中學(xué)化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、中學(xué)化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 【 內(nèi)容提要 】布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論告訴我們：“理解是一個(gè)過(guò)程，而不是一種品。”學(xué)習(xí)不但是讓 學(xué)生掌握知識(shí)，更要讓學(xué)生去體驗(yàn)知識(shí)、原理的產(chǎn)生過(guò)程。本文從“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”為“探究性驗(yàn)”、 中學(xué)化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、中學(xué)化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程和方法等三方面入手介紹中學(xué)化學(xué)探究 性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和思考。 “授之以魚(yú)，不如授之以漁?！睂W(xué)習(xí)需要思考，掌握知識(shí)固然重要，但掌握方法，提升水平卻更重 要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)的一個(gè)重要的特點(diǎn)，但現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)形式上看多是協(xié)助學(xué) 生形成概念，理解和鞏固化學(xué)知識(shí)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、原理、方法和步驟教材中均有明確 的規(guī)定，

2、實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)性和探索性受到限制使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中處于被動(dòng)地位，易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)重結(jié)果、輕過(guò) 程，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新水平，不利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)行科學(xué)方法的教育和訓(xùn)練，而且難于 發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的多重教育功能。為改變上述現(xiàn)狀，我們選擇了探索性實(shí)驗(yàn)為教學(xué)的突破口，并對(duì)此實(shí)行了 深入地研究和探索。 一、改“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”為“探究性實(shí)驗(yàn)” 在高中化學(xué)教材中安排了很多演示實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)往往只起到驗(yàn)證結(jié)論的作用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探 究意識(shí)往往達(dá)不到應(yīng)有的作用，所以在實(shí)際教學(xué)中能夠把一些演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為探究性實(shí)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前化 學(xué)學(xué)習(xí)中的重、難知識(shí)實(shí)行專項(xiàng)研究，可促使學(xué)生對(duì)當(dāng)前學(xué)習(xí)到的知識(shí)予以鞏固，達(dá)到對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的 深層次理解，以便

3、對(duì)難點(diǎn)知識(shí)的有效突破。例如：在用乙醇與濃硫酸混合加熱到 170 C制取乙烯時(shí)，發(fā) 現(xiàn)得到的乙烯往往有刺激性氣味，而課本明明告訴學(xué)生純凈的乙烯是無(wú)色稍有氣味的氣體，那就說(shuō)明 我們制取的乙烯不純，有雜質(zhì)，那么這雜質(zhì)氣體又是什么呢？是怎樣產(chǎn)生的呢？又怎樣能夠把雜質(zhì)除 去而得到較純凈的乙烯氣體呢？針對(duì)這些問(wèn)題，我只作了啟發(fā)性的點(diǎn)撥，至于整個(gè)探究過(guò)程由學(xué)生自 己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn) , 自己得出結(jié)論，從而使學(xué)生在探索中既激活了原有知識(shí)，又獲得了新 的知識(shí)和方法。 所以“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”與“探究性實(shí)驗(yàn)”是有區(qū)別的，那如何設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)，使用什么模式呢？ 二、中學(xué)化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 （一） 對(duì)探索性實(shí)

4、驗(yàn)教學(xué)的理解 探索性實(shí)驗(yàn)來(lái)自“探索性學(xué)習(xí)”，是在 20 世紀(jì) 50 年代美國(guó)掀起的教育現(xiàn)代化運(yùn)動(dòng)中，由施瓦布 （Schwab）倡導(dǎo)提出來(lái)。我們對(duì)探索性實(shí)驗(yàn)的定義是：由教師給出實(shí)驗(yàn)課題，提供實(shí)驗(yàn)器材，提出實(shí)驗(yàn)要 求，讓學(xué)生自己擬定實(shí)驗(yàn)方案，制訂實(shí)驗(yàn)步驟，獨(dú)立地通過(guò)實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)和分析去探索研究，從而發(fā)現(xiàn) “新”的化學(xué)現(xiàn)象，并通過(guò)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)出他們?cè)瓉?lái)并不知道的規(guī)律性理解的實(shí)驗(yàn)。 （二） 探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體模式 提出問(wèn)題（教師或?qū)W生）提出假說(shuō)（教師或?qū)W生）收集資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（學(xué)生） 一- T論證假設(shè)實(shí)行實(shí)驗(yàn)（學(xué)生） 作出判斷得出結(jié)論（學(xué)生） 3由整體模式而分的具體模式 1 、引導(dǎo)探究模式 模式實(shí)

5、例 氯氣的化學(xué)性質(zhì) （ 1 ）樣品展示、初步感知 教師活動(dòng) 展示氯氣樣品，初步感知氯氣的物理性質(zhì) （ 2）系列實(shí)驗(yàn)、引導(dǎo)探究 教師演示 實(shí)驗(yàn)一、氯氣通入石蕊試液中現(xiàn)象：先變紅后褪色。 學(xué)生分析 先變紅：說(shuō)明生成了氫離子。 設(shè)疑 是誰(shuí)使變紅的石蕊褪色了？ 教師演示 實(shí)驗(yàn)二、干燥的氯氣中放入干燥的含石蕊的紙片現(xiàn)象：不褪色。 實(shí)驗(yàn)三、干燥的氯氣通過(guò)用水潤(rùn)濕的含石蕊的紅色紙片現(xiàn)象：先變紅后褪色。 實(shí)驗(yàn)四、在氯水中加入硝酸銀溶液和稀硝酸現(xiàn)象：產(chǎn)生白色沉淀。 實(shí)驗(yàn)五、在鹽酸中加入石蕊試液現(xiàn)象：變紅 學(xué)生討論 結(jié)合氧化還原反應(yīng)原理，討論以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了什么？ 匯報(bào)討論結(jié)果A、氯氣分子沒(méi)有漂白性，與水反應(yīng)后

6、的生成物中產(chǎn)生了有漂白性的物質(zhì)。 B、氯氣與 水反應(yīng)的產(chǎn)物中有氯離子。 C、氯離子沒(méi)有漂白性。 D、在反應(yīng)中氯氣轉(zhuǎn)化為 HCI，氯元素化合價(jià)降 低，必有一種元素化合價(jià)升高，在反應(yīng)中沒(méi)有氧氣生成，故另一種產(chǎn)物必然是一種氯元素化合價(jià)比零 價(jià)高的化合物。 （ 3）得出結(jié)論、知識(shí)小結(jié) 教師講授 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知：氯氣與水反應(yīng)，生成了 HCI 和一種有漂白性的物質(zhì)，這種有漂白性的物質(zhì)是 HCIO 。寫出化學(xué)方程式。 模式的特點(diǎn) （1） 本模式是在教師帶動(dòng)下的實(shí)驗(yàn)探究，與傳統(tǒng)的教學(xué)組織形式差別不大，易于老師掌握。 （2） 在分析大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過(guò)程中，能充分培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、篩選有效信息的水平。 （ 3）本模式

7、教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的主動(dòng)性略差一些。 2、步進(jìn)探究模式 模式實(shí)例 鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)研究 （ 1）根據(jù)舊知，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 引入 我們已學(xué)過(guò)了鈉能與水劇烈反應(yīng)，金屬也能與鹽溶液反應(yīng)并置換出鹽中的金屬，在硫酸銅溶液中 既有水，又有能與鈉反應(yīng)的鹽，它們應(yīng)怎么反應(yīng)？ （ 2）理論分析、提出實(shí)驗(yàn)假設(shè) 思考并回答 如果與水反應(yīng)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？與硫酸銅反應(yīng)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？ 小結(jié) 如果鈉與水反應(yīng)應(yīng)能觀察到有氣體產(chǎn)生，若與硫酸銅反應(yīng)應(yīng)能觀察到有紅色（或黑色）固體產(chǎn) 生。 （ 3）實(shí)驗(yàn)探索、得出結(jié)論 學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究 將一小塊金屬鈉投入硫酸鈉溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并記錄。 小組匯報(bào) 產(chǎn)生了氣體說(shuō)明生成了氫氣，故鈉與水發(fā)生了反應(yīng)。

8、同時(shí)產(chǎn)生了藍(lán)色沉淀，說(shuō)明鈉先與水反 應(yīng)生成的氫氧化鈉再與硫酸銅發(fā)生了反應(yīng)，生成了藍(lán)色的氫氧化銅沉淀。 （ 4）發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題 學(xué)生置疑 部分小組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生了黑色沉淀，這黑色沉淀是什么？ （ 5）小組討論、理論分析 分組討論 這黑色沉淀產(chǎn)生的各種可能原因。 小組匯報(bào) 可能原因之一：鈉與硫酸銅反應(yīng)生成了疏松狀態(tài)的銅；可能原因之二；因?yàn)殁c與水反應(yīng)很劇 列，放出大量的熱量，使生成的氫氧化銅分解成了氧化銅。 （ 6）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 思考并回答 如何用實(shí)驗(yàn)證明生成的黑色固體是銅還是氧化銅？ 小結(jié) 比較簡(jiǎn)便的方法是在所得黑色固體中加入過(guò)量的鹽酸，觀察黑色固體是否溶解。 （ 7）實(shí)驗(yàn)探索、得出結(jié)論 學(xué)生活動(dòng) 分組完

9、成實(shí)驗(yàn)：在所得黑色固體中加入過(guò)量的鹽酸固體完全溶解。 結(jié)論A、生成的黑色固體是氧化銅，產(chǎn)生的原因是鈉與水反應(yīng)放出的大量熱量使氫氧化銅分解。 B、 鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的過(guò)程是：鈉先與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，生成的氫氧化鈉再與硫酸銅溶液 反應(yīng)。若鈉的用量大、硫酸銅溶液濃度大或硫酸銅溶液在燒杯中太少導(dǎo)至鈉不能游動(dòng)時(shí)，可能導(dǎo)至生 成的氫氧化銅分解成氧化銅。 模式的特點(diǎn) （ 1） 教學(xué)過(guò)程體現(xiàn) “發(fā)現(xiàn)問(wèn)題實(shí)驗(yàn)探究解決問(wèn)題在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題再實(shí)驗(yàn)探究再發(fā) 現(xiàn)新問(wèn)題 ”的一般性認(rèn)知規(guī)律，在下一級(jí)的探究活動(dòng)中總是研究更深一層次的問(wèn)題，呈逐 步遞進(jìn)關(guān)系。 （2）探究過(guò)程是在教師引導(dǎo)下的探究，在教學(xué)設(shè)計(jì)和

10、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中必需設(shè)置一些學(xué)生意想不到的一些實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，以此引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣和熱情。 3、 綜合探究模式 模式實(shí)例 簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器的設(shè)計(jì) （ 1）精講原理、作好知識(shí)準(zhǔn)備 教師講授 啟普發(fā)生器的結(jié)構(gòu)、原理和操作方法 （ 2）提出問(wèn)題、小組討論 分組討論 利用實(shí)驗(yàn)室的一些常規(guī)儀器或生活中的物品，設(shè)計(jì)一個(gè)能使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生和停止的制取氣體 的裝置，并將設(shè)計(jì)的思路畫(huà)成草圖。 （ 3）小組匯報(bào)、組間互評(píng) 學(xué)生活動(dòng) 小組長(zhǎng)把設(shè)計(jì)的草圖用實(shí)物投影儀展示出來(lái)，并解說(shuō)設(shè)計(jì)思想。其它人員對(duì)設(shè)計(jì)方案實(shí)行補(bǔ) 充、置疑。 教師 小結(jié)評(píng)價(jià)各方案的優(yōu)缺點(diǎn)。 （ 4）實(shí)施實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn)成功 學(xué)生活動(dòng) 利用提供的儀器和藥品實(shí)行實(shí)

11、驗(yàn)儀器的安裝。 實(shí)驗(yàn)儀器藥品的準(zhǔn)備 燒杯、銅塊、 U 型管、破底的試管，有孔塑料板、長(zhǎng)頸漏斗、廣口瓶，飲料瓶、 氣球、長(zhǎng)銅絲、鋅粒、稀鹽酸等。 模式的特點(diǎn) （ 1）本模式強(qiáng)調(diào)的是小組內(nèi)人員的協(xié)作，在協(xié)作中交流，在交流中獲知。所以小組討論、匯報(bào)和組間 互評(píng)成為了教學(xué)過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)。 （ 2）各小組圍繞同一個(gè)問(wèn)題實(shí)行充分討論，最終方案眾多，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新思維水 平。 （ 3）從教學(xué)內(nèi)容上看，主要是在理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平的培養(yǎng)高于利用化學(xué)實(shí) 驗(yàn)來(lái)實(shí)行探究。 所以，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，選擇不同的教學(xué)模式，那如何具體的實(shí)施呢？ 三、中學(xué)化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程和方法

12、1. 第一階段：準(zhǔn)備、確定探索問(wèn)題 提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要，這是因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問(wèn)題也許僅是一個(gè)教學(xué)上的或?qū)嶒?yàn) 上的技能而己，而提出新的問(wèn)題、新的可能性，從新的角度去看舊的問(wèn)題，卻需要有創(chuàng)造性的想力。 2 . 第二階段：精心設(shè)計(jì)、探索實(shí)驗(yàn) 探索性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是教師對(duì)所提出的問(wèn)題在課堂結(jié)構(gòu)上實(shí)行的總體規(guī)劃過(guò)程，或者是學(xué)生根據(jù)自己所學(xué) 的化學(xué)知識(shí)和技能，獨(dú)立的或在教師的啟發(fā)指導(dǎo)下，靈活并創(chuàng)造性的對(duì)所提出的問(wèn)題制定解決方案。 它是實(shí)行實(shí)驗(yàn)探索的關(guān)鍵一步，決定著探索的問(wèn)題能否順利解決。 3挖掘?qū)嶒?yàn)內(nèi)容改為探索性實(shí)驗(yàn) 在現(xiàn)行教材當(dāng)中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高中化學(xué) 106個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中，先有結(jié)論后演示驗(yàn)證的有

13、55 個(gè)之多，占 了近 51.9的比例。如何能夠利用教材的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)，深挖其內(nèi)容，尋求將其轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿餍詫?shí)驗(yàn)的合理 途徑，在實(shí)驗(yàn)中我們做了一些探索。例如：高一教材 （鹵素 ）中在相關(guān) HClO 的漂白性的教學(xué)中，就能夠 將此驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探索性實(shí)驗(yàn)實(shí)行教學(xué)。 （1） 提出問(wèn)題：通入 C12，能夠使?jié)駶?rùn)的藍(lán)色石蕊試紙先變紅后褪色，說(shuō)明了什么 ？ （2） 提出假說(shuō) HCIO能夠使試紙先變紅后褪色，說(shuō)明了 HCIO具有酸性和漂白性。 HCIO能夠使藍(lán)色的石蕊試變紅， C12能使其褪色。 （3） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)： 將C12通入放有干燥的紅色石蕊試紙的集氣瓶中。 將C12通入放有濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙的集氣瓶中。 （

14、4） 驗(yàn)證假說(shuō) （5） 提出結(jié)論： HCIO 具有漂白性。 上述探究使學(xué)生擴(kuò)展了知識(shí)，訓(xùn)練了創(chuàng)新水平，同時(shí)初步了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象往往是復(fù)雜的、多 因素的。這種學(xué)習(xí)方法，學(xué)生是在主動(dòng)探求中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造新知識(shí)的，體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用。 4設(shè)置探索性實(shí)驗(yàn) 如在學(xué)習(xí)S02還原性時(shí)，提出問(wèn)題： S02有還原性嗎？假設(shè) S02有還原性。學(xué)生自學(xué)教材收集資料, 設(shè)計(jì)論證過(guò)程： 1) S02能被催化氧化，教師指出這是 S02在催化劑存有條件下所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。 2) 提問(wèn)：能否用我們已有的知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明它的還原性呢？ 學(xué)生根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)用品設(shè)計(jì)了：將 S02分別通入： Cl2 Br2 水 酸性KMnO

15、 4 現(xiàn) 象 分析解釋 學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，分析 S02在反應(yīng)硫元素價(jià)態(tài)的變化，得出結(jié)論： S02有還原性，假設(shè)成立。此后再 引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知 H2S03、Na2S03的還原性，提示學(xué)生注意反應(yīng)物間量的關(guān)系，并提供有效的應(yīng)用場(chǎng)所使 知識(shí)加以鞏固。由此訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)造思維的新穎性和批判性，使學(xué)生由知識(shí)單一型轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)綜合型。 5.注重實(shí)驗(yàn)的改革、設(shè)計(jì)創(chuàng)新 教材中有些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作方法雖然都是經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證了的，但實(shí)際操作中仍存有著這樣或那樣的 不足，為體現(xiàn)科學(xué)方法是需要?jiǎng)?chuàng)新而且是能夠創(chuàng)新的，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)其不足之處加以改進(jìn)，這樣 既符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，又能促動(dòng)學(xué)生對(duì)化學(xué)理論、化學(xué)知識(shí)的理解和掌握，并且

16、通過(guò)對(duì)學(xué)生有 步驟、有針對(duì)性的訓(xùn)練，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平。 例如：銅和稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)橐谎趸獦O易與空氣中的氧氣化合而生成紅 棕色的二氧化氮?dú)怏w，學(xué)生難以從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上直觀地得出稀硝酸與銅反應(yīng)生成無(wú) 色的N0氣體的性質(zhì)，通過(guò)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置(如右圖)就能夠克服上述缺點(diǎn)。打 開(kāi)分液漏斗活塞，用稀硝酸裝滿 U型管，將管內(nèi)空氣排除，然后關(guān)閉活塞實(shí)行反 應(yīng)，生成的一氧化氮?dú)怏w將稀硝酸排入右端的漏斗中，避免了生成的 N0氣體與 空氣中氧氣接觸的可能，而且將N0氣體的制備與性質(zhì)熔為一體，既能夠清楚地看 到實(shí)驗(yàn)的主要產(chǎn)物：無(wú)色不溶于水的 N0氣體和藍(lán)色的硝酸銅溶液。當(dāng)打開(kāi)分液 漏斗的活塞時(shí)，又可演示 N

17、0與氧氣反應(yīng)生成紅棕色 N02氣體，避免了 N02氣體對(duì)空氣形成污染，且 該裝置能重復(fù)使用。 6 指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)方案 學(xué)生設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)方案，要求學(xué)生不但要有實(shí)驗(yàn)操作的直觀體驗(yàn)，而且要有深入的全面的思 考。例如：某光鹵石(KCl -MgCl2 6H20)樣品中含有不與 Na0H溶液、鹽酸反應(yīng)的雜質(zhì)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 測(cè)定樣品中KCl -MgCl 2 6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。要求根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)試劑，選擇精確度較高的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方 案。可選擇的實(shí)驗(yàn)試劑有： a mol/L Na0H 溶液，b mol/L Na 2C03溶液，c mol/L HCl溶液，d mol/L AgN0 3溶液，酚酞試液，紫色石蕊試液。 這是一個(gè)開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)題，學(xué)生可設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)方案。但教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考： (1) 根據(jù)題目的要求應(yīng)采用什么方法來(lái)測(cè)定？(滴定法)。 (2) 可選用什么溶液滴定？哪種精確度最高？ ( HCI溶液滴定過(guò)量的 NaOH溶液)。 (3) 用何種指示劑？(酚酞) (4) 具體操作時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題？(沉淀必須過(guò)濾洗滌，準(zhǔn)確判斷滴定終