周,进行自由分组、选题并开始查找资料。在设计性实验教学中,先让学生参考化学实验要求,进行自主选题;然后让学生通过查找各类文献资料自行设计实验方案;在完成设计方案后,由教师指导,学生修改并完善实验方案,再进行交流讨论;最后,学生依照所设计的实验方案进行实验,提交实验报告。在设计性实验教学中,学生不是被动地接受知识,而是经过自主探索掌握知识和技能[1]。

(三)策略实施

1.自主选题。在进行实验选题时,需要注意循序渐进的过渡,通过未知的好奇到已知的掌握、从定性到定量等综合选择的方法,使学生从易到难逐步完成实验。保证学生在相同的实验仪器、已掌握知识技能的基础上,学习不同的实验,掌握不重复的实验方法。比如,测定壳质类物体中钙镁元素的含量,如贝壳、蛋壳等;测定常用补钙试剂中所含的钙元素含量;测定常用食用盐中碘元素的含量;测量日常蔬菜水果中的维生素C含量;测定海鲜产品中所含有的钙镁元素,如海带、虾皮;测定菠菜中所含有的草酸含量、铁元素含量;测定饮用茶叶中相关微量元素的含量等。实验的选材是生活中的日用必需品,如茶叶、食盐、水果、海产品、蔬菜等,同时设计满足对知识点的考查需要,主要包括对钙、铁、镁、碘等元素的测定、对草酸、维生素C含量的测定及其他相关微量元素,符合高校化学实验的标准要求。通过生活化的实验设定,可激发学生参与实验的积极性,并调动其好奇心进行自主实验,同时,实验难度符合学生的发展情况,并未超出其知识储备的范围,因此,学生可按时完成实验任务,提升了实验的实效性,满足了实验教学的要求[2]。

2.自主设计实验方案。(1)自主设计实验方案的常见流程。第一,资料收集的基本方法。在完成题目选择后,学生应当自主进行相关资料的查阅与搜集,以实验提示为出发点,充分了解实验的要求,对所需要的实验材料、实验使用设备和相关被测量的元素或化合物等进行资料的查找。可利用图书馆、多媒体等资源进行相关理化性质、含量理论值、测定方法、器材使用注意事项、实验注意内容等相关知识的查询。第二,选择实验方法的依据。根据以上资料的查找与总结,在备选方案中,选择较为合适的实验方法,根据实验的要求进行实验方案的具体设计,选择最佳的实验方法,要注意实验的经济性、安全性、先进性,并将学生自身的知识储备与技术能力情况作为实验方法选择的参考,还必须要考虑实验室的硬件设施现状。第三,设计实验方案的依据。为了保证实验方案的细致完整性,需要包括实验的目的、仪器、原理、试剂、步骤、注意事项等内容。需要根据学生的知识掌握情况、技能水平、学习需求等设计实验的目的,以此保证实验设计的合理性。设计实验方案时,需要充分考量实验室内具备的实验仪器与试剂,注意实验方案的可操作性、经济安全性。第四,修改实验方案的操作。主要是指教师对学生设计的方案进行审核与指导,检查实验的目的与原理是否具有可操作性、可执行性。同时,对其所需的实验器材、实验试剂进行充分考量,检查实验步骤的合理性,若发现不影响实验顺利进行的小问题,可不进行修改,使学生在实验中自行发现并解决问题,当发现存在影响整体效果的问题时,需要及时指出并修改,逐步完善实验方案[3]。(2)学生自主设计性实验方案汇总。第一,对于钙镁元素含量的测定,主要使用的方法包括酸碱中和滴定测验、EDTA鳌合滴定测量、高锰酸钾滴定法。当前实验室所具备的设备及学校的相关试剂准备都可进行以上几种实验,并且学生具备进行此实验的能力。第二,对于铁元素含量的测定方法有不同颜色目测法、分光光度法等。当前学生对分光光度法掌握更为娴熟,仅需借助仪器便可通过计算机进行工作曲线分析以获得精准的结论。但此方法在操作的过程中需要精密度较高的仪器并且对色剂等使用情况有一定的要求。第三,在硫酸亚铁铵的制备及产品检验的实验中运用目测比色法进行铁元素的检验。第四,对于测定碘元素含量主要使用硫代硫酸钠滴定检测法。有学生提出运用半碘量进行比色分析、借助双氧水氧化一吸光光度法进行检测或使用孔雀绿指示剂添加法等,但这些方法在实际操作中存在不足,如操作复杂,难以获取精确数,即使部分方法灵敏度较高但实验室难以满足相关试剂的需求,综合比较下,可行性最高的方法为硫代硫酸钠法[4]。第五,在测量水果蔬菜中的维生素C含量时,主要使用间接碘量法。第六,在测定菠菜中的草酸含量时,主要利用高锰酸钾遇草酸发生颜色改变来确定滴定终点,此方法的优点是不需添加其他指示剂。第七,测定其他微量元素时,学生以定性目的实验为主,经过教师的引导和指导,以实验室的条件为调整依据,在实验揭示之前确定了磷元素定量实验,铝、锰等定型检测实验。

3.自主完成实验。学生首次设计自主实验,即使教师做出了修改,但在实验进行时,仍有不足的地方,例如,实验室的指示剂年久失效;在处理实验材料时,具体提取方法不确定等。当出现问题时,要对实验材料进行规范化的检查,对试剂进行用量、浓稠度的检验等。

4.实验后的总结。①撰写实验报告。实验完成后,教师要组织学生进行实验报告的撰写,主要内容包括设计方案、实验过程中的现象观察、实验相关数据记录、实验结果、实验分析等。在进行实验数据记载时,学生必须要树立科学严谨的态度,以事实为依据进行数据的记载,可利用计算机软件进行图标绘制。②进行交流与讨论。在完成实验后,教师可组织学生对实验的结果与某些环节进行探讨,总结评价,在完成讨论后,可以以小组汇报的形式进行经验交流与分享,为下一次的实验或课堂研究做准备。

二、设计性实验教学案例分析

VC含量测定《药片、果汁、鲜橙中VC含量的测定》案例分析。学生自主选择了维生素C药片、果汁水溶C100、鲜橙作为实验材料,果汁无须进行处理,维生素C药片则研碎成粉末,鲜橙去皮后,包入纱布挤出果汁。

(一)实验方法

维生素C分子(C6H8O6)中的烯二醇基具有还原性,能被I2定量地氧化成二酮基。学生在该实验的设计之初列出了直接碘量法与间接碘量法两种方法。直接碘量法是以淀粉做指示剂,用标定过的I溶液直接滴定样品,至溶液出现蓝色即为终点。间接碘量法即硫代硫酸钠法。先加入过量的h溶液与样品中的维生素C反应,再用硫代硫酸钠滴定过量的碘至蓝色刚好消失。由于维生素C的还原性很强,在空气中易被氧化,故在测定时须加入少量稀醋酸或盐酸使溶液呈弱酸性,以避免副反应的发生。直接碘量法中维生素C与空气接触时间较长,且不溶物对维生素C有吸附作用,造成了测定的结果偏低。间接碘量法先用过量的I2溶液与维生素C反应,减少了维生素C与空气的接触,消除了不溶物吸附作用的影响,所以,在该实验中,学生选择了间接碘量法。

(二)实验结果

对于维生素C药片、橙子中维生素C含量的测量,实验的结果比较接近参考值,学生自己做了误差分析。在比较结果中,药片和水果中维生素C含量均偏小,而果汁中含量偏高。经过分析,误差可能来自以下三个方面。一是药片。在研碎转移过程中会有损失,在溶解过程中维生素C有可能有一小部分被氧化,并且每一片药片中维生素C含量未必严格为50毫克。二是西抽味水溶C100果汁。该果汁中的食品添加剂有可能带有一定的还原性(如柠檬酸钠),这些还原性物质会与碘溶液发生反应,使碘溶液的用量增大。三是橙子汁。在榨汁、转移过程中维生素C有可能有部分已被氧化,且未必榨出了全部果汁,纱布和手上也有可能残留维生素C,橙子的果皮中也有可能含有少量维生素C。限于实验室的条件和学生现有的知识水平,做出比较接近文献值的数据,且较为科学地分析了误差的来源,总的来说,这个设计性实验是成功的。

(三)总体分析

从整个实验的设计中可以看出学生查阅了文献资料,使用间接碘量法测量维生素C的含量,以淀粉作指示剂,易判断反应终点,这一方法简便直接,所需药品皆是实验室中常见的,且无污染。在处理原材料橙子时,由于没有榨汁机,先采用了研磨的方法,结果不易过滤,后使用纱布挤压,体现了学生的应变能力。

三、结语

采用自主设计实验的教学策略,可以有效激发学生的学习动机和兴趣、提高学生的自我监控水平和自我效能感,帮助学生寻找适当的学习方法,最大限度地发挥学生的主体性作用。在自主设计性实验中,让学生自主选题、自行设计实验方案、自我监控完成实验、自主评价反馈,使其在学会设计实验的同时培养自主学习的能力。

参考文献:

[1]冯东方.高校化学实验探究性教学模式创新的研究[J].山东工业技术,2018(5):211.

[2]叶文彬.如何利用化学实验教学提高学生的科学素养[J].实验教学与仪器,2018,35(2):19-21.

[3]苗菁.高校化学教学中学生创新能力的培养研究[J].化工设计通讯,2018,44(1):141.

[4]侯君英.关于普通高校化学教育改革的若干思考[J].教育现代化,2017,4(48):53-54,65.

作者:马丽荣 单位:贵州省兴义民族师范学院

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