實驗設計題講評課的設計與反思

文章編號：1005-6629(2010)04-0039-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學是一門實驗科學，實驗教學是中學化學教學的重要組成部分，對化學實驗的考查也是新課程考查的重要內容。縱觀近幾年高中化學課改區的高考化學試題，無論是試題考查內容還是試題編排順序等各方面都非常類似。2007年廣東化學高考試卷第23題(11分)、2008年廣東化學高考試卷第2l題(12分)及2009年廣東化學高考試卷第21題(12分)，均是化學實驗設計題。通過提出假設、設計實驗方案，敘述實驗操作，預期實驗現象和結論等，考查學生的化學實驗探究能力、對元素化合物等基礎知識掌握程度、知識遷移能力及文字表達能力。這類試題強化了對化學學科能力的考查，也反映了新課改“重視基礎，凸現能力”的命題原則。

這類試題的答案多樣，這不僅要求學生掌握相關知識，而且還需要有較強的發散性思維能力。學生要綜合運用已學的相關基礎知識，從不同層次、不同角度進行思考，創造性地解決問題才能得出正確的答案。教學中筆者發現學生剛接觸到此類題目時，得分率較低。主要原因有：①思路混亂，文字敘述長篇大論，但沒有答出核心內容；②在檢驗一種物質時沒有除去其他物質可能存在的干擾：③知識性錯誤；④對儀器、藥品及實驗目的的審題不清等。2009年廣州市一模考結果顯示，筆者所教班級的大部分學生在第20題實驗設計題上的失分嚴重。鑒于此類題對培養學生能力所發揮的重要性和作用，筆者認為，通過專題教學幫助學生掌握此類試題的解題思路、規范作答顯得非常重要。于是在一模考后，筆者選取了2009年廣州市一模考的第20題進行了實驗設計類題的專題講評。現將講評課的教學設計綜述如下。

第20題(12分)已知某酸性土壤浸取液中除Fe³⁺外，還含有一定量Mg²⁺和Al³⁺。請設計合理實驗檢驗該浸取液中的Mg²⁺、Al³⁺。

限選實驗用品與試劑：燒杯、試管、玻璃棒、滴管、玻璃片、pH試紙；浸取液、20％KSCN、0.1mol·L^-1NaOH、6 mol·L^-1 NaOH、0.1 mol·L^-1 HCl、蒸餾水。

必要時可參考：

根據你設計的實驗方案，敘述實驗操作、預期現象和結論。(測定溶液pH的具體操作可不寫)實驗操作

1、教學思路及意圖

在教學中，采用引導學生畫流程圖探索并分析解題思路的方法，通過對“讀題——審題——知識檢索——畫流程圖，分析過程——規范表達”等解題思維過程的逐步分析，幫助學生掌握通過畫流程圖的方法解決實驗設計題的策略及技巧，提高學生學習能力及對已學知識的遷移能力，培養學生發散性思維能力、創新品質及科學素養，且在教學的各個環節注重學生主動參與，調動學生學習的積極性。

2、教學過程

[導入]化學實驗設計題年年考，分值大，一模考結果顯示我們班在該題的失分嚴重。本節課以一模第20題為例，通過學習掌握實驗設計題的解題思路及技巧。

[師]拿到題目的第一件事就是“讀題”，請同學們快速將題通讀一遍。

[問]請審題：明確要干什么?

[學生]設計實驗在Fe³⁺干擾的情況下，檢驗Mg²⁺和Al³⁺的存在。

[追問]如何設計呢?

[提示]檢索相關知識：

①題干中有的知識

②頭腦中已有的相關基礎知識

③題目中提供的限選儀器和藥品

[學生]①題干中Mg(OH)₂及Fe(OH)₃開始及完全沉淀的pH

②Fe³⁺、Mg²⁺和Al³⁺的化學性質

③題目中提供的限選儀器和藥品(沒有漏斗，不能用過濾法分離溶液和沉淀；提供的NaOH溶液有兩種O.1 mol·L^-1和6 mol·L^-1等……)

[問]根據所檢索的知識分析：如何設計實驗呢?

[學生]思考。

[提示]在已學的知識中，可根據哪些特征反應來鑒別Fe³⁺、Mg²⁺和Al³⁺?

[學生一]往浸取液中逐滴滴人過量的NaOH溶液，如看到先有白色沉淀生成，后部分白色沉淀溶解，即可證明原浸取液中既有Mg²⁺又有Al³⁺。

[提示]根據顏色這一特征來推測物質時，一定要先排除其他可能存在的有顏色物質的干擾。

[學生二]應先排除Fe³⁺的干擾，先用NaOH溶液調節溶液pH，使Fe(OH)₃完全沉淀而Mg(OH)₂未開始沉淀，過濾，再往濾液中逐滴加入NaOH溶液，如看到先生成白色沉淀后白色沉淀完全溶解，則說明原浸取液中既有Mg²⁺又有Al³⁺。

[提示]往濾液中逐滴加入NaOH溶液后，是否還能想到其他方法來檢驗溶液中有Mg²⁺和Al³⁺的存在。

[學生三]往濾液中逐滴加入NaOH溶液后，將生成的沉淀Mg(OH)：過濾，再取濾液(含AlO₂)，逐滴加入HCl溶液，如先出現白色沉淀，后白色沉淀又逐漸溶解，則說明原浸取液中既有Mg²⁺又有Al⁺。

[提示]因題目未給出Al³⁺沉淀的pH的信息，故在Fe(OH)₃沉淀的過程中，Al³⁺也可能已變成了Al(OH)₃沉淀，所以，過濾Fe(OH)₃，沉淀后只能檢驗Mg²⁺的存在，Al³⁺的存在則無法確定。

[學生四]需另取原浸取液進行實驗，加過量的NaOH溶液，過濾出沉淀MR(OH)₂和Fe(OH)₃取濾液再逐滴加入HCI溶液，如先出現白色沉淀，后白色沉淀又逐漸溶解，則說明原浸取液中有Al³⁺。

[教師]同學們考慮得非常細致，在解決這類問題時，細節的考慮往往非常重要。通過同學們的思考、修改和不斷完善，最終的設計方案已被確定。為幫助大家以后能快速、準確、清晰的解決實驗設計這種開放性的試題，給大家介紹“畫流程圖”的方法。這種方法簡單易學、清晰明了，可以幫助大家理清思路、完善思維過程以及進行清晰、準確的分層表述。

[引導]針對學生四的分析過程畫流程圖(圖1)：

[問]如何根據所畫的流程圖快速、準確、清晰地進行規范、科學地表述呢?

[提示1]注意的問題：按照流程圖，將過程分為幾步?每一步如何準確捕述?每一步用到哪些儀器?每一步用到哪些試劑?所用試劑的用量及濃度為多少?

[學生]討論，陳述。

[提示2]①如各步用到了相同的儀器，為表述的方便，可將儀器依次標為儀器A、儀器B、儀器C等。

②每一步的表述可采用物質檢驗時使用的基本表述模版，

“用…(儀器)取…(用量)…(濃度)…(試劑)于…(儀器)中，加…(濃度)…(試劑)…至…(程度)，如看到…(現象)，則說明…(結論)”。

[學生]學生思考并討論。

[師生總結]經過對流程圖的分析，本實驗的設計共分4步，并至少用到4支試管，為表述的方便，可在流程圖上作必要的標識，見流程圖斜體字體所示，步驟分別標為①、②、③、④，試管分別標為A、B、C、D。

[學生五]就流程圖中的第一步，進行陳述：步驟1，取少量浸取液于試管A中，滴加0.1 mol·L^-1NaOH溶液，用pH試紙檢測溶液直至pH在4-9。現象：有紅褐色沉淀產生。結論：說明浸取液中含Fe³⁺。

[提示]表述過程中一定要注意其他細節，如加完溶液，應“充分振蕩”；應說明在滴加過程中用pH試紙檢測溶液的pH；反應后應先“靜置”，再觀察現象。

[學生六]重新陳述流程圖中的第一步：步驟1，取少量浸取液于試管A中，逐滴滴加0.1 mol·L^-1NaOH溶液，充分振蕩，邊滴加邊用pH試紙檢測溶液直至pH在4-9，靜置。現象：有紅褐色沉淀產生。結論：說明浸取液中含Fe³⁺。

[學生七]步驟2：用滴管將試管A中上層清液轉移至試管B，向試管B中滴加過量6 mol·L^-1NaOH溶液，充分振蕩，靜置。現象：有白色沉淀產生。結論：說明浸取液中含Mg²⁺。

[學生齊聲回答]步驟3：另取少量浸取液于試管C中，滴加過量6 mol·L^-1NaOH溶液，充分振蕩，靜置。現象：有沉淀產生。

[學生齊聲回答]步驟4：用滴管將試管C中上層清液轉移至試管D，向試管D中逐滴滴加0.1 mol·L^-1HCl至足量，邊滴邊振蕩。現象：有白色沉淀產生然后沉淀又溶解。結論：說明浸取液中含Al³⁺。

[師]注意這種題的得分點：步驟(細節)，現象，結論。

[師]通過本節課對市一模第20題化學實驗題解題過程的分析，請大家認真回顧與總結本節課所學到的解題技巧與思路。

[學生]思考與回顧。

[學生八]解題思路：讀題一審題(明確要干什么?)一知識檢索(已學相關知識；題干已知信息；限選儀器和藥品)一畫流程圖，分析過程(關鍵)一理清步驟，規范表達，注意細節。

[鞏同練習]要求應用本節所學解題策略與技巧，完成2007年廣東化學高考試卷第23題和2008年廣東化學高考試卷第2l題，要求先分析畫出流程圖，然后規范作答。

3、教學反思

為促進后續教學質量的提高，并能通過本節課的設計與實施，真正促進自身專業發展的和教學素養的提高，對本節課的設計和實施的教學反思如下：

(1)本節課的教學都是根據學生已有基礎知識(Fe³⁺、Mg²⁺和Al³⁺的化學性質等)和基本技能(基本儀器的使用和過濾等基本實驗操作方法)等進行設計的。布盧姆的“掌握學習理論”認為，教學如果在學生具備相應認知準備狀態(必須具備的知識與技能)下進行，就有可能使90％以上的學生達到掌握水平。奧蘇貝爾的認知同化學習理論認為“影響學習最重要的因素是學生已知的內容，教學應據此進行”。本節課正是利用了學生已掌握的知識與技能進行了相關設計，從而有效地幫助了他們完成了對實驗設計這一新知識與技能的同化和順應。

(2)整個教學過程的設計體現了新課程改革“以教師為主導，學生為主體”的教學理念。因為本節教學是在學生都已具備的知識與技能基礎上進行的，教學過程是由學生通過討論、思考、發言等活動完成的，教師只是進行了適時、有效地引導和點撥，及對教學過程中學生的學習情況進行適當的評價和鼓勵。學生作為主要的實驗方案的探索者和設計者，在從不同層次、不同角度進行思考并設計實驗方案等教學過程中，不但鞏固了已學的基礎知識和基本技能、培養了對已掌握知識與技能的遷移能力，同時訓練了發散性思維、培養了創造性地解決問題的能力，也并使自主學習的習慣得到了加強。因為每個學生自身的參與，使得他們每個人享受到了成功的樂趣，提高了學習的興趣和積極性，從而保證了整堂課的教學質量。

(3)在后續的教學中，筆者從學生那了解到，以往他們拿到這種開放性的題目時會茫然不知如何下筆，答題沒有層次與方向，也不知如何規范準確地表達。但經過本節實驗設計課的教學后，大部分學生已從“害怕”變成了“喜歡”做實驗設計題，他們認為實驗設計題具有挑戰性，可以利用已學的知識從多個角度進行合理的思考，再用老師所教“畫流程圖”的解題方法和表達技巧，就可以在做題的過程中體驗到成功的喜悅感。事實證明本節教學設計是有效的。在后續對實驗設計題的訓練中。以及在廣州市二模和三模考試中，筆者所教班級的得分率都大大提高，并都明顯超過了本校其他班(未進行實驗設計專題的教學)，且本班學生在2009年高考后反映，他們對化學實驗設計題第21題的得分率也普遍較高。

(4)因為時間的限制，課堂上未安排時間進行及時反饋和鞏固練習，練習只有留到課后完成。在以后的教學中，可否考慮適當壓縮教學時間，進行反饋和鞏固練習，如何及時鞏固教學效果還有待進一步探索。

(5)鑒于化學講評課的主要目的是幫助學生復習、整合其已有的知識，并提高其運用這些知識解決問題的能力，本文所述的教學思路及方法對其他講評課的設計也應具有一定的借鑒意義。