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1.知識與技能目標(biāo)
(1)知道鈉是一種很活潑的金屬,記住鈉的物理性質(zhì)。
(2)能描述鈉與水、鈉與氧氣反應(yīng)的實驗現(xiàn)象,能寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。
(3)了解鈉的工業(yè)制取方法和應(yīng)用。
2.過程與方法
(1)學(xué)會科學(xué)、合理地運(yùn)用觀察方法,體會實驗方法在化學(xué)研究中的重要作用。
(2)利用實驗現(xiàn)象、生產(chǎn)實踐活動引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。
(3)運(yùn)用探究活動,在不斷發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)上,運(yùn)用討論交流,使學(xué)生不斷獲取新知。
3.情感態(tài)度與價值觀
(1)通過學(xué)習(xí),認(rèn)識化學(xué)知識在處理公共危險事故中的重要作用。
(2)對學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。
二、教學(xué)重點、難點
金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)。
三、教學(xué)方法
實驗探究、問題探究、詩歌總結(jié)。
四、教學(xué)媒體
實驗、多媒體視頻。
五、教學(xué)過程
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計意圖
[引入] 在20世紀(jì)50年代末,我國出了個女英雄叫向秀麗,她所在的制藥廠用鈉作吸水劑。一天工廠不慎失火,從火海中沖出的向秀麗突然想到車間里有很多鈉,這時消防車已經(jīng)來了,她毅然沖進(jìn)火海往外搶救鈉。鈉全部救出了,向秀麗由于重度燒傷,醫(yī)治無效,壯烈犧牲。同學(xué)們,消防車來了,向秀麗為什么要去搶救鈉?鈉是什么物質(zhì)?它有什么性質(zhì)呢?今天我們學(xué)習(xí)金屬鈉的性質(zhì)與應(yīng)用后,大家就會知道女英雄向秀麗為什么要搶救鈉了。
[板書] 金屬鈉的性質(zhì)與應(yīng)用。
傾聽、思考。
故事引入,創(chuàng)設(shè)問題情境,這樣一段飽含深情的話語,必定會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
[實驗探究一] 取一小塊金屬鈉,用濾紙吸干表面的煤油,用小刀切去一端的表層,觀察表面的顏色;將其放置在空氣中,觀察表面顏色的變化。
一名學(xué)生動手實驗,其他學(xué)生觀察現(xiàn)象,并討論、小結(jié)鈉的物理性質(zhì)。
觀察要點:新切面的顏色和光澤的變化。
思考討論:為何要放在煤油中?鈉的硬度和顏色如何?
培養(yǎng)學(xué)生動手能力、觀察思維能力和概括能力。
[投影]
一、物理性質(zhì)
顏色、狀態(tài)
銀白色固體
硬度
小,質(zhì)軟
密度
小于水而大于煤油
熔點
低
導(dǎo)電性
電和熱的良導(dǎo)體
看投影、思考。
[實驗探究二] 取一小塊鈉放在鋁制易拉罐底部上加熱[1]。
(實驗改進(jìn):金屬鈉燃燒后無黑色物質(zhì)生成,實驗效果非常好)
觀察要點:固體形狀的變化,火焰顏色,燃燒后產(chǎn)物的顏色。
思考討論:生成了何物質(zhì)?方程式?
培養(yǎng)學(xué)生觀察思維能力和概括能力。
[板書]二、化學(xué)性質(zhì)
1.與O2反應(yīng)
常溫下 4Na + O2=2Na2O (白色)
燃燒時 2Na + O2=Na2O2 (淡黃色)
讓學(xué)生對比記憶化學(xué)方程式,知道反應(yīng)條件不同,生成物亦不同。
[實驗探究三] 向一只盛有水的小燒杯中滴加幾滴酚酞試液,然后取一小塊金屬鈉(約綠豆粒般大?。┩度霟小?/p>
觀察要點:
1.鈉是浮在水面上,還是沉于水底?
2.鈉塊的狀態(tài)是否改變?
3.鈉在水中的運(yùn)動情況如何?
4.有無聲響?
5.溶液顏色有無變化?
思考討論:鈉的密度,熔點,與水反應(yīng)的產(chǎn)物,反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)。
培養(yǎng)學(xué)生觀察思維能力和概括能力。
[分析] 生成的氣體是O2還是H2?
[方法一]提示學(xué)生:氧化還原反應(yīng)的特征是化合價的升降,而且化合價有升必有降……
[方法二]通過實驗改進(jìn)驗證[2]。
學(xué)生通過化合價的變化分析,得出生成的氣體是H2。
提高學(xué)生分析問題的能力,引導(dǎo)學(xué)生得出正確的結(jié)論。
諧音記憶:“芙蓉又想紅”。
大笑并記憶。
活躍課堂氣氛,并使學(xué)生深刻記住鈉與水反應(yīng)的現(xiàn)象。
[板書]
2.與H2O反應(yīng)
2Na + 2H2O=2NaOH + H2
學(xué)生根據(jù)鈉與水反應(yīng)的現(xiàn)象,寫出正確的化學(xué)方程式。
[問題探究1] 消防車來了,女英雄向秀麗為什么要去搶救鈉?
學(xué)生回答:由于金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)非?;顫姡c自然界的很多物質(zhì)會發(fā)生反應(yīng),尤其是當(dāng)它遇到水的時候,會釋放出氫氣,氫氣的著火點相當(dāng)?shù)停罅康慕饘兮c在水里迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生劇烈的爆炸。
回答引入的問題,使學(xué)生認(rèn)識鈉的危險性,向女英雄向秀麗致敬!
[問題探究2] 鈉為什么要保存在煤油中?
學(xué)生回答:鈉保存在煤油中是為了防止鈉與氧氣、水等物質(zhì)接觸而發(fā)生反應(yīng)。所以必須用煤油覆蓋住,以隔絕空氣。
學(xué)以致用,鞏固鈉與氧氣、鈉與水反應(yīng)的知識。
鈉除了和氧氣、水反應(yīng),還可以與氯氣、與硫發(fā)生反應(yīng)。(視頻)
思考討論:鈉的化學(xué)性質(zhì)真活潑呀!
讓學(xué)生知道鈉的化學(xué)性質(zhì)活潑,能與多種物質(zhì)反應(yīng)。
[問題探究3] 應(yīng)用原子結(jié)構(gòu)知識加以解釋,鈉的化學(xué)性質(zhì)為什么很活潑?
[教師總結(jié)] 結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。
思考討論:鈉最外層只有1個電子,極易失去最外層的1個電子。
讓學(xué)生理解結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。
金屬鈉的用途(視頻)
[投影]
三、鈉的用途
1.制Na2O2與O2反應(yīng)
2.冶煉貴重金屬性質(zhì)活潑
TiCl4+4Na =Ti+4NaCl
3.快中子堆熱交換劑鈉鉀合金常溫下是液體,且導(dǎo)熱性能好
4.高壓鈉燈黃光射程遠(yuǎn),透霧力強(qiáng)
[教師總結(jié)] 性質(zhì)決定用途。
看投影、思考。
讓學(xué)生理解性質(zhì)決定用途。
[拓展視野]
英國化學(xué)家戴維(1778―1829),29歲用電解法制出了鈉,被稱為世界上最神奇的金屬!
工業(yè)制法:電解熔融的氯化鈉
拓展學(xué)生知識面,使學(xué)生從科學(xué)家身上學(xué)習(xí)勇于探索的科學(xué)精神。
散文詩――為鈉奏曲[3]
你是Na兒,我是H2O(兒),我承載著你的軀體,我是你游動的舞臺,水面上有你翻滾的英(銀)姿。雖然你剛遭凌遲的酷刑,接著又受無情的揉搓,但你的激情仍化作閃亮的小球,發(fā)出“嗤嗤”的歡呼……你散逸出最后一縷氣體,便銷聲匿跡。給你一滴單調(diào)無色的酚酞,你便又化作火紅的喜慶。
你散發(fā)出黃光,穿透霧靄,指引航向。你使出你的殺手锏―強(qiáng)還原性,奮力將你的朋友――Ti(鈦)等從牢籠中營救。你更是冒著酷暑,將你的長兄――K(鉀)從集中營中釋放。然后兄弟一起,又去給原子反應(yīng)堆導(dǎo)熱降溫。一旦暴露,你便將氧化、水化、潮解、中和、風(fēng)化盡收囊中。
好了,你不要太得意,更不能放蕩不羈,靜靜地躺在煤油里,那兒才是你的自留地。
心靈震撼,感受到詩歌教學(xué)的魅力,感受到化學(xué)語言之美。
采用散文詩結(jié)束課,具有首尾呼應(yīng)、渾然一體的效果。這種結(jié)課方式,既能鞏固本節(jié)課所學(xué)到的化學(xué)知識,又照應(yīng)了開頭,因而使本節(jié)課的教學(xué)形成了一個相對完整獨立的系統(tǒng)。
[教師總結(jié)]
1.本節(jié)課內(nèi)容:鈉的性質(zhì)和應(yīng)用。指導(dǎo)思想:結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)決定用途。
2.同學(xué)們,對于本節(jié)課是否還有疑問?
希望學(xué)生有問題,培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神。
[課堂練習(xí)]
1.散文詩中“一旦暴露,你便將氧化、水化、潮解、中和、風(fēng)化盡收囊中”。在這些過程中發(fā)生了哪些化學(xué)變化?
2.下列液體中,可以用來保存金屬鈉的是( )。
A.水 B.濃NaOH溶液
C.煤油 D.CCl4(d>1g/cm3)
3.取一小塊金屬鈉,放在燃燒匙里加熱,下列實驗現(xiàn)象中,描述正確的是 ( )。
①鈉先熔化;②在空氣中燃燒,放出黃色火花;③燃燒后得到白色固體;④燃燒時火焰為黃色;⑤燃燒后生成淡黃色固體物質(zhì)。
A.①② B.①②③
C.①④⑤ D.④⑤
4.鈉與水反應(yīng)時產(chǎn)生的各種現(xiàn)象如下:
①鈉浮在水面上;②鈉沉在水底;③鈉熔化成小球;④小球迅速游動逐漸減小,最后消失;⑤發(fā)出嘶嘶的聲音;⑥滴入酚酞后溶液顯紅色。其中正確的一組是( )。
A.①③④⑤⑥ B.①②③④⑤
C.①②③⑤⑥ D.全部
自主構(gòu)建知識:
NaNa2ONaOHNa2CO3Na2CO3?10H2ONa2CO3
[搶答]
2.C
3.C
4.A
知識的遷移:鈉在空氣中如何變?yōu)樘妓徕c?鞏固初三化學(xué)“潮解”、“風(fēng)化”等概念。
及時反饋本節(jié)課重點知識,學(xué)生反饋情況良好。
六、教學(xué)反思
本節(jié)課設(shè)計有以下幾點可取:
1.從故事引入新課,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,結(jié)合化學(xué)家戴維29歲制出鈉的化學(xué)史,使學(xué)生從科學(xué)家身上學(xué)習(xí)勇于探索的科學(xué)精神。
2.改進(jìn)了鈉與氧氣反應(yīng)的實驗、鈉與水反應(yīng)的實驗,實驗效果好。
3.詩歌結(jié)束課,新穎,具有首尾呼應(yīng)、渾然一體的效果,同時引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)地改換一種思維形式、變換一種理解方式,幫助學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)。
4.通過實驗探究和問題探究引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力得到培養(yǎng)和提高。
5.教學(xué)重點突出、難度適中,學(xué)生在輕松愉快的氛圍中接受化學(xué)基礎(chǔ)知識,較好地完成了教學(xué)任務(wù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 方陳結(jié). 對高一化學(xué)兩個實驗的改進(jìn)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考, 2009 (3).
關(guān)鍵詞: 建構(gòu)主義;隨機(jī)進(jìn)入;化學(xué)教學(xué)
文章編號:1005-6629(2008)07-0017-03中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
隨機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)的理論依據(jù)是美國學(xué)者斯皮羅等人提出的“認(rèn)知彈性理論”(Cognitive Flexibility Theory),該理論是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的一個新分支。所謂認(rèn)知彈性,是指學(xué)習(xí)者可以隨意通過不同途徑、不同方式進(jìn)入同樣教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí), 從而獲得對同一事物或同一問題的多方面認(rèn)識與理解[1]。該理論的宗旨是要提高學(xué)習(xí)者對知識的理解能力和遷移能力,它強(qiáng)調(diào)教師既要提供給學(xué)生理解知識所需的基礎(chǔ),又要留給學(xué)生自由廣闊的建構(gòu)空間。斯皮羅將學(xué)習(xí)分為初級學(xué)習(xí)和高級學(xué)習(xí)。這里的初級學(xué)習(xí),依據(jù)斯皮羅的觀點就是指學(xué)生只要掌握一些結(jié)構(gòu)良好領(lǐng)域的問題,如最基本的化學(xué)原理概念和事實內(nèi)容知識,并能夠?qū)⑵溥\(yùn)用于測驗中的一種學(xué)習(xí)方式;高級學(xué)習(xí)方式要求學(xué)生掌握概念、規(guī)則等的復(fù)雜性、聯(lián)系性,能把所學(xué)的知識廣泛而又靈活地運(yùn)用到具體的情境中去?!半S機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)”(Random access instruction)正是斯皮羅等人在探討了高級學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上提出的適合高級學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。
1隨機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)的實質(zhì)
隨機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)可以被界定為學(xué)習(xí)者伴隨著新知識的建構(gòu),根據(jù)自己的實際情況隨意通過不同渠道,不同學(xué)習(xí)方式從多個不同角度和不同問題側(cè)面,在不同的時間多次進(jìn)入同一化學(xué)教學(xué)內(nèi)容,從而達(dá)到對化學(xué)專題知識全面而又深入的掌握。隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)以其自身鮮明的認(rèn)知性、多元性及靈活性等特點[2],迎合了化學(xué)模塊教學(xué)的需要,有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和探究能力的培養(yǎng)。在這種模式下,通過創(chuàng)設(shè)隱含不同目的、不同側(cè)重點的問題情境,要求學(xué)生圍繞事物的多面性特征,主動建構(gòu)合理的知識結(jié)構(gòu),對概念獲得新的理解。
例如,在關(guān)于二氧化碳性質(zhì)探討的化學(xué)教學(xué)中,首先教師可以口頭介紹或圖片展示二氧化碳與生活密切相關(guān)的具體事例,如碳酸飲料、溫室效應(yīng)、植物光合作用、滅火器及人工降雨等方面有實際意義的事實,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)和興趣,拉近學(xué)生與化學(xué)學(xué)習(xí)的情感距離。接著,從以下四個教學(xué)實驗展開關(guān)于二氧化碳性質(zhì)的探究學(xué)習(xí),每一個實驗都在不同的情景中進(jìn)行。
實驗(1)將帶火星的木棒插入裝滿CO2氣體的集氣瓶,火星熄滅了,讓學(xué)生通過直觀的視覺觀察了解CO2氣體不支持燃燒的現(xiàn)實。實驗(2)充滿CO2氣體的密閉容器中四處亂竄的蒼蠅漸漸停止活動。該實驗以CO2氣體不能供給呼吸為設(shè)計要點,同時從側(cè)面讓學(xué)生加深CO2氣體化學(xué)性質(zhì)的印象。實驗(3)通入CO2氣體的紫色石蕊試液顏色變紅,引起學(xué)生的好奇心,啟發(fā)他們積極主動思考,進(jìn)一步挖掘CO2氣體溶于水顯酸性的化學(xué)性質(zhì)。實驗(4)通入CO2氣體的澄清石灰水溶液變混濁,由此現(xiàn)象引起學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)上的不平衡,增加學(xué)生的心理懸念,使其產(chǎn)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的探究意識,最后使學(xué)生通過查找資料或與他人交流逐漸清晰的得到問題解決。這四個實驗在實際教學(xué)過程中從不同側(cè)面展開關(guān)于CO2氣體性質(zhì)的教與學(xué),包含了以基本知識傳授為基礎(chǔ)的教與學(xué)。由此可見,隨機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)模式,在于憑借化學(xué)基礎(chǔ),從問題的不同側(cè)面和角度,將學(xué)生的學(xué)習(xí)從低級向高級進(jìn)行引導(dǎo),幫助學(xué)生形成良好的知識結(jié)構(gòu)。
2 隨機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)的環(huán)節(jié)
隨機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)由以下五個環(huán)節(jié)組成。
2.1創(chuàng)設(shè)情境
創(chuàng)設(shè)當(dāng)前學(xué)習(xí)主題所依托的情境,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索動機(jī),引起學(xué)生的認(rèn)知沖突,喚起求知欲望,使學(xué)生明確認(rèn)知目標(biāo),啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題,為引導(dǎo)學(xué)生隨機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)做好準(zhǔn)備[3]。創(chuàng)設(shè)化學(xué)教學(xué)情境的常用方式有:
2.1.1以圖片、實物模型帶入真實情景
把看得見摸得著的實體帶入課堂,能讓學(xué)生由心理和情感上感到“貼切”而容易理解情境中蘊(yùn)含的知識內(nèi)容。
2.1.2利用現(xiàn)代教育技術(shù),如錄像帶、投影儀、VCD等手段創(chuàng)設(shè)問題情境
在“硅的化合物”的教學(xué)中,利用能實現(xiàn)三維空間的動畫展示晶體硅的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)等,把這些看不見摸不著的東西,結(jié)合畫面變換,把學(xué)生帶入一個形象生動直觀的認(rèn)知情境。
2.1.3利用課堂小實驗創(chuàng)設(shè)問題情境
例如,在學(xué)習(xí)“溶液的酸堿性”時,讓學(xué)生測定身邊物質(zhì)如食醋、酸奶、果汁等的酸堿性,通過實驗中物質(zhì)顏色、狀態(tài)、氣味等的變化,引導(dǎo)他們認(rèn)識酸和堿及與其相關(guān)的概念,培養(yǎng)實驗探究技能。
2.1.4介紹化學(xué)史創(chuàng)設(shè)問題情境
例如,講有機(jī)化合物中的苯時,聯(lián)系化學(xué)家凱庫勒夢見“蛇咬尾巴”發(fā)現(xiàn)苯環(huán)結(jié)構(gòu)式的科學(xué)想象方法;在有關(guān)氨的教學(xué)中,談?wù)劰┰诤铣砂毖芯恐袑覍沂艽?,知難而進(jìn),最終取得重大突破的精神。讓化學(xué)史走進(jìn)化學(xué)課堂,利用化學(xué)家在發(fā)現(xiàn)和發(fā)明過程中體現(xiàn)的真、善、美,使學(xué)生學(xué)到科學(xué)方法的同時樹立遠(yuǎn)大的志向和奮斗目標(biāo)。
2.1.5聯(lián)系生產(chǎn)社會實際,利用貼近生活的常見現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)問題情境
例如在學(xué)習(xí)“分子無規(guī)則運(yùn)動”知識時,就可以從水的常溫蒸發(fā)和受熱蒸發(fā)這樣的日常現(xiàn)象入手,引發(fā)學(xué)生關(guān)注、檢索、提取、運(yùn)用已有的知識經(jīng)驗。
2.1.6由舊知識的拓展引出新問題創(chuàng)設(shè)問題情境
研究表明[4]: 在“新舊知識的結(jié)合點”上產(chǎn)生的問題情境,最能激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。例如,在學(xué)習(xí)氫氣的實驗室制法時,教師提問實驗室制氧氣的反應(yīng)原理、裝置、收集方法、檢驗方法等,使學(xué)生通過對新舊知識關(guān)系的認(rèn)識,主動建構(gòu)新知識。
2.2 隨機(jī)進(jìn)入學(xué)習(xí)
學(xué)生根據(jù)教師當(dāng)前提供的不同側(cè)面相關(guān)聯(lián)的問題情境,結(jié)合自身所選擇的角度和方式,置身于認(rèn)知彈性超文本環(huán)境隨機(jī)進(jìn)入學(xué)習(xí)。在此過程中,教師要把學(xué)習(xí)的主動權(quán)和監(jiān)控權(quán)逐步交給學(xué)生,發(fā)展他們的自主學(xué)習(xí)能力和反思判斷能力。例如:教師在開展“金屬鈉的性質(zhì)”內(nèi)容的教學(xué)時,給學(xué)生演示觀察鈉在水中反應(yīng)的實驗現(xiàn)象,引導(dǎo)開展隨機(jī)進(jìn)入教學(xué),學(xué)生從物質(zhì)的狀態(tài)、能量、性質(zhì)等不同方面,以不同途徑、不同方式進(jìn)入主題內(nèi)容,自主地獲得不同的結(jié)論:“鈉放入水里浮在水面,說明鈉的密度比水小”“鈉與水反應(yīng)立即熔化成光亮的小球,說明反應(yīng)放熱,鈉的熔點低”“鈉球在水面四處游動,說明有氣體產(chǎn)生并推動鈉球游動”“鈉球很快與水反應(yīng)并消失,可以看出反應(yīng)非常劇烈”等等,從而促使學(xué)生的高級學(xué)習(xí)產(chǎn)生連貫性與類推性,幫助學(xué)生對同一概念的多維度理解,達(dá)到對金屬鈉的性質(zhì)內(nèi)容較全面而又深入的掌握
2.3 思維發(fā)展訓(xùn)練
在復(fù)雜的學(xué)習(xí)情境中,教師要把握學(xué)生的思維特點,引導(dǎo)學(xué)生從不同角度對同一個問題進(jìn)行逐步深化的推理假設(shè),培養(yǎng)他們的發(fā)散思維能力,使學(xué)生借助原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu),形成問題的不同解決思路和答案。同時教師應(yīng)適時創(chuàng)設(shè)師生互動空間,對學(xué)生的認(rèn)知活動做出必要的控制、反饋和調(diào)節(jié)。
例如,在有關(guān)煉鐵的教學(xué)中,可以引導(dǎo)學(xué)生從以下不同角度切入思考。(1)歷史角度:人類早在6000年前就開始利用鐵,2000年前人類發(fā)明了從礦石里冶煉鐵的方法,那么人類最早利用的單質(zhì)鐵與現(xiàn)代生活中的鐵制品的來源相同嗎?(2)化學(xué)分析的角度:生鐵中含有哪些元素?不同的元素質(zhì)量百分比對鐵的硬度、熔點等物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)有什么影響?(3)地礦、冶金的角度:工業(yè)上冶煉鐵的原料是什么?冶煉場地、工具、設(shè)備是什么,有什么要求,冶煉過程所需的溫度、化學(xué)反應(yīng)原理?(4)環(huán)保的角度:工業(yè)上冶煉鐵的最終副產(chǎn)物是什么,該如何處理?(5)藝術(shù)審美的角度:生鐵硬而脆,可鑄不可鍛嗎?學(xué)生通過對問題的不同看法和了解,全面而深刻地掌握煉鐵的有關(guān)化學(xué)方程式,及其在高溫下用還原劑(CO)從鐵礦石里把鐵還原出來的原理等等有關(guān)方面的知識。
2.4小組協(xié)作學(xué)習(xí)
根據(jù)美國心理學(xué)家加德納的多元智能理論的觀點,每個學(xué)生都有自己的智力強(qiáng)項,如在化學(xué)學(xué)習(xí)中,有的學(xué)生擅長記憶概念原理知識;有的具有較強(qiáng)的觀察分析推理能力;有的偏向于自我認(rèn)知探索反省能力;有的則在動手實驗操作方面突出等等,可謂各有所長。小組協(xié)作學(xué)習(xí),可以讓每個學(xué)生有機(jī)會各施其能,揚(yáng)長避短,體驗多元思維,讓每一個學(xué)習(xí)者的個人學(xué)習(xí)成果與小組成員交流共享,在各自的小組中做出貢獻(xiàn),形成一個相互尊重、相互促進(jìn)的學(xué)習(xí)共同體(Learning community)。例如,為了保證小組成員異質(zhì)互補(bǔ),教學(xué)中可以采取混合編組形式將5-8名各具特色的學(xué)生組織起來編為一組,并給每組一個口號或標(biāo)志,激發(fā)小組成員對所在小組的歸屬感,增強(qiáng)小組凝聚力。學(xué)習(xí)中,讓組內(nèi)成員各承擔(dān)一部分學(xué)習(xí)任務(wù),并在組內(nèi)產(chǎn)生一名組長負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)活動分工、維持良好的學(xué)習(xí)氛圍、匯報學(xué)習(xí)結(jié)果等任務(wù)。
2.5 學(xué)習(xí)效果評價
包括自我評價、小組評價和教師評價三種評價方式。評價內(nèi)容包括:學(xué)習(xí)態(tài)度、與隊友合作意識、討論交流表達(dá)能力、任務(wù)完成情況、對小組所做出的貢獻(xiàn)。評價等級設(shè)置:A-典范、B-較好、C-一般、D-合格。開展多渠道和多樣化的評價方式,一方面可以使教師反思教學(xué)過程和效果,從而采取措施提高教學(xué)質(zhì)量;另一方面讓學(xué)習(xí)者在評價中看到自己的進(jìn)步和不足,以此促進(jìn)學(xué)生的自我監(jiān)督、調(diào)節(jié)和提高。
與傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)模式相比,隨機(jī)進(jìn)入化學(xué)教學(xué)模式更符合我國化學(xué)新課程教學(xué)的要求。這種教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心,把學(xué)生作為知識的主動建構(gòu)者,以掌握基礎(chǔ)知識和基木技能作為學(xué)生發(fā)展的支撐點,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力。
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《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出,高中化學(xué)教學(xué)不僅要對學(xué)生進(jìn)行知識的灌輸,同時還要努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力。這就要求高中化學(xué)教師要對以往的傳統(tǒng)教學(xué)模式做一下改變,以適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)目標(biāo),提高學(xué)生的全面發(fā)展。
1.高中化學(xué)實驗探究過程中出現(xiàn)的問題
1.1過分重視學(xué)生的主體作用。新課改要求教師在對學(xué)生灌輸知識的同時,應(yīng)注重對學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的提高。部分老師在進(jìn)行教學(xué)活動時,充分認(rèn)識到這一點,于是在進(jìn)行實驗探究的過程中,教師過分重視學(xué)生的主體作用,將大部分時間教給學(xué)生,沒有給予學(xué)生及時的點撥與指導(dǎo),使學(xué)生在進(jìn)行實驗過程中容易出現(xiàn)問題,不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。例如在進(jìn)行??碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用??的教學(xué)時,教師一上來就讓學(xué)生自己動手進(jìn)行實驗操作。學(xué)生由于沒有制定實際的操作方案,無從下手,只能胡亂操作,整個實驗畫面變得十分混亂,實現(xiàn)操作步驟錯誤百出。當(dāng)教師發(fā)現(xiàn)達(dá)不到實驗效果時,只能自己動手操作,學(xué)生觀察。教師操作完以后,讓學(xué)生按照剛才自己的操作步驟繼續(xù)完成實驗,但由于時間有限,學(xué)生根本無法繼續(xù)完成實驗,只能無果而終。
1.2忽視問題探究的意義與價值。新課改以后,部分化學(xué)教師在進(jìn)行課堂教學(xué)時,經(jīng)常使用"探究"二字,并單純的認(rèn)為,如果化學(xué)教學(xué)不采用探究式教學(xué),就代表新課改沒有真正的實施。但并不是所有的化學(xué)問題都需要采用實驗探究的方法進(jìn)行探討。例如,某高中化學(xué)教師在進(jìn)行《電解飽和食鹽水》教學(xué)時說"下面就讓我們來了解一下怎樣電解飽和食鹽水",然后就帶領(lǐng)學(xué)生做實驗,學(xué)生在聽到實驗任務(wù)后,不知道怎樣進(jìn)行實驗,所以沒有任何反應(yīng)。
1.3教師過分依賴教學(xué)設(shè)計。很多教師在組織學(xué)生進(jìn)行實驗探究之前,并沒有親自做過實驗,只能通過教材中所提示的實驗結(jié)果來了解分析。所以,在實驗探究過程中,當(dāng)學(xué)生的實驗結(jié)果與正確的實驗結(jié)果有所差距時,教師根本無法給予正確的解釋與回答。例如,教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實驗探究時,往試管中的氯水中加入石蕊試液,由于氯水呈酸性,所以氯水應(yīng)先變成紅色,繼而變成無色。但部分學(xué)生在將石蕊試液加入到氯水中后,溶液迅速褪色,并沒有產(chǎn)生教材中所描述的現(xiàn)象,當(dāng)學(xué)生詢問原因時,教師更是尷尬。
1.4教師過于注重實驗探究結(jié)果。在進(jìn)行實驗探究過程中,并不是每一位學(xué)生都能正確完成實驗探究任務(wù),部分同學(xué)會由于操作失誤等原因?qū)е聦嶒炋骄渴?。此時,很多教師會認(rèn)為實驗探究失敗的原因是由于學(xué)生上課沒有認(rèn)真聽講,從而對學(xué)生的態(tài)度就會有所偏差。例如,教師在帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)《金屬的冶煉》時,教師組織學(xué)生進(jìn)行實驗,觀察將Na放入氯化鎂中是否有反應(yīng)。當(dāng)?shù)谝唤M學(xué)生進(jìn)行實驗后,回答不反應(yīng)時,教師沒有給予學(xué)生任何評價,更沒有對實驗失敗的原因進(jìn)行分析,而當(dāng)后面同學(xué)回答有反應(yīng)時,教師給予了肯定的評價。
2.新課改背景下高中化學(xué)如何正確運(yùn)用實驗探究模式
2.1正確發(fā)揮學(xué)生的主體性。在進(jìn)行實驗探究的過程中,教師應(yīng)該注意,學(xué)生是實驗探究教學(xué)的主體,應(yīng)當(dāng)給學(xué)生充分的發(fā)揮空間,又不能過于強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性,如果缺少教師正確的指導(dǎo),學(xué)生的主體性也不會得到很好的發(fā)揮。例如,在進(jìn)行《金屬冶煉》教學(xué)過程中,教師可帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實驗探究,將學(xué)生平均分成多個小組,每一個小組都分有各種實驗器具。然后,學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下,使用K、Ca、Na、Fe等金屬物質(zhì)分別與氯化鎂進(jìn)行反應(yīng),觀察是否能將金屬鎂置換出來。最初學(xué)生對實驗無從下手,教師就可以選取其中的一種金屬物質(zhì),為學(xué)生演示一遍。學(xué)生明白了操作步驟后進(jìn)行實驗探究,發(fā)現(xiàn),K、Ca、Na等金屬物質(zhì)都能把金屬鎂置換出來,而Fe放入氯化鎂中并沒有反應(yīng),在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生總結(jié)出金屬具有不同的活動性。
2.2創(chuàng)設(shè)情境,引入問題。興趣是最好的老師,所以在實驗探究過程中教師要注意激發(fā)學(xué)生的興趣,使學(xué)生對本次的實驗探究產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心,在好奇心的驅(qū)使下,學(xué)生會主動參與到實驗探究活動中來。教師可以創(chuàng)造問題情境,使學(xué)生主動尋求答案,以提高學(xué)生的思維能力。例如,教師在帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)金屬鈉的時候,就可以使用多媒體,播發(fā)煙花綻放的畫面,學(xué)生在驚嘆煙花絢爛的時候,教師就可以說:"同學(xué)們,煙花其實在古代的時候人們就可以制作了,煙花到底是用什么制作的呢?答案就在我們今天所學(xué)的內(nèi)容當(dāng)中。"這時候,同學(xué)們就會進(jìn)行積極討論,課堂氣氛非常活躍,激起了學(xué)生們強(qiáng)烈的探究欲望。所以,在接下來的實驗探究中,學(xué)生會更加積極踴躍,這就會使教學(xué)效果得到有效提高。
2.3設(shè)計實驗探究的實施方案。教師在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實驗探究之前,一定要帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計完整的實驗方案,避免在實驗探究過程中,學(xué)生由于不清楚實驗探究的目的、步驟及最終的實驗結(jié)果,而導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行實驗探究過程中出現(xiàn)操作失誤等現(xiàn)象。實驗探究方案一般包括實驗名稱、實驗?zāi)康?、實驗用品、實驗步驟、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果等,或者還有問題及討論。教師在帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計實驗方案時,特別注意對實驗步驟的設(shè)計,這是實驗探究的關(guān)鍵,決定著實驗?zāi)芊癯晒?。?dāng)學(xué)生將實驗方案設(shè)計好以后,教師應(yīng)仔細(xì)檢查學(xué)生的實驗方案,對出現(xiàn)錯誤的地方應(yīng)及時修改。同時,在進(jìn)行實驗之前,教師應(yīng)提醒學(xué)生注意安全。
2.4教師應(yīng)注重實驗過程。在進(jìn)行實驗探究過程中,部分學(xué)生會由于操作失誤,會使實驗結(jié)果出現(xiàn)偏差,教師應(yīng)向?qū)W生解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因,而不是置之不理。例如,當(dāng)學(xué)生在觀察氯水與石蕊試液進(jìn)行反應(yīng)時,部分學(xué)生觀察到溶液變紅后,在短之間內(nèi)變?yōu)榱藷o色,而小部分學(xué)生觀察到將石蕊試液加入到氯水中,容易直接變?yōu)榱藷o色。教師應(yīng)當(dāng)針對這種現(xiàn)象給出合理的解釋,使學(xué)生明白,試劑加量過多,導(dǎo)致溶液直接變?yōu)榱藷o色。
現(xiàn)代教學(xué)認(rèn)為,課堂教學(xué)的重點應(yīng)放在促進(jìn)受教育者全面發(fā)展和綜合素質(zhì)的全面提高以及注重人的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上,那么,如何把現(xiàn)代教學(xué)的觀點、理論及措施傳授給受教育者,使受教育者心理得到有效升華?培養(yǎng)學(xué)生積極性作為一種教學(xué)原則,受到也應(yīng)當(dāng)受到廣大教育者的普遍重視。近年來,我對如何“培養(yǎng)學(xué)生積極性的教育”這一課題做了初步探索,感慨頗深。
一、師生關(guān)系融洽是培養(yǎng)學(xué)生積極性的前提
馬卡連柯曾說:“我確信,我們的教育目的并不是僅僅在于培養(yǎng)能夠有效地來參加國家建設(shè)的那種具有創(chuàng)造性的公民,我們還要把我們所教育的人變成幸福的人。”人非草木,熟能無情?哪里有成功的教育,哪里就有愛的火焰在燃燒,熾熱的情感在升華,教學(xué)既是知識技能的傳授,又是師生情感交流的過程,其中蘊(yùn)含著來自師生雙方的極其豐富復(fù)雜的情感因素。作為教學(xué)對象的學(xué)生,他們有著自己豐富的內(nèi)心世界。教學(xué)過程中,教師對學(xué)生充滿尊重、關(guān)心和期待,以一顆愛心去包容學(xué)生,積極的情感回報,當(dāng)這種情感達(dá)到一定程度時,會產(chǎn)生情感的遷移,從而“親其師,信其道,樂其學(xué)”,促進(jìn)情感的健康發(fā)展和健全人格的形成。
只有師生關(guān)系融洽,學(xué)生才能主動的接受教師的講授的知識且能積極學(xué)習(xí)。
二、尊重學(xué)生的主體地位是培養(yǎng)學(xué)生積極性的保證
“施教之法,重在啟導(dǎo)?!卑l(fā)揮學(xué)生的主體作用,離不開教師的教學(xué)指導(dǎo),而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣則是“導(dǎo)”的關(guān)鍵。
1.巧妙質(zhì)疑,激發(fā)興趣
化學(xué)是一門初中應(yīng)用性較強(qiáng)的實驗科學(xué),科學(xué)家為之奮斗的故事不勝枚舉。根據(jù)教材實際巧妙設(shè)計實驗質(zhì)疑、實驗應(yīng)用質(zhì)疑、科普故事質(zhì)疑等提綱,有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,如學(xué)習(xí)“鈉”一節(jié)時,就要觀察鈉與水的反應(yīng),當(dāng)學(xué)生看到一系列實驗現(xiàn)象后,產(chǎn)生了強(qiáng)烈的求知欲,抓住時機(jī),及時投影,并提出問題:(1)金屬鈉為什么會浮在水面上,而且熔成光亮小球?(2)小球為什么會在水面上不停地四處游動,還會發(fā)出“嘶嘶”的聲音?(3)滴人酚酞溶液后“水”又為什么變紅?此時,學(xué)生腦子里充滿了好奇,從而驅(qū)使他們自覺、主動地去探究知識。
2.語言要生動、形象,富于感染力,具有啟發(fā)性
教師生動形象的語言,會使學(xué)生有“身臨其境,如見其物”的感覺,給學(xué)生以美的享受。富有啟發(fā)性的語言不能引起學(xué)生的積極思維,激發(fā)學(xué)生探求知識的欲望。如講《鋁》時,我是這樣導(dǎo)人新課的:“鋁是地殼中含量最多的金屬,有人說鋁是20世紀(jì)的金屬,它確實當(dāng)之無愧。然而你可知道僅僅在100年前,鋁是多么昂貴?門捷列夫因發(fā)現(xiàn)元素周期律的卓越成就而獲得了一個鋁制的獎杯,拿破侖在宮廷盛宴中一人獨享使用鋁制餐具的殊榮。幾十年后,鋁的身價暴跌,一下子涌入尋常百姓家,這一令人瞠目的變化歸于一位年僅22歲的大學(xué)生霍爾。他因發(fā)明了電解法冶煉鋁的可行性工藝而受到贊譽(yù),至今,霍爾的母校仍聳立著他的全身塑像,激勵著后人去奮斗探索。為什么鋁的藏量在金屬中首屈一指,而廣泛使用的時期卻姍姍來遲呢?這正是鋁的化學(xué)性質(zhì)決定的。我們今天就討論使霍爾大傷腦筋的問題是什么。”這段趣味性的語言引起了學(xué)生的極大的興趣,激發(fā)了學(xué)生的求知欲,同時也使學(xué)生了解了學(xué)習(xí)的內(nèi)容和任務(wù),從而自然地在教師設(shè)計的思路上開始了思維活動。
三、生動形象的化學(xué)實驗和電化教學(xué)的恰當(dāng)使用是培養(yǎng)學(xué)生積極性的手段
化學(xué)實驗中各種生動、鮮明的變化現(xiàn)象,可以引起學(xué)生對化學(xué)直接興趣,使他們積極主動地觀察實驗,獲得豐富的感性知識。學(xué)生親自動手進(jìn)行實驗操作,使化學(xué)變化重現(xiàn)出來,這有助于培養(yǎng)他們的實驗操作興趣,進(jìn)而對化學(xué)實驗現(xiàn)象產(chǎn)生原因的探究,更有利于培養(yǎng)學(xué)生穩(wěn)定性興趣和概括性興趣,從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。
不斷發(fā)展和豐富的電教媒體參與課堂教學(xué)活動,有效地改進(jìn)了教和學(xué)的活動方式,使教學(xué)信息傳遞更加生動活潑。學(xué)生或在提供的事實、過程中積極討論思維;或在創(chuàng)設(shè)的情境中受到陶冶、凈化。這樣,可使教學(xué)重點、難點易于突破,教學(xué)方法變得靈活多樣,教學(xué)環(huán)境輕松和諧,教學(xué)氣氛民主、活躍,教學(xué)目標(biāo)便容易實現(xiàn)。例如,講授“電鍍”內(nèi)容時,采用了“二個階段”教學(xué)法。第一,預(yù)習(xí)準(zhǔn)備階段。提前發(fā)給學(xué)生實驗用品。第二,知識傳授階段。
關(guān)鍵詞:高中化學(xué);學(xué)生;培養(yǎng);學(xué)習(xí)方法;能力
中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-7661(2014)01-095-01
化學(xué)是一門基礎(chǔ)的自然學(xué)科,它同農(nóng)業(yè)、能源、材料、資源開發(fā)、國防建設(shè)以及環(huán)境保護(hù)等方面有著密切的關(guān)系,它對實現(xiàn)我國“四化”建設(shè)起著重要的作用,高中化學(xué)不僅能為學(xué)生以后學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)奠定基礎(chǔ),也能為畢業(yè)生參加工作解決處理一些實際問題打下基礎(chǔ)。
想要提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量,必須從培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,激發(fā)他們的求知欲入手,提高課堂教學(xué)效率,突破高中化學(xué)課時少、任務(wù)重、內(nèi)容分散及有些概念極易混淆等矛盾,幫助他們過好基本概念關(guān),實驗操作關(guān)等,使他們更好地掌握基礎(chǔ)知識和基本技能,開發(fā)智力,培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用化學(xué)知識獨立解決問題的能力。
一、指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)的預(yù)習(xí)
課前預(yù)習(xí)對提高學(xué)生的聽課效率起著重要作用,同時也是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的途徑。但高中學(xué)生的自學(xué)能力較差,認(rèn)為自己看一遍書就是預(yù)習(xí)了,常常不能抓住重點,也不能發(fā)現(xiàn)問題。因此,上課時,仍然是“漫無目的”不能起到預(yù)習(xí)的作用。首先教給他們幾種讀書的方式。①眼看,②腦想,③筆寫,④卡片,也就是經(jīng)常說的“眼讀書”,“筆讀書”,“腦讀書”,讀書后把不會的記錄在卡片上;把知識的網(wǎng)絡(luò)記錄在卡片上;把必會的知識記錄在卡片上,就可以在復(fù)習(xí)時有的放矢。筆者讓學(xué)生把記錄的不會的知識內(nèi)容隨時反饋回來,在講課時有老師統(tǒng)一解決,這樣課時也節(jié)省了,重點也突出,學(xué)生反映也好。其次要使預(yù)習(xí)有效果,根據(jù)高中學(xué)生的實際情況,筆者在上課時,一般都會花5~10分鐘來指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)。在預(yù)習(xí)前,筆者給學(xué)生列出本節(jié)課的預(yù)習(xí)提綱和要求,使學(xué)生有目的去預(yù)習(xí),這樣可以大大激發(fā)他們的求知欲,調(diào)動他們學(xué)習(xí)的主動性和積極性。在預(yù)習(xí)中,學(xué)生能自我解決一部分問題,即學(xué)生自學(xué)能力得到了肯定,對未能解決的問題能有針對性地通過聽老師講課來解決,減少了聽課的盲目性,提高學(xué)習(xí)積極性。若長期堅持,學(xué)生不僅養(yǎng)成良好的預(yù)習(xí)習(xí)慣和預(yù)習(xí)方法,同時還能提高讀書能力,自學(xué)能力也得到培養(yǎng)。
二、培養(yǎng)學(xué)生的觀察、思維能力
在學(xué)習(xí)高中化學(xué)實驗時,許多同學(xué)往往是看熱鬧,覺得好玩而已,他們也不會觀察實驗,不會利用實驗操作和實驗現(xiàn)象獲得知識。在教學(xué)中,筆者注重教會學(xué)生掌握將實驗作為研究物質(zhì)性質(zhì)的方法。例如:講到金屬鈉的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)時,一邊演示,一邊教會學(xué)生觀察實驗操作過程及現(xiàn)象,從物質(zhì)的物理性質(zhì)顏色、狀態(tài)等到化學(xué)性質(zhì)鈉與非金屬反應(yīng)的現(xiàn)象,讓學(xué)生注意觀察實驗,引導(dǎo)學(xué)生從實驗現(xiàn)象總結(jié)出實驗結(jié)論。經(jīng)過這樣的引導(dǎo),學(xué)生可基本掌握研究物質(zhì)性質(zhì)的方法而非死記硬背,為今后學(xué)習(xí)化學(xué)知識打下基礎(chǔ)。
三、教會學(xué)生記憶的方法,提高學(xué)生的記憶能力
記憶能力是人類的基本素質(zhì),也是學(xué)生解決問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在教學(xué)中,筆者常常教學(xué)生運(yùn)用對比、歸納、總結(jié)的方法,以培養(yǎng)學(xué)生的記憶能力。比較也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方法之一,它能揭示事物的本質(zhì)特點,使學(xué)生獲得準(zhǔn)確深刻的印象,有利于知識的記憶和靈活運(yùn)用。在比較中,要特別注意找到相似物的差異以及不同物質(zhì)的共同性。為了使學(xué)生所學(xué)知識有系統(tǒng)性,教師在教學(xué)中還要幫助學(xué)生形成一定的歸納、總結(jié)能力。
四、培養(yǎng)學(xué)生正確科學(xué)的解題能力
要提高學(xué)生解決問題的能力,當(dāng)然離不開解題。因此,在教學(xué)中,要培養(yǎng)學(xué)生掌握正確、科學(xué)的解題方法。首先,審題是關(guān)鍵。審題時要注意把題干中的已知條件、隱含條件和題目的所求解用簡潔直觀的化學(xué)語言轉(zhuǎn)化成圖示符號,排除與題目無關(guān)的干擾信息。其次,解題時還要反復(fù)理解推敲題意,學(xué)會從條件到問題和從問題到條件的正、逆兩種分析方法,明確解題過程中運(yùn)用的知識點、公式或規(guī)律,逐步提高分析問題的靈活性。第三,驗證解題結(jié)果,反思解題過程,向自己提出解題結(jié)果是否正確,能否驗證,如何驗證?同時還可以多角度地思考本題的不同解法,從而使學(xué)生逐步掌握分析和解決問題的方法,不斷增強(qiáng)其辯證能力和創(chuàng)造能力。
五、采取多種形式,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
【關(guān)鍵詞】初中化學(xué) 啟發(fā)式教學(xué) 思維 效率
新課程改革倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式是自主,探究,合作的學(xué)習(xí)方式,我們從化學(xué)實驗教科書中也體會到這種學(xué)習(xí)方式,從教科書隨地可看到”活動與探究”的字樣,給出活動形式,探究的問題。與學(xué)生的互動式、啟發(fā)式、探究式的教學(xué)成為我的主要教學(xué)方式,在這種有活力、愉快的氛圍中,學(xué)生不論是在知識的記憶方面還是在理論的運(yùn)用方面,都比原來提高了效率。
達(dá)維多夫說:“要解決現(xiàn)代學(xué)校教育的根本任務(wù),歸根結(jié)底要通過教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的設(shè)計而改變思維類型?!苯鼛啄陙?,我在化學(xué)教學(xué)實踐中為全面提高、培養(yǎng)學(xué)生的思維能力,實現(xiàn)素質(zhì)教育的目標(biāo),在課堂教學(xué)中進(jìn)行了啟發(fā)式教學(xué)模式的整體實驗,取得了良好的效果,現(xiàn)就我的教學(xué)實踐談?wù)剬π抡n改的一些認(rèn)識。
一、貼近生活,激發(fā)興趣。
新課程所提供的內(nèi)容是與人類群體的生活經(jīng)歷, 以及學(xué)生個體的“生活經(jīng)驗”和“親歷情境”相關(guān)的內(nèi)容。這些內(nèi)容往往不能通過灌輸而獲得, 而需要通過反思人類的生存狀態(tài), 以及個體生活方式來理解。因此, 我在平時的教學(xué)中不把課程僅僅理解為有關(guān)教育內(nèi)容的東西或文本, 而是把課程動態(tài)地理解為學(xué)生反思性和創(chuàng)造性實踐來探尋人生意義的活動及其過程。例如, 通過對燃燒條件和燃燒現(xiàn)象的探究, 學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣濃了,對化學(xué)知識的理解和應(yīng)用更深刻了,懂得了如何讓可燃物充分燃燒,如何安全用火和滅火,大大提升了學(xué)習(xí)化學(xué)知識的品位。
在平時的化學(xué)教學(xué)中我們不把學(xué)生視為書本知識的接受者, 而是關(guān)注學(xué)生與課程之間的關(guān)系,注意理解、體驗、反思、探究和創(chuàng)造等基本的活動方式。例如,學(xué)生通過社會調(diào)查和走訪, 了解了當(dāng)?shù)亟陙硭Y源的變化情況, 獲得當(dāng)?shù)厮Y源從“很好—被工業(yè)化生產(chǎn)所污染—正在被綜合治理”的第一手資料,反思人與自然如何和諧相處,反思人類的生存狀態(tài), 自覺地做水資源的保護(hù)者和宣傳員?!睘榱嗣總€學(xué)生的發(fā)展”“讓每一個學(xué)生個性獲得充分發(fā)展”這是當(dāng)前十分重要的課程理念,是一名化學(xué),教師進(jìn)行課堂設(shè)計和實施課堂教學(xué)的根本落腳點。如果教師通過導(dǎo)課能夠創(chuàng)設(shè)一種有趣的思維意境,從而刺激學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心,無疑會使教學(xué)事半功倍,例如,在講氫氧化鈉的性質(zhì)時,可以設(shè)計幾個非常有趣的實驗:(1)將氫氧化鈉固體放入熱水中,水會沸騰起來,為什么?(2)向盛氫氧化鈉溶液的兩支試管中分別滴加紫色的石蕊試液和無色的酚酞試液,觀察顯示的顏色。同學(xué)們帶著一些問題自己去認(rèn)識、分析、概括評價一下,這樣一定能激發(fā)學(xué)生的思維主動性。
二、發(fā)現(xiàn)問題,精講精練。
教師必須把主要的精力放在捕捉學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙和思維的靈感方面,并及時開導(dǎo)啟發(fā)。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī),讓學(xué)生沿著思維的階梯,在教師有效的引導(dǎo)下,自覺地發(fā)現(xiàn)、掌握知識,從而調(diào)動他們潛在的勇氣、膽識,培養(yǎng)他們的能力。在教學(xué)結(jié)構(gòu)上,該階段表現(xiàn)為通過教師的非定性講述,勾勒出知識結(jié)構(gòu)的模糊概況?;瘜W(xué)習(xí)題浩如煙海,教師在習(xí)題教學(xué)中應(yīng)有目的有計劃地去精選習(xí)題,善于分析題目中的因果關(guān)系,由表及里,指導(dǎo)學(xué)生從不同角度,不同方向去考慮化學(xué)問題,從而使學(xué)生獲得解決化學(xué)問題的正確思路。課堂練習(xí),是化學(xué)課堂教學(xué)的重要組成部分,它主要是指化學(xué)教學(xué)過程中所進(jìn)行的例題講解、習(xí)題處理和作業(yè)題、試題評講等教學(xué)活動。課堂練習(xí)是課堂教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié),它不但可以幫助學(xué)生及時鞏固在課堂上所學(xué)的知識和技能,而且對于教師來說也是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)知識和應(yīng)用知識等具體情況的有效方法。課堂練習(xí)是溝通教與學(xué)的橋梁,也是師生之間進(jìn)行信息交流的重要渠道。通過課堂練習(xí)能夠及時提供教學(xué)的反饋信息,幫助教師對教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成程度加以準(zhǔn)確定位,以便及時調(diào)整教學(xué)策略,促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。所以,對于教師來說,如何在有限的課堂時間里提供高質(zhì)量的練習(xí)就顯得極其重要。
三、巧設(shè)疑問,啟發(fā)思維。
化學(xué)是一門初中應(yīng)用性較強(qiáng)的實驗科學(xué),科學(xué)家為之奮斗的故事不勝枚舉。根據(jù)教材實際巧妙設(shè)計實驗質(zhì)疑、實驗應(yīng)用質(zhì)疑、科普故事質(zhì)疑等提綱,有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,如學(xué)習(xí)“鈉”一節(jié)時,就要觀察鈉與水的反應(yīng),當(dāng)學(xué)生看到一系列實驗現(xiàn)象后,產(chǎn)生了強(qiáng)烈的求知欲,抓住時機(jī),及時投影,并提出問題:(1)金屬鈉為什么會浮在水面上,而且熔成光亮小球?(2)小球為什么會在水面上不停地四處游動,還會發(fā)出“嘶嘶”的聲音?(3)滴人酚酞溶液后“水”又為什么變紅?此時,學(xué)生腦子里充滿了好奇,從而驅(qū)使他們自覺、主動地去探究知識。
教師生動形象的語言,會使學(xué)生有“身臨其境,如見其物”的感覺,給學(xué)生以美的享受。富有啟發(fā)性的語言不能引起學(xué)生的積極思維,激發(fā)學(xué)生探求知識的欲望。如講《鋁》時,我是這樣導(dǎo)人新課的:“鋁是地殼中含量最多的金屬,有人說鋁是20世紀(jì)的金屬,它確實當(dāng)之無愧。然而你可知道僅僅在100年前,鋁是多么昂貴?門捷列夫因發(fā)現(xiàn)元素周期律的卓著成就而獲得了一個鋁制的獎杯,拿破侖在宮廷盛宴中一人獨享使用鋁制餐具的殊榮。幾十年后,鋁的身價暴跌,一下子涌入尋常百姓家,這一令人膛目的變化歸于一位年僅22歲的大學(xué)生霍爾。他因發(fā)明了電解法冶煉鋁的可行性工藝而受到贊譽(yù),至今,霍爾的母校仍聳立著他的全身塑像,激勵著后人去奮斗探索。為什么鋁的藏量在金屬中首屈一指,而廣泛使用的時期卻姍姍來遲呢?這正是鋁的化學(xué)性質(zhì)決定的。我們今天就討論使霍爾大傷腦筋的問題是什么?”這段趣味性的語言引起了學(xué)生的極大的興趣,激發(fā)了學(xué)生的求知欲,同時也使學(xué)生了解了學(xué)習(xí)的內(nèi)容和任務(wù),從而自然地在教師設(shè)計的思路上開始了思維活動。
四、加強(qiáng)實驗,強(qiáng)化興趣。
化學(xué)實驗是最直觀的教學(xué)手段,它模擬人類認(rèn)識事物的實踐過程,符合人類認(rèn)識客觀事物的自然規(guī)律,因而最大限度地利用實驗教學(xué)是化學(xué)教學(xué)最成功的教學(xué)手段。另一方面,讓學(xué)生自己動手做實驗則是培養(yǎng)學(xué)生能力的最有效的途徑。為了更有效地加強(qiáng)實驗教學(xué),我把教材規(guī)定的實驗做了如下的改進(jìn)和變通。
發(fā)展核能發(fā)電受到世界各國的高度重視,因為它確實具有許多優(yōu)越性。
第一,它的能量巨大,而且非常集中。根據(jù)計算,1克鈾-235原子核裂變時所發(fā)出的能量相當(dāng)于2.5盹標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時所釋放的熱能,或相當(dāng)于1噸石油完全燃燒時所釋放的熱能。
第二,運(yùn)輸方便,適應(yīng)性強(qiáng)。有人把核電站與火電站作了個形象的比較:一座20萬千瓦的火電站,一天要燒掉3000噸煤,這些煤需要用1DO個火車皮來運(yùn)送;而一座發(fā)電能力與此相當(dāng)?shù)暮穗娬?,一天只需要消?公斤鈾,而1公斤鈾的體積大約只有3個火柴盒摞起來那么大。
第三,核資源儲量豐富,可以說是取之不盡,用之不竭。盡管現(xiàn)已探明的陸地上的鈾資源很有限,但海水中的鈾資源極為豐富,每1000噸海水中大約含鈾3克,世界各大洋中鈾的總含量可達(dá)40多億噸。不過,從海水中提取鈾在技術(shù)上還有一些難題需要一步研究解決。
第四,核電成本低,一般比火力發(fā)電低20%-50%。
一、原子核內(nèi)藏巨能
在第二次世界大戰(zhàn)的后期,在日本侵略者行將徹底崩潰的前夕,也就是在1945年的8月6日和9日這兩天,美國通過它的B-29型轟炸機(jī),分別把兩顆稱作“小男孩”和“胖子”的原子彈投在日本的廣島市和長崎市,給這兩個城市造成了空前的浩劫。當(dāng)時世界各國都大為震驚,因為原子彈的威力是普通炸彈無法比擬的。這種威力來源于金屬鈾的原子核在“裂變”時所釋放出來的巨大能量。
1公斤鈾-235全部“裂變”時所釋放出來的能量,相當(dāng)于2萬噸TNT炸藥爆炸時所放出的全部能量。原子核內(nèi)的能量為什么如此巨大?這還得從原子的構(gòu)造說起。
我們知道,世界上的一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的。原子由原子核和圍繞核旋轉(zhuǎn)的電子組成。原子本身就夠小的了,而原子核更是小得多,原子核的直徑僅僅是原子直徑的十萬分之一??墒墙腥穗y以想象的是,如此微小的原子核卻集中了幾乎整個原子的質(zhì)量。
原子核是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成的。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為“核子”。由于質(zhì)子帶一個單位的正電荷,中子不帶電,而質(zhì)子和中子的質(zhì)量又幾乎相等,都等于一個質(zhì)量單位,所以原子核的電荷數(shù)等于它的質(zhì)子數(shù),而原子核的質(zhì)量數(shù)則等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)二者之和。
具有相同質(zhì)子數(shù)的原子,它們原子核周圍的電子數(shù)也是相同的,因而它們有著相同的化學(xué)性質(zhì),并且是屬于同一種元素。但是,它們的中子數(shù)也可以不相同?;瘜W(xué)家把這類質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不相同的原子,叫做“同位素”。毫無疑問,原子核的半徑是非常之小的。而在那樣空間極其狹小的原子核內(nèi),卻擁擠著許多核子――包括帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子。而電的基本特性是同性相斥異性相吸,因此原子核內(nèi)各個質(zhì)子之間必然會存在相互排斥的靜電力。然而在通常情況下,原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子卻都能彼此“同舟共濟(jì)”,表現(xiàn)得相當(dāng)穩(wěn)定。這是為什么呢?原來,在原子核內(nèi)的各個核子(包括質(zhì)子和中子)之間存在著極其強(qiáng)大的吸引力,化學(xué)家們稱之為“核力”。這核力要比核內(nèi)各個質(zhì)子之間相互排斥的靜電力大得多,因而足以使原子核本身保持穩(wěn)定。
然而,這種核力只在極短的距離即2×10.13厘米以內(nèi)才起作用,一旦超出了這個距離核力便迅速地下降到零。質(zhì)子和中子的直徑大約是2×10.13厘米,所以每一個質(zhì)子和中子都只同與它相鄰的質(zhì)子或中子之間存在著核力。正由于原子核內(nèi)的核子之間存在著強(qiáng)大的核力,因此如果在某種條件下原子核內(nèi)的核子發(fā)生了變化,那么核子之間存在的核力也會相應(yīng)地發(fā)生變化,同時釋放出大量的能量。這種能量就是所謂的“原子能”或“核能”。
為使原子核內(nèi)蘊(yùn)藏的巨大能量釋放出來,目前主要采取兩種方法。
第一種方法是“核裂變”。就是將較重的原子核打碎,使其分裂成兩部分,同時釋放出巨大的能量,這種能量叫做裂變核能。用于軍事上的原子彈爆炸,就是核裂變產(chǎn)生的結(jié)果;目前世界各國所建造的核電站,也都是利用核裂變反應(yīng)來行工作的。
第二種方法是“核聚變”。就是把兩種較輕的原子核聚合成一個較重的原子核,同時釋放更加巨大的能量。用于軍事上的氫彈爆炸,就是核聚變產(chǎn)生的結(jié)果。不過,氫彈爆炸這種核聚變反應(yīng)是在極短一瞬完成的,從技術(shù)上說目前還無法行控制。近些年來,關(guān)于“受控核聚變反應(yīng)”的研究已經(jīng)有所展,這就為和平利用核聚變的能量帶來了希望。
二、關(guān)于原子能理論的創(chuàng)立
科技界把原子能理論、計算機(jī)技術(shù)和激光技術(shù),視為本世紀(jì)科學(xué)技術(shù)上的三項偉大成就。
早在1934年居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性元素鐳時,意大利羅馬大學(xué)的青年物理學(xué)家費(fèi)米就決定做關(guān)于如何改變原子核的實驗。他通過復(fù)雜的儀器,用剛剛發(fā)現(xiàn)不久的中子作為“炮彈”,來攻擊作為“靶子”的鈾原子核,結(jié)果得到了一些無法精確分析的放射性物質(zhì)。
在這以后,德國柏林威廉研究所的放射化學(xué)家哈恩等人也做了類似的實驗。他們通過實驗發(fā)現(xiàn):獲得的生成物并不是質(zhì)量和鈾靠近的元素,而是和鈾相差很遠(yuǎn)的元素鋇。對于這種現(xiàn)象,科學(xué)家們都百思不得其解。
1個中子打碎1個鉑原子核,便放出2個中子來,同時釋放出大量的能量;再由這2個中子去打碎另外2個鈾原子核,便放出4個中子來,并且同時釋放出2倍于前者的能量;然后再由這4個中子去打碎另外4個鈾原子核……以此類推,這就是所謂的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”(也稱“連鎖反應(yīng)”)。通過這種反應(yīng)所獲得的能量,比相同質(zhì)量的化學(xué)反應(yīng)所獲得的能量要大幾百萬倍。
從此,這種“原子能的火花”給世界帶來了新的光明。人類從此獲得了一種新的能量――原子能。原子能的發(fā)現(xiàn),大大緩和了世界的能源危機(jī)。
科學(xué)上的發(fā)現(xiàn),人們往往在開始時只知其然而不知其所以然,對于原子能也是如此。原子核里為什么蘊(yùn)藏了如此巨大的能量?起初,連科學(xué)家們也說不清楚。到后來,著名科學(xué)家愛因斯坦提出了質(zhì)量和能量的關(guān)系式。打這以后,這個問題才得到了較為圓滿的解釋。
原來,由分散的核子(質(zhì)子和中子)集合起來而形成原子核時,人們總是看到這樣的現(xiàn)象:原子核的質(zhì)量小于核內(nèi)所含質(zhì)子及中子質(zhì)量的總和。例如,氦元素的原子核是由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的,這些質(zhì)子和中子的質(zhì)量加在一起應(yīng)該是
等于4.031884原子質(zhì)量單位,而實際上氦原子核的質(zhì)量只有4.002604原子質(zhì)量單位。在這里出現(xiàn)了一個差額:4.031884-4.02604=0.02928。這個差額叫做氦原子核的“質(zhì)量虧損”。
愛因斯坦認(rèn)為,質(zhì)量和能量都是物質(zhì)存在的形式,而兩者之的關(guān)系式為:
E=mc2式中,E是能量,m是質(zhì)量,c是光速。
從愛因斯坦的質(zhì)量一能量關(guān)系式可以看出,原子的“質(zhì)量虧損”是和維持原子核內(nèi)各核子之間相互聚集的“結(jié)合能”相對應(yīng)的,即:
E(結(jié)合能)=m(質(zhì)量虧損)×c2(光速平方)此式表明,原子核的一個微小的“質(zhì)量虧損”,就可以帶來一個巨大的“結(jié)合能”。這就不難解釋原子核里的能量為何大得驚人了。
根據(jù)愛因斯坦的這個公式來行計算,那么,任何1克質(zhì)量的物質(zhì)都具有相當(dāng)于2500萬千瓦每小時的電能;任何1千克的物質(zhì),若能把它所含的能量全部釋放出來,則相當(dāng)于全美國兩個星期的發(fā)電量總和。
三、核反應(yīng)堆和核能發(fā)電
和平利用核能,首先是從研究核裂變開始的。鈾原子核的裂變過程是雪崩式的,只要這種裂變過程一開始,就會連續(xù)行下去,像滾雪球那樣,越滾越大,在極短的時間內(nèi)就會有許許多多的原子核相繼發(fā)生分裂。這就是“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”的特點。為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中釋放出來的核能能夠有效地得到利用,必須人為地控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度,使得核能按照人們的需要平緩地釋放出來。于是,一種嶄新的裝置――核反應(yīng)堆便應(yīng)運(yùn)而生。人們形象地把核反應(yīng)堆戲稱為“原子鍋爐”。
核反應(yīng)堆是可以行核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),并對其輸出功率能夠安全地行控制的裝置;而核電站呢,它是將核反應(yīng)堆內(nèi)所產(chǎn)生的熱能引到外部,并且高效率地將熱能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備。
核電站的核燃料,大多是采用容易行核裂變的天然鈾。而天然鈾是鈾-235和鈾-238這兩種同位素的混合物。這兩種同位素的核內(nèi)質(zhì)子數(shù)是相同的,都是92個;但它們的中子數(shù)則不一樣,鈾-235原子核內(nèi)的中子數(shù)是143個、而鈾-238原子核內(nèi)的中子數(shù)是146個。
另外,在天然鈾中,鈾-238占99.3%,而鈾-235只占0.7%。換句話說,在天然鈾里平均每140個原子中,只有一個原子是鈾-235。
盡管鈾-235與鈾-238是如同“親兄弟”一樣關(guān)系密切的同位素,但它們對待中子的態(tài)度卻大不相同。運(yùn)動速度較慢的中子(也叫“熱中子”)能夠引起鈾-235產(chǎn)生裂變反應(yīng),但不能引起鈾-238產(chǎn)生裂變反應(yīng),同時也不會被鈾-238吸收(也稱“俘獲”)。
但是,當(dāng)鈾-235產(chǎn)生裂變反應(yīng)時,所產(chǎn)生的中子并不是“熱中子”,而是運(yùn)動速度很快的“快中子”,這快中子恰恰很容易被鈾-238吸收而不發(fā)生裂變反應(yīng)。當(dāng)這些快中子被鈾-238吸收掉以后,鈾-235的裂變反應(yīng)c鏈?zhǔn)椒磻?yīng))豈不就會宣告停止嗎?
因此,必須設(shè)法降低“快中子”,的運(yùn)動速度,使其變成運(yùn)動速度較慢的“熱中子”,這熱中子不會被鈾一238吸收掉,因而鈾-235的裂變反應(yīng)能夠繼續(xù)行下去。
為了降低“快中子”的運(yùn)動速度,科學(xué)家想出了很好的辦法,就是在反應(yīng)堆中鈾棒的周圍裝上原子量比較小而且不大吸收中子的物質(zhì)石墨(也可用水、重水、鈹、氧化鈹?shù)?作為慢化劑(也叫“中子減速劑”)。鈾棒(鈾燃料)插在石墨塊的孔隙中。在鈾-235裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的“快中子”入石墨以后,與石墨的原子核發(fā)生相互碰撞,于是其運(yùn)動速度降低而變成“熱中子”。由于鈾-238并不吸收熱中子,這樣就能保證鈾-235的裂變反應(yīng)繼續(xù)行下去。
當(dāng)然,這“熱中子”也并不是越多越好。如果熱中子太多,又會使鈾-235的裂變反應(yīng)行得過于激烈,那么隨著核能的大量釋放,就會使得反應(yīng)堆內(nèi)部的溫度升得過高,甚至有導(dǎo)致反應(yīng)堆遭到破壞的危險。
為了解決這個問題,科學(xué)家們想出了一個很好的辦法:就是給反應(yīng)堆插入一些能吸收熱中子的“控制棒”,以控制裂變反應(yīng)的速度,使反應(yīng)不致過于激烈。這種控制棒通常用鎘或硼等材料來制作。鎘吸收熱中子的能力很強(qiáng),當(dāng)裂變反應(yīng)過于激烈時,就把鎘棒向反應(yīng)堆內(nèi)插入深一點,以便使其多吸收一些熱中子,使核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度減慢一些;反之,就把鎘棒一些。當(dāng)然,這種控制并非通過手工操作來行,而是通過電腦來行自動控制,足以保證反應(yīng)堆的運(yùn)行安全可靠。
在核反應(yīng)堆的建有厚厚的水泥防護(hù)層,用以屏蔽核反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的核輻射,以確保操作人員的人身安全。
在核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中所釋放出來的大量核能,在反應(yīng)堆中大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,然后再通過一定的方法將這些熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能和電能。
目前各核電站所采用的辦法是:用二氧化碳?xì)怏w、水、重水(D20,是氫的同位素氘和氧的化合物)或液態(tài)金屬鈉等作為“載熱劑”(也叫“冷卻劑”),載熱劑流過核反應(yīng)堆被加熱以后,再入熱交換器中,使熱交換器中的水變成高溫高壓的蒸汽而推動汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),帶動發(fā)電機(jī)行發(fā)電。高溫蒸汽通過冷凝器以后變成水,然后再用泵將它送回反應(yīng)堆中去吸熱。如此循環(huán)不已,就能保證核電站源源不斷地發(fā)出電來。
四、核電站的安全性
世界上第一臺核電機(jī)組,于1954年4月在前蘇聯(lián)莫斯科市的奧勃寧斯克電站投入運(yùn)行?,F(xiàn)在,全世界建成和在建的核電站已近500座。而核電站的安全性,始終是人們普遍關(guān)注的一個敏感問題。特別是,1979年美國賓州三哩島核電站的嚴(yán)重事故,以及1986年前蘇聯(lián)烏克蘭的切爾諾貝利核電站大悲劇,更加劇了人們對核電站的恐懼心理。在切爾諾貝利事故以后,意大利政府于1987年11月作了一次公民投票,結(jié)果有多達(dá)80%的人反對興建核電站。當(dāng)年我國廣東大亞灣核電站決定上馬的消息傳出以后,也曾一度使鄰近的香港居民感到憂慮,并曾多次派代表到有關(guān)部門了解情況,實地調(diào)查,直到確認(rèn)大亞灣核電站的安全性有保障之后大家才松了一口氣。
固然,人們對核電站的疑慮和恐懼是有歷史原因的,因為核能曾經(jīng)首先被運(yùn)用于軍事領(lǐng)域,廣島、長崎20余萬人喪生的浩劫至今令人記憶猶新。
實際上,核電站反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)和特性,完全不同于原子彈。原子彈所使用的核燃料是接近100%的高濃度鈾-235,而核電站所使用的核燃料則是2%~4%的低濃度鈾-235。并且核電站的核反應(yīng)堆設(shè)有技術(shù)完備的安全控制裝置,使能量的釋放能夠緩慢地行,并具有自動保持穩(wěn)定的特性。因此,萬一在核電站的核能意外地釋放過快而使堆芯溫度上升太高太快時,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會自行暫停,乃至完全停止,不會發(fā)生爆炸。
目前各國核電站普遍采用的壓水堆,是一種技術(shù)上成熟而安全性很
高的堆型。我國已經(jīng)建成并投入使用的浙江秦山核電站和廣東大亞灣核電站,都是采用這種堆型。國際原子能機(jī)構(gòu)通過對這兩座核電站的嚴(yán)格檢查,確認(rèn)它們是安全可靠的高水平核電站。
關(guān)于核燃料的運(yùn)輸。儲存、后處理和最終放射性廢物的處置,各國多年來的經(jīng)驗已經(jīng)證明,安全是有保障的。關(guān)于放射性問題,除了鈾的冶煉、濃縮、反應(yīng)堆等會產(chǎn)生放射性廢物之外,后處理是放射性廢物的主要來源。人們根據(jù)排出廢物的放射性的高低,將排出廢物分為高放廢物、中放廢物和低放廢物。
對于核電站產(chǎn)生的固體廢物,一般是采取焚燒和壓縮減容的辦法以后,根據(jù)放射性水平的高低,在不同深度的地層中掩埋。對于放射性很弱的低放射性液體廢物,則將其稀釋到環(huán)境允許的水平以后,再排入江河湖海。對于中放射性液體廢物,則要酌情經(jīng)過蒸發(fā)處理后,再像處理高放射性的液體廢物那樣,先行固化而后再作最終處理。目前常用的固化方法,包括瀝青固化、水泥固化和玻璃固化等。通過固化而使高放射性廢液變成穩(wěn)定而不易滲透的固體,再裝入硅酸鹽玻璃容器內(nèi),外面用金屬桶密封,并與其他高放射性固體廢物一起,放入地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的廢鹽礦等巖層內(nèi),避免與地下水接觸。即便有地下水也無妨,因為地下水腐蝕金屬桶和硅酸鹽玻璃容器需要歷時9萬年之久。萬一要是金屬桶和玻璃容器都已破裂,也不大要緊,因為固化的放射性廢物的滲透率是很低的。這些高放射性廢物在地下建筑物內(nèi)與地下水隔離的情況下,大約經(jīng)過500~1000年時間,就與普通鈾礦的放射性強(qiáng)度差不多了,一般不會對人類造成有害的影響。
目前有許多國家都在加緊研究最終高效處置核廢物的新方法。隨著高科技成果不斷向核電事業(yè)的滲透,核電站的安全性必將得到一步提高,未來的核電站將會越來越安全。
最近三四十年來正常運(yùn)行的核電站,從未出現(xiàn)過使站內(nèi)工作人員及附近居民受輻射而致命的不幸事故,這是因為核電站的設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)比常規(guī)水火電廠要高得多,其管理措施也嚴(yán)密得多。有人擔(dān)心核電站附近的居民容易患癌癥,這種擔(dān)心是完全不必要的。根據(jù)俄羅斯的統(tǒng)計資料,火電廠附近居民的致癌率,比核電站附近居民的致癌率高出30倍;根據(jù)美國的統(tǒng)計資料,核工業(yè)輻射致癌的危險還不到社會上其他因素致癌危險的10%。
在設(shè)計建造核電站時,就反復(fù)論證了安全性問題,建成之后還要反復(fù)行安全審查。其中也充分考慮到,在萬一發(fā)生事故的情況下,如何采取有效措施,把周圍居民所受的危害減少到最低程度。
對核電站安全性的考慮因素,包括廠址選擇,核電站的設(shè)計、建造和運(yùn)行,安全保護(hù)系統(tǒng)以及各種管理和行政措施等??偟囊笫潜仨氉龅剑悍€(wěn)妥可靠,萬無一失。下面簡略介紹一下20世紀(jì)七八十年代先后在美國和前蘇聯(lián)兩國發(fā)生的兩起核電站事故的情況。
1979年3月28日,美國賓夕法尼亞州三哩島核電站二號反應(yīng)堆,由于工作人員操作失誤,將一個小小的故障演變成堆芯失水和放射性氣體外逸的嚴(yán)重事故。這是世界核電站誕生以來所發(fā)生的第一次重大事故。
不過,好在這座核電站所采用的是壓水堆,具有良好的防護(hù)設(shè)施,在事故發(fā)生后安全系統(tǒng)及時啟動,結(jié)果核電站內(nèi)員工無一傷亡,只有3人受到略高于允許值的輻射劑量。該核電站周圍80千米范圍內(nèi)的216萬居民,因這次事故而受到的輻射劑量,只相當(dāng)于乘坐飛機(jī)4小時在高空接受宇宙射線拘輻射劑量。核電站周圍的土壤、河水、植物以及牛奶制品等等,在這次事故后放射性水平均無明顯增強(qiáng)。事岳美國總統(tǒng)任命的專門調(diào)查委員會鄭重宣布:這次事故不會招致任何人的遠(yuǎn)期癌癥或遺傳缺陷。這次事故雄辯地表明,壓水堆確實具有很強(qiáng)的抗御事故災(zāi)難的能力。
1986年4月26日,前蘇聯(lián)烏克蘭的切爾諾貝利核電站發(fā)生了核電史上最大的事故。這座核電站所使用的是前蘇聯(lián)獨有的“石墨沸水堆”,它用石墨作慢化劑,冷卻水在反應(yīng)堆內(nèi)沸騰直接產(chǎn)生蒸汽以推動汽輪機(jī)組發(fā)電。這種反應(yīng)堆是由生產(chǎn)軍用核武器裝料的反應(yīng)堆演化而來的,其控制方式很陳舊,仍然是采用60年代的手動控制方式,大大落后于現(xiàn)代壓水堆的自動控制方式。更主要的是,它的壓力管是單層的,而反應(yīng)堆又沒有封閉的安全殼。這些,都給這座核電站的安全性留下了隱患。因此,當(dāng)工作人員嚴(yán)重違章操作而造成反應(yīng)堆損壞時,就會導(dǎo)致放射性物質(zhì)的大量泄漏。我們可以這樣說:切爾諾貝利核泄漏事故,是這種石墨沸水型反應(yīng)堆所特有的,而壓水堆不大可能出現(xiàn)這種事故。
切爾諾貝利事故造成31人死亡,對當(dāng)?shù)鼐用竦男睦韨Ψ浅4?。?jù)當(dāng)時專家們估計,在未來的70年中,將由于切爾諾貝利事故而在前蘇聯(lián)的歐洲部分引起2.4萬人因癌癥死亡。這個死亡數(shù)字乍看起來似乎很驚人,但實際上它在整個因癌癥(主要是因自然原因而引起的癌癥)而死亡的人數(shù)中所占的比例只有2.5%左右。
固然,核電具有潛在的危險性,但在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天,通過安全的設(shè)計、科學(xué)的管理以及有關(guān)原子能安全機(jī)構(gòu)(包括國際的和國內(nèi)的)的嚴(yán)格檢查和監(jiān)督,是有可能把這種潛在危險降低到最小程度的。
美國科學(xué)家在對核電站有可能出現(xiàn)的事故行系統(tǒng)分析后認(rèn)為,在美國,一個人死于核電站事故的概率,只有死于汽車車禍概率的1/76000:100座核電站給美國人帶來的風(fēng)險,只有閃電雷擊帶來風(fēng)險的0.04%。可見,對核電站的安全性憂心忡忡是大可不必的。
五、未來的“快堆”核電站
前面所介紹的核電站,使用的反應(yīng)堆都是“熱中子反應(yīng)堆”(簡稱“熱堆”),它所用的核燃料主要是鈾-235。但是在天然鈾中,鈾-235只占0.7%,其余的99.3%全是鈾-238。而在“熱堆”核電站中,鈾-238不能形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。于是,在核電站的工作過程中,那些不能燃燒使用的鈾-238就會作為“核廢料’而大量地堆積起來,久而久之,這種核廢料越積越多,成為一個越背越重的“包袱”。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前世界各國的核燃料庫房里,堆放的核廢料鈾-238已多達(dá)近100萬噸,僅美國就積存了核廢料二三十萬噸。如何處理這些核廢料,已成為各國都感到十分棘手的一個問題。
如何處理核廢料?科學(xué)家通過研究試驗,已經(jīng)找到了行之有效的辦法。這就是用“快中子增殖反應(yīng)堆”(簡稱“快堆”)來替代“熱中子反應(yīng)堆”(簡稱“熱堆”)。能夠在快堆中產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的核燃料,不限于鈾-235,還包括鈾-238和钚-239。這是為什么呢?我們還得從核裂變說起。
在“快堆”的核裂變反應(yīng)中,一個鈾-235原子一次能放出2.5個快中子。但是,只需要一個快中子就足以維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。那么,余下的1.5個快中子干什么呢?它們可被鈾-238吸收。鈾-238吸收一個快中子之后就變成了
钚-239。這樣,每發(fā)生一次核裂變,就可能產(chǎn)生一個以上的新核燃料――钚-239。我們不難想象,當(dāng)這種新產(chǎn)生的核燃料钚-239與所消耗的核燃料鈾-235之比值大于1時,就意味著核燃料“增殖”了。換句話說,核燃料在“快堆”的爐膛里越燒越多。于是,“快中子增殖反應(yīng)堆”也就由此而得名。
“快堆”的增殖通常都在1.1~1.4。對于一座用钚-239作初料的“快堆”,大約經(jīng)過5.15年時間,增殖的核燃料在數(shù)量上就能達(dá)到與初料一般多,也就是說翻了一番。
钚-239也是一種優(yōu)質(zhì)核燃料,1克钚-239裂變時所釋放出來的熱量,相當(dāng)于3噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。如果利用“快堆”能將所有的鈾-238都轉(zhuǎn)變成钚-239,那么按全世界鈾礦總儲量為460萬噸估算,就相當(dāng)于13.8萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,而這個數(shù)量約相當(dāng)于目前全世界已探明煤儲量(約6700億噸)的20倍。
快中子增殖反應(yīng)堆與熱中子反應(yīng)堆相比,其突出優(yōu)點是:
第一,“快堆”不僅把鈾資源的有效利用率增大了幾十倍,而且也使鈾資源本身擴(kuò)大了幾百倍。這是因為,在大量使用“快堆”的情況下,一些原來認(rèn)為開采價值不大的鈾礦便具備了開采價值,從而大大擴(kuò)充了鈾資源。
第二,“快堆”核電站的應(yīng)用,為解決“熱堆”核電站的遺留問題找到了切實可行的途徑。目前世界各國“熱堆”核電站所堆積的大量鈾-238,被人們貶稱為“貧鈾”或“核廢料”,但卻是“快堆”核電站的上好燃料,而且還能“增殖”。因此當(dāng)“熱堆”核電站使用到一定程度時,及時引入“快堆”核電站,這完全是順理成章的事情。
第三,正由于“快堆”核電站能“增殖”核燃料,因此它的發(fā)電成本較低,比“熱堆”核電站及火電站的成本都低。