山西省晋城市第一中学校
一、案例背景
化学是一门以实验为基础的科学,化学实验作为化学理论和结论等的补充,能给学生以直观的感受,是培养中学生核心素养的重要手段。定性实验是对研究对象的本质进行探究,定量实验是对研究对象的“量”的属性进行分析。定性分析是定量分析的基本前提,定量分析使之定性分析更加科学、准确。在中学化学教学中,常运用定性分析的手段去对研究对象的性质、特点、发展规律做出判断,解决实际问题。但在具体做实验的过程中发现,部分学生的实验记录与所做实验现象不符,存在实验记录造假的情况。因而利用定量分析对实验记录的精准要求,培养学生实事求是的科研精神,敢于打破常规,杜绝学术造假。
二、案例描述
酸碱中和滴定实验是高中化学必做的一个定量实验,但单纯做该实验很难激发学生的学习兴趣,需要一定的情境支撑。
【情境创设】以工业生产中产生的酸性废液排放前需利用碱液处理为情境,用未知浓度的盐酸模拟酸性废液。
【提出问题】“如何利用实验测出盐酸的浓度?”
【学生讨论】
方案一:直接用pH试纸测其pH;
方案二:向一定体积的盐酸溶液中加足量的碳酸钠溶液测生成CO2的体积;
方案三:向一定体积的盐酸溶液中加已知浓度的氢氧化钠溶液,测定消耗氢氧化钠的体积。
经过课堂讨论,同学们一致认为方案三更加简便、快速和精准。
然而部分学生又提出疑问:“盐酸和氢氧化钠溶液反应看不到明显的现象,如何确定反应终点?”这时我提出指示剂,并穿插波义耳发现酸碱指示剂的故事,鼓励学生在学习过程中要善于思考、勇于探索,发展学生科学探究与创新意识的学科素养。
【分组实验】选取恰当的指示剂后,学生开始实验。在做实验中,学生利用容量瓶配制一定浓度的氢氧化钠溶液,并用量筒量取一定体积的盐酸溶液,用胶头滴管滴加氢氧化钠溶液。
【追问】“这样测出来的盐酸溶液浓度精确吗?”
通过分析量筒的精确度及胶头滴管滴加的最小体积,学生分析得出精确度不高,进而引出酸式滴定管和碱式滴定管。
我讲解并演示了酸式滴定管和碱式滴定管的使用方法和注意事项,提出“实验结束后,需要每组给出所测出的盐酸浓度”后,学生开始做实验。
在实验过程中,大多数学生能严格按照滴定实验的要求进行操作,重复三次并计算出正确结果。但部分同学在连续滴加数滴标准液后,仍看不到溶液颜色的变化时,便失去耐心,加快了滴速导致标准液成股流下,导致滴定结果偏高。然而在最后汇报时,他们的计算结果却是正确的。通过分析,发现他们或是计算结果与实验数据不吻合,或是直接更改数据、编造假的数据进行计算。
我便以这件事情为例,并以哈佛干细胞专家论文数据造假导致行业倒退十年的案例为例,警醒学生,在科研领域,诚信是关键,更是一个人做人最基本的底线,在做化学实验时,要秉着实事求是的精神,不能为了一时计算正确的得意而违背做人的底线。
三、案例反思
在化学实验教学中,我们不仅要注重实验的创新和培养学生的动手操作能力,更需要利用化学实验培养学生实事求是以及勇于打破常规的精神。在化学教学中,存在着一部分理论现象与实际不符合的情况,但学生仍坚定理论推测,篡改实验数据及实验结论只为了让结论与所教授的内容相符合,一旦形成习惯,今后进入社会大的名利场,就有可能为了名利而篡改数据,有时毁的不仅是个人,更是对其整个领域及他人心血的打击。因此,在中学实验教学阶段,要多利用化学实验教学,实事求是描述实验现象及记录实验数据,针对实际实验现象与理论推测现象不符合的情况,教师要多激发学生进行大胆猜测,打破常规,探究其中的奥秘。
学术道德不是某一瞬间想做就能做到的事,需要一点一点进行累计。科研诚信教育也不是一蹴而就的,是漫长的过程。在化学教学中,我们要利用化学实验不断深化学生对诚信的认知,从而树立诚信为本的价值观。