優(yōu)化實驗，實施探究性教學(xué)

優(yōu)化實驗，實施探究性教學(xué)

——中學(xué)化學(xué)“二氧化碳的實驗室制法”一課的研究

蘇州市吳江區(qū)平望第二中學(xué)215221楊俊毅

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實驗是教師教學(xué)的一種重要手段，是實施實驗教學(xué)最直接的手段。加強實驗教學(xué)，有利于使課本上枯燥難懂的知識變得直觀、易懂，也能使學(xué)生得到充分的鍛煉，同時還能在實驗的過程中培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。對“二氧化碳的實驗室制法”，開展了課例研究，通過課堂教學(xué)案例分析，再現(xiàn)和描述教學(xué)改進(jìn)過程中的問題和教學(xué)決定，旨在通過研究提高實驗設(shè)計能力，改進(jìn)實驗教學(xué)方式，實施探究性教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。

一、案例研究過程

1.第一次授課

教學(xué)設(shè)計：

復(fù)習(xí)提問 CO2有哪些物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)？

講解這節(jié)課，我們一起來學(xué)習(xí)二氧化碳的實驗室制法。

板書一、實驗室二氧化碳的制取

板書（1）藥品：大理石和稀鹽酸

（2）化學(xué)方程式：

CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑

講解根據(jù)實驗室制取二氧化碳的反應(yīng)原理，確定制取二氧化碳采用的裝置。

板書二、實驗室制取二氧化碳的裝置

（3）裝置：同用過氧化氫和二氧化錳制取氧氣的裝置相似。

講解采用與過氧化氫和二氧化錳制取相似的裝置的原因。

提問根據(jù)CO2的物理性質(zhì)，采用什么方法來收集CO2呢？

板書（4）收集方法：采用向上排空氣法，還能用排水法。

實驗實驗室制取二氧化碳。

提問如何檢驗生成的氣體是二氧化碳？如何證明集氣瓶中充滿了二氧化碳？

總結(jié)板書三、二氧化碳的檢驗方法

（5）檢驗：將生成的氣體通人澄清的石灰水中，如果石灰水變渾濁，則證明該氣體為CO2。

（6）驗滿：將燃著的木條放在集氣瓶口，如木條熄滅，證明CO2已滿。

實驗再次演示實驗室制取CO2。

教學(xué)反思

第一次授課通過活動與探究，既培養(yǎng)了學(xué)生的實驗技能，又使學(xué)生學(xué)會運用觀察、對比、分析等多種手段獲取信息，并運用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進(jìn)行加工，較深刻地理解和掌握了二氧化碳的實驗室制法等相關(guān)知識，體驗和了解化學(xué)科學(xué)研究物質(zhì)性質(zhì)的一般過程和方法，認(rèn)識實驗在化學(xué)學(xué)習(xí)和研究中的重要作用。

這種設(shè)計初步體現(xiàn)了探究的理念和方法，但教學(xué)的設(shè)計過于簡單和具體化： 問題是教師提的，實驗設(shè)計也是按照教師的思路去做，學(xué)生的思維雖然會比較集中，解決問題比較快，但卻限制了思考空間，不利于學(xué)生興趣的培養(yǎng)和探究程序的掌握，影響了探究效果。比如：（1）在探究二氧化碳的制取時，直接給出了藥品：大理石（或石灰石）、稀鹽酸； 儀器：錐形瓶、導(dǎo)管、長頸漏斗、集氣瓶等，然后讓學(xué)生自己動手去組裝制取和收集二氧化碳的裝置并進(jìn)行實驗。這樣的教學(xué)設(shè)計，雖然也培養(yǎng)了學(xué)生的動手操作能力，但束縛了學(xué)生的思維。

（2）在實驗室制取二氧化碳的藥品的選擇上，學(xué)生只是了解到可以用碳酸鈣和稀鹽酸，沒有充分調(diào)動學(xué)生進(jìn)一步思考，從而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。

（3）在實驗探究的過程中， 對于實驗時出現(xiàn)的各種問題沒有進(jìn)行很好的梳理，不利于學(xué)生歸納和總結(jié)能力的培養(yǎng)。如：長頸漏斗下端沒有伸入液面下會導(dǎo)致二氧化碳從長頸漏斗逸出；集氣瓶瓶口應(yīng)向上，改用直形導(dǎo)管并把導(dǎo)管伸入錐形瓶底部，才能把瓶內(nèi)的空氣完全排出等。以上這些問題，都是學(xué)生在實驗時容易忽略的細(xì)節(jié)問題，應(yīng)該讓學(xué)生進(jìn)行充分地歸納和總結(jié)，然后找出造成的不良后果及改正措施。這樣做可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

總之，在反思的過程中，要細(xì)細(xì)琢磨教學(xué)過程中的每一個環(huán)節(jié)，是否省時高效，是否真正培養(yǎng)了學(xué)生的能力，促進(jìn)了學(xué)生的發(fā)展，是否真正密切聯(lián)系本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，這些都是至關(guān)重要的。

2.第二次授課

根據(jù)第一次授課存在的問題，使用創(chuàng)設(shè)“漸進(jìn)式問題——猜想式問題——開放式問題”的策略，逐漸引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究、自主解決，達(dá)到促進(jìn)學(xué)生“自主發(fā)展”的目的。本節(jié)課旨在改變第一次“明確問題、實驗操作、驗證結(jié)論”的教學(xué)模式，構(gòu)建新型的教學(xué)模式，采用“創(chuàng)設(shè)問題情境、提出有效問題、猜想假設(shè)、實驗探究、得出結(jié)論”的方式。

教學(xué)設(shè)計

復(fù)習(xí)提問CO2有哪些物理和化學(xué)性質(zhì)？實驗室制取O2的反應(yīng)原理是什么？

小結(jié)實驗室制取氧氣的原理是利用高錳酸鉀在加熱條件下或過氧化氫和二氧化錳常溫條件下得到氧氣。

教師活動投影出制取O2的裝置圖，通過討論得出這些裝置圖的適用范圍：當(dāng)用固體反應(yīng)，需要加熱產(chǎn)生氣體時，可采用用高錳酸鉀制取氧氣的裝置；

當(dāng)用固體和液體反應(yīng)，不需要加熱時，可采用用過氧化氫和二氧化錳制取氧氣的裝置.

提問在實驗室如何收集O2，根據(jù)它們什么性質(zhì)？如何檢驗O2？

學(xué)生活動通過討論得出以下結(jié)論：

①根據(jù)氣體的物理性質(zhì)（密度和溶解性）決定采用什么方法收集；

②利用物質(zhì)的特性來檢驗物質(zhì)。

總結(jié)實驗室制取氣體的思路和方法是：

（1）首先了解在實驗室的條件下，用什么藥品，通過什么化學(xué)反應(yīng)制取氣體。

（2）根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)、反應(yīng)條件和生成氣體的物理性質(zhì)，來設(shè)計實驗裝置，決定采用什么方法收集。

（3）需要通過什么實驗來驗證制得的氣體就是所要制的氣體。

講解這節(jié)課，我們一起來繼續(xù)學(xué)習(xí)二氧化碳的實驗室制法。

講解首先，我們來探究二氧化碳實驗室制法的原料，老師給同學(xué)們準(zhǔn)備了一些藥品，請同學(xué)們猜想一下實驗室制取二氧化碳的原料有哪些藥品呢？請同學(xué)們看大屏幕：加熱堿式碳酸銅生成二氧化碳；碳酸分解生成二氧化碳；單質(zhì)碳在空氣或氧氣中燃燒生成二氧化碳；甲烷燃燒生成二氧化碳；大理石與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳；還有即將學(xué)習(xí)的工業(yè)上高溫煅燒石灰石生成二氧化碳。

提問實驗室制取二氧化碳的原料是什么？

學(xué)生猜測大理石和稀鹽酸

講解實驗室制二氧化碳藥品取用大理石和稀鹽酸的原因。

提問此實驗采用的大理石能不能用純凈的碳酸鈣粉末、碳酸鈉、草木灰等代替， 而稀鹽酸能用稀硫酸代替嗎？

學(xué)生猜測假設(shè)一：碳酸鈉，碳酸鉀也是含碳酸根的物質(zhì)，能夠與稀鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳。

假設(shè)二：稀硫酸中也含有氫離子，它也能夠與碳酸鈣反應(yīng)生成二氧化碳。

學(xué)生實驗每人發(fā)一只試管，分別放入等量少量的如下藥品：塊狀大理石、 粉末狀的碳酸鈣、碳酸鈉固體、碳酸鈉粉末等，再同時滴入稀鹽酸，學(xué)生親自操作觀察現(xiàn)象，看到只有石灰石固體反應(yīng)速率較適中，容易控制，其它的反應(yīng)太劇烈無法控制，甚至溶液溢出試管。每人再發(fā)一只試管，同樣放入等量少量的如下藥品：塊狀石灰石、粉末狀的碳酸鈣、碳酸鈉固體、碳酸鈉粉末等，同時滴入稀硫酸，同樣看到粉末狀的碳酸鈣、碳酸鈉固體、碳酸鈉粉末等反應(yīng)速率過快， 劇烈無法控制，但大理石固體反應(yīng)表面有少許的氣泡，一段時間后沒有氣泡產(chǎn)生，反應(yīng)中止。學(xué)生感到困惑不解，同樣石灰石固體與稀鹽酸和稀硫酸反應(yīng)，為什么一個順利進(jìn)行，另一個反應(yīng)中止呢？

講解教師可在黑板上畫個解釋的草圖，說明稀硫酸與大理石反應(yīng)時，生成一種難溶的化合物硫酸鈣覆蓋在表面， 慢慢積累，內(nèi)部的大理石跟外部的稀硫酸隔絕，故反應(yīng)中止。由此得出反應(yīng)物應(yīng)當(dāng)采用塊狀石灰石固體與稀鹽酸。

板書一、實驗室二氧化碳的制取

板書（1）藥品：大理石和稀鹽酸

（2）化學(xué)方程式：

CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑

既然此反應(yīng)是在常溫進(jìn)行的， 應(yīng)當(dāng)采用什么樣的反應(yīng)發(fā)生儀器裝置呢？

板書二、實驗室制取二氧化碳的裝置

根據(jù)實驗室制取二氧化碳的反應(yīng)原理，及剛才對氧氣制法裝置的總結(jié)。

學(xué)生裝置：同用過氧化氫和二氧化錳制取氧氣的裝置相似。

提問采用與過氧化氫和二氧化錳制取相似的裝置，結(jié)合本實驗特點，讓學(xué)生思考除此之外，還有哪些可行的替代裝置方案？

講解集思廣益，根據(jù)學(xué)生的回答，歸納幾種方案。教師也可展示教參上的幾種方案，打開學(xué)生的視野。在探討研究的平和氣氛中，蘊涵著無窮趣味，在教師的一步步的嚴(yán)謹(jǐn)邏輯關(guān)系引導(dǎo)中，培養(yǎng)學(xué)生的思考分析能力，提高分析聯(lián)想的思維流暢性，學(xué)生的智能得到健康發(fā)展，優(yōu)良的思維品質(zhì)就會慢慢形成。指出反應(yīng)的容器可以是錐形瓶、平底燒瓶、廣口瓶、大試管、啟普發(fā)生器等，分液漏斗可以用長頸漏斗代替等。

板書（3）裝置：同用過氧化氫和二氧化錳制取氧氣的裝置相似。

提問根據(jù)CO2的物理性質(zhì)，采用什么方法來收集CO2呢？

板書（4）收集方法：采用向上排空氣法

提問能否用排水法來收集CO2呢？

實驗實驗室制取二氧化碳及用排水法收集。

講解CO2 能用排水法收集的原因。

板書（4）收集方法：采用向上排空氣法，排水法

提問如何檢驗生成的氣體是二氧化碳？如何證明集氣瓶中充滿了二氧化碳？

學(xué)生實驗①二氧化碳的檢驗 ②二氧化碳的驗滿

總結(jié)板書三、二氧化碳的檢驗方法

（5）檢驗：將生成的氣體通人澄清的石灰水中，如果石灰水變渾濁，則證明該氣體為CO2。

（6）驗滿：將燃著木條放在集氣瓶口，如木條熄滅，證明瓶內(nèi)充滿CO2。

實驗再次演示實驗室制取CO2。

教學(xué)反思

第二次授課圍繞實驗室制二氧化碳的原料選擇展開，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為裝置選擇的探究，教師的情境激發(fā)，師生間的演繹推理，環(huán)環(huán)相扣、推波助瀾地把學(xué)生的學(xué)習(xí)逐漸推向高潮，充分展現(xiàn)學(xué)生的主體地位，為學(xué)生打開了運用已學(xué)知識、 探索未知領(lǐng)域的廣闊自學(xué)空間，學(xué)生中“ 自主、合作、探究”的生動活潑的學(xué)習(xí)氛圍自然生成。 本次授課既落實了知識目標(biāo)，又發(fā)展學(xué)生探究設(shè)計的能力，對探究學(xué)習(xí)思路的形成有很好的奠基作用。

在探究活動中，問題是核心，沒有問題就沒有探究。要研究哪些問題是有利于主動探究的，怎樣呈現(xiàn)這些問題才能有效地引導(dǎo)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)。與第一次授課比較，在第二次授課過程中，問題有了一定的層次性，問題的出現(xiàn)基于實驗現(xiàn)象， 問題的解決基于學(xué)生的辦法，教師對問題的主線索起到引領(lǐng)作用。在設(shè)計實驗探究這部分，采用學(xué)生間“自主出題、自主實驗”的開放式教學(xué)設(shè)計。 這種實驗探究模式突出體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位，強調(diào)問題的科學(xué)性、重要性、可探性，注重發(fā)現(xiàn)與探究，重視過程與開放，加強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與信息交流的互動性。既有利于學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng)，同時在探究思維方面又存在一定的指向性。在規(guī)范操作基礎(chǔ)上，屬于既扶又放的教學(xué)模式，對科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)有比較高的提升，充分發(fā)揮了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用。

二、課例教學(xué)啟示

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)的學(xué)習(xí)是建立在實驗的基礎(chǔ)上的。但在實際的教學(xué)中，由于實驗的準(zhǔn)備工作很繁瑣，工作量大，額外增加的實驗工作量更大，需要花費教師很多的精力。另外，有的教師認(rèn)為實驗比較費時，課堂容量小，不能按時完成教學(xué)任務(wù)。所以，實驗部分能省則省，更不用說增加額外的實驗，或有多媒體的則用多媒體投影替代實驗。不做實驗確實能省很多事，感覺課堂的容量也比較大，一節(jié)課能講很多東西，面面俱到，幾乎所有的細(xì)節(jié)、所有可能的失誤都替學(xué)生想到了。但是，到考試時，就會發(fā)現(xiàn)，學(xué)生掌握得并不理想，仍然錯漏百出。要想堵住使得教師因此可以少教，但是學(xué)生卻可以因

此多學(xué)，使學(xué)校因此可以少些喧囂、厭惡和無益的勞苦，多具閑暇、快樂和堅實的進(jìn)步”。為了實現(xiàn)這個目的，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，力求從自學(xué)探究的角度去安排教學(xué)內(nèi)容，將知識本身的嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性同發(fā)現(xiàn)知識的各種可能性有機地結(jié)合在一起，使教學(xué)中包含探索的因素。筆者利用學(xué)生原有的知識結(jié)構(gòu)中的原有觀念對新課題進(jìn)行分析、概括，運用相同要素，實現(xiàn)適應(yīng)同化，使學(xué)生學(xué)會從化合價變化角度認(rèn)識氧化還原反應(yīng)，同時對不同要素在重新組織的基礎(chǔ)上吸收，實現(xiàn)順應(yīng)同化，使學(xué)生自然而然地學(xué)會

從電子轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識氧化還原反應(yīng)。這種方法以尊重學(xué)生的主體意識為前提，以培養(yǎng)探究性思維為目標(biāo)，以基本教材為內(nèi)容，以開發(fā)學(xué)生的潛能為宗旨，精心創(chuàng)設(shè)問題情景，使學(xué)生通過再發(fā)現(xiàn)的步驟來進(jìn)行學(xué)習(xí)，這對于基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)是可行的，也是適用的。

四、教學(xué)手段

教學(xué)手段的應(yīng)用是為了便于理解（諸如化隱為顯，化微為宏，化抽象為具體）和加深記憶（提供生動的教學(xué)情景，創(chuàng)造愉悅的學(xué)習(xí)情感等）以及提高教學(xué)效率等幾個方面。教學(xué)手段應(yīng)視教學(xué)內(nèi)容而定，如果授課內(nèi)容的理論性強，缺乏適合的實驗，則可選用投影儀，用于提出問題，提供練習(xí)的材料，把教師從一支粉筆中解放出來，用更多的時間來輔導(dǎo)學(xué)生，提高教學(xué)效益。此外，為了使學(xué)生更好地理解氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移。筆者運用于電池作為教具，以深化對教學(xué)內(nèi)容的理解.

五、教學(xué)程序

化學(xué)教材中的每個概念、規(guī)律和理論，它們既是人類知識的結(jié)晶，具有科學(xué)的價值，同時又無不銘刻著人類思維發(fā)展的烙印，具有思想文化的價值。如果我們在進(jìn)行化學(xué)知識教學(xué)的同時，能把濃縮在其中的思維歷程再現(xiàn)，讓學(xué)生沿著前人思維活動的足跡“短暫而迅速”地走一遍，從中體驗和學(xué)習(xí)科學(xué)思維的方法，那就等于教給學(xué)生一把打開思維寶庫的金鑰匙。我們知道，課堂教學(xué)中有著三維因素（教材、學(xué)生、教師），相應(yīng)的有著三種結(jié)構(gòu)形態(tài)（知識結(jié)構(gòu)、認(rèn)知結(jié)構(gòu)，教學(xué)結(jié)構(gòu)），每種結(jié)構(gòu)又有各自的規(guī)律（知識序、思維序、教學(xué)序）。要在化學(xué)教學(xué)過程中有效地進(jìn)行科學(xué)思維的訓(xùn)練，須作到三序合一，把三種結(jié)構(gòu)合為統(tǒng)一的有機體（如圖1所示）。

本課的知識序為：從得失氧角度認(rèn)識氧化還原反應(yīng)——從化合價變化角度認(rèn)識氧化還原反應(yīng)——從電子轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識氧化還原反應(yīng)。這是一條明線，但知識所以能逐步地運動和發(fā)展，是由于人們思維活動作用的結(jié)果。本課的思維序是：觀察—分析比較—抽象概括—邏輯思考—再抽象概括。

通過對大量學(xué)生熟悉的反應(yīng)的剖析，得出化合價變化和氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，再通過邏輯推理，摒去非本質(zhì)因素，把決定事物屬性的因素概括出來，即氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。教師對教學(xué)方案的制定，實際上就是力求把上面一明一暗的序線有機地聯(lián)系起來，從而設(shè)計出最優(yōu)化的教學(xué)序。

本課的教學(xué)序為：提供練習(xí)——引導(dǎo)分析

綜合——指導(dǎo)比較歸納——建立概念——鞏固

概念。

相應(yīng)的教學(xué)流程為：

①復(fù)習(xí)從得失氧角度定義的氧化還原反應(yīng)的有關(guān)概念；②提供練習(xí)，作為新課的引導(dǎo)性材料；

⑨引導(dǎo)學(xué)生得出化合價變化與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，并從此角度定義有關(guān)概念；

④通過練習(xí)強化學(xué)生的認(rèn)識，并引導(dǎo)學(xué)生歸納四種基本反應(yīng)類型和氧化還原反應(yīng)的關(guān)系；

⑤提問化合價變化和電子轉(zhuǎn)移的關(guān)系，把學(xué)生的思維引向縱深，由學(xué)生自已發(fā)現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移和氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，并從此角度定義有關(guān)概念，到此為止，學(xué)生的概念體系已建立起來，水道渠成；

⑥歸納總結(jié)，深化學(xué)生對概念的認(rèn)識；

⑦布置發(fā)散性的練習(xí)，鞏固所學(xué)概念；

⑧布置作業(yè)。

總之，整堂課都是學(xué)生利

用原有認(rèn)知來發(fā)展新的認(rèn)知。

（收稿日期：2014-12-08）