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本文將具體分析高中化學實驗出現的問題及其優化策略.
一、優化實驗設備和環境
1.有效利用實驗資源
現在很多的高中學校并沒有很完善的化學實驗設備和環境,要想提高化學實驗教學的效果,推動實驗課的快速優化,就必須要合理開發利用可利用的實驗課程資源,包括校內和校外的可用資源.首先,校方要加大在化學實驗設備方面的投資力度,優化整合各類相關的實驗教學設施,置辦實驗要用到的儀器設備.學校還要注重經常開辦化學實驗活動,可以以實驗能力競賽等活動形式提高學生對化學實驗的興趣和能力.化學教師要學會拓展延伸教材中的內容,使得學生深化對化學知識的理解,明白實驗原理,便于在做實驗時有理可循.理論教師要與實驗室管理者經常合作,根據教材對實驗的要求,布置好實驗室的設備,并使得實驗管理規范.要緊密結合當地的實際情況,因地制宜地開發和利用有地方特色的實驗課程資源,使學生在現實生活的背景下學習化學,加強與現實世界的聯系.
2.注重實際操作
現代化教學里多媒體的使用使得教學更加方便,但正由于它的使用,校方和教師就忽略了學生親自操作實驗的重要性.如果有化學實驗具備條件可以真實進行,就一定要真實地去實驗而不是用輔助作用較大的多媒體代替.教師要盡量允許學生加入實驗前的實驗室準備工作,使得他們更明確實驗道理.
二、優化理論教學
1.理論上強化實驗儀器的使用和實驗的基本操作
當前在高中化學實驗教學中普遍存在的一個問題是學生對基本實驗儀器的使用以及實驗的基本操作不夠了解,以至于常導致實驗失敗.
例如,高中化學里有一個實驗,是要學生利用氨氣完成噴泉實驗,觀察實驗現象.而在實驗完成后,只有少部分的實驗者觀察到了實驗前的預期效果,看到了噴泉現象.經事后分析,實驗失敗的原因無非有幾種:事先沒有檢查實驗裝置的氣密性,實驗進行時沒有將集氣瓶里收集滿氨氣體,或者是進行實驗前沒有將燒瓶充分干燥.這些都是由于實驗的不規范操作引起的,由此例子可見,教師要對學生的規范實驗操作教育足以重視,在理論課上細致講解實驗儀器的正確使用以及實驗的基本操作.
2.引導學生整理化學實驗知識網絡
教師要引導學生用綜合性思維對化學實驗知識進行歸納整理.
例如,高中化學中有一個物質的分離和提純的實驗,即利用物質的物理或化學性質將混合物質變成純凈物質.其方法包括過濾、蒸發結晶、萃取、升華、滲析、分液等.為了使學生明確某種混合物應該用哪種方法進行提純,教師就需要引導學生自主構建一個實驗框架.當氯化鈉溶液里混有碳酸鋇時,是屬于固液不溶的混合物,這時只需采用過濾就好了.當分離蒸餾水與苯時,屬于兩種互不相溶的液體混合物,這時需要采取分液的方法進行分離.當分離碘化鉀和碘時,采用的實驗原理是固態混合物中的某成分受熱時會容易升華,這時就需要采用升華法來進行分離.因此,學生對實驗的原理進行整理是非常有必要的,它可以提高對相關實驗的駕馭能力.
三、優化實驗選材
為了優化高中化學實驗,使其具有更大的可操作性,在實驗時要用普通的實驗藥品和簡易的實驗儀器,這樣也可以方便學生在非實驗室的環境下進行自主實驗.在保證實驗安全性的前提下,積極選用課本中常見的物質,簡化步驟,用最少的實驗儀器達到最佳的實驗效果,不僅能培養學生的創新意識和探究能力,還可以培養學生的環保意識.
關鍵詞:初高中教學銜接 銜接與盲點 學習方法 學生心理
中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:A 文章編號:1003-9082(2015)11-0254-01
俗話說“萬事開頭難”"好的開頭等于成功了一半",而作為高一新生的教師,這關重要的就是第一節課,這節課將關系到今后老師在學生中的地位。而偏偏高一化學按大綱要求就是連續九課時的去復習初中所學到的知識,就學生的角度來說,開學的第一節課都很好奇,希望可以盡快學習到不久前剛發下的自己已"看"過好幾遍的的新課本,這時課程大綱卻讓他們去復習初中所學過的知識,就會打壓學生學習的積極性。其中一部分老師也覺得很有壓力,主要是因為高中的老師不清楚初中化學的教學流程,甚至一部分教師會產生"何苦呢"的思想,有的教師認為花九節課復習,太浪費時間,到具體章節用到初中知識時稍加點撥即可,花這么多時間"炒舊飯"不值。
初高中銜接復習是非常必要的。主要的原因,是因為初中的化學主要強調的是定性分析,學生只要記住化學現象與結論就可以,而高中的的化學要較抽象些,不僅要進行定性分析,還要結合定量分析,且明確高中除了記住"是什么"外,還要求弄清"為什么"和"是什么"和"是多少",初中化學要求形象思維,通常從熟悉、具體、直觀的自然現象或示范實驗,建立化學概念和規律,而高中化學除了加強形象思維,還通過抽象、理想化的模式建立化學概念和規律,這需要給學生一個學前教育的提醒。提高初中階段的記憶知識,許多學生的學習方法是不合理的,學習只靠教師,不獨立思考,不會總結知識學習,最終養成被動接受知識的習慣;到了高中階段,要求學生有一個強大的理解、記憶和學習知識的能力,從一個例子,又一個例子中深刻理解化學。如果我們還是死記硬背的方式來學習高中的化學,會提高學習的效率。故利用復習時間灌輸高中化學學習思想和學習方法應是最佳時機。除了要逐漸適應高中化學學習的要求,還要適應高中教師的教學方法和高中化學的學習方法。與初中的教學,高中教學過程能力的大、進展快、知識點的全面性、教學性強的課堂教學。高中老師的要求也與初中相異,注重方法的點撥而"稍輕視"不斷地反復多次。利用學前復習時間來適應學生的新要求,對教師的教學方式和適應教師的教學習慣,建立良好的師生關系影響初高中化學教學銜接問題的原因是多方面的,經過調查研究筆者發現,西北地區的化學教學銜接問題成因主要可以從以下幾個方面來分析:
一、初高中化學教學目標及知識體系的差別
1.教學目標的差別
初中化學是屬于啟蒙學科,同時也是屬于九年義務教育階段的素質教育。就其教科書以及教學實際中都明顯比高中化學簡單,其只要求學生去掌握一些基本的、簡單的化學知識與實驗技能,其涉及到的方程式、計算公式也比較簡單,主要的知識層次大多是以要求學生“知其然”為主。
而高中所學的化學,是在九年義務教育的基礎上實施的較高層次的基礎教育,化學知識也開始向系統化、理論化逐漸靠近,這就要求學生對化學知識要進一步的去認識,不僅僅要“知其然”,還要“知其所以然”。此外,學生還要運用所學到的化學知識去解決具體的問題,最好是能發揮自身的創新精神。
2.知識體系的差別
從上述初中化學與高中化學在教學目標可以清楚地認識到:他們的知識體系存在很大的不同。準確掌握初中化學知識體系與高中化學知識體系,這有利于對高中化學學科的研究。初中化學主要是對生產和生活實踐中,遇到的一些化學現象的學習和探索;其中化學實驗是學生學習的化學基礎手段,因此,初中的化學知識系統不是很完善的系統。教材主要著重于從感性認識到總結歸納到理性認識這一條構建初中化學知識體系。
而高中的化學主要以試驗為主,結合基礎化學知識,來構建全新的化學知識體系,繼而去探究高中化學中的基本規律與方法,這樣就可以強化對化學知識的學習。教材著重于從“生活實際化學實驗化學原理問題探究方法化學規律”來構建高中化學知識體系。
我研究初高中化學教材發現:高中化學對初中化學知識進行了合理的延伸與拓展,對初中化學教材許多之處進行很好的銜接,但是也發現存在一些盲點區。
二、初、高中化學課程標準的要求和教科書內容的編排上的差異
初中的化學主要注重基礎,學生是在初中的學習中逐漸開始認識化學、了解化學與生活的聯系,通過對化學常識與基本概念的掌握,然后慢慢去運用它們。所以,應對初中化學提出主要的五個主題:科學探究、身邊的化學物質、物質構成的奧秘、物質的化學變化、化學與社會發展。新課改下的初中化學教學內容與物理生物等一起編排在《自然科學》中,它沒有以獨立的學科形式出現,更沒有以高中或大學化學專業教育的預備教育為目標來選取教學內容。教學的知識內容大都貼近學生日常生活實際,遵循從感性熟悉上升到理性熟悉的規律,輕易理解、接受和把握。教材語言比較通俗,直觀性、趣味性強。
新課程必須面對的一個問題就是如何使課堂教學效益最大化,有效教學是一重要途徑。有效教學是指教師在遵循教學活動的客觀規律下,以盡可能少的時間,精力和物力投入,取得盡可能多的教學效果,以滿足社會和個人的教育價值需求而組織實施的活動。它要求教師擁有有效的教學理念,掌握有效的教學策略,引導學生的有效學習.教師的教學活動要有效果,有效率,有效益.高中化學教學的"有效",更強調高中化學的學習是一個主動建構知識,發展能力,形成正確的情感態度與價值觀的過程。
一、有效教學的理念
有效教學就是在這一背景下提出來的,它的核心問題就是教學的效益,即什么樣的教學是有效的?是高效、低效還是無效?所謂有效,主要是指通過教師在一段時間的教學之后,學生所獲得的具體的進步或發展。在新課程理念下,我們對教學有效性的理解是:
1.教學有效性要以學生的進步和發展為宗旨。教學有效與否,要通過學生來表現。有效的教學應該關注學生的發展,教師必須樹立學生的主體地位,具有一切為了學生發展的思想,在教學活動中促進學生全面發展、主動發展和個性發展。
2.教學有效性要關注教學效益,它要求教師有時間和效益的觀念。教師在課程和教學設計時,應充分考慮教學效益的問題,不能為追求形式拋棄對教學效益的追求。
3.教學有效性的實現要以教師自身的發展為基礎。教師是影響教學有效性的一個重要條件。在課堂教學過程中,特別是在新課程的理念下,教師教學觀念的變革,教師采取的教學策略,教師對教學批判反思的能力,這些與教學有效性相關的因素都離不開教師自身的發展。
4.教學有效性以學生學習方式的轉變為條件,促進學生有效學習。通過學生的自主能動學習,使學生有效學習,實現提高教學效率的目標。
5.教學的有效性還要關注教師的教學策略。在保證教學有效性的條件中,教師的教學策略占有重要的地位。教師要掌握教學設備、教學實施和教學評價階段的一系列策略性的知識。
二、傳統教學中影響有效教學的因素分析
1.教學目標單純關注學生的認知,忽視情感、態度、價值觀。以往我們的教學也將教學目標分為知識、技能和情感三個領域,但是受傳統行為主義心理學的影響,始終把反復練習、訓練的方式作為培養學生的重要手段。再加上應試教育的影響,教師在教學過程中往往單純重視學生知識和技能的培養,忽視學生情感、態度和價值觀的培養。由于教學目標的偏差,“熟能生巧”的理念逐漸演變成“熟能生厭”的現實,其結果就是學生厭學,教師厭教,教師教得辛苦,學生學得也辛苦。學生的積極性很難被調動,課堂教學死氣沉沉,教學效率低下。教師的教學是低效的,甚至是無效的。由此形成惡性循環,教師和家長不得不靠占用學生的課外時間來彌補課堂教學沒有完成的任務,加重了學生的課業負擔。
2.不能以學生的發展為中心,教學的基本著眼點是促進學生的發展,這是教師組織教學的核心觀念。傳統的課堂教學以教師、書本和課堂為中心,學生不是自主發展,往往是教師“強制”下的一種發展,學生始終處于一種被動發展狀態。這種發展壓抑學生學習的自主性和積極性。被動發展的結果是:⑴造成學生發展的兩極分化,一些適應被動發展的學生受到教師的關注,一些不適應的學生得不到良好的發展;學生的個性發展受到壓制,缺少學習的主動性;⑶以學生的片面發展代替學生的全面發展;⑷忽視學生學習的過程、經歷和體驗。不以學生發展為中心的直接后果是導致學生學習效率的低下,進而影響教學的有效性。
3.師生互動性不強,從某種意義上說,課堂教學就是教師、學生的活動。通過教師與學生之間的活動實現知識信息和各種情感的交流,實現促進學生發展的目標。從當前的課堂教學來看,師生互動仍然是一個薄弱環節。在課堂教學中,教師與學生之間的互動仍然是單向的,即教師――學生。它的一個弊端是忽視課堂教學中其他知識信息的傳遞,忽略了課堂教學中人際交往因素對學生發展的促進作用。它使本來應該鮮活的課堂教學變得枯燥死板。實現課堂教學中師生的單向互動向多向互動的轉換是課堂教學改革中一個值得關注的問題。
4.不能促進學生學習方式的轉換,在課堂教學中,教師講學生聽的固定教學方式,學生被動接受的學習方式,嚴重制約了學生的發展,影響了學生的創新精神和創新意識的形成。學習方式的轉變不是一朝一夕就能完成的,它需要一個長期的過程。雖然我們倡導自主、合作探究的學習方式,但是一些教師仍然固守原有的教學方式。我們并不認為傳統接受式的學習方式就是低效或者是無效的,而自主合作探究的學習方式就是有效的,但我們認為,通過轉變學生的學習方式,使學生由被動變為主動,激發學生學習的動機和熱情,是提高教學質量和效率的一個重要條件。
一、嚴格要求學生,培養良好的學習習慣
勇于探究的習慣、嚴謹實驗的習慣、規范化學用語的習慣。盧梭說過:“教育的問題不在于告訴他一個真理,而在于教他怎樣去發現真理。”高中化學新課程標準闡述了課程目標,明確要求“提高學生的科學探究能力”,科學探究的一個重要任務就是讓學生學會“怎樣去發現真理”。科學探究是貫穿于化學新課程的重要角色,化學實驗探究則是化學學科的科學探究中最重要的探究方式,同時,化學實驗探究是學生學習化學最主要的學習方式,是培養和提高學生科學素養、培養學生探究意識、提高探究能力的主要途徑。在平常的教學中,我有意識的去鍛煉學生是實驗能力以及觀察能力,在學生實驗或者是演示實驗時,應注意實驗的現象以及思考出現這種現象的原因,該怎么樣去表述出來,這為應付高考打下了良好的基礎。
另外在化學自修課是主張學生獨立自主的思考,遇到不會的或者是較難的題目不是馬上就去問老師或者是同學,而是應該先進行一番思考,要有自己的解題的思路,然后再和老師的思路相對比自己的有什么樣的優點,又有那些缺點。即便做錯了,也有很大的收獲。
二、積極與學生之間進行溝通,創造和諧的師生關系
我所擔任的是一班和二班的化學課的教學工作。這兩個班我是從高一一直教到高三畢業。所以有很多學生比較清楚我的性格和脾氣。高一時學生考試成績不理想我就批評,造成很多學生看到就像老鼠見了貓一樣,更有甚者一班的學生竟然送給我一個魔女的稱謂,真讓我大吃一驚,心里在想這樣下去真不是什么好事。到了高二我就開始轉變我的觀點,不在對學生實行大棒政策,而改為內松外緊,平常和他們友好相處,還可以和他們玩游戲,打羽毛球等等,但是有關學習方面的事情,比如說上課的紀律,作業等決不能含糊。到了高三的時候很多學生都能認真的對待學習。尤其是二班的學生,和我非常的親近,特別喜歡和我開玩笑,雖然有些學生的成績并不理想。二班有幾個學生對他們今年的高考成績感到并不滿意,所以他們選擇了在奉節中學復讀。國慶節中秋節的時候打電話給我說:薛老師,雙節快樂;甲流在流行,他們發短信說:聽說奉師有了流感確診病例,薛老師一定要注意身體,千萬別讓流感和你太親近了。每想到這些我的腦海中都閃現出一個個熟悉的面孔。我知道他們是真的把我看成知心的朋友,心中有一種感動更有一種對自己過去工作的肯定。
三、多方面向優秀教師請教提高自身的教學能力
剛從大學畢業,對于高中教材還不夠熟悉,很難把握知識的重難點。我時時提醒自己:要努力,要看書,把握書中重點難點,多向老“前輩”請教。高一時,早早起床,提前備課。請教劉正凡老師:教案是否安排合理,重難點是否抓住。每周堅持聽課5節之上,高二和高三更有理化生組組長朱世保老師的諄諄教誨。平時在網上也有閱讀名校教師的教學論文,利用這些寶貴的經驗和自己的工作結合起來,取其精華,提高自己的教學水平。我記得最清的是在高三的沖刺階段我們從奉節中學借鑒了很多名校的有關習題,對于我有很大的提高。
四、高三教學工作應扎扎實實不能拖沓
在過去的三年中,給我印象最深的是高三的忙碌。因為在高三年級,化學進入了高中總復習的階段。一個章節復習完了以后緊接著的就是考試,有的時候還不止一次,兩次,甚至于接著就是月考。特別是對于課堂考試,我一般是利用晚自習時間進行課堂考試。那么當天晚上就要把試卷批改出來,以保證明天上午課堂的講解。由于題目復雜,數量多,學生書寫不規范,所以很多個夜晚我是一直工作到凌晨一兩點鐘,才能完成。當然我的幸苦也換來了學生們的抱怨,他們說每一次考試后,我們化學老師是最先打擊我們的。我知道這是對于我的另一種表揚。更讓我欣慰的是,通過這種課堂考試的訓練,學生的做題的速度和質量都有較大的提高。在高考的前夕,大部分學生都能在規定的時間內完成試卷。這為取得良好的高考成績夯實了基礎。
五、反應嗅覺靈敏及時領悟高考信息
關鍵詞:綠色化學;發展現狀;高中化學
一、什么是“綠色化學”
綠色化學(Green Chemistry)又稱清潔化學(Clean Chemistry)、環境友好化學(Environmentally Friendly Chemistry)、環境無害化學(Environmentally Benign Chemistry )。綠色化學的先驅、原美國綠色化學研究所所長、耶魯大學P.T. Anastas教授在1992年給出的“綠色化學”的定義是:“The design of chemical products and processes that reduce or eliminate the use and generation of hazardous substances ”翻譯成中文即減少或消除危險物質使用和產生的化學產品和過程的設計。我們可以把綠色化學的核心內容理解為在化學工藝和反應中不再使用有毒、有害的物質,并力求反應中原子利用率達到100%,不再產生廢物,實現“零排放”。從而從源頭上根除污染,研究環境友好的新反應、新過程、新產品,實現化學與生態的協調發展。
二、“綠色化學”的起源和發展
綠色化學最初起源于美國。1984年美國環保局(EPA)提出“廢物最小化”,倡導減少產生廢物和回收利用廢物,從而達到廢物排放最少的目的。綠色化學的思想萌芽。
1989年美國環保局又提出了“污染預防”的概念,指出最大限度地減少生產場地產生的廢物,包括減少使用有害物質和更有效地利用資源,并以此保護自然資源。綠色化學的思想初步形成。
1990年,美國頒布了“污染防治”法案,將污染的防治確立為國策。該法案中第一次明確提出“綠色化學”一詞,并定義“綠色化學”為采用最小的資源和能源消耗,產生最低排放的工藝過程。
1991年,美國環保局污染預防和毒物辦公室啟動“為防止污染變更合成路線”的研究基金計劃,用以資助化學品設計與合成中污染預防的研究項目。1993年研究的項目擴展到安全化學品、綠色溶劑等方面,該計劃更名為“綠色化學計劃”。
同一時期,日本等其他很多國家的政府、學術界和企業也開始關注“綠色化學”的研究和開發。
1995年美國設立了“總統綠色化學挑戰獎”,1999年澳大利亞皇家化學研究所(RACI)設立了“綠色化學挑戰獎”,此外英國設立了“英國綠色化學獎”“綠色化工水晶獎”,并創辦了世界第一本名為《綠色化學》(Green Chemistry)的雜志。日本也設立了“綠色和可持續發展化學獎”。這些政府行為都極大地促進了綠色化學的蓬勃發展。
三、我國“綠色化學”的發展現狀
我國政府和學術界也很重視在綠色化學方面的研究。
1995年,中國科學院化學部開展了“綠色化學與技術”的院士咨詢活動,分析了國內外綠色化學的研究現狀和發展方向。
1996年,國家召開了“工業生產中綠色化學與技術”研討會,并出版了《綠色化學與技術研討會學術報告匯編》。
1997年,國家自然科學基金委員會與中國石油化工集團公司聯合立項啟動了“九五”重大基礎研究項目“環境友好石油化工催化化學與化學反應工程”。中國科技大學綠色科技與開發中心在該校舉行了專題討論會,并出版了《當前綠色科技中的一些重大問題》的論文集。同年,香山科學會在北京召開了第72次學術研討會,閔恩澤院士、陳家墉院士等都做了有關綠色化學的重要報告。
1998年,合肥舉辦了第一屆國際綠色化學高級研討會,這些都加快了我國綠色化學研究的步伐。
四、“綠色化學”在高中化學中的滲透
1.“綠色化學”在高中化學新課標和教材中的體現
化學是一門以實驗為基礎的自然科學,化學學科的很多重要知識、理論都是從實驗中發現并總結的。所以,綠色化學思想融入化學學科是必然趨勢。《普通高中化學課程標準》中已經明確提到了綠色化學的概念,比如,“實驗化學”模塊中提出“形成綠色化學的觀念,強化實驗安全意識”“樹立綠色化學思想,形成環境保護的意識”。
根據課程標準編寫的高中化學教材也有很多地方體現了綠色化學的概念。比如,必修2第四章第二節“化學與資源綜合利用、環境保護”里第二大點就是環境保護與綠色化學。用一張圖可以簡單明了地介紹綠色化學的特點。在緊接著的思考交流部分通過比較環氧乙醚制備的新舊工藝,介紹了原子利用率100%的反應是體現綠色化學的原子經濟性反應。
再如,選修1“生活與化學”第四章第三節垃圾資源化中治理白色污染的3R原則就源自綠色化學提出的“5R”原則:減量(reduction)、重復使用(reuse)、回收(recycling)、再生(regeneration)和拒用(reject)。
高中化學教材中最能體現“綠色化學”理念的是實驗內容,對現行人教版高中化學教材中的實驗內容做了簡單統計:
對上述實驗中涉及的會對環境造成污染的物質也做了簡單統計:
由上面兩個表可以看出人教版高中化學教材中實驗多、涉及的可能污染環境的物質也不少,因此高中化學實驗“綠色化”是高中化學教師必須關注和研究的問題。
2.“綠色化學”在高中化學實驗教學中的體現
(1)推廣微型化實驗
微型化實驗儀器的體積小,藥品的用量可以減至常規所需量的十分之一或更少。與常規實驗相比,微型化實驗的突出特點是實驗成本低、環境污染少、反應速度快、安全系數高、實驗效果好。尤其是藥品用量少、速度快、污染小的特點與綠色化學的理念完全一致,且十分適合中學實驗教學。
(2)利用多媒體模擬化學實驗
高中化學里有一些危險系數大或污染嚴重的實驗并不適合課堂演示實驗和學生實驗,比如,電解飽和食鹽水、氫氣在氯氣中燃燒等。我們可以從網絡上下載實驗視頻,或通過計算機軟件模擬真實實驗。這樣既使學生了解了實驗過程,加深了對相關知識的理解,同時實現了化學實驗的“零投入和零污染”,也是某種意義上的綠色化學。
3.“綠色化學”在高中化學試卷中的體現
近幾年的高考化學試卷都有濃厚的綠色化學色彩。例如,2013、2015年江蘇卷第一題選擇題就是直接考查保護環境的幾種做法;實驗流程題更是大多體現了變廢為寶,循環利用等綠色化學的思想。高考是有教育功能和導向作用的,高考試題對綠色化學的關注,勢必引導高中教學對學生環保意識的培養,從而引起全社會對綠色化學的關注。
我們要在實際教學中滲透綠色化學知識,提高學生的綠色化學意識,增強學生環境保護的使命感,讓綠色化學的理念在學生的頭腦中深深扎根,形成良好的社會環保氛圍,促使我國可持續發展戰略的實現。
參考文獻:
[1]R.布里斯羅.化學的今天和明天:一門中心的、實用的和創造性的科學[M].北京科學出版社,2001.
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[3]徐漢生.綠色化學導論[M].武漢大學出版社,2002.
[4]李進軍,吳峰.綠色化學導論[M].武漢大學出版社,2015(8).
關鍵詞: 高中化學 計算化學 靜電荷 自由能變化
高中化學課程的基本理念之一是:“通過以化學實驗為主的多種探究活動,使學生體驗科學研究的過程,激發學習化學的興趣,強化科學探究的意識,促進學習方式的轉變,培養學生的創新精神和實踐能力。”[1]高中階段開設的化學實驗有限[2],很多化學性質不能通過實驗來驗證,有興趣的同學建立課外科研活動小組,在老師的指導下,可以多做一些化學實驗,但有些分子有毒,甚至反應以后產生具有爆炸性質的物質,因此對于這些化學反應很難通過化學實驗來理解。計算化學作為一門新興的學科,已應用到各個學科,能預測許多化合物的性質,模擬許多化學反應的進程。基于這種想法,我對化合物苯、甲苯和硝基苯進行了計算,希望這些結果能更好地幫助同學們理解這些化合物的性質。
1.研究方法
用化學軟件Hyperchem,采用pm3方法對化合物1-3進行優化,以優化得到的化合物1-3的幾何結構為基礎,計算出化合物1-3的靜電荷,然后計算出化合物1-3和硝酸反應的自由能變化。
2.結果和討論
2.1化合物1-3的原子靜電荷。
化合物1-3的原子靜電荷列于表1中,從表1可以看出,對于化合物1,苯環上6個碳原子的靜電荷都為-0.102,說明苯環上6個碳原子靜電荷分布均勻,其幾何構型應該很對稱的。對于化合物2,由于苯環上增加了一個甲基,原來對稱的幾何構型,變得不對稱,在苯環上6個碳原子的靜電荷中,其中C(2)、C(4)和C(6)上的負電荷較多,如果和一個帶有正電荷的基團發生反應,應該發生在C(2)、C(4)和C(6)上。這樣很容易解釋,為什么像甲苯、乙苯等一些化合物和硝酸反應時,主要發生在鄰、對位上。對于化合物3,C(3)和C(5)上的負電荷比C(2)、C(4)和C(6)上的負電荷多,所以硝基苯和一個帶正電荷的基團反應時,往往選擇發生在C(3)和C(5)上。
在課堂上遇到這樣的選擇題時,老師只是告訴我們,像甲苯、乙苯等分子,在發生取代反應時,主要發生在鄰、對位上,而硝基苯發生取代反應時,主要發生在間位上。老師總是讓我們記住取代規律,至于為什么,很難給予一個滿意的答復。通過這個軟件的模擬,我們能更好地理解這些化合物的性質,也能準確判斷出取代反應發生在哪個位置上。
2.2化合反應的難易程度
我主要研究了如下幾個反應。
首先對以上反應中的各個分子進行優化,獲得各個穩定分子的能量,用生成物分子的總能量減去反應物分子的總能量,近似等于這個化學反應的自由能變化(G),計算結果見表2。
從表2可以看出,對于甲苯和硝酸反應,其反應自由能變化是很低的(-24.82 kcal/mol);對于硝基苯和硝酸反應,其反應自由能變化為-20.73kcal/mol,而苯和硝酸的反應自由能變化為-24.33 kcal/mol。因此可以看出,甲苯和硝酸發生取代反應最容易,而硝基苯和硝酸反應最難,苯和硝酸反應的難易程度介于甲苯和硝基苯之間。
3.結語
通過化合物1-3的靜電荷分析可以看出,甲苯和帶有正電荷基團發生取代反應時,往往發生在鄰、對位上,而硝基苯和帶有正電荷基團發生反應時,往往發生在間位上。當化合物1-3和硝酸反應時,甲苯和硝酸反應最容易,而硝基苯和硝酸反應最難。這個結論能幫我們加深對教材的理解,尤其是對于我們剛學有機化學的高中學生,不需要死機硬背老師告訴我們的反應規則,在實驗條件不允許的條件下,利用化學軟件模擬,也是一個很好的選擇。
參考文獻:
[1]中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學課程標準(實驗).北京:人民教育出版社,2003.
一、何為概念教學
1.強化概念教學的必要性
概念教學是化學教學的基礎,概念的學習是化學學習的前提;概念教學又是培養學生思維的基礎。強化概念教學對化學教學而言,意義重大。
2.概念教學定義
概念教學就是針對教材所涉及的概念而進行教學的一種方式。它屬于化學教學的范疇,是對化學教學中基礎教學的一種探索。概念教學包含了對概念內涵的理解,對概念要素的分析,對概念形成的研究,對概念作用的把握等。
二、化學概念的教學策略
1.語言直觀
概念的特點之一是抽象性,而且許多化學概念涉及微觀的物質結構,這對中學生而言,理解有一定困難。因此,概念教學中的教學語言在準確的基礎上,還要追求生動、形象、直觀。通過恰當的舉例、確切的比喻、鮮明的對比等手法,用學生熟知的、典型的事例來說明復雜抽象的事理,降低學生的理解難度。
2.探究活動,形成概念
傳統的化學課堂在進行課堂實驗時,往往采用驗證性實驗方式,這種方式的實驗結果已知,忽視了概念的形成過程,效果有限。探究性學習方式是新課改以來所倡導的,在高中化學概念教學中,教師應指導學生在科學理論和方法的指導下,通過自主探究、合作探究,體驗化學概念的形成過程,構建化學知識體系,以激發學生的興趣,提高課堂教學的效率。
3.建立概念系統
一個概念要想得到充分發展,其最高境界應該是在概念的系統中完善和發展,因為只有將一個概念納入相應的系統中,才能被學生全面而深刻地理解和掌握。例如,“水的電離”這一概念,必須將其與下列一系列概念聯系起來:弱電解質、弱電解質的電離、電離平衡、電離平衡移動、離子積常數、鹽的水解、水解平衡、溶液中電荷守恒等。一旦學生能理清這些概念之間的關系,把握住其仍詰牧系,便可構成新的化學概念圖式,學生理解概念、準確運用概念解決問題的能力必然會得到提高。
4.練習鞏固,強化概念
化學概念的定義、原理、規律等在語言表述上都具有嚴謹性和科學性,學生在學習上難免會出現認識的偏差。為了幫助學生全面的理解和把握化學概念,教師需要通過設計練習,指導學生在應用的過程中強化對概念的認識,在學以致用,解決實際問題中,深化對概念的理解。
如,在學習電解質概念時,在水溶液或熔融狀態下能不能導電來判斷電解質時必須強調只適用于化合物。又如,電解質又可以分為強電解質和弱電解質。教師可以通過設計有效的練習,通過訓練幫助學生加深對概念的掌握,提高學習的效果。如,為了分清不同物質不同的導電能力,可設計以下題目:在相同溫度下,某強電解質溶液A,弱電解質溶液B,金屬導體C的導電能力相同,當把溫度升高時,三種物質的導電能力會發生怎樣的變化?學生通過分析概念,解決了這樣的問題后,也加深了對相關概念的認識。
三、結語
(1)綠色化學發展觀.這個觀點包括兩個方面:一是發展經濟,即實現人口、經濟、社會、資源、環境協調發展;二是保護我們人類賴以生存的共同家園地球自然資源和環境,為子孫后代的安居樂業和永續發展做貢獻.換言之,經濟發展的同時不忘環境的保護,污染的控制,資源和能源的節約,廢物排放的減少,清潔生產和文明消費的實施.目的是實現自然、經濟、社會這個三維復合系統的持續、健康、穩定的發展.我們實施綠色化學觀教育旨在追求學生在知識、科學、技能方面的綜合提高,深刻認識了解人與自然,人與經濟、人與社會、人與環境的關系,在可持續的基礎上利用自然為人類服務.
(2)綠色化學價值觀.環境價值觀就是指人類對環境價值的認識、觀念、看法、觀點.轉變我們以往以人為中心判斷物質利害觀念為以人與自然平等和諧觀念,以綠色化學原理指導高中化學知識的教學,即要掌握化學物質、化學實驗對人的危害以便進行防止.高中化學實驗的綠色化是一個長遠的任務,教育工作者要有深刻的認識,這不僅是科學戰線和化工戰線的任務更是整個化學領域的任務.
(3)綠色化學教育觀.綠色化學根本上是為了預防和控制環境污染,是人類的生活質量得到保證和提高,使自然環境得以保護.在高中化學教育課程改革和課堂教學的全過程中貫穿綠色化學理念,將其化作中學課程改革的重要內容.之所以將綠色化學的理念引入化學教學中,是因為綠色化學有利于環境的保護和人類社會的可持續發展.站在一線的化學教育工作者需要做到的很多,更新自己的知識結構,認識化學新知識,真正理解綠色化學的含義,承擔綠色化學的宣傳和教育,潛移默化對學生進行教育,不斷灌輸“綠色化學”的理念,認識到綠色化學的重要性,掌握綠色化學的知識和技能.
(4)綠色化學道德觀.這一觀念是傳統人類道德觀念的延續和繼承并且得到廣泛的發展,由于當前現代工業文明引發的人類與環境關系日漸突出使得其產生并且迅速得以發展.這是一種新的道德觀念———人類與環境和諧相處的觀念,是人類環境意識有史以來發展的最高階段,體現了主客體的統一,人與環境的統一.
二、高中化學實驗中學生綠色化學觀的培養
自從新課改以后,中學化學課本的編制和修訂過程充分考慮了綠色化學原理,例如:限制了常見實驗固體液體試劑取用的數量;刪除了有害的實驗氣體如:硫化氫、苯磺酸等等的制備;科學介紹聞氣體的方法;實驗中遇到事故的緊急處理;試劑保存和使用的方法原則尤其是特殊的試劑;強調某些實驗尾氣的處理等等.新課改有益處也存在缺點,為了符合綠色化學觀的發展要求,從以下幾方面改進實驗以增強學生綠色化學觀的培養.
首先,大力推行化學微型實驗操作.簡單的對常規實驗進行縮微或者減量并不是這里所指的微型化學實驗,實際的微型化學實驗是指在微型化條件下,重新設計和探索實驗,旨在利用最少的試劑獲得最多的化學信息目標.微型實驗的兩個顯著特點是儀器裝置微型化和試劑少量化,操作簡單,藥品節約,污染減少,是未來綠色實驗發展的方向.同時還可以使用身邊的廢舊物或者自制的簡單儀器進行一些實驗,更體現了綠色化學的概念,讓學生樹立綠色化學觀.
其次,正確規范的進行實驗操作.實驗的操作規范務必嚴格進行,例如:稱量藥品、取用試劑、連接裝置、傾倒廢液廢渣等等實驗的每個環節都要按照規范的要求操作,因為這樣進行的實驗,不僅對藥品、試劑、能源節約了,而且實驗發生事故的幾率也減少了,自然污染也相對減少了.然后,尋找實驗的儀器和藥品的替代品.化學實驗室的管理應該加強,化學實驗員和教師要在實驗結束時,將用過的各種廢液如:酸類、堿類、鹽類等等必須倒入指定的回收容器中,切勿私自隨意倒棄.對于廢棄物,要按照國標要求進行合理的處置或分解或中和或燃燒或循環利用等等.對于用后的金屬片要循環利用交到指定的管理員手中.另外減少環境污染的另一種有效措施是加強對尾氣的吸收和處理,這也是實現化學實驗末端綠色化的要求.
真實性的題材,能夠使化學更加的貼近生活,貼近學生們的真實,這樣不僅能夠提高學生的學習興趣,使化學更加貼近生活,還能夠使學生明白化學知識能夠應用在哪些生活方面,能夠做些什么。通過習題將日常生活中的一些常見問題代入,讓學生在學習到知識的同時,學習到一些基本的常識。例如人體的甘油酸值含量應該在什么程度才是正常的等一些生活實際的問題。遵循這一原則編制的化學習題,增添了生活氣息,讓化學與生活的聯系更加緊密。
二、探究性思維
新課程中明確的提出讓學生能夠擁有較強的問題意識,能夠提出有探究性的問題,所以在化學習題的編制中,也要遵循這一原則。可以設計一些實驗性質的習題,通過實驗的方式讓學生體驗科學的研究過程,激發學生的興趣。習題探究性的設計,不僅讓學生學習到化學知識,更能讓學生在探究的過程中體會到化學獨有的體系和實驗方法,讓學生掌握實驗原理和過程。同時能夠培養學生的調查、觀察、實驗的設計能力,增加學生的創新性思維。
三、層次性設計
層次性的化學習題設計是指在習題設計中擁有由易到難的過度性,能夠讓學生從淺到深的認識知識,掌握知識。心理學上說,成功能夠帶給人比失敗更大的動力,所以在設計習題的時候擁有層次性,讓學生在完成習題時有充分的成就感和滿足感,比讓學生一下子面對太多太困難的題目從而產生挫敗感,能夠更加增加學生的學習動力。而且,學生學習的程度也各有不同,設計出具有梯度的題目,能夠讓不同學習程度的學生在解題中練習自己的思維能力,也能讓學習程度不夠好的同學,在解題時產生自己的滿足感,從而增加學習興趣。
四、多樣性的設計
新課程的目標是要注重學生的具體實踐能力,全面的提升學生掌握學科知識的能力。所以題目的編制和設計,要具有充分的多樣性,不能只有傳統的問答模式,還應該增加特色模式。例如增加學生自己設計實驗的題目,增加讓學生討論的題目,增加讓學生參與調查研究的題目,增加讓學生接觸實物,繪制表格等具有實踐意義的題目,并且從不同的層次入手,讓學生結合自己所學知識進行思考,自我研究,最后得出自己的解決問題的方案,同時還能夠增加學生之間的互相合作,互相質疑的能力。同時,還應該設計具有開放性答案的習題,答案的開放,讓學生的思維不被限制,讓學生能夠更加多方面的思考問題,從而形成良好的思維模式和習慣。
五、結語