在實(shí)驗(yàn)探究中生成

摘要：本文通過一道化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的解答引發(fā)對常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法的反思，并將反思生成的思路轉(zhuǎn)化為課堂探究性實(shí)驗(yàn)課題，通過對探究性實(shí)驗(yàn)課題的提出、設(shè)計(jì)以及實(shí)施，得出動態(tài)探究性實(shí)驗(yàn)課堂生成的特點(diǎn)，并提出相應(yīng)的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究；課堂生成

文章編號：1005－6629(2010)11－0016－03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

本文從課堂教學(xué)的實(shí)際出發(fā)，由一道實(shí)驗(yàn)題的討論生成了一節(jié)生動的富于創(chuàng)新的動態(tài)探究性課，以此為例，說明基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的動態(tài)探究性課堂的生成過程。

1 新課題的提出

1.1問題起源

在一次實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課上，為向?qū)W生說明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的解題方法，我安排了這樣一道基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題：如何用銅和硫酸制備硫酸銅？指出可能的反應(yīng)原理，判斷優(yōu)劣，并指出具體的實(shí)驗(yàn)操作方法。

大部分同學(xué)都會得出以下兩種方法：

①Cu+2H2SO4 CuSO4+2H2O+SO2↑

②2Cu+O2 2CuO；CuO+H2SO4=CuSO4+H2O。

1.2思維矛盾的產(chǎn)生

顯然，第二種方法更好，其硫酸的利用率高且不產(chǎn)生有害物質(zhì)。那么按照理論思路，即按反應(yīng)順序選擇先灼燒，再與硫酸反應(yīng)，最終生成硫酸銅的方法是否合理呢？我向?qū)W生展示下圖，讓他們選擇實(shí)際的操作方法。

圖2方法應(yīng)該更合理。選擇用一定濃度的稀硫酸和銅片共熱，同時向其中通入氧氣或空氣，這樣可以避免設(shè)備復(fù)雜、固體銅不易灼燒且灼燒不充分、浪費(fèi)原材料的情況出現(xiàn)，同時也能降低能耗，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的科學(xué)性和簡約性的原則，理論和實(shí)際的矛盾使學(xué)生產(chǎn)生了認(rèn)知沖突。

1.3思維火花的產(chǎn)生

在課上我列舉了工業(yè)制硫酸銅的原理： 銅粉、空氣氧化法生產(chǎn)硫酸銅是在稀硫酸溶液中進(jìn)行的，這是一個固液氣三相反應(yīng)，銅粉必須在稀硫酸中充分的鼓泡，讓銅粉懸浮起來，懸浮的銅粉在加熱的稀硫酸中被氧氣氧化為硫酸銅。同學(xué)們在已有認(rèn)識和實(shí)際問題矛盾的解決中，思維的火苗也越燃越旺！

有位同學(xué)提出：能否用電解的方法，即銅作陽極電解一定濃度的硫酸溶液，通過發(fā)生如下反應(yīng)：Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑來制取，產(chǎn)物無污染，還有副產(chǎn)物氫氣可以另作他用。查詢資料無先例后，我將學(xué)生分組，課后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，安排一節(jié)課實(shí)施學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，研討其中問題。實(shí)驗(yàn)探究過程如下。

2新課題——銅陽極法制硫酸銅實(shí)驗(yàn)的探究

2.1實(shí)驗(yàn)用品

濃硫酸、純銅（作陽極）、直流電源、天平、石墨電極、烘干裝置、導(dǎo)管、燒杯（250 mL）等。

2.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

探究銅陽極法制硫酸銅實(shí)驗(yàn)的可行性；不同濃度的硫酸以及不同時間段的實(shí)驗(yàn)效果對比。

2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析

按圖3所示連接好實(shí)驗(yàn)裝置。在兩個相同的燒杯內(nèi)分別注入體積比為1︰3和1︰6的硫酸溶液；選用干凈的銅片為陽極，實(shí)驗(yàn)前，稱量銅片的質(zhì)量并記錄，石墨為陰極，控制相同的電壓(18V)進(jìn)行電解，實(shí)驗(yàn)時間均為15分鐘，同時分時間段（5分鐘、10分鐘、15分鐘）記錄產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)束后，取出燒杯中的銅片，洗凈、烘干后稱量記錄其質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示：

2.4實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）兩種不同濃度的稀硫酸配制后，應(yīng)全部冷卻到室溫時再開始實(shí)驗(yàn)；

（2）兩個燒杯中陰陽兩極間的距離應(yīng)保持相同；

（3）兩只燒杯中的電解最好是同時進(jìn)行，以便比較。

2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過上述實(shí)驗(yàn)，可以得出以下幾個結(jié)論：

(1)用銅作陽極電解稀硫酸，可制得一定濃度的硫酸銅溶液； （2）硫酸的濃度對電解速度有較大影響，濃度越大，電解速度越快； （3）由于溶液中銅離子的濃度不斷增大，達(dá)到一定量后，銅離子將被還原在陰極析出，使硫酸銅溶液的濃度難以持續(xù)增大； （4）當(dāng)溶液中同時存在較多量Cu2+和H+時，電解時銅和氫氣可在陰極同時產(chǎn)生； （5）從工業(yè)生產(chǎn)考慮，用這種方法產(chǎn)出的硫酸銅溶液中含有較多的硫酸，不純凈，且隨著銅從陰極析出，硫酸銅濃度持續(xù)增大受到影響，因此不宜進(jìn)行大量的工業(yè)生產(chǎn)，并且電解能耗高，原料的利用率也不高。綜合考慮，在工業(yè)生產(chǎn)中不宜采用這種方法。

在經(jīng)過探究總結(jié)后，我又提出幾個預(yù)設(shè)問題，這些問題使得動態(tài)課堂得到進(jìn)一步延續(xù)，也使得探究從理論上繼續(xù)深化，如可否運(yùn)用氯堿工業(yè)原理加以遷移，避免銅離子在陰極上被還原？能否解決硫酸銅與硫酸混合在一起不純凈的問題等？學(xué)生提出電解池以陰離子交換膜隔開，在陽極室注入少量硫酸銅溶液，陰極室注入硫酸溶液，進(jìn)行電解。圖示如下：鑒于時間和儀器、設(shè)備的原因，我們未就這一原理的實(shí)際應(yīng)用的可行性進(jìn)行進(jìn)一步探究，但在學(xué)生的思想中埋下了創(chuàng)造的種子，為更深入的探究埋下了伏筆。

3反思與總結(jié)

從上述實(shí)驗(yàn)探究新課題產(chǎn)生的過程來看，思考得出基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的動態(tài)探究性課堂的形成有以下幾個步驟：原始問題的提出和探討→思維矛盾的產(chǎn)生→思維火花的形成→新探究課題的設(shè)計(jì)→探究性課題的實(shí)施→新問題的提出。因此，動態(tài)探究性課堂的生成，尤其是基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的探究性課堂的生成，對學(xué)生的思維水平提出了更高的要求，動態(tài)探究性課堂的生成是一個不斷延續(xù)的過程，包括思維、方法、內(nèi)容數(shù)量以及深度的延續(xù)，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，不但可以使學(xué)生走出既定教學(xué)內(nèi)容對于思維的束縛，引起他們強(qiáng)烈的探究興趣，同時對教師自身的專業(yè)理論水平以及教學(xué)能力也提出了更高的要求。

教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中不應(yīng)僅滿足于對教材實(shí)驗(yàn)的探究分析，而應(yīng)善于捕捉學(xué)生的興奮點(diǎn)，突破陳規(guī)，靈活的運(yùn)用多種方法開發(fā)具有研究價值和教學(xué)意義的探究性課題。基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)動態(tài)課堂探究課題的開發(fā)，需要對學(xué)生實(shí)際技能、實(shí)驗(yàn)本身的有效性等因素，多方面思考，如通過將教材理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)物化、關(guān)注異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證疑難問題、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)條件以及新實(shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用等，均可以作為生成實(shí)驗(yàn)課題的思路來源。

教學(xué)方法的選擇是影響教學(xué)效果最直接的因素，不論是原先設(shè)計(jì)好的教學(xué)內(nèi)容還是課堂上動態(tài)生成的內(nèi)容，都有其特定的價值。研究性教學(xué)通過引導(dǎo)學(xué)生開展探究，促進(jìn)學(xué)生感知、體驗(yàn)、感悟、內(nèi)化而得到經(jīng)驗(yàn)知識的過程，無疑對促進(jìn)學(xué)生主體性的張揚(yáng)和自由精神的煥發(fā)起著巨大的作用。教師既應(yīng)通過預(yù)設(shè)的問題進(jìn)行探究性教學(xué)，對課堂上動態(tài)生成的問題也應(yīng)發(fā)揮創(chuàng)造性，靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法，追求過程的價值，不硬性規(guī)定教學(xué)的進(jìn)程和學(xué)生的同步發(fā)展，而是承認(rèn)不同的學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)方法和途徑，注重“留有余地”和設(shè)計(jì)的靈活性，使教學(xué)過程真正成為師生之間相互了解、互相學(xué)習(xí)的平等對話過程。

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