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例談中學化學演示實驗教學應關(guān)注的問題論文
以初高中化學教材中過氧化氫的催化分解反應實驗為例，闡述了讓演示實驗發(fā)揮應有的作用教師應思考的問題——演示實驗表現(xiàn)的內(nèi)容、演示實驗操作的方法和演示實驗教學的語言。
中學化學教材中有許多演示實驗，其內(nèi)容的呈現(xiàn)形式一般是實驗過程、方法和實驗儀器、藥品的文字說明以及實驗裝置、實驗方法的圖示。教材呈現(xiàn)出來的這些內(nèi)容是演示實驗的簡約方案，不是演示實驗的全部，它只是幫助教師教學的一個例子，是教師教學的參考，教材中演示實驗的過程方法不是對教師教學的限制和規(guī)定，而是教師教學的樣本。教學實踐表明，如果對教材呈現(xiàn)的演示實驗不進行加工處理而照本應用于課堂教學，有些時候演示實驗很難發(fā)揮其最佳教學效果或者根本達不到演示實驗的目的。要想讓演示實驗發(fā)揮應有的作用，教師就需要認真思考演示實驗教學中的關(guān)鍵性的問題——演示實驗表現(xiàn)的內(nèi)容、操作的方法和教學的語言，本文以二氧化錳催化過氧化氫分解演示實驗為例加以說明。
一、過氧化氫催化分解演示實驗
在王祖浩教授領(lǐng)銜主編的滬教版九年級化學和蘇教版高中化學教材中都有過氧化氫加入二氧化錳催化劑催化發(fā)生分解反應的演示實驗。
滬教版九年級化學中過氧化氫的催化分解實驗如下[1]：
利用圖2-9的實驗裝置，把稀的雙氧水(6%的過氧化氫溶液)從分液漏斗慢慢加入裝有二氧化錳粉末的錐形瓶中，收集一集氣瓶放出的氣體，用帶火星的木條伸入集氣瓶中。
研究表明，在雙氧水制取氧氣的反應中，加入二氧化錳能加速雙氧水的分解。在反應前后，二氧化錳的質(zhì)量保持不變，化學性質(zhì)也沒有發(fā)生變化。這種在化學反應中能增大化學反應速率，但本身的質(zhì)量和化學性質(zhì)在反應前后都沒有發(fā)生變化的物質(zhì)稱為催化劑。
蘇教版高中化學教材《化學反應原理》中過氧化氫的催化分解實驗如下[2]：
向A、B、C、D 4支試管中分別加入等體積5%的H2O2溶液，再向試管中分別加入2～3滴洗滌劑，向試管A中加入2～3滴FeCl3溶液，向試管B中加入少量MnO2粉末，向試管C中加入一小塊新鮮的動物肝臟，D試管留作比較用。觀察、比較4支試管中發(fā)生的實驗現(xiàn)象，并試著分析導致實驗現(xiàn)象差異的原因。
實驗表明，催化劑對化學反應速率有顯著影響。催化劑是通過降低反應所需的活化能來增大反應速率。如圖2-10所示，沒有催化劑參與的反應，活化能(Ea')較大，則反應的速率較小;而有催化劑參與的反應，活化能(Ea)較小，因此反應速率較大。
從初高中催化劑的教學要求和教材呈現(xiàn)的文本材料我們可以看出，同樣都是過氧化氫的催化分解實驗，但用來說明的問題是不同的，初中教材中的實驗用來說明催化劑的概念即什么樣的物質(zhì)是化學反應的催化劑，而高中教材中的實驗用來說明不同催化劑對過氧化氫的分解催化效果不同和催化劑改變化學反應速率的原因。因此，過氧化氫催化分解演示實驗在不同時期教學的角度和關(guān)注點是不同的。
二、演示實驗教學應關(guān)注的問題
1. 演示實驗的演示內(nèi)容
教材中的演示實驗都承載著課堂教學中知識的、技能的、方法的等多方面的教學任務(wù)，課堂上演示實驗要把它所承擔的任務(wù)全部完成，就要求在實驗演示的過程中讓其能展現(xiàn)的內(nèi)容全面表現(xiàn)出來，讓學生全方位觀察體驗。
催化劑是初中化學中的重要概念，教學要求是認識催化劑的基本特征。課堂教學中關(guān)于催化劑的演示實驗就要能充分體現(xiàn)出催化劑具有的特征，讓學生通過現(xiàn)象充分體驗到催化劑的特點，要達到這一要求，演示實驗的現(xiàn)象就要能表現(xiàn)出催化劑改變了化學反應的速率，而反應后物質(zhì)的質(zhì)量和化學性質(zhì)沒有發(fā)生變化，讓學生在觀察、比較中得出對催化劑的認識。過氧化氫催化分解實驗的現(xiàn)象是知識層面的，實驗過程的體驗和現(xiàn)象的觀察、結(jié)論的獲取是技能、方法層面的，初中化學教學中通過二氧化錳催化過氧化氫的分解實驗一定要讓學生切實感受到催化劑具有的特征，讓學生在知識、技能、方法上有所收獲，還要為高中化學中催化劑的教學鋪墊，即催化劑改變化學反應速率，但不能改變化學反應的方向，讓學生在觀察比較中意識到不是加入催化劑反應才發(fā)生。
高中階段《化學反應原理》中催化劑的教學是初中化學學習的深入，目的是讓學生認識催化劑加快化學反應速率的原因和不同催化劑的催化效果，因此，高中化學過氧化氫的催化分解反應的演示實驗就應該能從現(xiàn)象上表現(xiàn)出催化劑加入改變了化學反應的過程，最終催化劑沒有發(fā)生變化，從而達到演示實驗的教學效果。
明確了實驗要突出表現(xiàn)的內(nèi)容，演示實驗圍繞著要突出表現(xiàn)的內(nèi)容設(shè)計，讓演示實驗把教學需要的信息都呈現(xiàn)出來，演示實驗才是有效的。做到這一點需要教師認真鉆研教材研究演示實驗，透徹理解文本材料，精心設(shè)計選擇演示實驗優(yōu)化實驗的做法。
2. 演示實驗的演示方法
演示實驗的操作方法需要精心設(shè)計安排，否則演示實驗只能成為課堂教學的點綴，讓學生看些熱鬧、有些新奇而已，很難達到預想的結(jié)果。
對于二氧化錳催化過氧化氫分解的實驗，按照滬教版九年級化學教材中的方法進行演示實驗，學生只是感受到過氧化氫接觸到二氧化錳產(chǎn)生了大量的氧氣，其它的可以說一無所獲，實驗中并沒有現(xiàn)象能說明催化劑改變化學反應的速率、反應前后質(zhì)量和化學性質(zhì)都沒有發(fā)生變化，學生也只能被動接受MnO2是雙氧水分解的催化劑的觀點，對MnO2催化雙氧水分解后的質(zhì)量和化學性質(zhì)沒有發(fā)生變化是半信半疑。MnO2是加快了雙氧水的分解速率還是使常溫下本沒有進行的過氧化氫的分解反應發(fā)生了?MnO2有沒有發(fā)生反應?MnO2的質(zhì)量有沒有改變?固體物質(zhì)還是不是MnO2?這些方面的問題對學生認識催化劑的概念和分析物質(zhì)是否是催化劑產(chǎn)生著影響。 按照蘇教版高中教材中的實驗方法進行教學演示，學生同樣是只能看到過氧化氫在不同物質(zhì)存在的情況下，生成氧氣的速率加快了且加快的速率不同，也沒有感受到催化劑改變了化學反應的過程，而最終質(zhì)量和化學性質(zhì)都沒有發(fā)生變化。演示實驗的形式不同了，但與學生在初中從實驗中得到的體驗沒有什么不同，仍然是被動的接受催化劑改變化學反應過程的結(jié)論。
從滬教版九年級化學教材關(guān)于催化劑的演示實驗本身來看，雖然不能把催化劑全部的特點顯現(xiàn)出來，但實驗的方法得當也可以減少學生理解催化劑的困難。我們可以這樣來實驗演示：
首先用一支試管取2mL6%的雙氧水，讓學生認真觀察雙氧水中產(chǎn)生的細小的氣泡，感知過氧化氫在沒有加入二氧化錳前就可以發(fā)生分解，但速率很慢;然后向錐形瓶中加入二氧化錳時，讓學生體會到加入的量很少;連接裝置后，通過分液漏斗滴加過氧化氫，既讓學生觀察產(chǎn)生氣體的速率加快和感知氣體的收集檢驗上，還要在氣體收集滿瓶和檢驗后錐形瓶已不在產(chǎn)生氣體時，再向錐形瓶中滴加過氧化氫，錐形瓶中又產(chǎn)生氣體，反復這樣的操作幾次，通過加入少量二氧化錳使大量過氧化氫分解，讓學生體驗二氧化錳沒有在過氧化氫生成氧氣時消耗，而是一直存在并發(fā)揮著催化作用。這樣一來，學生對二氧化錳是過氧化氫分解的催化劑的認知就變得順理成章了。
蘇教版高中教材《化學反應原理》中關(guān)于催化劑的演示實驗，要體現(xiàn)出教學需要的現(xiàn)象，需要對實驗的方法進行必要的加工改造。過氧化氫分解的催化劑有很多，經(jīng)過實驗研究，我們發(fā)現(xiàn)FeCl3溶液對過氧化氫分解的催化作用十分明顯，更重要的是，借助FeCl3溶液催化過氧化氫分解實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，可以把催化劑在反應過程中的變化表現(xiàn)出來，幫助學生完整地認識催化劑的催化原理。
課堂教學時，比較了不同物質(zhì)的催化效果后，再引導學生觀察FeCl3催化過氧化氫分解的實驗。首先讓學生觀察FeCl3溶液的顏色，學生看到FeCl3溶液呈黃色，接著在試管中取2mL黃色的FeCl3溶液，然后用膠頭滴管向FeCl3溶液中滴加數(shù)滴5%的過氧化氫溶液，學生可以觀察到試管中產(chǎn)生了大量氣泡，并且在產(chǎn)生氣泡的過程中溶液變?yōu)榧t色，當試管中的氣體逸出液體平靜下來后，液體又恢復為黃色。再用膠頭滴管向試管中滴加5%的過氧化氫，結(jié)果又出現(xiàn)了上述的實驗現(xiàn)象。學生觀察到這樣的實驗現(xiàn)象，自然明白FeCl3作為催化劑參與了化學反應，改變了反應過程，化學反應速率加快但最終FeCl3沒有變化。
我們可以看出，演示實驗的做法對提高演示實驗的教學效果是十分重要的，同樣的演示實驗，不同的做法，學生的收獲不同。
3. 演示實驗的教學語言
筆者除了設(shè)計了合適的演示實驗的操作方法之外，在演示實驗的教學過程中還要有恰當?shù)闹笇哉Z言的引領(lǐng)，才能啟發(fā)學生思考演示實驗中教師的每一個表情、動作、操作、步驟的用意，讓學生去發(fā)現(xiàn)演示實驗要揭示的問題，在演示實驗的教學中獲得知識、領(lǐng)悟方法。演示實驗中的引導性用語一般是針對實驗內(nèi)容和實驗要得到的結(jié)論設(shè)計的、富有啟發(fā)性、引導性的問題或陳述語，演示實驗教學的指導用語應該圍繞演示實驗解決的問題設(shè)計，要有針對性，富有啟發(fā)引導作用。
在進行初中化學催化劑的教學時，二氧化錳催化過氧化氫分解的演示實驗，可以設(shè)計下面的引導性語言、問題：
(1)仔細觀察或輕輕搖動盛有過氧化氫的試管觀察，你看到什么現(xiàn)象?該現(xiàn)象說明了什么問題?
(2) 將過氧化氫滴入錐形瓶后有什么現(xiàn)象出現(xiàn)?能試著猜想產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能的原因嗎?
(3)過氧化氫反復多次滴入錐形瓶時，你又有什么發(fā)現(xiàn)?對此發(fā)現(xiàn)的認識是什么?
(4)通過上面的實驗，能看出二氧化錳在過氧化氫分解中的作用嗎?
高中化學催化劑的教學時，二氧化錳催化過氧化氫分解的演示實驗，可以設(shè)計下面的引導性問題：
(1)請認真觀察實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對它們加以描述。
(2)在初中催化劑學習的基礎(chǔ)上，對此現(xiàn)象你有怎樣的感悟。
(3)FeCl3溶液中多次滴加過氧化氫的現(xiàn)象是什么，這種現(xiàn)象說明了什么。
(4)通過這些實驗，你對催化劑加快化學反應的速率有什么見解嗎?
教師演示實驗操作和現(xiàn)象配合教學過程中這些引導性的語言、問題，讓學生在觀察思考和分析歸納中獲得了對催化劑較為全面的認識。
指導用語的運用要適時，有的語言和問題應在演示實驗前給出，指導學生對實驗的觀察和思考，有的要在實驗中提出，這樣更能引起學生對問題的注意，有的要在實驗后拋出，讓學生對實驗全面深入分析，防止實驗結(jié)束學生思維即停止的情況。
演示實驗富有豐富的教學內(nèi)涵，需要我們思考的問題有很多。我們只有對教學材料深入研究，才能讓演示實驗發(fā)揮它應有的教學功能。
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