物质在水中的溶解的教学反思(共10篇)
物质在水中的溶解的教学反思
通过本课教学,我认为引导学生亲身经历科学探究活动的关键因素是教师。因为教师是引导学生科学探究活动的设计者、引导者、组织者,教师的科学素养、探究的能力以及营造的探究环境直接决定着学生探究活动的成功与否,教师的地位和作用是不可取代的。
进行探究“活动3”时,由于条件所限,没有给每一小组一套实验材料,而只是教师演示。因为找不到红墨水,就用黑色墨水代替了,效果没有红墨水那么理想。把筷子换成镊子就更好。这一活动,先让学生根据平时自己的认识,完成表格里面的“猜想”部分,再根据教师的演示实验,记录实验结果,得出:食盐、糖、墨水能被水溶解,小石子、油不能被水溶解。这时教师归纳:简单地说,如果一种物质像糖和盐一样,可以均匀地分散在水中,就说它在水中溶解了。学生能真正理解什么叫溶解。在举例说明溶解的时候,有学生说到“汽水”,只知道里面有气,就不知道是什么气。这时就要靠教师说明“可乐里面的气泡是怎么回事”了。拓展“茶叶会溶解吗?”,先出示一杯已经泡好的茶,让学生想起泡茶的过程,再讨论,这样学生就很容易理解“茶叶既含有溶解的.成分,也含有不溶解的成分。”在下来的举例说明里,有学生更列举出:“中药”跟茶叶一样既含有溶解的成分,也含有不溶解的成分。进行探究“活动4”时,教材中呈现了3组对比实验的图片,我坚持在学生面前演示这3组对比实验,但只是用一根玻璃棒搅拌,这对于实验效果的影响有点不好,而做到把方糖弄碎时,更是没有先行准备锤子,所以出现了一些小小的意外。总的来说,这个活动中,学生还是能理解得出的结论:搅拌、加热、弄碎是加快溶解的方法。
浙教版《科学》七年级(上)第四章第五节。
二、教学目标
1.使学生了解物质的溶解性的初步知识。
2.培养学生初步学会溶解、加热等基本实验操作技能。
3.通过对物质的溶解性有关问题的探究,使学生体验科学探究的过程,学习科学探究的方法及对实验条件的控制,培养学生的科学探究能力以及质疑精神、合作意识、创新能力和实事求是的科学态度。
三、设计理念
通过创设学生感兴趣的情境,引导学生操作、体验,发现、提出问题;通过对有关问题的探究活动,让学生体验科学探究的过程,经历猜想与假设、设计实验方案、观察与实验、搜集事实证据、分析论证、交流评估 等环节,从而有所侧重地发展学生的科学探究能力,增进学生对科学探究的理解。
通过改革探究活动结构,实施分层 分类探究 模式,以适应各个层次的学生,为他们创设不同的探究空间;通过为不同的学生呈现可供选择的探究内容,满足每个学生的学习需要;通过鼓励学生合作探究,引导学生相互交流、讨论甚至争辩,充分利用学生之间的差异,从而实现差异共享,最终促进学生差异发展。
四、教学流程
(一)创设情境,激发动机,引入新课
师(指着几位听课的教师):同学们,今天我们 班来了几位客人,我们泡几杯糖水来招待他们好吗?
生(兴奋地说):好!
学生两人一组,分别利用 事先提供 的器材“泡 糖水”,教师巡回指导,要求学生规范实验操作,但不作其他提示。
(教师通过创设学生感兴趣的情境,提供实践 素材和机会,引导学生操作、观察、体验和思考,进而发现 问题,同时激发学生的学习兴趣。)
(二)引导发现,提出问题
师:在泡糖水的过程 中,同学们有 什么发现?又有哪些疑问?
由学生充分发言:
(1)为什么糖能溶解在水中使水变甜?
(2)为什么水中糖放得足够多时,糖不会完全溶解且还有剩余呢?
(3)有什么办法能使剩余的糖溶解?
(4)蔗糖在水中的溶解能力与什么因素有关?
(5)食盐也能溶解在水中,它在水中的溶解能力和蔗糖一样吗?如果不一样,那么哪个更大一些?
(6)搅拌能使糖的溶解加快,此外,还有什么办法能加快糖的溶解?
(7)糖在水中能够溶解,在其他液体中也能溶解吗?
(8)固体能溶解在水中,气体也能溶解在水中吗?
……
教师对学生的仔细观察及发现、提出问题的能力表示肯定,并引导学生对问题进行分类处理:(1)把错误的或是重复的问题划掉;(2)就几个较简单的问题展开分析、讨论。
生1:糖能溶解在水中,是因为糖和水都是由分子构成的,而分子在不停地做着无规则运动,且分子之间有空隙;把糖放入水中后,糖分子运动到水分子之间的空隙里去了。
生2:事实上,这是一种扩散现象。
生3:对!而且我认为温度越高,糖溶解得越快;因为温度越高,分子运动越剧烈。
生4:糖还有剩余,说明糖在水中溶解的数量是有限的。
生5:我认为这句 话不太科 学,因为如果 再加一些水,或者改变其他条件,剩余的糖有可能还会溶解。
生6:对,所以应该这么说:“在一定条件下,糖在水中能溶解的数量是有限的。”
生7:我认为也可以这么说:“在一定条件下,糖在水中的溶解能力是有限的。”
生8:我认为气体也能溶解在水中。打开汽水瓶盖时,会有气泡冒出来,这些气泡应该是原来溶解在水中的气体。
生9:不错,倒啤酒时也会冒上来许多气泡。
生10:我们曾做过水的沸腾实验,当水加热到一定温度但还未沸腾时,水中就不断有气泡冒上来,这显然是原来溶解在水中的空气,在水温升高时从水中跑出来了。
生11:这个实验是否表明:空气在水中的溶解能力与温度有关,温度越高,空气的溶解能力越小?
生12:有可能。汽水瓶盖着时,不见有气泡冒上来,而瓶盖一打开,气泡就不断地冒上来,说明气体在水中的溶解能力还可能与其他的外界因素有关。
……
(学生应用已有知识和生活经验对某些问题作出尝试性的解释,并作出各种合理的猜想、假设,为下面进行科学探究活动打好基础,同时也培养了学生相互交流的能力。)
(三)科学探究,解决问题
择取几个典型的问题进行探究(允许各个小组选择其中一个或两个适合自己的问题进行探究)。
问题一:蔗糖在水中的溶解能力与什么因素有关?
[猜想与假设]
学生讨论猜想:(1)与水的质量的多少有关;(2)与水的温度的高低有关。
[设计实验]
学生分组讨论,设计实验方案。
(1)在两个盛有适量水的试管中分别放入一定量的蔗糖,振荡一会使之充分溶解,且使两个试管中都有蔗糖剩余;
(2)在一个试管中再加入一定量的水,振荡,观察剩余的蔗糖是否溶解;
(3)把另一个试管放在酒精灯火焰上加热,观察蔗糖能否继续溶解。
(由于学生对“溶解能力”的含义不理解,导致设计的实验方案有误,但教师不直接指出,而是允许学生按照自己设计的方 案去实验,鼓励学生 从实验中 发现问题、解决问题,以培养学生思维的批判性和反思能力。)
[进行实验]
学生两人一组利用教师提供的器材进行实验,教师指导学生规范操作,要求学生仔细观察,同时引导学生努力从实验现象中去发现问题。
[分析论证]
生1:通过实验,我发现加水和加热都能使剩余的蔗糖继续溶解。这说明水越多,温度越高,蔗糖在水 中的溶解能力越大。
生2:我观察到的现象和生1相同,但我不赞同生1的观点。
师:(表示感兴趣)请说说你的观点。
生2:我通过实验发现,加水虽能使剩余的蔗糖继续溶解,但不能使蔗糖的溶解能力变大。
师:能说一下你的理由吗?
生2:我举例说明吧。比如,5mL的水中溶解了10g蔗糖就不能继续溶解 了,说明1mL水中最多 只能溶解2g蔗糖;如果水增加到10mL,蔗糖最多能溶解20g,表面上看蔗糖溶解得比 原来多了,但实质上1mL水中能溶解的蔗糖的量没有发生改变,所以蔗糖的溶解能力也没有改变。
生3:对。这就好比一个人挑担,他一次最多只能挑100斤;如果他多挑几次,他挑的总量会增加,但他挑担的能力没有改变。
生4:但加热后,剩余的蔗糖继续溶解了,这说明蔗糖在水中的溶解 能力确实 与温度有 关。而且,温度越高,蔗糖的溶解能力越大。
生5:这也不见得,也许当水温升高到一定程度后,蔗糖的溶解能力不再变大。
师:对,我们只能说“蔗糖在水中的溶解能力与温度有关”,至于具体关系如何,必须通过大量的实验和严密的分析才能确定。
(学生在教师营造的安全、宽松的氛围中自由 地讨论、争辩、猜想和 假设,并逐渐放 弃自己原 有的错误 想法,试着接受别人正确的、合理的观点,从而不断建构起有意义的知识。同时,在这个过程中,学生的合 作意识得到了培养。)
[实际应用]
教师引导学生运用探究得到的结论解释生活中 的一些现象,如用热水洗碗比用冷水洗碗更干净。
问题二:在一定条件下,食盐和蔗糖 在水中的 溶解能力哪个大?
[猜想与假设]
学生讨论猜想:(1)食盐大;(2)蔗糖大;(3)一样大。
[设计实验]
学生分组讨论,设计实验方案。
(1)教师引导学生思考:两杯水,质量相同,温度相同,分别溶解食盐 和蔗糖,比较哪一 种物质溶 解得多。(渗透控制变量法)
(2)各组进行实验方案公示。
1在两杯质量和温度都相同的水中,分别放入等质量的食盐和蔗糖,充分搅拌后,如果观察到一种完全溶解,另一种还有剩余,就可得到结论。
2在两杯质量和温度都相同的水中,分别放入等质量的食盐和蔗糖,充分搅拌后,如果两种物质都有剩余,比较剩余物质的多少,就可得到结论。
3在两杯质量和温度都相同的水中,分别逐渐加食盐和蔗糖,一边加一边搅拌,加到都不能溶解为止,比较溶解的量的多少,就可得到结论。
[进行实验]
学生两人一组选择自己喜欢的方案进行实验,教师指导。
[讨论交流]
生1:通过实验,我发现在水的质量和温度都相同的情况下,蔗糖要比食盐溶解得多,说明在一定温度下,蔗糖的溶解能力比食盐大。
生2:我得到的结论和生1相同。但我由此想到,比较蔗糖和食盐的溶解能力,应该还有其他的方法!
师:(表示感兴趣)是吗?说说你的想法。
生2:取两杯质量和温度都相同的水,一杯放蔗糖,一杯放食盐,如果放进去的蔗糖比食盐多,但最后蔗糖完全溶解了,而食盐还有剩余,也能得到上述结论。
师:你的思路是对的。但一开始并不知道蔗糖的溶解能力比食盐大呀?
生2:我也是在知道了结论之后才想到这个方法的。
生3:(若有所悟地)这样看来,应该还有 其他的方法。
师:(表示期待)说说看!
生3:我认为实验中两杯水的质量也不一定要相同。比如,可以使第一杯水的质量是第二杯水的两倍,然后使第一杯水中放入的食盐的质量是第二杯水中放入的蔗糖的两倍,再来比较它们溶解的程度,也能得到结论。
师:你这样设计的道理是什么?
生3:在这里盐水的质量虽然增大到了原来的两倍,但根据我们第一个探究活动得到的结论,这不会影响食盐的溶解能力,因此可以用这种方法比较食盐和蔗糖的溶解能力。
师:对,实际上这里的设计思想还是与上面一致的。
生4:(受生2、生3启发状)我突然有一个想法,不知能否行得通?
师:(期待状)……
生4:只用一杯水来进行实验。我是指在同一杯水中,先逐渐加食盐,搅拌,加到不能再溶解为止,然后再逐渐加蔗糖,搅拌,同样加到不再溶解为止,最后比较加入的食盐和蔗糖的质量,就可得到结论。
生5:(表示怀疑地)同一杯水中加两种物质,它们的溶解能力会不会受到影响?
师:这倒是一个值得探究的问题,有兴趣的 同学可以在课外进行探究。不过生4的想法的确很独特!
师:刚才大家通过相互合作,设计出了 许多种比 较食盐和蔗糖的溶解能力大小的方法。但是,大家注意到没有,这些方法都有一个共同点,那就是都是把食盐和蔗糖加到水中来进行比较的。
生:是的。
师:能不能反过来进行考虑呢?
生6:你是指把水加到食盐和蔗糖中来进行比较?
师:对。
生7:我知道了!先分别在两个烧杯中放相等质量的食盐和蔗糖,再不断向食盐和蔗糖中加水,搅拌,使之溶解,一直加到食盐和蔗糖完全溶解为止,比较两个烧杯中所加水的多少,也能得到结论。
生8:对,加水少的那种,它的溶解能力反而大。
(在该过程中,教师通过引导学生从各个不同 的角度考虑问题,鼓励学生相互启发、相互补充,设计出了多种比较食盐和蔗糖溶解能力大小的方法,充分培养了学生的发散性思维和创新能力,同时也深化了学生对控制变量法的理解。)
[反思质疑]
师:对刚才的探究活动,大家还有什么想法?
生:我认为刚才得到的结论的正确性值得怀疑。
师:(惊奇地)为什么呢?
生:刚才所做的实验,只能说明在该 温度下蔗 糖的溶解能力比食盐大。但如果温度发生改变,蔗糖和食盐的溶解能力都要改变,此时,哪一种物质的溶解能力大是不能确定的。
师:对,你的想法很有道理。那么,你认为要比较食盐和蔗糖溶解能力的大小,还应该做些什么?
生:我认为应该多做几次实验,即在不同的温度下,重复上述实验,才能得到比较正确的结论。
师:所以说,只通过一次实验得到的 结论往往 是不可靠的。
(本环节是学生对探究得到的结论进行反思、质疑、评估的过程。应该说,这位学生提出的问题是教师原来所没有想到的,但也正是如此,才体现了学生学习的主动性,同时也体现了教学的成功之处。)
[作业](二选一)
1.探究影响蔗糖在水中溶解快慢的因素;
2.探究将食盐和蔗糖放在同一杯水中 对 蔗 糖 的 溶解能力的影响。
五、教学反思
(一)突出探究
本课通过创设一个学生较为熟悉的情境,引发了一连串的问题;然后通过引导学生参与对问题的探究,使学生亲身体验了科学探究的过程,并着力培养了学生发现及提出问题的能力、实验设计能力、实验动手操作能力和合作交流能力。本课设计的两个探究活动都包含了多个要素,但又各有侧重,如“探究蔗糖在水中的溶解能力与什么因素有关”的活动,突出了“分析论证”这一环节;“探究在一定条件下,食盐和蔗糖在水中的溶解能力哪个大”的活动,突出了“实验设计”“讨论交流”这些环节,并渗透了控制变量法。这样处理,既是教学 内容的需要,又能有所侧重地发展学生的科学探究能力,加深学生对科学探究各个要素的理解。
(二)鼓励创新
主要表现为两个方面:一是为学生 营造了民 主、平等、宽松的教学氛围,如对于学生在探究过程中出现的错误,教师并不立即指出,而是鼓励学生继续探索,让学生通过实验观察、讨论交流、反思总结去发现问题、解决问题,从而为学生提供一个安全、自由的心理环境,使学生能大胆探索,有所发现;二是注重对学生质疑精神和创新思维的培养,如实验设计时,引导学生从各个不同的角度、不同的方 向进行思 考,通过分组 讨论、合作交流,相互启发、相互完善,设计出多种不同的方 案,很好地培养了学生的发散性思维能力。
(三)差异共享
【摘 要】本文运用三维分子荧光光谱法(3D-EEM),研究Hg(II)与博斯腾湖沉积物中天然溶解有机质(DOM)的相互作用机理。结果表明,5采样点沉积物均含有A峰、B峰和峰C等3种荧光基团。峰A和峰B均为类蛋白峰,峰C为类腐殖酸峰。Hg(II)猝灭滴定结果显示,溶解有机质中的3种荧光集团都能够不同程度地被Hg(II)猝灭,说明它们所代表的物质能够与Hg发生作用。Hg与DOM中荧光基团的反应属于静态猝灭,生成稳定的不发光的Hg-DOM络合物。各采样点类蛋白物质条件稳定常数和结合常数均高于类腐殖酸物质条件稳定常数和结合常数,但各采样点同种荧光峰之间不存在较大差异。本研究各采样点DOM的条件稳定常数3.82~4.34,结合常数3.76~5.54。博斯腾湖沉积物中的DOM与Hg(II)较强的络合作用意味着水环境中普遍存在的DOM很可能影响汞污染物在水环境的迁移和转化。
【关键词】DOM;Stern-Volmer方程;猝灭实验;博斯腾湖
在湖泊生态系统中,普遍存在着溶解有机质(dissolved organic matter,简称DOM),它能够影响水环境中痕量金属离子的物理迁移、化学转化以及生物可利用性。沉积物孔隙水是沉积物与其上覆水体之间进行物质交换的重要介质。DOM能够与营养元素或痕量重金属离子相互作用,影响这些物质在沉积物—水界面的迁移转化及其毒性和生物可利用性[1]。而水体汞污染是一个有关生态和人类健康的全球性问题.过去几十年中,人们对汞的生物地球化学循环进行了卓有成效的工作,但欲彻底理解其在水生生态系统和陆地生态系统中的迁移转化过程尚存困难。Hg(II)的环境特性和毒性受到多种因素的影响,其中天然有机质对汞的络合作用是众所周知的[2]。最近的一项研究[3]表明,由于官能团的存在,腐殖质能够与金属离子通过一系列方法相互作用,例如络合、离子交换以及降解等。
博斯腾湖地处新疆的焉耆盆地,位于巴音郭楞蒙古自治州博湖县,地理位置为北纬41°35′-42°12′、东经86°03′-87°50′,水域面积约1160km2,东西长55km,南北平均宽20km,平均水深为7. 5m,最深为15m,是我国最大的内陆淡水湖。博斯腾湖由13条大小不一的河流补给,目前水质为IV类,黄水区水质较差,为V类。引起博斯腾湖水质污染的主要原因是灌区排盐水的污染。黄水区水域面积仅占博斯腾湖的12%,但是入湖的污染物占整个入湖污染物的比例最高。以可溶盐为例,占入湖污染物总量的79%,由此可见,黄水沟是博斯腾湖主要的污染源[4]。从表1可以看出,从入湖口黄水沟到湖心,盐度和CI-、Mg2+、Ca2+等离子浓度基本出现下降趋势。
由于荧光光谱具有灵敏度高(10-19数量级)、用量少(1~2ml)和不破坏样品结构等优点,3D荧光光谱技术被广泛用于表征海洋、河流、湖沼、土壤等不同来源的DOM[5-6]。本研究的目的是应用3D-EEM来研究和描述Hg(II)滴定对不同采样点沉积物溶解有机制DOM的络合作用,应用修正型Stern-Volmer方程和修正型Hill方程拟合出条件稳定常数、结合常数以及配位比例等重要参数,比较分析不同采样点、不同荧光基团与Hg(II)络合能力与盐梯度关系,以期为博斯腾湖污染物的环境化学和行为研究提供基础信息。
1 样品与分析
1.1 样品采集与处理
根据博斯腾湖的水流、盐度特征,采用柱状采样器于2014年11月从黄水沟入湖口到湖心的5个点采集沉积物样品(见图1,编号1~5)。沉积物采集后,迅速装入充满氮气的棕色PVC袋中低温保存带回实验室。沉积物在4℃,以1000转/分钟离心30分钟,取上清液即孔隙水,4℃储存供分析用。
图1 采样布点图
1.2 测试仪器与分析方法
沉积物孔隙水溶解性有机物的荧光特征用F-7000分子荧光光谱仪(Hitachi,Japan)检测。3D荧光测量参数设置如下:带通:Ex =5 nm,Em =10 nm;响应时间:自动;扫描速度:1200 nm/min;扫描光谱进行仪器自动校正。激发波长范围为Ex = 200~400 nm(间隔5 nm),发射波长为Em = 200~500 nm(间隔2 nm)。 反应体系温度为22℃,测试重复3次,试验结果采用平均值。所测结果均扣除去离子水空白。标准HgCI2贮备液(0.1 M)的配制:将HgCI2(分析纯,贵州省铜仁化学试剂厂)溶解于超纯水,并于4℃冰箱保存[7]。
1.3 荧光猝灭滴定
采用连续加入方式,首先在1cm石英比色皿中装入3.0 mL孔隙水溶液进行检测。然后使用Hg2+溶液按照2、4、6、8、10 μL加入比色皿,并且每次加入Hg2+后采用磁力搅拌器搅拌30 min,使反应达到平衡。反应体系温度为室温(22℃)。测试重复3次,试验结果采用平均值。3D光谱图使用Sigma Plot 11.0(Systat Software Inc,美国)绘制[7]。
2 结果与讨论
博斯腾湖5个不同采样点沉积物空隙水DOM的3D-EEM均显示了3个不同的荧光峰。结合前人的研究结果[8-9],对天然环境中各种溶解有机质的荧光峰类型进行了总结。峰A(Ex/Em=225~230/330~342nm)位于Ⅱ区(含芳环基团的蛋白质Ⅱ);B峰(Ex/Em=280/330~346nm)位于IV区(溶解性微生物产物);C峰(Ex/Em=290~325/395~406nm)位于Ⅴ区(类腐殖酸)。峰A和峰B都属于类蛋白物质,进一步被确定为芳香族氨基酸和色氨酸[6,7,10,11];峰C属于类腐植物质,被认为与腐殖质结构中的羰基和羧基有关[12]。从图2 可以看出,孔隙水DOM溶解性微生物副产物的荧光峰最强,类蛋白质峰次之,而类富里酸的荧光峰较弱,说明孔隙水DOM中的荧光物质主要为类蛋白物质,类腐殖酸物质含量则相对较少。
图2 Hg2+对DOM的猝灭
2.1 Hg(II)-DOM配位作用
从图2中可以看出,在避光、振动条件下,随着Hg(II)浓度的增加,DOM的3种荧光峰A、B、和C的荧光强度都随着Hg(II)浓度的增加而下降,表明Hg(II)与DOM中的荧光官能团发生了配位作用。Hg(II)与DOM发生荧光猝灭的现象与前人的相关报道是一致的[13]。
在静态条件下,Hg(II)对DOM的荧光猝灭反应比较慢,这可能是在中性pH条件下,Hg(II)以[Hg(OH)2]0形态存在于水溶液中,而OH—配位体被另一种有机配位体替换是一个缓慢的过程[14]。另一方面,Ca(II)离子对腐植酸具有较高的亲和力[15],Hg(II)需要替换在DOM样品中绑定于荧光基团的Ca(II)离子,所以Hg(II)对DOM的荧光猝灭反应比较缓慢。根据Saar和Weber的报道[16],Cu(II)、Pb(II)、Co(II)、Ni(II)和Mn(II)等离子对DOM中的荧光基团没有猝灭作用。荧光猝灭发生的机理可能是金属离子的绑定改变了DOM样品中金属离子和结合点位的电极,导致在某一特定发射光谱位置上荧光强度的增加或者降低[17]。
图3 典型采样点DOM与Hg2+相互作用的Stern-曲线
2.2 猝灭机制及猝灭常数
为了定量研究Hg2+与DOM的结合作用,一般可使用Stern-Volmer方程[见式 (1) 描述荧光猝灭数据[12]。
F0/F=1+KSVC=1+kqr0C (1)
式(1)中:F0和F分别为Hg2+加入前后DOM所得的荧光强度;KSV为猝灭常数,L/mol;kq为生物分子猝灭速率常数,L/(mol.s);r0值为1.0×10-8s[18];C为c(Hg2+),mol/L。
从图4可以看出,随着c(Hg2+)的逐渐增大,各峰的F0/F值逐渐增大。峰A、峰B和峰C的Stern-Volmer呈良好的线形关系(R2=0.92~0.99),说明DOM中荧光集团A、B及C与Hg2+的相互作用过程由静态猝灭或动态猝灭控制[9]。各采样点峰A~峰C的kq值范围7.0×1013~6.9×1014 [l/(mol﹒s)],均大于最大散射猝灭速率常数2.0×1010(l﹒mol-1﹒s-1)[18],说明各荧光基团与Hg的相互作用属于静态猝灭过程,即DOM中的这些荧光基团与Hg2+生成不发出荧光的络合物Hg(II)-DOM。
2.3 条件稳定常数及配位比例
荧光猝灭数据可以进一步用修正型Stern-Volmer方程[见式(2)]来描述[18]:
(2)
式(2)中,Ka为条件稳定常数,f为被Hg2+配位的荧光基团的比例,[c]为Hg2+浓度,mol/L。
图4 典型采样点DOM与Hg2+相互作用的修正型Stern- Volmer方程拟合
图5为典型采样点峰A、B和C的修正型Stern-Volmer方程拟合。由图4可见,图中曲线具有良好的线形关系(R2=0.97~0.99),说明修正型Stern-Volmer方程可用来描写Hg2+与DOM的相互作用。各采样点DOM与Hg(II)络合的条件稳定常数和配位比例见表1。
表1 各采样点Hg2+与DOM反应的相关参数
采样点12345
条件稳定常数logKa峰A4.104.344.274.134.26
峰B4.013.923.973.923.95
峰C3.883.893.823.843.91
配位比例f峰A0.510.640.780.870.86
峰B0.620.690.850.830.91
峰C0.420.560.660.810.87
结合常数峰A5.424.885.245.385.29
峰B4.494.384.554.784.55
峰C3.943.853.763.813.74
结合位点数峰A1.361.291.391.341.33
峰B1.271.201.281.301.26
峰C1.071.021.011.071.06
从表1中可见,不同采样点DOM荧光峰的条件稳定常数的大小顺序是:峰A>峰B>峰C,说明类蛋白类物质与Hg的络合能力高于类腐殖类物质与Hg的络合能力,DOM中类蛋白物质对环境中Hg迁移的影响高于类腐殖质。从表2中同时可以发现,不同采样点同种峰的条件稳定常数较接近,说明沉积物环境因素包括DOM浓度、盐度等对各荧光峰条件稳定常数的影响很小[19]。
从表1中还可知,本研究DOM中荧光物质与Hg2+的条件稳定常数为3.82~4.34,这较小于Fu Pingqing等[16]城市河流中DOM与Hg的条件稳定常数5.01~5.62,但是与Xiao Qiaolu[19]等的研究中河流和湿地中DOM与Hg(II)的条件稳定常数(分别为4.29~4.66和4.18~4.24)和何小松等[20]的研究中垃圾渗滤液中DOM与Hg的条件稳定常数4.30~5.70较接近。说明博斯腾湖沉积物中DOM与Hg2+具有较强的络合作用,并生成较稳定的Hg(Ⅱ)-DOM络合物,DOM对汞污染物在环境中的迁移、转化有较大的影响。
2.4 结合常数与结合点位数
小分子独立地与一系列大分子结合时,其结合常数和结合点位数可用修正Hill方程[见式(3)]计算[21]:
lg[(F0-F/F)]=lgkb+nlgc (3)
式(3)中,kb是结合常数,n为结合点位数。
图7为峰A、峰B和峰C的修正型Hill方程拟合.由图5可见,各曲线具有良好的线性关系(R2=0.98~0.99),说明DOM与Hg2+的作用符合修正型Hill模型。n值大于1说明孔隙水DOM中有不止一类与Hg2+结合的点位。
图5 典型采样点DOM与Hg2+相互作用的修正Hill方程拟合
表1为不同采样点各荧光峰的结合常数和结合点位数。从表1中可得,不同采样点各荧光峰的结合常数和结合点位数的大小顺序是:峰A>峰B>峰C,说明类蛋白类物质与Hg的结合能力高于类腐殖物质与Hg的结合能力,DOM中类蛋白物质对环境中Hg迁移的影响高于类腐殖物质。从表1中同时可以发现,不同采样点同种峰的结合常数较接近,这与各采样点DOM条件稳定常数的情况是相似的。
从表1中还可知,本研究各采样点DOM的结合常数在3.76~5.42范围内,因没发现Hg(II)与其他污染物结合常数的相关报告,与EPS和其它金属离子的结合常数作比较,例如EPS与镉、锌的结合常数分别为2.95~7.22和3.58~8.09,与本研究结果都比较接近[22]。各采样点DOM中峰A和峰B的结合点位数在1.20~1.39,均大于1,说明在DOM中有不止一类与Hg2+结合的类蛋白物质点位。各采样点峰C的结合点位数在1.01~1.07,很接近于1,表明在DOM中只有一类与Hg2+结合的类腐殖质点位。博斯腾湖沉积物中DOM与Hg2+较强的结合能力意味着溶解性有机物能够影响汞污染物在水环境的迁移和转化。
3 结论
不同采样点1~5沉积物孔隙水DOM均出现3荧光集团,峰A和峰B属于类蛋白物质,峰C属于类腐殖质物质。类蛋白物质的含量高于类腐殖质物质。各采样点DOM中的3种荧光峰都能被Hg2+ 猝灭,猝灭过程属于静态猝灭过程,可用修正型Stern-Volmer方程和修正型Hill方程来描述。DOM可与Hg2+ 发生较强的络合作用,并生成稳定的不发光Hg(II)-DOM络合物。各采样点DOM中类蛋白质条件稳定常数和结合常数均高于相应采样点类腐殖质条件稳定常数和结合常数,但各采样点同种峰之间不存在较大差异。博斯腾湖沉积物中的DOM与Hg2+较高的条件稳定常数和结合常数意味着DOM对汞污染物在水环境中的迁移、转化具有较大的影响。
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第7节 物质在水中的溶解教案
炭宝宝竹炭――呵护您的健康 教学目标 1 区别饱和溶液和不饱和溶液 2 了解溶解度的意义并会查阅溶解度表 3 了解外界条件能够影响物质的性质 4 会计算溶液中溶质的质量分数,能配制一定溶质质量分数的溶液 重点与难点 重点:饱和溶液和不饱和溶液的区别 溶解度的概念的理解 溶解度的计算和溶质的质量分数的计算 难点:溶解度的概念级溶质质量分数的计算 教学工具 课件 教学过程 【引入】在一定的条件下,溶质是否可以无限地溶解在一定量地溶剂里呢? 【实验演示】硫酸铜的溶解 现象:得到蓝色的溶液,到一定时候硫酸铜不再溶解。 结论:说明在一定的条件(一定量的溶剂中,一定量的水中)下,溶质不可以无限地溶解在溶剂里。 一、饱和溶液和不饱和溶液 1、饱和溶液:在一定温度下,在一定量的溶剂里,不能继续溶解某种溶质的溶液,称为这种溶质的饱和溶液。上面得到的就是该温度下硫酸铜的饱和溶液。 2、不饱和溶液:在一定温度下,在一定量的溶剂里,还能继续溶解某种溶质的溶液,称为这种溶质的不饱和溶液。在不断加入硫酸铜之前的溶液都是硫酸铜的不饱和溶液。 【思考、讨论】那么,不饱和溶液可以转变成饱和溶液吗?DD增加溶质,蒸发溶剂,降低温度(一般情况下) 取一杯接近饱和的硝酸钾溶液: 改变条件 实验操作 出现的现象 结论 加溶质 蒸发溶剂 降低温度 饱和溶液也可以转变成不饱和溶液,可以增加溶剂水,或升高温度(一般情况下) 3、溶液和稀溶液:在溶液中,溶有较多溶质的叫做浓溶液;有的溶有较少溶质,称为稀溶液。 【思考】饱和溶液是否一定是浓溶液,不饱和溶液是否一定是稀溶液? 【实验演示】蔗糖、熟石灰在水中溶解的实验 现象: 10克蔗糖在水中溶解了,溶液很浓,但可以继续溶解蔗糖;熟石灰在水中溶解得很少,溶液很稀,但已经饱和了不能继续溶解熟石灰。 结论:饱和溶液不一定是浓溶液,不饱和溶液不一定是稀溶液;在同一条件下,对同一物质而言,饱和溶液比不饱和溶液浓一些。 二、溶解度 【引入】从上面得实验可以知道,蔗糖和熟石灰在相同的条件下,不同物质的溶解能力是不同的,蔗糖比熟石灰易溶得多。那么,我们能否用定量的方法来表示物质的溶解能力呢? 【实验】室温下,10克食盐和10克氯酸钾溶于100克的水中 现象:食盐未全溶,已达到饱和;氯酸钾全溶解完,未达到饱和。 结论:这两种溶质的溶解能力不一样。 1、用溶解度来表示物质的溶解能力,即在一定的温度下,某物质在100 克溶剂中达到饱和状态是所溶解的质量为该物质在这种溶剂里的溶解度。 注意点:(1)理解这个概念,抓住四个词:一定的温度,100克溶剂(一般为水)、达到饱和、溶质的质量(单位为克) (2)溶解度值越大,表明该温度下,物质的溶解能力越强 【练习】指出下列各句的含义及判断是非: 1、20℃,硝酸钾的溶解度是31、6克,表示 。 2、20℃时,10克食盐溶解在100克水中,所以20℃时食盐的溶解度是10克。( ) 3、20℃时,100克食盐溶液里含有10克食盐,所以20℃时食盐的溶解度是10克。 4、在20℃时,100克水里最多溶解33、3克氯化铵,则氯化铵的溶解度是33、3克 5、在20℃时,100克硝酸钾饱和溶液里含硝酸钾24克,则硝酸钾的溶解度是24 2、物质的溶解性等级: 20℃时的`溶解度 大于10克 1-10克 0.01-1克 小于0.01克 溶解性等级 易溶 可溶 微溶 难溶 说明:所谓的易溶、可溶、微溶、难溶时相对的。自然界没有绝对不。习惯上称作“不溶”的物质,只是溶解度很小,一般忽略不计而已。 【探究】影响固体溶解度大小的因素 一、提出问题:影响固体溶解度大小的因素有哪些? 二、建立假说:根据已有的知识和经验,我们猜测: 猜测1:溶解度可能与温度有关 猜测2:溶解度可能与 压强 有关 猜测3:溶解度可能与 溶剂 有关 猜测4:溶解度可能与 固体本身 有关 三、设计实验进行检验:(控制变量法) 目的 验证溶解度是否与温度有关 条件控制 温度不同,溶质、溶剂一样 实验方案 (1)称量一定质量的硝酸钾固体M克,在室温下用一定量100克的水配制硝酸钾的饱和溶液,剩余N克。即溶解度为M-N克。升高温度,饱和溶液变成不饱和溶液,可以继续溶解硝酸钾,称量剩余的硝酸钾为P克。即溶解度为M-P克。 (2)或配制较高温度时的硝酸钾饱和溶液,降温进行 实验数据 M克,N克,P克,100克 结论 对于同一种溶质,温度改变,溶解度改变 通过几次实验,影响固体溶解度的因素有:溶质和溶剂的性质(内因) 温度(外因) 4、溶解度曲线:以温度为横坐标,溶解度为纵坐标形象地看出物质的溶解度随温度变化情况。 不同的物质溶解度受温度的影响是不同的 【1】大多数物质的溶解度随着温度的升高而增大(1)影响很大,如硝酸铵,硝酸钾,硝酸钠等,表现为曲线陡 (2)影响不大,如氯化钠、氯化钾、氯化铵,表现为曲线平缓 【2】极少数物质的溶解度随着温度的升高而减小,如氢氧化钙 【补充】溶解度曲线上的各点的意义。 5、溶质的质量分数 1、溶质的质量分数是一种溶液组成的定量表示方法。即一定量的溶液里所含溶质的量。 公式:溶液中溶质的质量分数=溶质的质量/溶液的质量 =溶质的质量/溶质的质量+溶剂的质量 (常用小数或百分数表示) 明确溶质的质量分数、溶质、溶剂、溶液的关系: 溶质的质量 不变 不变 增加 减少 溶剂的质量 减少 增加 不变 不变 溶液的质量 减少 增加 增加 减少 溶质的质量分数 变大 变小 变大 变小 【例题】见书本 练习】 说明:(1) 计算有四种类型: ㈠已知溶质的合溶剂的质量,求溶质的质量分数 ㈡计算配制一定溶质的质量分数的溶液所需溶质合溶剂的质量㈢溶解度与此温度下饱和溶液中溶质的质量分数的计算 ㈣溶液稀释或浓缩合配制的计算 (2)溶液通常是用量筒量取体积来计算的,要注意溶液体积与质量之间的换算,即密度的应用。 (3)对于溶液的稀释或蒸发浓缩的计算,要抓住溶液的稀释或蒸发浓缩前后,溶质的质量不变,即浓溶液的质量×浓溶液中溶质的质量分数=稀溶液的质量×稀溶液中溶质的质量分数 (4)体积分数的表示溶液组成的方法:(见阅读材料) 2、配制一定溶质质量分数的溶液步骤: A、计算(溶剂和溶质的质量或体积) B、称量(称取或量取) C、溶解(后装瓶,并贴上标签) 炭宝宝竹炭――呵护您的健康
一、用教材教,而不是教教材。
本节课的教材呈现了三个活动:(1)食盐在水中溶解了;(2)面粉在水中溶解了吗;(3)过滤实验。首先,观察、记录物质的溶解需要一定的等待时间;其次,过滤是学生首次接触的实验,在学生操作前肯定要进行细致的讲解和演示,因此若按照教材的顺序进行教学,不可能在35分中内完成如此大的课堂容量。
于是,我将教材中的前两个活动合二为一,将三个活动变为两个:(1)食盐、沙、面粉溶解了吗(2)过滤实验。将食盐、沙和面粉放入烧杯的实验一起展开、一起汇报,在保证实验效果的同时,大大节约了课堂的时间。
二、视频播放代替教师演示。
过滤实验的操作可以帮助学生加深对溶解本质的理解,因此我对过滤的讲解内容准备的非常充分。但在第一个班级进行实验演示时,有一个坐在后面的同学提出“看不清”的问题,比如:玻璃棒指向三层滤纸的那边、漏斗下端要靠着烧杯内壁等等注意事项,学生只能听,而看不清楚。
于是,我在接下来3个班级的教学中,引入了视频,通过视频演示滤纸的折法以及过滤的操作。因为视频播放,录制的时候镜头可以拉近,所以学生十分清晰地看到了滤过的整个过程。
我们不能死板地认为只有教师演示的实验才是最真实的,必要的时候用视频代替,有时候会有更好的效果。
三、实验准备的重要性。
判断物质是否溶解的一个重要的办法,就是通过观察颗粒。对于面粉,许多学生在搅拌后看到其分散在水中,就会误认为是溶解了;但面粉不像沙,要观察到其沉在杯底,静置的时间需要很久。
因此,我在课前不单单要准备好过滤装置、烧杯、沙、食盐、面粉和玻璃棒,还要准备静置好后的面粉与水的混合液,在汇报面粉是否溶解时适时展示,利于学生观察面粉在水中的状态是更接近于食盐还是更接近沙。
1、我比较顺利地实施了自己的教学设计,层次比较清楚(主要分沉浮实验与探究木材特性两部分)。课堂上气氛较活跃,学生都能积极参与,发言者较多。
2、实验指导较到位。实验之前,我让学生先认识实验器材,并把实验要求(沉与浮的判断标准和实验步骤)对学生进行了提示,主要是课件出示及教师讲解一遍。进入正式实验时,学生参与度很高,实验氛围较浓厚,且这一实验过程比较适时,时间把握较好。最后是对实验器材的整理,这一步每个小组都做得很好,实验后,实验器材摆放得非常整齐。
3、这一课中进行的实验是非常必要和有效的。这一过程可以帮助学生逐步形成预设――实验――观察记录――分析归纳――发现的科学探究的方法与过程,充分培养学生尊重事实的科学品质。
4、让学生欣赏砍伐后的树木这些图片资料,可以引起学生情感的共鸣,培养学生节约木材资源、保护环境的意识。
二、需努力之处:
1、本节课上,在回顾已经学过的材料的特性时让学生自己说,教师只负责提问并重点板书的方式会更好,而不是全由教师一个人一笔带过。
盛元小学 刘永霞
本课以学生熟悉的橡皮泥作为研究材料,先观察实心的橡皮泥在水中的沉浮;然后再改变橡皮泥的形状,使其能浮起来;进而测量橡皮泥排开的水量,揭开橡皮泥沉浮的秘密:橡皮泥在水中排开的水量越大,越容易浮起来。从而帮助学生理解钢铁制造的轮船为什么能浮在水面上。
教参书中的两点建议要引起我们的注意:
“1.观察橡皮泥的沉浮。
这项活动只能用一块橡皮泥做实验。市面上有各种品牌的橡皮泥,教师要多加挑选,选择放在水中不会化掉的橡皮泥做实验,否则会影响实验效果,影响精确度。”我结合实际教学情况解析如下:
第一,每个组只提供一块橡皮泥做实验。教材第7页插图中橡皮泥的四种形状是先后用同一块橡皮泥做成的,不要误以为是四块橡皮泥。本课研究的是在重量不变的情况下,改变体积所引起的沉浮变化,是对第2课中学习的变量控制实验方法的应用。
第二,对橡皮泥的要求很高。学校实验室没有橡皮泥,只好让学生自己准备。我要求学生要买质量好一些的橡皮泥。结果在上课时,有的学生带来的是1元钱的橡皮泥,有的是4元钱的,20多元的学生没有买。毕竟太贵了,不是学生能承受起的。学生把橡皮泥放在水中,要么化了,要么捏出来的不能成形(太软了,侧边立不起来)。
严重影响了教学效果。而且化了的橡皮泥一下捞不起来。6个班上下来,烧杯、水槽全被橡皮泥弄得脏兮兮,像臭水一样。实验桌上的痕迹轻易擦不掉,擦过桌子的抹布都变硬了。实验室没有通水,提上提下,费了好大劲才逐一把仪器清洗干净,一早上的空余时间全干活了。第4课、第5课的实验都要用到橡皮泥,这样的材料怎能再用呢? 无奈之下我只好向同行们求助。在论坛里看到有经验的老师已经发出了帖子:“五下第一单元第3课《橡皮泥在水中的沉浮》,每年上到此课都有很多老师反映买到的橡皮泥一放水里就烂,今天在此贴出解决办法。现在一般使用的橡皮泥都是水溶性的,所以放入水中会烂,我们可以到美术用品店或淘宝网上购买“素描橡皮”也叫“可塑橡皮”,大小与大的绘图橡皮差不多,国产的价格约在2元左右,一个小组一块,使用100ML的烧杯,实验效果不错。”还附有图片。我到淘宝一看,果然是既经济又实惠。还有一位老师介绍到:“我买的是彩色油泥也叫雕塑泥,2块钱一大块。在水里不会化,刚开始稍微有些硬,用几次就软了,可以很好的改变形状,可塑性不错。(船模上还能用来配重)”多好的方法啊!
“3.测量比较橡皮泥排开的水量。
可以自己制作细密的刻度纸贴在烧杯上,来比较橡皮泥排开的水量多少。”
小小的一行提示,可让我费尽了心思。实验室的烧杯有50毫升、100毫升、250毫升、500毫升几种不同的型号。教材书中烧杯的图片都是300毫升。250毫升、500毫升规格的烧杯每一小格的刻度都是50毫升,一大格100毫升。橡皮泥浸入水中的体积变化不是很大,学生观察测量时就不好读数,只好估计。所以需要制作细密的刻度纸(把100毫升一格再细分成5格,每格20毫升)贴在烧杯的刻度旁边。我得做14个小组的刻度纸贴,的确很麻烦。在与大家的交流中,我道出了自己的困惑。热心的科学老师教给我制作的方法,并且把他们制作的刻度表格文件发给我。打印出来后,我发现这个表格贴在1000毫升的塑料量杯上刚合适。而且这个电子表格的行距并不好修改。我只好请微机老师帮忙,分别制作了适合500毫升烧杯、250毫升烧杯的刻度表格。以后根据教学需要选择合适的烧杯和刻度,可以方便教学。
教学案例
教学目标:
本课意在通过观察比较食盐、沙、面粉在水中的变化有着“显著的不同”和“本质的不同”,抓住溶解和不溶解的主要区别特征,逐步加深学生对“溶解”的认识和理解,并通过仔细观察描述高锰酸钾溶解在水中的逐渐变化的过程,帮助他们形成关于“溶解”的描述性概念。由于教学中使用到的材料较多,在教学过程中教师需要合理地安排活动,并对学生进行必要的指导,使活动有序、有效进行,实现“溶解”概念的构建。教学过程:
一:联系生活,创设问题情境
1、师生谈话:平时,在喝汤之前,我们都会往汤里放点„„(盐),盐在水里会发生什么变化呢?(溶了,溶化了)
2、提问:看到什么现象说明盐溶(溶化)了呢?我们一起来做一做,看一看。
二:观察食盐和沙子在水中的变化,初步建立“溶解”概念
1、提出观察要求:先观察——边搅拌边观察——停止搅拌观察,对比盐和沙子前后的变化。
2、学生把盐和沙子放进水中,实验观察。教师巡视指导。
3、小组汇报。
4、小结:食盐在水里慢慢消失了,看不见了,食盐溶解了;沙子与原来一样大小,没有变化,沙子没有溶解。(板题:食盐在水里溶解了。)
三:观察粉笔粉末在水中的溶解状况,通过过滤实验进一步理解“溶解”的实质
1、出示粉末,让学生猜测:粉笔粉末在水中会溶解吗?
2、学生实验,观察粉笔粉末在水中的变化。组内交流,说说自己的判断依据。
3、汇报讨论,引发学生思考“粉笔粉末到底溶解了还是不溶解,或者是溶解了一部分?有什么办法可以区别?”
4、教师介绍过滤方法,并演示操作过程,提出过滤实验注意事项。
5、学生实验,教师巡视指导观察和分析。
6、汇报交流,引导学生从“滤纸上看到什么?”、“过滤后的液体是怎样的?”和“三杯液体静置一段时间后看到的现象?”这几个方面进行分析讨论。
7、小结:没有溶解的沙子和粉笔粉末被滤纸分离出来了,溶解在水里的食盐不能被过滤的方法分离出来。
四:观察高锰酸钾在水中的溶解,类推想象食盐、糖等物质溶解的过程
1、出示高锰酸钾,问:它在水里会溶解吗?想证实一下吗?
2、学生分组实验观察。
3、汇报观察结果。
4、问题:根据高锰酸钾在水中溶解的现象,你能说说食盐是怎样溶解,最后使到整一杯水都变咸的?
5、学生描述。(引导学生借助手势和画示意图进行描述)
小结:像食盐、高锰酸钾、砂糖那样在水中变成极小的肉眼看不见的微粒,均匀的分散在水中,这种现象就叫溶解。
教学反思
一、抓住科学概念的本质属性,促进学生建构科学概念
概念是具有共同的关键属性的一类对象、事件、情境或性质。学生掌握一个科学概念,实质上就是掌握同类事物的共同特征。对“溶解”概念的理解,实质上就是对“微粒”和“均匀分布”两个关键词的理解。围绕这两个关键词,我组织学生进行了一系列的探究活动。学生在活动通过细致的观察和充分的交流,对溶解的认知从原来的“像盐、糖这样,在水中慢慢消失、慢慢溶化的现象”,逐步建构成 “物质变成肉眼看不见的极小极小的微粒,均匀地分布在水中,且不能被过滤或沉淀的方法分离出来。”
学生对“溶解”这一科学概念的建构经历了从表象到抓住事物本质属性的过程。
二、精心选择和处理活动材料,创设建构科学概念的情境
活动材料既是教学准备的主要对象,又是构成有效活动的重要因素。有结构性的活动材料,对学生认识事物的本质特征和内在联系,建立正确的科学概念有重要的作用。
1、挑选处理材料,提高活动的有效性。
第一个活动,我给学生提供了盐粉和清洗得很干净的沙子。盐粉溶解速度快,干净的沙子避免了掺有杂质而干扰学生的观察。由于对比效果明显,学生很快就找到了溶解与不溶解的区别,教师也了解了学生对溶解的原来认识,为下一步的活动开展作好铺垫。
第二个活动,我用粉笔粉末替换了教材中的面粉。教材把面粉作为有结构的材料,但面粉中有部分的物质是能溶解在水中的,因此经充分搅拌后,过滤后的液体仍呈现混浊。开始上这节课时,我也是使用面粉这种材料,但学生观察滤液后认为“部分面粉溶解在水中,部分面粉不能溶解”,而这种判断也确实是正确的。这样的结果,是会影响学生对溶解的理解的。粉笔粉末的主要成份是硫酸钙,难溶于水,沉淀速度较快,不能通过滤纸,过滤后的液体十分清澈。因此用粉笔粉末代替面粉,能更好地让学生明白,水中难以用肉眼分辨的粉状物质也是不能溶解在水里的。
控制好高锰酸钾的量。200亳升的水加入半粒米大的高锰酸钾即可,并且把高锰酸钾碾碎,这样会令观察的效果更佳。高锰酸钾量过多,会令溶液的颜色过浓而影响了观察,过滤时少部分未溶解的高锰酸钾会留于滤纸;量太少,高锰酸钾在水中慢慢溶解扩散这一过程的现象不够明显。
此外,我还给每个小组准备了四根筷子,每一杯混合物只使用一根筷子,避免交叉使用,影响观察效果。食盐、沙子、粉笔粉末和高锰酸钾分别用推拉封口的小塑料袋装好,份量基本相同,并贴上标签,方便学生实验使用,也方便以后重复使用这些塑料袋。
2、分步呈现材料,凸显活动的层次性。
在小学科学课教学中,材料的出现往往控制着活动的节奏。活动的深入开展在一定程度上有赖于对前一种材料的使用,当学生感到或者意识到认知种困难时,引发为一种需要,下一个材料的出现便能体现其价值,由材料带动下一轮的探究活动才能体现其中更大的价值,同时也通过活动的层次性发展学生的科学思维。
这一课中引入课堂的材料很多,沙子,食盐和粉笔粉末是三个重要的材料。其中,沙子和食盐是区分是否溶解的支撑性材料,而粉笔粉末则是一个深化性材料。教学时,我先出示沙子和食盐两种材料,通过让学生对这两种材料在水中的变化状况进行观察,从而初步地建立起关于溶解的概念,即像食盐那样在水中变小了,变少了,最后慢慢不见了,是溶解,像沙子那样在水中沉淀下来,颗粒大小基本没有变化,是不溶解。紧接着我推出了粉笔粉末,粉笔粉末的出现让学生解释溶解现象受到局限,认知发生矛盾冲突,从而自然地引出用“沉淀”或“过滤”的实验方法来判断物质在水中是否溶解。
学生已经明确了食盐在水中能溶解,而粉笔粉末与沙子都不能在水中溶解。那么溶解了的食盐在一杯水中是怎么分布的呢?学生有的说,下半部分分布多,就像沙子一样落到底部,有的学生说中部比较多,还有的说上部比较多。究竟怎么样,我们需要验证。但因为食盐溶解到水里后不能通过观察直接看到它的分布状况,因此需要有一种新的可以溶解在水中,且可以看清其充分溶解后分布状况的物质。这时,我适时地推出高锰酸钾这种材料,它的出现成为了学生进一步研究的需要。
3、合理改进材料,方便学生的操作。
在保证操作安全和实验可靠性的前提下,对材料实施改进,能提高教学的有效性。
过滤实验中使用到的铁架台、铁圈等,不仅笨重,而且学生在实验时很难做到“三靠两低”的规范要求,操作难度大。实验指导因为规范的东西太多,致使实验的指令性很强。当学生按标准操作完成过滤实验时,时间花费了不少,课堂教学的有效性大打折扣。
“过滤方法”并非教材指向,教材没有明确要求学生掌握正确的过滤方法,教师用书中甚至提到“往漏斗中倒入液体时,应根据学生的实际情况,不一定要求用玻璃棒引导,只需让学生注意不要将液体溅到漏斗外即可。”因此,根据学生的年龄特点,并结合实际,我对过滤装置进行了如下改进:把紧贴滤纸的漏斗放在锥形瓶里(或集气瓶),慢慢把滤液倒入漏斗进行过滤。通过这样的改进,使操作变得十分简便,学生不需要去记住繁多的操作要求,而有更多的精力放在观察与思考上,更好地实现教学的有效性。
三、在活动中发展学生的科学思维
本课有三个活动,而且活动中使用到的器材比较多。因此,必须科学组织,紧密协调,各个活动才能有序和高效地进行,同时也让学生的科学思维在这些活动中得到发展。
1、循序渐进,分步实施教学。
导入时,我利用生活中喝汤这一常见例子,了解学生对溶解现象的已有认识;接着通过让学生观察盐和沙子在水中的变化过程的活动,进一步深化学生对溶解现象的理解;再接着指导学生运用过滤的方法,检测物质在水中是否形成微粒、是否均匀分布,从而判断该物质是否溶解;最后利用高锰酸钾在水中的溶解过程和结果的观察,让学生学会推断和证实其他可溶物质的溶解过程。
通过这样有序的、渐进的科学概念教学,使学生在充分活动的基础上对溶解现象在感性和理性两方面都有了深刻的认识。
2、指导观察,提高活动实效。
活动前,我先作示范和方法指导。例如,在观察食盐和沙子在水中的变化时,我特别强调:先观察——边搅拌边观察(先慢后快)——停止搅拌再观察。这里的停顿和分层实验的意义在于帮助学生观察到“溶解”作为一种过程的变化。缺少了这个细节的指导,很多学生就会迫不及待地搅拌,不会静心地、细致地观察,就不能体会到食盐在水中慢慢地、慢慢地变少了,最后看不见了的变化过程,这将导致观察过程的缺失。由于作了
详细的指导,在后面的两个观察活动中,学生能自觉地运用这种方法观察粉笔粉末和高锰酸钾在水中的变化。
在进行观察活动时,我指导学生注意对比溶解物质(如盐)和不溶解物质(如沙)在水中的颗粒大小及数量的变化;留意滤纸上的物质;对比过滤后的液体与过滤前的液体不同点,从而使他们有目的地观察和分析这些现象。
学生进行过滤实验时,我提出几点注意事项:混合物倒入漏斗前先充分搅拌;液体不能超过滤纸的边缘,倒一次就够了;不能用筷子戳滤纸。这几点操作提示保证过滤实验的顺利进行,避免因全部过滤而浪费时间,有更多的时间让学生交流发现。值得一提的是,在过滤活动结束后的汇报中,一定要让学生讨论分析肉眼难以看见的颗粒(粉笔粉末)和肉眼看不见的微粒(盐)的区别,如果把两者等同或混淆了,就无法帮助学生真正地理解“溶解”的概念。
观察高锰酸钾溶解的活动中,我强调一定要慢慢地搅拌,并组织学生互相交流、描述所观察到的现象及作出的解释,尤其是头脑中产生的想象。因为高锰酸钾溶液颜色的变化过程,实际就是就高锰酸钾微粒在水中均匀分散的过程,这对学生理解食盐在水中化成微粒分散在水中各部分起重要的启迪作用。
教学目标:
1、通过实验、观察和比较,知道一些物质能溶解在水中,有些物质不能溶解在水中,不能用过滤的方法把溶解了的物质从水中分离出来。
2、通过观察和描述食盐、沙、面粉在水中的容易溶解和不溶解的现象,能使用过滤装置分离几种固体与水的混合物。
3、体验研究溶解与不溶解现象的乐趣,激发进一步探究溶解问题的兴趣,培养学生的综合能力。
教学重难点:
1、重点:观察、比较、描述食盐、沙和面粉三种物质在水中的溶解与不溶解。
2、难点:比较食盐、沙、面粉在水中的变化有哪些异同、过滤实验操作。
教学准备:
1、分组准备:玻璃杯6个、水、沙、食盐、面粉、滤纸3张、漏斗1只、筷子3根、铁架台1个。
2、教师准备:泡好的糖水、白开水、过滤装置。
教学过程:
一、创设情境,导入新课。
1、出示两杯水,仅仅从外观上看这两杯水有什么不同?指名学生尝一下比较这两杯水的不同。
2、有什么不同?水为什么会变甜呢?怎么没看到水中的糖呢?那糖到哪里去了? 今天我们来探究溶解的问题,我们把像糖这样能溶在水中并让我们看不见的现象在科学上我们称为溶解。(板书:溶解)
3、这里老师预备了盐、沙、面粉这三样物质,PPT出示,(板书:盐、沙、面粉)
4、预测一下,哪个会溶解哪个不会?有没有不同的看法?
5、验证我们的预测是否正确最好的方法是什么?
二、实验观察比较盐、沙、面粉在水中的溶解情况。
1、这个试验我们怎么操作呢?先看屏幕(出示记录单)实验单能看懂吗?指名回答,根据记录单先我们应该怎样操作?
2、实验提示:先观察,再把适量的水倒入装有盐、沙、面粉的小烧杯中搅拌,再观察。每人填好自己的记录单。
3、学生实验,教师巡视指导
4、学生汇报(根据记录表分小组代表汇报),有没有不同的意见?你为什么这么认为?理由是什么?
5、食盐在水中能溶解你是根据什么现象判断的?(板书:看不见、无沉淀)那你为什么判断沙不能溶解?
面粉你怎么判断?认为不能溶解的依据是什么?认为能溶解的依据又是什么?
4、那么面粉在水中到底能不能溶解呢?
三、过滤实验
1、老师这里有一个新的办法可以帮我们判断。PPT出示“过滤实验装置”(简介装置)。
2、那这实验具体怎么做呢?请看过滤实验视频。
3、实验要点提示:这个实验的要点是折滤纸,老师示范,再提示过滤完成后仔细观察滤纸上是否有物质留下,完成记录表。
4、学生实验,教师巡回指导。
6、各小组的代表拿着过滤纸汇报实验观察到的现象。
7、滤纸上没有留下盐又说明什么?(板书:能被过滤 能溶解)滤纸上留下了面粉、沙的残余颗粒说明什么?(板书:不能溶解)
四、归纳整理,课外延伸。
1、通过今天的实验探究,你有什么收获?可以通过什么现象去判断物质是否溶解在水中?
2、通过今天的实验我们知道谁能溶解在水中,而那些不能?看来有些物质能溶解在水中。(板书:水能溶解一些物质)
3、生活中还有一些物质,课后同学们还可以运用课上教给大家的实验方法去检验一下它们是否溶解。板书:
水能溶解一些物质
看不见
盐 无沉淀 能溶解 能被过滤
我一开始设计这节课时,在教学设计理念中虽然也注重让学生通过自主探究获得液体变化也会影响物体的沉或浮,可是在整个教学环节安排时,我仅落脚在注重知识层面的环环紧扣和思维逻辑的严密性上。而对于在教学过程中如何去培养学生的科学研究的习惯,如何利用每一步“教学”去挖掘培养学生科学素养的深刻内涵,我却没有考虑、落实进去。可想而知在实际课堂教学中弄得学生实验起来“你争我夺”,场面虽“热闹”。可是学生不对实验进行细心观察,深入思考,获得实验的科学素养。这就给教学效果大打折扣。然而在课后我就立刻找来有关科学新课标的书籍,认真地阅读、寻找解决的方法。就在这探讨中我深入地了解到科学课的目标是提高学生的科学素养,而科学素养包括科学知识、科学技能、科学方法、科学过程、思维方法及价值观、科学精神、科学态度、科学习惯和科学情感等。于是,我就对自己的教学的环节作了更深入地思考。我对在教学环节中的探讨“另一杯是否是盐水”的教学设计,进行了科学理念性的改变。我原来的设计只是让个别学生说说“就过去了”,后来我发觉“这一步”应让每个学生都参与探究证明的方法。因为这不仅能培养学生的创造能力,而且还能提高学生科学思维的周密性。没料到这一小小的设计“变化”,让学生经过讨论,他们设计出许多我原先意想不到的很多种能巧妙地能证明出是否是盐水的方法,比如把这杯水放到太阳下去晒;再溶解一杯盐水,将马铃薯放入,看能否浮起来;“品尝”一下,用酒精灯烧剩下物质等等。这时我抓住契机让学生对这些方法进行甄别,哪些方法“不科学”,为什么?接着让学生根据我提供的结构性材料讨论设计实验方法,我回想原先在做这一步时,我的设计只是让学生以四人小组为单位讨论一下,接着我就指名汇报。现在想想这实际上变成了变样性的“一言堂”。这就会造成其他同学因没有具体任务和组间的竞争而不去认真思考“他们”所说的是否正确,结果弄得课堂讨论的效果不佳。而“这一节课”我要求每组学生不但要设计“实验”,而且要求确定实验时各位学生的具体分工,实验做完后该怎样做?在汇报时,我让学生以四人小组为单位上讲台边讲实验方法边根据组内分工演示,要求台下的学生对他们的实验过程要细心地观察和思考,并要求实验完了之后对他们不合理的地方自己提出“建议”。没料到这一课堂设计理念的改变,不但提高了学生自主探究的品位,又较好的培养了学生的科学探究的习惯和态度,而且还能让台下面的学生清楚明白实验的具体过程。反之,如果汇报时只让个别学生说,这也会由于学生语言表达能力不强而使其他同学不明白该组具体的实验过程,教学效果也将大打折扣。由此我感到科学教师要认真学习新课标,在教学的每一环节中尽可能多地挖掘培养学生科学素养的亮点。
2、深入领会教材的内涵是探究教学的必备条件。
虽然我们不能将科学教材当作圣经一样去教学,提倡“用教材教”,而不是“教教材”,所以教师在教学时必须理解编者“这样”设计的意图。如果这个意图你认为不合理,你就可以创新改革。反之,如果连编者的意图都没有理解,而随意去更改教材,那是不恰当的。我在教本课时,开始并没有了解编者每一步设计的意图,尤其是当学生用实验的方法证明了那杯是盐水。为什么编者在教材编排中还要学生自制一杯盐水,让马铃薯浮起来,这似乎是多余之举?后来经过“试教”,我明白编者安排这一步是让学生明白马铃薯只有在浓盐水中才能浮起来,经过实验还得出的“马铃署在盐水中会浮起来”的结论还不是很正确。在后来的教学中我较好地体现了编者的意图。在得出液体越重,浮力越大结论后,教材安排一个糖水、清水和油三层面的实验装置,不同的物体悬浮在不同的液面上,从而说明液体轻重不同,浮力也不同。但这个实验装置学生看起来不是一目了然,于是我就把油、糖水和清水分成三杯,将干红枣、鲜葡萄、石块和干桂圆逐杯放入,使学生看得更清楚。“从上教学”中,我感到教材设计的每一步骤都是有编者的意图存在,只有了解了编者的意图,才能去取舍教材,创新教材。
3、教学设计要尽可能“制造”学生认知矛盾
烟火的美丽在于其炸裂时呈现五彩缤纷的状态,静寂的岩石在碰撞时会发出令人眩目的火花,人的思维只有在碰撞时才会飞跃,才会引起人的兴趣,激发灵感。因而,我在本课教学设计时力求体现这一理念。在讲到液体的轻重浮力大小时,原来我提出先取相同的盐水和清水,要用量筒量,再用天平秤称。后来,我先让学生猜一猜,清水重还是盐水重,学生都说盐水重,然后我拿出天平秤让一学生上来称,结果是清水重(因清水多)。这样与学生原来的猜测发生了矛盾,引起了学生的认真观察和思考,学生马上发现清水与盐水不一样多这一情况。于是学生们提出了清水与盐水应一样多时才能科学地比较。这时我再让一学生上来,叫他取盐水与清水一样多,他利索地使两杯水并排等平,便走下台去。自然这种方法产生的误差较大,如何能比较精确的量得一样多,我在启发学生的时候出示了量筒,这样水到渠成。当讲到油、清水、糖水哪种液体浮力大时,学生们的猜测是油浮力最大。我在“猜测”的基础上,我将不同的物体逐一放入烧杯中,结果油的浮力最小,这与学生的原认知发生了冲突,这更引起他们的思考,为什么看起来成粘稠状的油浮力会最小,他们马上会联想到液体轻重影响浮力大小这一概念,得出油最轻,所以浮力最小。在此基础上我将油倒入水中,证明学生们的猜测正确。在这一整个过程中我发觉学生既专注又投入,又能使他们的思维性、创造性得到了充分的发挥。
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