书城科普读物动手做实验丛书--化学实验操作方法运用
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第15章 化学实验操作方法和技能的提高(4)

用砂土灭火,忌用水灭火。

割伤和烫伤的处理(1)割伤

轻者用蒸馏水冲洗,再用硼酸水或双氧水洗净,涂上碘酒包扎好。重者先按住血管,防止大量出血,紧急送往医院。另外,防止伤口接触其他化学药品,引起中毒。

(2)烫伤

轻者可涂以玉树油或鞣酸油膏。重者涂以烫伤油膏后立即送往医院。

药品中毒的处理与急救

(1)溅入口中而未咽下的应立即吐出来,用大量的水冲洗口腔;如吞下,根据毒物的性质给予解毒剂并紧急送往医院进行治疗。

(2)腐蚀性药品

强酸先饮大量水,然后服用氢氧化铝膏、鸡蛋白。强碱先饮大量水,然后服用醋、酸果汁、鸡蛋白。

注意:不论酸或碱中毒皆再给以牛奶灌注,不要吃呕吐剂。

(3)气体中毒

将中毒者移至室外,解开衣领及钮扣;吸入少量的氯或溴者,可用稀碳酸氢钠溶液漱口;重者应立即送往医院。

以上各种急救法,仅能暂时减轻疼痛,严重者在急救之后,应立即送往医院进行治疗。

为了他人、自身及国家财产的安全,在事故发生之时千万不要紧张,要沉着冷静,要尽量把损失降低到最小限度;另外,实验室需要拥有急救箱及一些消防器材。

化学实验操作技能培养基本理论

化学实验技能是顺利完成化学实验任务的一种活动方式。化学实验技能涵盖化学实验心智技能和化学实验动作技能两个方面。化学实验心智技能,是经过练习而巩固下来的,顺利完成化学实验任务的智力活动方式,而化学实验动作技能,即通常所说的化学实验操作技能,是指在一定的化学知识和经验的基础上,经过实验操作练习巩固下来的、自动化的、完善的动作活动方式。其中,化学实验操作技能是学习化学实验技能的起点。起始年级的学生做化学实验,由于不熟悉实验操作,往往将注意力集中到操作技能的学习上。随着练习次数的增多和动作控制的增强,实验操作才逐渐趋于自动化,学生的注意力逐渐转移到运用学得的化学知识,通过化学实验,来分析解决化学实际问题上。在学习化学实验技能过程中,学生注意力成分分布的变化情况可用:

学习者注意力分配变化图刚接触化学的中学生,他们学习化学实验技能的活动主要是遵循化学实验操作技能的学习规律而产生和发展的。可以认为,分析和研究化学实验操作技能对于中学生化学实验技能的培养具有重要意义。北京师范大学化学系蔡虹老师分析操作对化学实验操作技能的构成、学习活动过程及影响因素并归纳了对化学实验技能教学带规律性的结论。

化学实验操作技能的构成化学实验操作技能是由许多子因素按一定的逻辑和层次关系构成复杂系统,系统内各子因素相互关联,相互依存。可按仪器、药品、基本操作及绘图四类依其操作的难易程度作如下划分:

方面:按使用仪器、使用药品、基本操作、绘图归并为四个方面。

单元:按仪器的某种用途,药品的某种性质进行归类或根据某一目的进行的基本。如使用仪器方面里的夹持器单元,使用药品方面时的固体试剂单元,基本操作方面的加热单元。

单项:某种仪器、药品的使用,单元操作中的具体的某项操作。如使用酒精灯单项,取用浓硫酸单项。

步骤:完成每个单项操作的分解动作,如托盘天平的使用这个单项操作中有四个步骤:①调零;②称量换物上盘;③加减砝码;④复原。

化学实验操作技能内部关系构成图应当指出,同一单元内部或同一单项内部按难易划分,但相邻的单元间、单项间难度水平不一定完全相同,并且,不同单元中的单项间的操作难易度也不一定相等。如有的单项操作难度甚至达到某一单元操作的水平。在划分过程中,不仅考虑了难易度,而且也照顾到仪器的种类或操作的目的。有些单项操作中可能存在亚单项,如气体收集单元操作中,单项操作是排水和排气两种方法。在排气法这个单项中存在向上排气和向下排气两个亚单项。

学习活动过程根据教育心理学关于技能学习的理论,学生学习操作技能的活动过程是由头脑内部活动及外部行为表现两方面组成的:

学习者操作技能获得过程心理分析模型学生在学习一项操作技能时,其头脑内部经过陈述、知识编辑和程序化三个阶段,相应地外部表现则被认知、定位和自动化。

(1)认知与陈述(外):学生经教师的讲解示范或自己按说明书或手册的指引,对所学技能的性质、要点和注意事项等进行分析和了解。此时学生技能的动作非常缓慢,处于模仿阶段,完成单个的S-RS-R代表单个的分解动作。

(内):学生接受关于此操作技能的事实、信息、背景知识和一般指导,并将这些信息按完成操作技能所需要的顺序和要求来排列。由于这些信息对学生是新的,因此要将信息保存在记忆中。如托盘天平的使用,学生首先观察托盘天平(实物),阅读教材中的介绍或使用说明书,通过教师的讲解示范和指导等来了解它的构造、适用范围、使用原理和注意事项及操作方法等,并把这些信息输入到头脑中去。这就是认知与陈述阶段。

(2)定位与知识编辑(外):将已经学习的各个分立的行为动作联系起来成为连续的动作。

S1-R1-→S2-R2-→……Sn-Rn各个环节各就各位,依次出现,有条不紊,似乎是前一个环节带出下一个环节。

学生需要经过一段时间的练习,动作由呆板到协调、灵活,错误动作逐渐减少,以致消失。

(内):学生通过亲自练习使所需要的关于操作技能的基本知识从陈述的形式转换成不需要高度注意的新的合适的程序,这一程序能使输入的信息直接应用。当此阶段完成时,关于本操作技能的知识将组合成能使输入的信息直接应用的一系列操作规则。例如,具体到托盘天平的使用上,学生在教师的指导下,按操作步骤一步步地模仿、练习:①转动螺丝调节游码使天平平衡;②把称量物用已知质量的适当容器盛放,放于左盘。如果每一步是一个S-R,将这些S-R按适当顺序联系起来,即,S1O1R1S2O2R2……SnOnRn,“O”表示在S和R之间要经过头脑思维加工,学生在头脑内部将这些信息进行编辑,组织成合理的程序,顺利使用。即①天平调零;②称量物上盘;③称量和记录;④复原。

(3)自动期与程序化(外)操作技能学习的较高境界,动作连锁可达自动化。此时学生可在不自觉的情况下自动化、习惯化,用更多的精力放在观察产生的现象和实验设计上,即把注意力集中到化学知识学习和心智技能的培养上。

(内):使形成的新的程序更加精确,组合更加良好,并能完成相似的任务及进行判断和辨别。例如,托盘天平的使用到此阶段已非常熟练、自如,绝少有错误出现,这时,意识的参与越来越少。

在操作技能的学习过程中,学习者要了解学习的结果,判断自己的操作技能正确与否是通过反馈来完成的。反馈是伴随着技能的获得同时发生的。如果在技能学习过程中有错误产生,学生本人通过感官或由外在的教师和其他同学指出其错误,将这些信息反馈给学习者的大脑,查找错误原因,重新认识和描述,以改正错误。应当指出,若仅靠多次重复练习来改正错误,是不能解决根本问题的。教育心理学的研究证明,在动作技能的学习中,当动作发生后立即知道结果,哪个效果最好,反馈要及时。例如,学生使用试管夹时,若是握住短柄,应当及时纠正,不宜在养成错误操作习惯以后再来矫正。

教学实践和研究均已表明:化学实验操作技能作为一个整体让学生来学习,具有一定的阶段性和递进性。在教学中必须遵循由简单到复杂,由易到难的原则和程序。从步骤、单项再到单元操作,可以说,化学实验操作技能的学习大体上分为三个阶段:①基本操作训练阶段;②单元操作的交替训练阶段;③结合实验内容的综合训练阶段(见表1)。

学生学习化学实验操作技能的影响因素

操作技能本身的难易程度是教学内容中最重要的影响因素。如果将操作技能的难易性质固定,可以把形成化学实验操作技能的影响因素划分为学生的内部因素和外部因素。学生的内部因素指学习者本身要进行的活动,包括头脑内部的活动及其外显行为。学生的外部因素指学生以外的其他事物及其对学生的作用。

表1化学实验操作技能学习的阶段和特点

阶段特点

举例基本操作训练阶段单项操作或单元操作训练,仪器单一、操作单一。试管的使用加热单元操作的交替训练阶段紧密相关的两个或几个单元,有一定难度和综合性,只是环节不多,变换不多,一般为两个左右。固体和液体试剂在加热条件下反应结合实验内容的综合训练阶段相关的各个操作单元联合成为一个有机的系统;使用多项基本操作,操作变换多难度大。气体的制备和性质实验为了简明,可用函数式表示内外部因素与学生行为间的关系。

B=ff及下文中的f′仅代表层次不同,而不具有算术关系的意义。(I,O)(1)式中B:学生的学习行为I:学生的内部因素O:学生学习的外部因素I:=f′(c,x,k,s,t)(2)式中c:学习者个别差异x:非智力因素k:知识准备s:技能准备t:练习O=f′(e,i)(3)e:学校客观环境i:教师由(1),(2),(3)式可得B=f(c,x,k,s,t,e,i)上述许多因素也影响其他内容的学习,这里仅就操作技能学习中技能的准备、学生的练习及教师的指导这几个具有特色的影响因素进行分析。

(1)学习中的技能准备学生在学习一个新的操作技能以前,已具备的操作技能和生活技能都对新的操作技能的学习有直接影响,即迁移。既有有利于新技能学习的影响,即正迁移,又有对新技能的学习起干扰作用的影响,即负迁移。教师要强化正迁移,防止负迁移。例如,学习学会使用酒精灯后,再学习加热单元操作就容易了。然而,生活中手持杯子的动作对学习试管的持拿就是负迁移,学生容易对试管也“一把抓”。另外,学生将要学习的单元或单项基本操作及使用的仪器、药品,如果已基本上学习过,那么新技能的学习就有了一定的保证。否则,学生行为中缺乏的基础单元过多,使用的新仪器过多,进行技能学习的活动就不能顺利完成,也就不可能很好地掌握新的操作技能。因此,必须首先学会一个复杂操作技能的组成部分,方可循序渐进。

(2)学生练习技能学习不同于知识学习,必须通过练习来完成。但练习又不同于机械重复,而是学生有目的、有步骤,在教师指导下的积极的学习活动。因此,在练习过程中,师生应根据具体情况不断调整练习方法,确定合适的练习次数,遵循练习的规律。

在练习方法上,有集中练习与分散练习;整体学习与部分学习。在练习初期。分散练习的效果较集中练习为优,以防止学生疲劳,影响学习效果。当学生具有一定的操作技能水平,学习能力已相当高时,每次练习的时间就可以稍长一些,趋向于集中练习。这样,一方面有利于操作技能的系统培养,另一方面,结合某单元知识的系统实验,也需要较长时间。如此安排也利于学生全面系统地学习和理解知识体系。对于化学实验操作技能中的各个单元操作,虽彼此联系,但各有一定的独立性,在初学时,应各个击破,即采用部分学习法,然后再进行整体练习;而单元内部的各个单项,由于彼此相互紧密联系,应作为一个整体进行练习。

与此同时,要尽量创造条件,让学生亲自动手做实验,增加练习次数。

(3)教师指导由于学生对化学实验操作技能的内容、形成规律缺乏了解甚至一无所知,因此,教师对学生的指导是十分必要的。在教学中,应遵循以下原则:

①要深入分析技能教学的内容,使学生的技能学习有计划、有步骤地完成;②充分了解学生,使技能教学更有针对性;③创造条件,让学生亲自动手练习;④使学生明确练习目的,充分发挥学生的主体作用。

课堂指导时应注意下面几个问题(见表2)。以实现“教为主导,学为主体”在培养学生化学实验技能中的统一。

上文中对化学实验操作技能的构成、规律及影响因素做了初步探讨,以期能有利于带动实验心智技能的培养,发展实验能力,并对学习程序设计的最优化提供有益的参考。

表2操作技能培养与课堂指导的关系

教师活动内容

方式原则

讲解说明①技能的性质;②教学目标;③教学计划;④注意事项。口头叙述简要明确动作示范具体实验操作相向示范、电影、图片示范。正确规范清楚练习过程中指导①规范化和速度②反馈。个别指导,集体指导。规范化第一,速度第二;反馈及时、适时正确,不宜过多,忌用反面线索。

总结①大部分学生操作易出错处;②实验成功的操作关键。口头叙述,操作表演。简明扼要化学实验中的科学方法训练

为了完成化学实验教学的任务,将原实验册改为化学实验教材。实验教材按知识序列编排,贯穿着技能训练、科学态度的培养和科学方法的训练。与原实验册相比,增设了实验指导、讨论、练习等栏目,改变了抓方配药的状况。内容上增加了探索性实验、定量实验和设计实验。上海市中学化学教材编写组阮金莲、张伟敏老师分析介绍了教材中科学方法训练的内容、方法、途径以及实施效果。

实施方案(1)科学方法训练的内容

化学实验教学中科学方法训练的基本步骤可以概括为:

发现和明确要解决的问题收集有关资料和数据分析、研究、处理资料和数据发现规律性(结论)科学方法训练的步骤和过程与认识论相一致,既包括感性认识阶段,又包括理性认识阶段。

其中,收集有关资料和数据是感性认识阶段,而分析、研究、处理资料及数据是抽象、概括、推理、判断的过程,是认识上的第一个飞跃,发现规律性,得出结论是理性认识阶段。

上述步骤又可分解为:查阅资料、测定、实验、控制实验条件、分类、比较、抽象、概括、假说、验证过程。下面,将高中化学实验教材中科学方法训练内容列于下表。

从表中可以看出,科学方法训练的内容多次重复出现不断深化。其中,查阅资料5次,测定8次,控制条件8次,分类1次,科学抽样3次,假设验证4次。