探究式教學(xué)在二氧化碳制取研究中的有效應(yīng)用

摘要: 本文闡述了探究式教學(xué)方法在二氧化碳制取實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用模式，強(qiáng)調(diào)新課程教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)方式的多元化。

關(guān)鍵詞: 探究式教學(xué)二氧化碳制取有效應(yīng)用

新課程教學(xué)要求改變學(xué)生單一的接受式學(xué)習(xí)方式，“將科學(xué)探究作為課程改革的突破口”，積極倡導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中采取自主、合作、交流、探究式的學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)起好主導(dǎo)作用。教師應(yīng)通過(guò)學(xué)生合作交流時(shí)的思維碰撞，產(chǎn)生創(chuàng)新的火花;通過(guò)探究式學(xué)習(xí)再現(xiàn)知識(shí)形成的過(guò)程，得出探究的結(jié)論，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)“知其然且知其所以然”，從而激活學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，加深對(duì)新知識(shí)探求的強(qiáng)烈欲望，同時(shí)不斷提高學(xué)生掌握知識(shí)的能力。

然而，在初中化學(xué)實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，并非所有的課題都適合采用探究教學(xué)方式，教師要選擇適宜的探究課題，安排好合理的梯度，遵循由易到難的原則。人教版第六單元《課題2二氧化碳制取的研究》是初中化學(xué)教學(xué)中最重要的內(nèi)容之一。新教材要求學(xué)生主動(dòng)地進(jìn)行研究和實(shí)踐，不斷提高學(xué)生的操作水平和探究能力。我擬就如何運(yùn)用探究式教學(xué)方法學(xué)習(xí)二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取談一點(diǎn)自己的看法。

1.實(shí)驗(yàn)探究的前期準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)是一種強(qiáng)調(diào)學(xué)生積極主動(dòng)、親身經(jīng)歷和體驗(yàn)的學(xué)習(xí)方法，它能有效提高學(xué)生提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。為了提高探究活動(dòng)的有效性和探究成果，教師必須對(duì)探究活動(dòng)作充分的準(zhǔn)備和教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.1知識(shí)準(zhǔn)備

科學(xué)探究的前提要求探究者具有一定相關(guān)知識(shí)的儲(chǔ)備和能力基礎(chǔ)。學(xué)生在本課題之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法，對(duì)于氣體的實(shí)驗(yàn)室制法已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，所以本課題的探究才有可能也很有必要。課前預(yù)習(xí)時(shí)，教師應(yīng)要求學(xué)生認(rèn)真復(fù)習(xí)氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法，并做好本課題的預(yù)習(xí)工作。

1.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

充分的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，是科學(xué)探究成敗的關(guān)鍵。教師要做好實(shí)驗(yàn)室的準(zhǔn)備工作，配備所需藥品:塊狀大理石、碳酸鈉、稀鹽酸、濃鹽酸、稀硫酸等;所需儀器:錐形瓶、平底燒瓶、燒杯、試管、集氣瓶、長(zhǎng)頸漏斗、帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞、帶導(dǎo)管的雙孔橡皮塞、水槽、酒精燈等;預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn):稀硫酸與大理石的反應(yīng)。

1.3學(xué)生準(zhǔn)備

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究應(yīng)將學(xué)生分成若干小組，采用小組合作探究的學(xué)習(xí)方式。每個(gè)學(xué)習(xí)小組以5—6人為佳，小組成員的配置應(yīng)將學(xué)生按知識(shí)和能力的好中差和男女比例有機(jī)組合，探究小組組合的合理與否將會(huì)嚴(yán)重影響探究的效果。

2.實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程

學(xué)生是探究學(xué)習(xí)的主體，要想有效地實(shí)施探究式教學(xué)，就必須增強(qiáng)學(xué)生的主體意識(shí)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。然而，以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)為主，并不是說(shuō)教師就可以完全放手不管，因?yàn)槌踔袑W(xué)生在操作能力、知識(shí)水平等方面都存在一定的不足，很容易出現(xiàn)無(wú)所適從的局面。因此，教師應(yīng)該做好主導(dǎo)作用，關(guān)鍵時(shí)刻能給予學(xué)生鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)，適時(shí)指導(dǎo)探究的方向，激發(fā)學(xué)生不斷追求新的發(fā)現(xiàn)，體驗(yàn)創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣。

2.1有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理的探究

問(wèn)題的提出:能夠生成二氧化碳的反應(yīng)有多種:稀鹽酸跟大理石、稀硫酸跟大理石、濃鹽酸跟大理石、稀鹽酸跟碳酸鈉，甚至包括木炭、酒精的燃燒，以及動(dòng)植物的呼吸，等等。究竟哪一個(gè)反應(yīng)才適宜實(shí)驗(yàn)室制二氧化碳?

問(wèn)題的解決:由學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究后得出結(jié)論并說(shuō)明理由。教師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究之前必須說(shuō)明制取氣體的反應(yīng)必須可行、速率適中、氣流平穩(wěn)，且氣體中的雜質(zhì)盡可能少、便于控制收集等條件，給學(xué)生指明探究的方向，避免探究的盲目性。學(xué)生可分別完成上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)觀察并充分交流討論得出結(jié)論:考慮到稀硫酸與大理石反應(yīng)后的生成物微溶于水，覆蓋在大理石的表面會(huì)阻止反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生(由于覆蓋在大理石或石灰石表面的硫酸鈣短時(shí)間內(nèi)難以觀察得清楚，該實(shí)驗(yàn)教師可預(yù)先做好對(duì)照實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察到覆蓋在大理石或者石灰石表面上的白色硫酸鈣固體，給學(xué)生一個(gè)非常明顯的現(xiàn)象說(shuō)明，加深學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的理解);濃鹽酸具有揮發(fā)性，使氣體不純;稀鹽酸跟碳酸鈉反應(yīng)太快不利于收集;其他反應(yīng)制得的二氧化碳皆不純且難以收集。以上反應(yīng)皆不適宜用于實(shí)驗(yàn)室制二氧化碳。因此，實(shí)驗(yàn)室常用稀鹽酸跟大理石或石灰石反應(yīng)來(lái)制取二氧化碳:CaCO₂+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑

2.2有關(guān)發(fā)生裝置的選擇

初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的探究更多的是對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置選擇。學(xué)生在復(fù)習(xí)氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法的基礎(chǔ)上，對(duì)于氣體制取的發(fā)生裝置已有所了解:必須考慮反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件。反應(yīng)物的狀態(tài)包括:固體和固體反應(yīng)(例如:加熱高錳酸鉀制氧氣);固體和液體的反應(yīng);液體與液體的反應(yīng)……反應(yīng)條件包括:是否需要加熱、加催化劑(例如:制氧氣)等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理的探究我們知道:實(shí)驗(yàn)室二氧化碳是用稀鹽酸(液體)跟大理石(固體)的反應(yīng)且不需加熱，所以加熱高錳酸鉀制氧氣的裝置不適于制取二氧化碳。教師應(yīng)由學(xué)生根據(jù)所提供的儀器探究盡可能多的儀器組合。學(xué)生根據(jù)反應(yīng)不需加熱，首先排除酒精燈的使用，他們所組裝的裝置是多種多樣的。再安排各活動(dòng)小組的學(xué)生代表介紹他們?cè)O(shè)計(jì)的裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，展示探究成果，然后由其他小組展開(kāi)評(píng)議，通過(guò)群體間的互動(dòng)有效地培養(yǎng)學(xué)生的集體榮譽(yù)感和團(tuán)結(jié)合作意識(shí)。

學(xué)生選擇的主要儀器組合如下:

第一組:錐形瓶、帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞;

第二組:錐形瓶、帶導(dǎo)管的雙孔橡皮塞、長(zhǎng)頸漏斗;

第三組:平底燒瓶、帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞;

第四組:平底燒瓶、帶導(dǎo)管的雙孔橡皮塞、長(zhǎng)頸漏斗;

第五組:試管、帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞;

第六組:(大)試管、帶導(dǎo)管的雙孔橡皮塞、長(zhǎng)頸漏斗。

學(xué)生一下子找到了許多組制取二氧化碳的發(fā)生裝置，激發(fā)了成就感和強(qiáng)烈的探究欲望，探究激情空前高漲，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)興趣，并從感性認(rèn)識(shí)上充分區(qū)別了初中實(shí)驗(yàn)制取氣體的兩種發(fā)生裝置。教師可進(jìn)行適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)評(píng)，并經(jīng)過(guò)學(xué)生討論后找到兩套制取二氧化碳的如圖1所示的較好發(fā)生裝置。此裝置適用于固體跟液體且不需加熱制取氣體的反應(yīng)。

2.3有關(guān)二氧化碳收集裝置的探究

初中實(shí)驗(yàn)中氣體的收集裝置有兩類:排空氣法和排水法。其中排空氣法又包括向上排空氣法(密度比空氣的大的氣體，例如氧氣)和向下排空氣法(密度比空氣小的氣體，例如氫氣)。而對(duì)于不易溶于水或難溶于水且不與水反應(yīng)的氣體則可以用排水法收集。學(xué)生查閱相關(guān)資料，交流討論二氧化碳的性質(zhì):密度比空氣大、能溶于水且與水反應(yīng)。故只能用向上排空氣法收集。

由以上探究和討論學(xué)生可以得出一套制取二氧化碳的較好裝置，如圖2所示。其中錐形瓶可以用平底燒瓶、大試管、廣口瓶等代替，長(zhǎng)頸漏斗可以用分液漏斗代替。

2.4探究實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的步驟和注意事項(xiàng)

學(xué)生參考制取氧氣的有關(guān)步驟，使用自己設(shè)計(jì)的裝置完成二氧化碳的制取，并通過(guò)探究和討論歸納出制取二氧化碳的實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)。

實(shí)驗(yàn)步驟:①連接裝置，②檢查裝置的氣密性，③加固體(大理石)，④加液體(稀鹽酸)，⑤收集驗(yàn)滿。

注意事項(xiàng)應(yīng)強(qiáng)調(diào):①長(zhǎng)頸漏斗必須伸到液面以下，②伸入集氣瓶的導(dǎo)管應(yīng)伸到接近瓶底等，③伸如錐形瓶的導(dǎo)管不能太長(zhǎng)，只要稍稍露出橡皮塞即可。

3.實(shí)驗(yàn)探究的拓展和思考

課堂的結(jié)束，絕不意味著教學(xué)的終止和探究的終結(jié)，而應(yīng)該是學(xué)生學(xué)習(xí)的繼續(xù)和探究的延伸。實(shí)驗(yàn)的探究應(yīng)給學(xué)生留有足夠思考的空間和繼續(xù)探究的余地。教師在教學(xué)時(shí)可以通過(guò)提示積極啟發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置及其組合繼續(xù)進(jìn)行深入的探究。

提示1:運(yùn)用注射器對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改裝和重組，通過(guò)控制氣體產(chǎn)生的速率，實(shí)驗(yàn)室是否也可以利用碳酸鈉粉末和稀鹽酸反應(yīng)來(lái)制取二氧化碳?

提示2:可以利用啟普發(fā)生器或用大燒杯和干燥管進(jìn)行組合，更加便于控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。

提示3:為了節(jié)約藥品(尤其是稀鹽酸)可在長(zhǎng)頸漏斗的下端管口套一只小試管進(jìn)行液封。

提示4:對(duì)于上述試驗(yàn)裝置該如何檢驗(yàn)裝置的氣密性?

提示5:上述裝置還可以用來(lái)制取哪些氣體?

教師可通過(guò)提問(wèn)、學(xué)生的解答、媒體的演示，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論和交流。制取二氧化碳的實(shí)驗(yàn)裝置不是唯一的，也沒(méi)有最好的設(shè)計(jì)裝置，所有合理的、實(shí)驗(yàn)條件能做到的裝置都是比較好的裝置，而不僅僅局限于教材。提高實(shí)驗(yàn)探究的實(shí)效性，拓寬學(xué)生的視野，開(kāi)闊學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和實(shí)驗(yàn)探究的樂(lè)趣，為學(xué)生的終生發(fā)展奠定基礎(chǔ)，才是我們探究教學(xué)的真正目的之所在。

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