☆創新實驗設計☆如何巧用探究性化學實驗培養學生創新能力

何必松

江蘇省南京市六合區馬集初級中學 江蘇南京 211525

☆創新實驗設計☆如何巧用探究性化學實驗培養學生創新能力

何必松

江蘇省南京市六合區馬集初級中學 江蘇南京 211525

在探究性實驗教學這一環節中，要求學生從日常現象或在化學學習中用觀察、實驗等方法，經過啟發或獨立發現，提出一些有探究價值的問題。作為教師，除要創設問題情景，營造和諧的氣氛，還要給學生留有足夠的時間和空間讓學生去思考。在做探究性實驗時，不妨就實驗中設置的情景先讓學生試一試，看看他們能提出哪些問題，鼓勵學生大膽質疑外。同時，還要注意教會學生提問題的方法。

一、對探究性實驗巧妙設計拓展問題

例如：空氣中氧氣含量測定實驗。

空氣主要是由氮氣和氧氣組成的，測定空氣中氧氣含量的方法較多，在實驗室中常用下列方法粗略進行測定。

實驗用品：紅磷、水、鎂條、截去底部的廣口瓶、水槽、帶塞子的燃燒匙等。實驗裝置如圖1所示。

圖1

問題設計：

問題l：測定瓶中空氣中氧氣含量的原理是什么？

引導1：從瓶內大氣壓強減小，進入瓶中水的體積等于瓶中氧氣體積考慮。

問題2：燃燒匙里紅磷燃燒消耗了瓶中的哪種成分？能否用木炭、硫磺代替紅磷？

引導2：消耗了瓶中空氣中的氧氣。從能否消耗氧氣以及產物不能是氣體兩方面考慮。

問題3：紅磷燃燒時瓶內主要實驗現象是什么？燃燒結束后又觀察到什么現象？

引導3：要求學生認真觀察瓶內、瓶壁及水槽和瓶內水面高度差。

問題4：實驗結束時瓶內水面上升的體積常小于1/5瓶子容積，請分析原因。

引導4：從氧氣是否完全消耗及瓶內溫度、氣密性等方面考慮。

以上，基本上完成了此實驗的目的，但筆者仍感言尤未盡，繼續提出下列問題師生共商。

問題5：最終瓶內留下的氣體主要是什么？這種氣體能支持紅磷燃燒嗎？就此，能歸納出這種氣體具有哪些理化性質？

引導5：從剩余氣體的色態及水中溶解性等方面考慮物理性質，從能否與水反應等方面考慮化學性質。

問題6：在實驗室中如何從空氣中分離出較純的氮氣？

引導6：從空氣的主要成分及以上實驗考慮。

(實驗)用一根光亮的鎂條點燃后伸入瓶內剩余氣體中。

問題7：鎂條能燃燒嗎？瓶內水面會迅速上升嗎？為什么？

引導7：要求學生認真觀察現象，從瓶內外大氣壓考慮。

問題8：有人說，鎂條在空氣中燃燒后產物只有一種。請評價之。

引導8：從以上實驗考慮。

問題9：課后請查閱相關資料，設計實驗證明鎂條在空氣中燃燒后還有氮化鎂生成。

引導9：提示Mg3N2+6H20=3Mg(OH)2+2NH3↑以及氨氣的水溶液呈堿性，能使無色酚酞溶液變紅考慮。

通過以上層層設疑，層層質疑，師生共同釋疑，激發了學生的求知欲，充分挖掘了題目深度，開發了學生的潛能，為學生在實踐中不斷探索、評價、發現和創新創設了良好的問題環境，這也是新課程改革的要求，教師努力的方向。

二、對探究性實驗巧妙設計橫向比較

例如：磷燃燒實驗

1.測定空氣里氧氣的含量—紅磷的燃燒

學生已經知道氧氣約占空氣體積的21%，針對這個實驗，教師可提出集氣瓶原先作的記號為什么是5等份而不是其他數據呢(也許學生會回答氧氣約占空氣體積的1/5)？顯然集氣瓶內消耗的氧氣體積占瓶內空氣體積大約為1/5，而消耗完的氧氣體積及瓶內空氣體積又是如何知道的呢？教師此時要給予適當的引導：瓶內空氣體積與集氣瓶的容積關系如何？由于氧氣不易溶于水，所以倒吸進去的水約等于瓶中消耗完的氧氣體積，即需用量筒兩次。如果教師能提出這樣的問題讓學生思考，那么下面的問題對學生而言就迎刃而解了。

某校初三(1)班的課外興趣活動小組要檢測某蔬菜大棚內空氣中氧氣的含量：他們怎樣用最簡單的方法取出大棚內氣體樣品？用什么方法粗略測定大棚氣體樣品中氧氣的體積分數？

教師要注意在教學中尋找新的視角和切入點，引導學生用化學知識解決一些實際問題，特別是生活中存在的問題，設法創設更生動的教學情境，通過親身體驗、思考來掌握知識，真正使學生參加問題討論與交流，進行反思與評價，不斷激發學生學習化學的興趣，加深他們對化學知識在生活實際中應用的認識，以便學生更快適應化學課的學習，尤其是實驗探究，應力求真實、生動、直觀而又富有啟迪性，使學生體驗到探究活動的樂趣和成功的喜悅。

2.質量守恒定律—白磷燃燒前后質量的測定

該實驗是通過燃燒白磷來驗證反應前后質量總和是否守恒的。如果再恰當地提出若干問題讓學生思考、判斷，那就使學生受益更大。

(1)為什么待冷卻以后再放在天平上稱量，若反應正在進行就去稱量結果會怎樣呢(或者教師演示實驗：讓正在反應的整個裝置放在天平上，觀察反應前后天平指針的偏轉變化，從而讓學生真正領會為什么要在冷卻后再稱量)？

(2)為什么要扎一個氣球？若沒扎氣球，結果可能會怎樣？

(3)白磷燃燒過程中，錐形瓶內氧氣是在不斷減少，為什么氣球還會膨脹呢(適時激化矛盾，留給學生思考的空間)？

針對這些問題，教師可引導學生思索、討論、分析，讓學生主動投入到學習活動中去，加強實驗中各個環節的教學補充，使學生認識更加深刻，教師不斷揭示矛盾，必然會激起學生更強烈的求知欲，同時這也是開發智力的好手段。通過探究讓學生真正體會“化學反應前后各物質的質量總和保持不變”的結論。

3.燃燒的條件—白磷、紅磷是否能燃燒

該實驗是教師演示的實驗(需在通風櫥中進行)，能看到的實驗現象是：薄銅片上的白磷燃燒，而紅磷及水中的白磷都沒有燃燒，從而歸納出燃燒的3個條件。

對于此實驗教師可提出以下問題讓學生配合操作：

(1)怎樣使薄銅片上的紅磷燃燒？

(2)薄銅片上正在燃燒的白磷采用什么樣的方法可停止燃燒？

(3)如果該實驗不在通風櫥中進行，為防止污染，實驗裝置將如何改進呢？

總之，能讓學生從日常現象或化學學習中經過啟發或獨立地發現一些有探究價值的問題，在教師指導或小組討論下提出要驗證的實驗方案再進行實驗，最終形成合理的認知結構，從而增強學生對化學的好奇心和探究欲望，使學生認識學習化學的意義，使學生的認識逐步得到發展，體驗探究的樂趣，形成和發展探究能力。

三、對探究性實驗巧妙設計問題引導

例如：探究物質燃燒的條件。

我們對燃燒條件的探究，得出燃燒必須同時滿足3個條件：即有可燃物；溫度要達到著火點；與氧氣(或空氣)接觸。那么燃燒是否一定要有氧氣參加？這種運用逆向思維的方法提出的問題再通過查閱資料，經過一番探究后更能開拓學生的視野。如“[查閱資料1]鎂條能在空氣中劇烈燃燒，也能在二氧化碳中劇烈燃燒，發出耀眼的白光、放出大量的熱；細鐵絲可以在氯氣中劇烈燃燒，放出大量的熱，產生大量棕黃色的煙；磷能在氯氣中劇烈燃燒，放出大量的熱，產生大量的白色煙霧。”同時更為重要的是改善學生學習化學的思維方式，有助于形成良好的思維習慣，激發學生的創新開拓精神，培養良好的思維品性，提高學習效果、學習興趣，同時提高思維能力和整體素質。

例如：中和反應。

書上作出了這樣的概念描述“酸和堿作用生成鹽和水的反應叫中和反應”，那么“能生成鹽和水的反應是否都是中和反應？”這樣的提問在教學中可以幫助學生饒有興趣地學習，通過探究活動，真正理解掌握中和反應，提高學生學習理解化學反應的能力。

例如：溶液的酸堿性實驗。

學生在探究了各種常見物質的酸堿性之后，學生已經對酸堿性有了初步的了解，同時他們也會認為“酸顯酸性，堿顯堿性，鹽一般為中性”教師可在這時及時提出：顯酸性的一定是酸嗎，顯堿性的一定是堿嗎？鹽一定為中性嗎？通過反問，使學生的思維有反思的過程：鹽一般不會電離出氫離子和氫氧根離子，通常是顯中性，教師可以通過演示碳酸鈉溶液顯堿性的實驗，追問為什么碳酸鈉顯堿性呢？教師可以引導學生這一知識要應用到高中的知識才能解釋，引發學生的求知欲，同時對后續學習產生動力。教師的提問必須問在學生有疑問之處。有些問題表面看學生好像沒問題，換個角度提問，就出現問題，實質是學生自覺無疑問，實則有疑問。讓學生認識到自己的疑問，教師可以采取一種逆向思維的方法，引導學生提出問題。

愛因斯坦說過：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。”課堂探究模式就是從提出問題開始，圍繞問題展開的，能否提出科學的、具有探究價值的問題將直接影響探究學習的效果和探究能力的提高。在課堂上問題可以由學生獨立提出，也可以在教師的引導下提出。在化學教學的初級階段，問題主要是在教師的引導下提出的，課堂中的問題難易要適中，過難或過易的問題都會使學生失去探究的興趣，要落在學生認知的“最近發展區”。提出的問題也不是憑空產生的，它依賴于一定的問題情境。面對具有挑戰性的問題情境，會使學生產生困惑，導致學生處于“憤悱”狀態，從而激發學生的探究意識，產生問題。

因此，在提出問題階段，教師的一個重要任務就是創設與探究內容有關的、恰當的問題情境，激發學生的探究意識，引導學生提出問題。而教師對中考探究型試題的研究及在教學中的應用，可以讓教師在課堂上對問題情境的創設及對學生提出問題的能力的培養起到事半功倍的效果。

[1]周堅文.化學教學中學生發散性思維能力的培養[J].現代中小學教育，2005，7

[2]錢海如.初中化學實驗探究題的設計新視角[J].化學教學，2008，9：10～14

[3]郭蓮花.探究學習及其基本要素的研究[J].學科教育，2004，1：10

2010-09-27

何必松，碩士，中教高級，副校長。