初中化學(xué)教學(xué)中科學(xué)探究的案例研究

宮朋飛 王永金

摘要：科學(xué)探究為中學(xué)化學(xué)教學(xué)中學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的一項(xiàng)重要方式。本文在案例的基礎(chǔ)上，展示學(xué)生思維引導(dǎo)、探究環(huán)節(jié)設(shè)置等方面的設(shè)計(jì)，以開展高品質(zhì)的科學(xué)探究活動(dòng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究 初中化學(xué) 二氧化碳性質(zhì) 教學(xué)案例

科學(xué)探究的要素主要包括以下幾點(diǎn)：提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)象的觀察、解釋與結(jié)論等，而表達(dá)與交流、反思與評價(jià)則貫穿各要素中。如何開展高品質(zhì)的科學(xué)探究活動(dòng)？初中學(xué)生由于剛接觸科學(xué)探究活動(dòng)，對科學(xué)探究的思路和方法掌握得都不是很好，要高效完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的全過程，還是有一定難度的。本文擬以“二氧化碳的制取”為例，探討如何開展科學(xué)探究活動(dòng)。

一、教材的地位和作用

本節(jié)課是學(xué)生學(xué)習(xí)了碳單質(zhì)的相關(guān)內(nèi)容及二氧化碳的性質(zhì)后的教學(xué)內(nèi)容。二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取研究可以很好地提高學(xué)生的科學(xué)探究思維水平和實(shí)驗(yàn)操作能力，對于實(shí)驗(yàn)室中氣體制取中方案的設(shè)計(jì)藥品的選擇、裝置的完善等，是絕好的訓(xùn)練材料。學(xué)生高效地完成這節(jié)教學(xué)內(nèi)容，可以鞏固前面學(xué)習(xí)的元素化合物知識(shí)、提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能、提升科學(xué)探究能力。

二、學(xué)情分析

在以前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)了關(guān)于實(shí)驗(yàn)室制氧氣的相關(guān)知識(shí)，熟悉了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作技能，換句話說，對于如何實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳學(xué)生已有了可模仿的對象。通過分組合作的方式，運(yùn)用科學(xué)探究的方法，使用類比的思想，設(shè)計(jì)出一套實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置的教學(xué)目標(biāo)是可以完成的。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)：了解實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的原理;探究實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置;掌握實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路。

2.能力目標(biāo)：利用教師提供的實(shí)驗(yàn)用品改進(jìn)和重新設(shè)計(jì)方案，并組裝裝置進(jìn)行二氧化碳的制取實(shí)驗(yàn)。

3.情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生善于合作、勤于思考、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇于創(chuàng)新和實(shí)踐的科學(xué)精神。

四、教學(xué)重、難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)：制取二氧化碳的原理和藥品的選擇，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，然后利用自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行二氧化碳的制取實(shí)驗(yàn)。

2.重點(diǎn)突破：根據(jù)二氧化碳的反應(yīng)原理來選擇藥品，通過學(xué)生分組科學(xué)探究，對探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對比分析，從而確定實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的反應(yīng)裝置和藥品。

3.教學(xué)難點(diǎn)：根據(jù)二氧化碳的制取原理，探究實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的實(shí)驗(yàn)裝置。

4.難點(diǎn)突破：通過對比，在學(xué)生已經(jīng)掌握的氧氣制取裝置的基礎(chǔ)上，比較得出實(shí)驗(yàn)室制取氧氣與二氧化碳的反應(yīng)物狀態(tài)、反應(yīng)條件等的異同點(diǎn)，進(jìn)而確定實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置。

五、教法分析

引導(dǎo)啟發(fā)、探究活動(dòng)、研究對比、合作交流、討論歸納相結(jié)合的教學(xué)法。

六、學(xué)法指導(dǎo)

學(xué)習(xí)本節(jié)課時(shí)，學(xué)生應(yīng)在教師的引導(dǎo)下分析、歸納，積極地參與到科學(xué)探究中去，整理出實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳?xì)怏w的思路，發(fā)現(xiàn)并思考問題，讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方法。

七、教學(xué)過程

【復(fù)習(xí)提問】我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過一些生成二氧化碳的反應(yīng)，你能寫出哪些？看誰寫得多？

【設(shè)計(jì)意圖】對已學(xué)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)回顧，引導(dǎo)學(xué)生回憶二氧化碳的性質(zhì)及生成二氧化碳的相關(guān)反應(yīng)。

【提出問題】制取二氧化碳分實(shí)驗(yàn)室制法和工業(yè)制法，今天重點(diǎn)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室制法。能制取二氧化碳的反應(yīng)有很多，實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳選用哪種方法好？

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生回顧生成二氧化碳的反應(yīng)，直入主題，同時(shí)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維，讓學(xué)生在回顧中學(xué)習(xí)新知識(shí)，體會(huì)學(xué)習(xí)的漸進(jìn)性、連續(xù)性和趣味性。

【提出假設(shè)】

方案一：大理石與稀鹽酸;

方案二：大理石與稀硫酸;

方案三：碳酸鈉與稀鹽酸;

方案四：碳酸鈉與稀硫酸。

……

【合作交流一】方案二是否合理？

【展示點(diǎn)評】方案二不合理。方案二中為塊狀大理石與稀硫酸反應(yīng)，生成二氧化碳、水和不溶性硫酸鈣，不溶性碳酸鈣附著在塊狀大理石的表面。

【實(shí)驗(yàn)探究一】實(shí)驗(yàn)臺(tái)上面提供了四種藥品：大理石、碳酸鈉、稀硫酸、稀鹽酸。請同學(xué)們分小組完成按方案一、三、四完成實(shí)驗(yàn)探究。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】大理石與稀鹽酸反應(yīng)速度適中，能大量、連續(xù)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w;碳酸鈉粉末與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，反應(yīng)速度過快，不利于收集二氧化碳，不易操作。

【結(jié)論】實(shí)驗(yàn)室用大理石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳。

【點(diǎn)評】學(xué)生通過合作交流，探討出方案二不宜用于實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳;再通過實(shí)驗(yàn)探究，分別從反應(yīng)快慢、操作難易等角度做出科學(xué)分析，探究出實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的反應(yīng)原理，培養(yǎng)科學(xué)探究精神。

【提出問題】我們清楚了實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的原理，如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的原理設(shè)計(jì)出二氧化碳的發(fā)生裝置？

【設(shè)計(jì)意圖】問題情境引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入下一課題——探究實(shí)驗(yàn)室中制取二氧化碳的裝置，為應(yīng)用所給教具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置作鋪墊。

【問題情境1】請同學(xué)們回憶實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣的裝置（投影），分析該反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、反應(yīng)條件等因素，思考實(shí)驗(yàn)室用大理石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳能否使用高錳酸鉀加熱制取氧氣的發(fā)生裝置。

【設(shè)計(jì)意圖】科學(xué)探究要有所依據(jù)，通過對比實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、反應(yīng)條件、實(shí)驗(yàn)裝置等因素，引導(dǎo)學(xué)生使用對比分析和類比的思想分析問題、解決問題，激發(fā)學(xué)生的思維。

【問題情境2】選擇氣體發(fā)生裝置需注意哪些因素？選擇氣體收集裝置需注意哪些因素？（反應(yīng)條件和反應(yīng)物狀態(tài);氣體溶解性和氣體密度）

【合作交流】分小組合作交流，依據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)制取二氧化碳的裝置。

【設(shè)計(jì)意圖】使學(xué)生學(xué)會(huì)合作，鍛煉學(xué)生的溝通、交流、合作能力;提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生思維能力。

【實(shí)驗(yàn)探究二】實(shí)驗(yàn)臺(tái)上面提供了多種儀器，你認(rèn)為應(yīng)選擇哪些儀器作為制取二氧化碳的裝置？怎樣組合？請同學(xué)們根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置（分組）。

【設(shè)計(jì)意圖】使學(xué)生通過小組合作，自己動(dòng)手，設(shè)計(jì)、連接實(shí)驗(yàn)裝置，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提升學(xué)生參與探究活動(dòng)積極性。

【展示匯報(bào)】展示各小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，評價(jià)各裝置的優(yōu)缺點(diǎn)。

根據(jù)上述比較，同學(xué)們分析、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置（分組）。

【設(shè)疑】還可以用什么儀器代替？

【設(shè)計(jì)意圖】培養(yǎng)學(xué)生變通能力和發(fā)散思維，讓學(xué)生學(xué)會(huì)比較，學(xué)會(huì)觀察;能合理使用教學(xué)用具，會(huì)利用所提供的教具設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，并設(shè)計(jì)裝置進(jìn)行制取和收集二氧化碳。

【實(shí)驗(yàn)探究三】實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳，注意：（1）檢查裝置氣密性;（2）加藥品;（3）收集（怎樣收集？為什么？）

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生分組動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，熟悉實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的操作過程，訓(xùn)練其科學(xué)探究能力。

【實(shí)驗(yàn)探究四】如何判斷是否收集滿二氧化碳？

方案一：用一根燃著的火柴在集氣瓶口處檢驗(yàn);

方案二：向收集滿二氧化碳的集氣瓶中倒入少量澄清的石灰水檢驗(yàn)。

【設(shè)計(jì)意圖】復(fù)習(xí)并應(yīng)用二氧化碳的性質(zhì)，提升學(xué)生引申、遷移的能力，學(xué)會(huì)二氧化碳的驗(yàn)滿方法。

【思維拓展】學(xué)以致用，選用家中現(xiàn)有的物品（墨水瓶、塑料小瓶、圓珠筆芯等）制作一套制取二氧化碳的裝置。在班級進(jìn)行展示，并在老師指導(dǎo)下實(shí)驗(yàn)。

【布置作業(yè)】完善《實(shí)驗(yàn)報(bào)告》。

八、點(diǎn)評

本節(jié)課的教學(xué)運(yùn)用了新課程理念，創(chuàng)設(shè)問題情境引入對實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的原理、藥品、裝置、收集和驗(yàn)滿等方面的科學(xué)探究。通過復(fù)習(xí)氧氣實(shí)驗(yàn)室制取，學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)室制取氣體裝置的設(shè)計(jì)思路，然后讓學(xué)生自行選擇儀器組裝一套制取二氧化碳的裝置，再分組合作交流，體會(huì)各自裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定最佳裝置;在實(shí)驗(yàn)前對制取二氧化碳的操作要點(diǎn)、收集、檢驗(yàn)操作和裝置分別進(jìn)行探究。整節(jié)課以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)問題讓學(xué)生討論，適當(dāng)點(diǎn)撥指導(dǎo)，使學(xué)生的思維得到拓展。學(xué)生們在提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、解釋結(jié)論中愉快地完成本課研究。