摘要：“微型实验”是用较少实验步骤､化学试剂完成相应实验操作的实验,具有简便､快捷､高效 的特征｡文章立足教学实际,研究初中化学教学中“微型实验”的应用策略,借助“微型实验”,导入初中化学新知;开展“微型实验”,探究初中化学原理;对比“微型实验”,发展学生科学思维;基于“微型实验”,驱动学生迁移应用;利用“微型实验”,引领学生回顾总结｡以期为一线教师提供教学参考,促进学生全面发展｡
关键词：初中化学 “微型实验” 化学
论文《初中化学教学中“微型实验”的应用策略分析》发表在《新课程导学》，版权归《新课程导学》所有。本文来自网络平台，仅供参考。
《义务教育化学课程标准(2022 年版)》(以下下称新课标)倡导教师开展以化学实验为主的多样化教学活动,引领学生在实验观察､操作､探究的 过程中感悟化学原理,提高化学课程教学质量｡ “微型实验”具有装置简易､操作简单的特征,对 实验环境要求较低,可被灵活应用于课前导学､课 中教学､课后复习等教学环节｡本文聚焦初中化学 教学中“微型实验”的应用策略,研究成果具有一 定的重要意义｡教师可借助“微型实验”展示化学 现象,阐释化学原理,指导学生由浅入深地探究化 学课程内容,进而提高教学效果｡
一、借助“微型实验”，导入初中化学新知
初中化学课程重点研究物质的组成､结构､性 质､转化及应用,具有抽象性｡教师若直接讲授化 学基础概念､原理,学生难以理解和吸收,易影响 教学效果｡“微型实验”可利用简易装置､简单药 品动态呈现物质的组成､结构及转化过程,实现对 化学抽象知识的直观化､趣味化教学｡在新课导入 阶段,教师可基于初中化学课程教学主题开展“微 型实验”,直观展示课程教学要点,帮助学生快速 进入学习状态｡
以人教版初中化学九年级上册“物质的变化和 性质”教学为例｡教材第一单元以“走进化学世 界”为主题,介绍了化学变化与物理变化､化学性 质与物理性质的区别,指出化学是一门以实验为基 础的学科,为学生认识化学学科特征,学习相应知 识点做好铺垫｡此课涉及大量化学概念,教师可借 助以下四个“微型实验”,导入初中化学新知,组 织学生观察､记录“微型实验”现象与结果,通过 分析实验信息得出相应结论,实现对相应概念及原 理的有效理解｡
“微型实验”一:水的沸腾｡先将一个盛有少 量水的试管斜夹在铁架台上,再在试管底部小心 加热,直至水沸腾,并取一块干净的玻璃片移近 试管口｡
“微型实验”二:石蜡的熔化｡取一小块石蜡 置于试管中,将试管放入盛有沸水的烧杯中｡
“微型实验”三:氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液 反应｡先取一支试管,用胶头滴管滴加1~2 毫升 氢氧化钠溶液｡之后,再用胶头滴管向内滴加硫酸 铜溶液｡
“微型实验”四:大理石与稀盐酸反应｡将少 量大理石加入试管中,并向试管内加入适量稀 盐酸｡
表1 物质的变化和“微型实验”记录表
| 实验 编号 | 变化前的 物质 | 变化时发生的 现象 | 变化后的 物质 | 变化后有无 新物质生成 |
| 一 | 液态的水 | 玻璃片上有 水蒸气 | 水蒸气 | 无 |
| 二 | 固态的石蜡 | 石蜡熔化 | 液态的石蜡 | 无 |
| 三 | 蓝色硫酸铜 溶液 | 蓝色溶液变成 蓝色沉淀 | 蓝色氢氧 化铜沉淀 | 有 |
| 四 | 颗粒状 大理石 | 清石灰水变浑浊 有气泡产生,澄 | 二氧化碳等 气体 | 有 |
“微型实验”一､二展示了水和石蜡的颜色､ 状态等物理性质;“微型实验”三､四展示了硫酸 铜､氢氧化钠､氢氧化钙､稀盐酸等物质的化学性 质｡教师可引导学生从“微型实验”结果中观察是 否有新物质生成,并引申出物理变化与化学变化的 两个概念,指导学生了解物理性质､化学性质的概 念及性质辨识方法,为学生初步认识化学学科､学 习相关概念原理奠定基础｡
二、开展“微型实验”，探究初中化学原理
“微型实验”是以化学原理为依据,根据实验 方案完整地完成化学实验任务,展示确切的实验结 果｡在初中化学教学中,教师可在开展“微型实 验”的同时提出问题,指导学生深度思考,使学生 透过“微型实验”探究其中蕴藏的精微深奥的化学 原理,从而提高学生的认知与理解水平｡
以人教版初中化学九年级上册“质量守恒定 律”教学为例｡此课以质量守恒定律的含义､原因 及应用为主要教学内容,重点在于引领学生理解化 学反应中反应物､生成物质量之间的关系,明确化 学反应的客观规律｡教师可开展“微型实验”,引 导学生通过实验观察､分析探究质量守恒定律｡
【实验操作】准备锥形瓶､铜粉､气球､玻璃 导管､天平､单孔橡胶塞｡将铜粉平铺在锥形瓶底 部,将上端系有气球的玻璃导管插入单孔橡胶塞, 用橡胶塞使锥形瓶口密闭｡应用天平,称量实验装 置,记录数据 (m_{1}) 。之后,将实验装置放在陶土网 上,应用酒精灯加热,观察实验现象｡反应进行一 段时间后,停止加热,装置冷却后再次称量,并记 录数据 (m_{2})。
【实验现象】锥形瓶中的铜变黑,因为铜粉与 氧气发生化学反应,生成新物质氧化铜｡化学反应 前实验装置总质量 (m_{1}) 与化学反应后实验装置总质 量 (m_{2}) 相同｡
【实验延伸】①在此实验装置中,橡胶塞､气 球的作用是什么?如果不用橡胶塞和气球,可能会 产生怎样的实验结果?②化学反应前､后,实验装 置总质量数据有怎样的关系?③这一实验现象是偶 然还是必然,你能否设计“微型实验”来证明你的 猜想?
开展“微型实验”并提出延伸问题,使学生将 学习目光聚焦在化学反应前､后反应物与生成物总 质量的数据关系,使学生对“质量守恒定律”有一 个初步认识｡其中,实验延伸①驱动学生反思化学 反应前､后的总质量分别来源于哪些物质;实验延 伸②驱动学生结合化学反应前､后总质量的关系和 物质变化情况综合讨论,得出“化学反应前后,反 应物总质量等于生成物总质量”的研究结论;实验 延伸③驱动学生基于知识储备与实验经验,自主设 计“质量守恒定律”的证明实验,使学生对此课化 学原理的内化与吸收｡例如,仿照教师进行的“微 型实验”,设计“铁与硫酸铜溶液反应前后质量的 测定”实验以及“碳酸钠与盐酸溶液反应前后质量 的测定”实验｡
三、对比“微型实验”，发展学生科学思维
新课标要求,初中化学教学不仅要使学生掌握 基础的化学理论知识,还要使学生学会基于化学现 象､观点､结论进行质疑与批判,提高科学思维水 平｡在具体教学中,教师可着眼于初中化学课程疑 难知识､易混淆知识点,组织不同的“微型实 验”｡通过对比“微型实验”的操作过程､数据､ 实验结果,反思不同“微型实验”中化学原理的差 别,这可锻炼学生的质疑能力与思辨能力,提高学 生的科学思维水平｡
以人教版初中化学九年级上册“二氧化碳的实 验室制取”教学为例｡此课教学内容与“氧气的实 验室制取与性质”存在相似点,较多学生在学习､ 应用相关知识时存在认知误区｡为避免学生混淆相 应知识,教师可利用“微型实验”组织对比教学, 引导学生对比氧气､二氧化碳的实验室制取原理､ 方法等,由此激活学生的对比思维与思辨思维｡
“微型实验”一:氧气的制取｡用试管､铁架台､酒精灯､水槽､集气瓶等简单工具组装装置,通过加热高锰酸钾制取氧气,并用排水法收集氧气。另用铁架台､圆底烧瓶､分液漏斗､玻璃导管组装装置,以二氧化锰作为催化剂,使过氧化氢分解成水和氧气。当用向上排空气法收集氧气进行验满操作时,可将带火星的木条放在集气瓶口,如果木条复燃,说明氧气集满。
“微型实验”二:二氧化碳的制取｡用试管､玻璃导管､集气瓶等工具,以及石灰 石､稀盐酸等药品进行实验,并用向上排 空气法收集二氧化碳｡进行验满操作时,可将燃烧 的木条放在集气瓶口,如果木条熄灭,说明二氧化 碳集满｡
完成“微型实验”后,教师可组织学生对比两 项“微型实验”的实验原理､操作过程及实验现 象,明确两个制取气体实验的根本差别｡例如,氧 气与二氧化碳的实验室制取原理不同｡氧气的实验室 制取原理包括 $ce{2 KMnO_{4} xlongequal{Delta} K_{2} MnO_{4}+MnO_{2}+O_{2}↑}$ 与 $ce{2 H_{2} O_{2} xlongequal{MnO_{2}} 2 H_{2} O+O_{2}↑}$ ,二氧化碳的实验室制 取原理是 $ce{CaCO_{3}+2 HCl=CaCl_{2}+H_{2} O+CO_{2}↑}$。 同时,氧气与二氧化碳的物理､化学性质不同,所 以集气､检验方式不同｡氧气的收集方式有向上排 空气法与排水法,检验时可使用带火星的木条;二 氧化碳的收集方式也包含向上排空气法,检验时要 使用澄清石灰水｡此外,教师应引导学生课内讨论 能否将实验发生装置简单化,如使用空的矿泉水瓶 等生活中的常见用品替代,再通过学生家庭实验的 方式,组装简易装置,药品选用过 氧化氢消毒液和新鲜的土豆或红砖粉制取氧气,选 用食醋代替盐酸制取二氧化碳,将“微型实验”生 活化,再与课堂实验进行对比,进一步辨析气体制 取知识｡
通过“微型实验”,教师可指导学生对比相似 知识点的本质区别,解决学生知识混淆､记忆不深 等问题,促进学生科学思维的深层发展｡
四、基于“微型实验”，驱动学生迁移应用
指导学生综合应用化学学科知识､方法解决真 实情境中的问题,同时培养学生的科学探究与实践 能力,是新课标对初中化学教学提出的新要求｡在 此背景下,教师有必要为学生提供更多化学实践机 会,丰富学生的迁移应用经验｡“微型实验”内涵 丰富,对实验装置､环境的要求较低｡教师可基于 “微型实验”设置书面测试题､课后实践作业等, 由此驱动学生迁移化学理论､技能进行实践探索, 使学生在参与“微型实验”的过程中达到“造微入 妙”的学习境界｡
以人教版初中化学九年级下册“金属的化学性 质”教学为例｡教材给出了“金属与盐酸､稀硫酸 的反应”实验内容,初步引出镁､锌､铁､铜的金 属活动性顺序,旨在引导学生体验和学习控制实验 条件以进行科学探究的方法,提升学生的筛选､对 比､归纳､信息处理等能力｡完成基础内容教学 后,教师可参考教材“微型实验”设计迁移 任务,驱动学生应用所学知识､技能解决真实问 题,从而锻炼学生“学以致用”的综合能力｡
表2 某实验小组金属的化学实验单
| | 实验一 | 实验二 | 实验三 |
| 实验操作 | 取一盛有少量铁 片的试管,向其中 加入5%的盐酸｡ | 取一盛有少量 铜片的试管,向 其中加入5% 的 盐酸｡ | 取一盛有少量锰 的试管,向其中 加入5%的盐酸｡ |
| 实验现象 | 立即产生气泡,速 率较慢｡ | | 立即产生气泡, 速率较快｡ |
| 实验结论 | 实验一反应的化学方程式为 。 铁､铜､锰的金属活动性该顺序(由强到弱)为 。 | | |
任务一:某实验小组对金属的性质进行实验探 究,并将实验过程､结果记录在实验单中｡然而, 实验小组在“微型实验”中出现疏忽,导致记录缺 失｡请帮助该实验小组完善实验单。
任务二:选择常见的几种金属,设计验证这几 种金属活动性顺序的实验方案,并进行实践操作｡
其中,任务一由课内“微型实验”延伸而来,重点检验学生对铁､铜､锰三种金属的活动性顺序,以及实验探究金属活动性顺序的基本原理与方法的掌握情况,同时锻炼学生的问题解决能力｡任务二主要对课内实验进行优化,以实践作业形式布置,要求学生利用常见材料完成探究实验。学生可将等量的镁､铁､锌､铜等不同金属粉末放入食品塑料分隔盒、滴板中,再加入等量、等浓度的稀盐酸或稀硫酸,根据产生气体的速度判断金属活动性顺序。该任务进一步锻炼学生的实验设计､自主操作､推理论证等实践能力｡
五、利用“微型实验”，引领学生回顾总结
“微型实验”虽然操作装置简易,但其实验完 整度高,能展现物质发生化学变化的全过程,具有 一定的挖掘价值｡完成初中化学理论､实践教学 后,教师可以“微型实验”为中心,提出拓展性问 题,引领学生回顾与“微型实验”相关的化学概 念､性质､原理及实验技能等,帮助学生总结学习 成果,构建完整的知识与技能体系｡
在教学人教版初中化学九年级下册“常见的 酸､碱､盐”单元后开展“微型实验”,由此可引 领学生整体回顾单元教学内容,从而巩固学生的 学习成果,示例如下｡
“微型实验”：粗盐中难溶性杂质的去除
【实验用品】
烧杯､蒸发皿､酒精灯､坩埚钳､漏斗､玻璃 棒､药匙､铁架台､火柴､量筒､滤纸､托盘 天平｡
【实验步骤】
(1)溶解｡用托盘天平称取5 g粗盐,用量筒 取约10 mL的水倒入烧杯中｡用药匙将粗盐逐渐加 入盛有水的烧杯中,一边加入一边用玻璃棒搅拌, 直至粗盐不再溶解为止｡最后,称量剩余粗盐｡
(2)过滤｡用漏斗､滤纸制作过滤器｡将烧 杯中的液体沿玻璃棒导入过滤器中,进行过滤｡若 滤液仍浑浊,则进行重复操作｡
(3)蒸发｡用铁架台､蒸发皿､酒精灯等组 装蒸发装置｡将滤液倒入蒸发皿中,用酒精灯加 热,不断用玻璃棒搅拌液体,出现较多固体时停止 加热｡
(4)计算产率｡公式:
$$精盐的产率 =frac{ 精盐的质量 }{ 溶解粗盐的质量 } × 100 \%$$
教师利用该微型实验,引领学生总结粗盐提纯的实验步骤及实验注意事项｡例如,粗盐易吸水,称量时需在天平两侧各放一张相同纸张,避免污染托盘;过滤操作要遵循“一贴､二低､三靠”原则，优先过滤上层清液，烧杯与滤渣需多次洗涤，洗涤液并入漏斗。在此基础上，教师围绕“盐”的概念、分类、化学性质展开拓展，回顾氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙等常见盐类，以及盐与酸、碱、金属的反应规律，梳理复分解反应、置换反应等相关知识，帮助学生串联单元内容，搭建完整知识框架。
六、结语
“微型实验”应用简易装置与简单药品展示化 学现象,具有培养学生直观观察能力､科学思维能 力､探究能力的教学价值｡本文分析初中化学教学 中“微型实验”的应用策略,在新课导入､原理讲 解､思维能力培养､迁移教学等过程中应用“微型 实验”时,教师应基于实验现象指导学生联想相应 的化学概念,质疑并讨论其中蕴藏的化学原理,提 高学生的认知水平｡同时,教师应注意在“微型实 验”应用过程中引导学生反思课堂所学知识､方法 与技能,使学生通过“微型实验”巩固知识基础, 锻炼综合能力,全面提升化学学科综合素养｡
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