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论现代化学分析仪器在高中化学教学中的应用

作者:刘烨    文章来源:原创    点击数:    更新时间:2013-10-23

论现代化学分析仪器在高中化学教学中的应用

上海市上海中学化学组 刘烨

化学是一门以实验为基础的学科。高中化学教学本身并不只是传授给学生一些初步的化学概念和规律,而是通过一系列有效的教育教学手段,全面提高学生的能力,使他们能够掌握和运用一些化学原理和实验手段,学会科学研究的基本方法,学会辩证而客观地认识世界,从而在将来能够独立地、有创造性地学习和工作。

随着科学技术的发展,传统的化学实验教学已经无法满足学生的需要,引新科学新技术入高中化学教学课堂已是势在必得。当今化学研究和实验已经不局限于试剂的滴加和试管烧杯间的倾倒,新型化学分析仪器的发展极大地推进了化学研究的进程。这对于学生形成现代化学思想方法,培养学生现代化学意识形态有着积极意义。红外、色谱、原子吸收光谱、核磁共振等现代化学分析测试技术在化学教学中发挥了越来越重要的作用。

 

现代化学分析仪器可在高中化学教学中应用于以下方面:

1. 丰富知识,为现有检测提供新方法

离子的定性和定量检验是高中化学教学的重要组成内容,一般的检测为通过改变颜色、产生气体和沉淀等明显变化判断特定离子的存在。但是这种方法存在一定的局限性,如对浓度有一定要求,对于低浓度溶液的检测无法实现,定量试验操作复杂等。现代化学分析仪器可较好地克服以上问题。如下例:

碘离子(I-)的检验为高中化学常见实验之一,传统的检测方法多为将样品配置成溶液,向其中先后加入硝酸银(AgNO3)和稀硝酸(HNO3)溶液,如产生不溶的黄色沉淀(AgI),则证明样品中碘离子(I-)的存在;如需测定碘离子(I-)的含量,则要将沉淀过滤,洗涤,烘干,称量,根据碘化银的式量进行相关计算。此实验也可利用紫外分光光度计进行,通常先把I-氧化为I2,由于单质I2可被淀粉吸附而呈蓝色,故在波长590nm处出现显著吸收;通过配置一系列标准浓度溶液,根据Lambert-Beer定律绘制标准曲线,即可对未知溶液中I2的含量进行检测,进而求知样品中I-的含量。和传统检测方法相比,紫外分光光度法灵敏度高,最低检测浓度可达10-5mol/L,且操作检测,重复再现性好,是一种十分可靠的检测方法。通过此类实验的操作和讲解,拓展了学生的知识面,培养了他们的发散性思维能力。

2. 跳出书本局限,拓宽化学知识面

传统的化学教学基于大纲,老师的教和学生的学都存在较大的局限性,通常是“书本上有的讲,书本上无的省”,严格的操作程序和方法把学生的智慧、手脚束缚得死死的,不利于智力发展、能力培养,学生即使想进一步探究也因缺乏学习方法和研究手段作罢。

但现代化学分析仪器的出现为获取新知识,拓宽知识面方面提供了很大帮助。在高中化学大纲的要求内,学生学习了常见金属离子的检测,如Fe2+Fe3+Cu2+等,但对除此之外的其他金属离子检测鲜有知晓。这些都可以通过石墨炉原子吸收光谱仪而实现。在教学中,学生设计了实验检测了茶水中的CuFePbCd等金属的含量。通过实验过程中对仪器的工作条件的摸索、设定和优化,如灯电流的强度和能量调节、石墨炉升温程序的设定(原子化温度)等,激发了学生的思考能力,培养了学生严谨的实验态度;通过对这些重金属离子对人体健康的影响做的进一步讨论,用化学指导和改善了实际生活,这些都使得学生受益菲浅。

3. 变被动为主动,探索探究性学习新模式

一般高中化学教学中,多采用过程方法中心和实验活动中心均为教师的课程设计模式,放大了教师作用,学生只是单纯接受知识,对学生的探究能力即发现问题的能力、假设的能力、设计方案并实施的能力、收集数据与处理的能力、观察能力、归纳总结的能力和交流合作的能力重视不足。针对这方面的欠缺,教师可鼓励学生从实际生活出发,主动提出问题,积极进行探究,如探究市售食盐中是否含有碘元素尿液中葡萄糖的检测探究鲜果中维生素C的还原性等。

这些课题的开展与实现均离不开现代化学分析仪器的使用:可用红外分光光度计和紫外分光光度计对物质进行定性何定量检测,如测定动物血液中铁的含量;借助气相色谱仪和液相色谱仪对复杂混合物进行分离,如食用色素的提取和分离;利用电化学传感器研究氧化还原反应中的电子转移过程;用气相色谱-质谱分析仪推断有机物的结构等。

以课题的形式促使学生活动与探究,通过实验学习实验技能与实验思想,这样的化学教学改进了“照方抓药”的现状,鼓励了学生假设、猜想与设计创新,把理论、实践紧密结合,使学生的思想与行动密切一致,既经历了发现探究的过程,又掌握了化学知识与方法,还培养了实事求是的科学态度。

 

在高中化学教学中结合现代化学分析仪器,不仅使学生了解了现代化学发展前沿,开拓了学生的视野,而且通过实际动手操作和创新课题的研究,很好的激发了学生兴趣,发展了学生的智能,学生不再是死读书的“书呆子”,而是乐于学习,能于学习,善于学习的新型学习人才。

当然,教学手段的极大丰富也对教师提出了更高的要求,它打破了“一本教案走遍天下”的观念,要求教师本身在教学实践中也要不断反思,坚持学习和更新知识体系,掌握现代化学分析仪器的原理和操作,及时了解最新化学发展的前沿内容;同时要不断改进教学方法,引导学生积极创新和思考,注重学生的倾听、交流与合作,以获得理智和情感体验、建构知识、解决实际问题的多重发展。

 

 


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