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化学竞赛学生实验能力培养策略的研究


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化   学   教   育               2 1 年第 1 期 03

化学   奥林匹克

化学竞赛学生实验能力培养策略的研究
龚胜强
( 江苏省常熟中学  2 5 0 ) 150

摘要   分析了近年来全国高 中 学 生 化 学 竞 赛 ( 赛)

和 国 际 化 学 奥 林 匹 克 竞 赛 实 验 试 题, 从 决 化学实验能力的表现和高中化学 竞 赛 实 验 培 训 的 实 践 出 发, 并 结 合 认 知 规 律, 探 讨 了 培 养 化 学 竞 赛学生实验能力的策略。 关键词   化学竞赛   试题分析   实验能力   培养策略    化学实验在各级化学竞赛中占据着举足轻重的 决赛) 和国际化 地位,在全国高中学生化学竞赛 ( 学奥林 匹 克 竞 赛 中 化 学 实 验 部 分 占 总 分 的 4 。 0% 它要求各参赛学生在一定时间内,运用扎实的化学 学科知识和娴熟的化学实验技能,结合一定的实验 策略,运用观察、操作和思维 3 种相互影响和交叉 的心理活动,去解决某个特定的化学实验问题。近 年来的国际化学竞赛中,我国参赛选手取得了令人 瞩目的好成绩,但长期以来我国选手理论成绩名列
时间 国内实验试题 时间
1 前茅,实验成绩却不理想的问题仍比较突出 [ ]。 因

此,如何提高学生实验能力,把实验的教学水平提 高到一个较高的层次,是我们实验教学研究的一个 重要内容。

1  近年来化学竞赛实验试题分析
在表 1 中,我们将 2 0 年至 2 1 年全国高中 08 02 决 学生化学 竞 赛 ( 赛) 实 验 试 题 和 同 时 期 的 第 4 0 届至 4 届国际化学 奥 林 匹 克 竞 赛 实 验 试 题 作 了 对 4 比。
国际实验试题 ① α -五乙酰基吡喃葡萄糖合成 -D

表 1  近 5 年国际和国内化学奥林匹克竞赛实验试题对比

20 年 08

利用废聚酯饮料瓶回收对苯二甲酸

4 届 0

I ② 六氰合铁 I 酸钾的合成和分析 ③ 定性鉴定位置溶液 ① 环境友好的羟醛缩合

20 年 09

由废聚乳酸餐盒制备乳酸钙

4 届 1

② 铜 ( ) 络合物的分析 Ⅱ ③ 表面活性剂的临界胶束浓度 ① 汉斯酯和尿素过氧化氢的反应

21 年 00

顺- -环己烯- ,-二羧酸的制备和纯度分析 4 12

4 届 2

e Ⅱ e Ⅲ ② 目视比色法测定 F ( ) 和 F ( ) ③ 聚合物分析 ① 混合氯化物分析

21 年 01

对甲基苯氧乙酸的微波合成和纯度分析

4 届 3

② 由氨硼烷制备氨气 ③ 合成纯化和分离非镜像异构体的混合物

21 年 02

2 羟基- ,-二苯基乙酸的合成与纯度分析 22 -

4 届 4

① 目视比色法测定碘代反应和丙酮的同位素效应 f ② 锰和手性配体的反应及测定 R 值

   从对比中我们可以看出近年来的化学竞赛实验 试题都充分体现了 化 学 实 验 竞 赛 大 纲 的 基 本 要 求, 也表现出一定的规律。化学竞赛的实验较多为理论 应用型实验,即在已知的原理指导下进行相应的实 验,这样有利于中 学 生 充 分 掌 握 相 应 的 科 学 知 识, 也可以避免实验意外 的 发 生。 《 国 高 中 学 生 化 学 全 竞赛 ( 决赛 ) 基 本 要 求 》 规 定 的 实 验 能 力 主 要 包 括:按步骤进行实验的能力;正确的实验基本操作 能力;实验设计的能力;观察、测量、分析和判断

能力;选择仪器、试剂、技术和条件的能力;处理 数据、表达结果及对结果分析的能力等等,旨在考 查学生基本实验技能、科学思维方法和综合研究能 — 力。如 2 0 年的 实 验 题— — “ 用 废 聚 酯 饮 料 瓶 利 08 ,是一个综合性实验,涵盖合成、 回收对苯二甲酸” 分析等手段,涉及机械搅拌,减压蒸馏等有机实验 中稍复杂的操作以及分析实验中常见的酸碱滴定操 作,既考察 了 学 生 的 基 本 实 验 技 能 和 综 合 实 验 能 变废为宝” 的结果增强了学 力,又通过实验本身 “

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生的环保意识,使其深刻了解了化学与人们生活的 密切关系, 具 体 认 识 到 化 学 “ 所 不 在, 无 处 不 无 ,激发了学生投身于化学事业的热情和积极性。 用”

,“ a 管及滴定管的基本操作” N OH 及 KM O 标准 n 4 ,“ 溶液的标定” 铵盐中氮含量及 H2O 溶液浓度测 2 ,其目标主要是激发实验兴趣,训练基本操作、 定” 基本实验规范,形成良好的实验习惯和素养,使学 生从敢做实验到想做实验,到爱做实验。高二阶段 开设的实验主要有:酸碱中和滴定、氧化还原滴定 等常见容量分析的实验;有机化学的定性实验;典 型无机物和有机物的合成和分析实验等,其目标是 进一步加 强 实 验 规 范 的 训 练 和 综 合 实 验 能 力 的 培 养,使学生从爱做实 验 到 会 做 实 验, 到 做 好 实 验。 可供 选 择 的 具 体 实 验 有 : “ u O 和 KNO 的 制   CS 4 3 , “ 矾 的 制 备” “ 青 铜 中 锌 含 量 的 测 定” , 锡 , 备” 明 “ , 硫 水泥中钙镁含量的测定” “ 酸 亚 铁 铵 的 制 备 及 , C NH 2 其组成分析” “ O( 2 )· H2O 的 合 成 及 组 成 2 , 阿 , 正 , 分析” “ 斯 匹 林 的 合 成” “ 溴 丁 烷 的 制 备” , 二 “ 乙酸乙酯的制备” “ 苯 乙 二 酮 的 合 成” 等。 高 三阶段对于 将 进 省 队 的 学 生, 开 放 实 验 室, 对 滴 定、称量等重要基本操作进行限时训练;选择历届 冬令营实验试题进行模拟训练和考试,并对照实验 评分标准找出问题所在,结合竞赛实验培训,调整 心态,统筹安排好各个实验细节等。总之,学生实 验能力的培养,特别要注意循序渐进,要注重从基 本操作和基本技能的训练入手,逐步形成独立驾驭 实验过程的能力,培养严谨的科学态度,良好的科
3 学素养以及分析问题、解决问题的能力 [ ]。可供 选

2  学生化学实验能力的培养策略
2 1  激发实验兴趣,培养坚强的意志品质 . 化学实验除了与学生的化学知识结构、智能品 质等智力因素有 密 切 关 系 外, 实 验 者 的 实 验 目 的、 兴趣、意志等非智力因素也会影响实验的进度和结 果。实验者没有吃苦耐劳、持之以恒、精益求精的 精神品质,很难达到 奥 赛 实 验 大 纲 的 要 求。 因 此, 培养学生的实验能力,首先必须培养他们养成端正 的实验目的、浓厚的实验热情、坚韧不拔的意志品
2 质等非智力因素 [ ]。具体可 以 采 取 以 下 方 法: ( ) 1

定期组织高低年级的学生座谈,让他们交流在化学 学习过程中对化学实验的认识,包括化学实验与化 学学习的关系、化学实验中的得失、化学实验能力 的高低、对化学学习和竞赛的影响等。( ) 改革实 2 验教学,变单 纯 的 验 证 实 验 为 探 究 实 验。 例 如 将 “ 苯酚呈酸性” 的 验 证 实 验 改 成 “ 何 证 明 苯 酚 有 如 酸性和它的酸性有多弱” 的探索性实验。为了培养 学生的自学能力和归纳能力,要求学生在学习过程 中记读书笔记,每章学完后归纳总结全章要点,引 导学生对实验成绩和失败进行正确归因。( ) 定期 3 邀请大学化学专家,来学校作有关当今世界化学科 学前沿领域、发展动态的报告,激发学生对化学实 验的热情。 ( ) 开 拓 第 二 课 堂, 举 办 化 学 魔 术 表 4 演、开设校本课程,如生活中的化学、化学趣味实 验等等,每年举办化学科技夏令营,组织参观工厂 企业,撰写科技小论文等等。 2 2  实验培训内容系列化和培养目标层次化 . , 首先 要 制 定 详 细 的 实 验 培 训 计 划 ( 表 2) 见 高一阶段开设的实验主要有:趣味实验和选自选修 教材和大学教材的定性无机实验、研究性实验小课 题、常见容量分析仪器的使用和基本操作。可供选 ,“ 择的具体实验有: “   粗食盐提纯” 容量瓶、移液
时间 1、趣味实验和家庭实验 高一阶段 2、定性无机实验 3、研究性实验小课题 4、常见容量分析仪器的使用和基本操作 1、酸碱中和滴定、氧化还原滴定等常见容量分析的实验; 高二阶段 2、有机化学的定性实验; 3、典型无机物和有机物的合成和分析实验 实验内容

择的具体实验 有: 历 届 的 冬 令 营 真 题 如 2 0 年 的 05 “ ·7 2O” 2 1 年 的 “ - , 00 从盐泥中提 取 M S 4 顺 H gO 环己烯- ,- 二羧酸的制备及纯度分析” 等;常见 4 12 - 的综合实 验 比 如 “ 甘 氨 酸 合 铜 的 合 成 及 组 成 分 二 ,“ , 析” 三草酸合铁 ( ) 酸钾的合成及组成分析” Ⅲ “ , 肉 橙黄盐的合成及组成分 析” “ 桂 酸 的 合 成 及 纯 涉 度分析” 等;稍复杂的 有 机 实 验 ( 及 减 压 蒸 馏、 , 水蒸汽蒸馏、机械 搅 拌、 无 水 操 作 等 ) 比 如 “ 对 , 2 , 甲苯乙酮的 合 成” “- 硝 基- ,- 苯 二 酚 的 合 成 ” 13 “ 对叔丁基苯酚的合成” 等。

表 2  实验培训内容 培养目标 其目标 主 要 是 激 发 实 验 兴 趣 , 训 练 基 本操 作、 基 本 实 验 规 范, 形 成 良 好 的 实验习 惯 和 素 养, 使 学 生 从 敢 做 实 验 到想做实验,到爱做实验。 进一步加 强 实 验 规 范 的 训 练 和 综 合 实 验能力 的 培 养, 使 学 生 从 爱 做 实 验 到 会做实验,到做好实验。 每次实 验 时 间 控 制 在 2~4 节课之间 每次实 验 时 间 一 般 控 制在 1~2 节课之间 实验时间

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时间 实验内容

化   学   教   育               2 1 年第 1 期 03
培养目标 实验时间

1、开放实验室,对滴定、称量等重要基 本 操 作 进 行 限 时 操 作训练 高三阶段 2、到实验条件更好 的 高 校 实 验 室, 选 择 历 届 冬 令 营 实 验 试 题进行模拟训练和考试,并对照实验评分标准找出问题所在 3、调整心态,统筹安排好各个实验细节等 具备优秀且丰富的化学实验知识结构, 具备熟练的化学实验技能 每次实 验 时 间 一 般 控 制在连续 5 个 课 时 之 内

2 3  重视实验操作能力培养,形成良好实验技能 . 实验操作能力包含实验操作性知识和实验操作 性技能 2 种因素,其中,实验操作性技能是一种在 头脑中有着特定表征形式以及形成过程的特殊程序 性知识,同时,它也是实验操作性知识转化为实验

操作能力的中介环节,因此培养实验操作能力应从 实验技能培养出发。实验训练策略为:训练目标阶
4 段化、训练过程模式化、训练内容系统化 [ ]。如表

3 所示。

表 3  实验操作技能训练安排 训练目标 训练过程 训练内容 熟悉常见实验仪器的使用规范、主要功能、量度范围 1. 技能的学习 教师教学示 范 → 学 生 自 我 感 知 与 练 习 → 实 验考核 → 小组评议 操作常见容量分析仪器的技能 2. 合成常见无机、有机化合物的基本操作技能 3. 分析化学实验数据、书写实验报告的技能 4. 掌握实验安全常识及突发事件的处置措施 5. 准确、熟练掌握各种常见实验操作的技能 1. 技能的整合 教师提出条 件 充 足 的 实 验 问 题 → 学 生 设 计 实验 → 学生合作实验 → 小组总结与讨论 准确表征化学实验问题,灵活设计与科学评价化实验方案的技能 2. 熟练理解并掌握几种基本实验方法 ( 包括容量分析方法,无机、有机 3. 合成方法) 教师提出信 息 不 够 充 分 的 实 验 问 题 → 学 生 技能的内化 独立设计实 验 → 小 组 讨 论 → 学 生 修 正 实 验 方案 → 独立实验 → 学生归纳总结 熟练综合信息并表征化学实验问题的技能 1. 独立规划、统筹、评价、反思与调整实验方案的技能 2. 能够理性对待实验结果,加深对科学概念的理解,提高化学实验能力 3.

   过程再复杂的实验都是多个实验操作的连续整 合,在牢固掌握分立的实验操作技能的基础上应能 够在书面上总结出一类实验大致的操作顺序并在具 体的实验中规范、有条不紊而又保持一定熟练度地 逐步展开,从而顺利完成实验。比如有机实验中液 体产物的制备,一般 都 包 括 投 料 反 应、 粗 品 蒸 馏、 分液洗涤、产物干燥、产物蒸馏这几步操作,可能 最后还会测折光率。反应阶段一般是加热回流,要 注意温度、时间、搅拌和回流速度等的控制。有机 反应时间都比较长,如果反应比较平稳,不需一直 调整加热功率、搅拌速度等参数,可以利用空闲准 备之后的操作,比如量好分液时洗涤用的溶液。反 应结束后改为蒸馏装置,蒸出粗品。蒸完后如果没 有第二套干燥的蒸馏仪器应立即拆卸蒸馏装置,洗 净仪器后放入烘箱。之后将粗品倒入大小合适的分 液漏斗,根 据 要 得 到 的 目 标 产 物 用 合 适 的 溶 液 洗 涤,最后一次分液务必分尽水相。将有机层倒入干 燥的锥形瓶后加入相应的干燥剂,要注意干燥剂量

的控制,一般要 静 止 2 mn 以 上 以 使 干 燥 剂 吸 水 0 i 达到平衡,这段时间应搭好蒸馏装置,此时仪器肯 定已经烘干。搭好装置且干燥时间足够之后一般通 过塞有脱脂棉的漏 斗 将 液 体 滤 入 烧 瓶 中 进 行 蒸 馏, 收集既定范围内的馏分。这样的安排可以说是通用 的较优化方案,需要学生自己总结并在具体实验中 灵活实施。 总之,只要我 们 尊 重 规 律, 一 切 从 实 际 出 发, 开展有益于学生健 康 成 长 及 个 性 特 长 发 展 的 活 动, 切实将上述各实验培训策略落到实处,学生的思维 品质、实验能力就一定会有大的提升。
参 考 文 献
[ ]   段连运 . 化学教育,2 0 ,2 (0 :6 1 0 8 9 1 ) 3-6 7 [ ]   吴 庆 麟 . 认 知 教 学 心 理 学 . 上 海: 上 海 科 学 技 术 出 版 社, 2 20 00 [ ]   曾羽 . 四川省高中化学竞赛培训模式初探 . 成都:四川师范 3 大学硕士学位论文, 0 6 20 [ ]   龚德昌 . 化学教育,2 0 ,2 ( ) 5 4 0 4 5 5 : 9-6 2


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