中学化学教材中培养学生实验设计能力的案例分析(2)

　　二、控制实验条件
　　"实验，实际上是条件控制下的观察"，"所有的实验，都是在条件控制下进行的。"[3]探寻、控制实验的最佳条件，可以说是化学实验的灵魂、成败的关键。不仅对学生的学习，而且对教师的实验研究、乃至化学学科的发展，都具有十分重要的意义。因此，教材有意识地安排了学生控制实验条件的探究活动，发展控制实验条件的能力[4]。
　　《化学1》第6页"整理与归纳"栏目要求学生说出一种金属与另一种金属盐溶液发生置换反应的条件，以及复分解反应的条件。这样，教材直接提出实验条件的重要性，使学生初步形成重视实验条件的意识，在以后的学习中自觉地加强对实验条件的关注和区分。
　　"化学史话"栏目介绍化学家通过控制实验条件，探究化学物质及其变化的规律，获得化学科学发现的历史。从感性上激励学生自己发现改进实验条件，获得更好的实验现象与结果。
　　"活动与探究"栏目通过具体实验条件控制的探究活动，培养学生改进实验条件的思维过程和科学方法。如《化学2》专题2第30页，"活动与探究"栏目，通过改变过氧化氢溶液的量以及所用催化剂，让学生观察氢气生成的速度，使学生认识到实验条件的重要性，初步掌握控制实验条件的科学方法。
　　教材完全按照学生认知特点，从初步了解实验条件，到理解实验条件的重要性，再到探究实验条件，使学生逐步掌握实验条件的控制，领悟控制实验条件的科学思维。
　　三、分析或处理实验数据
　　化学实验处理的方法包括：化学用语法、表格法、线图法[5]。
　　教材中所有实验都采用表格法进行实验处理，采用表格法的优点是直观、全面、易懂。另外，有些实验还采用了线图法。
　　在教材《化学2》专题2第32页"交流与讨论"栏目，给出合成氨反应中正逆反应速率随时间按变化曲线，引导学生通过线图法处理实验数据。该方法可以有效避免繁杂的计算，曲线往往包含丰富的信息，学生只要认真分析，就可以体会到线图法的优点，从而引导学生在设计实验过程中，开发利用线图法处理数据，优化方案。另外，教材引导学生针对不同的实验选择更有效的实验处理方法。
　　四、绘制和识别典型的实验仪器装置图
　　本教材重视培养学生改进实验装置的能力，一套好的实验装置对于实验的成败、药品利用率、结果处理等关系密切。新课标提出实验装置应该简约化、安全化、绿色化、生活化。本教材设计充分围绕这一主题展开，并且对装置的安排体现梯度性。
　　《化学1》专题4第2单元中"硝酸的性质"，"观察与思考"栏目中铜片分别与浓、稀硝酸在相同装置中反应，并给出具体的实验装置。学生初步掌握该实验的原理，最重要的是掌握本套装置的构成特点以及优缺点。教材在本单元"练习与实践"栏目中又安排了铜与稀硝酸反应装置改进与选择的习题。
　　以下为本习题的具体内容。
　　3.甲同学采用如下页图2中的图Ⅰ所示装置验证铜与稀硝酸的反应，并用排水法收集NO气体。
　　①反应过程中的实验现象是。
　　②乙同学认为虽然收集的气体是一氧化氮，但并不能说明反应中一定生成一氧化氮。你认为他的理由是。
　　③丙同学采用如图Ⅱ所示装置进行实验，证明了铜与稀硝酸反应生成一氧化氮。该同学的步骤如下表所示，请回答实验中的有关问题。
　　④从环境保护的角度看，丙同学的实验存在什么缺陷？你认为应如何改进？
　　上述两图均为铜片与稀硝酸反应的装置。图1为"观察与思考"栏目铜片与稀硝酸反应的装置，图2为"练习与实践"栏目中所给铜片与稀硝酸反应的两套装置。
　　习题中的问题设置不仅使学生加强对基础知识的掌握，而且有利于培养学生改进装置的方法。学生在做题过程中，对比会发现各套装置的优缺点及侧重验证的性质。从而为以后改进实验装置提供参考，掌握改进思想的关键，具体问题具体分析。
　　问题①的设置，巧妙地加强习题与前文的联系，装置Ⅰ与"观察与思考"栏目铜片与稀硝酸反应的装置有很大的相似度，引导学生对比发现装置的优缺点，同时使基础知识顺利地迁移到本题中来，初步渗透装置改进的内容和特点。
　　问题②从表面上看仅仅是考察一氧化氮的氧化性，其实质在于引导学生发现改进实验装置的必要性和出发点。本实验中，要证明反应生成气体是一氧化氮就必须使反应装置隔绝空气，从而引导学生选择改进实验装置的侧重点。
　　问题③通过及时解决问题②所提到的疑问，学生在情感上获得改进装置的奇妙感，从而激发学生在以后的学习中运用实验装置的改进解决实际问题。另外，装置Ⅱ在之前的学习中，学生从未或很少接触到，这也为学生以后改进装置提供依据，渗透装置选择和改进的思维，掌握一些实验装置改进的关键点。
　　本习题最后问题④要求学生自己从环保的角度改进一套装置，真正做到学以致用，同时体现实验装置的简易化、绿色化原则。
　　总之，教材安排突出装置改进的思维训练，不仅使学生认识到装置改进的必要性和关键点，而且更注重学生发挥自己的聪明才智，创造性地自己动手改进装置。在此过程中，学生不断体会装置选择和改进的方法，发展创造性思维，解决实际问题。