優化實驗，實施探究性教學

優化實驗，實施探究性教學

——中學化學“二氧化碳的實驗室制法”一課的研究

蘇州市吳江區平望第二中學215221楊俊毅

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

一、案例研究過程

1.第一次授課

教學設計：

復習提問 CO2有哪些物理性質和化學性質？

講解這節課，我們一起來學習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）化學方程式：

CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑

講解根據實驗室制取二氧化碳的反應原理，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CO2的物理性質，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。

教學反思

第一次授課通過活動與探究，既培養了學生的實驗技能，又使學生學會運用觀察、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知識，體驗和了解化學科學研究物質性質的一般過程和方法，認識實驗在化學學習和研究中的重要作用。

這種設計初步體現了探究的理念和方法，但教學的設計過于簡單和具體化： 問題是教師提的，實驗設計也是按照教師的思路去做，學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，不利于學生興趣的培養和探究程序的掌握，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、導管、長頸漏斗、集氣瓶等，然后讓學生自己動手去組裝制取和收集二氧化碳的裝置并進行實驗。這樣的教學設計，雖然也培養了學生的動手操作能力，但束縛了學生的思維。

（2）在實驗室制取二氧化碳的藥品的選擇上，學生只是了解到可以用碳酸鈣和稀鹽酸，沒有充分調動學生進一步思考，從而培養學生的發散思維能力。

（3）在實驗探究的過程中， 對于實驗時出現的各種問題沒有進行很好的梳理，不利于學生歸納和總結能力的培養。如：長頸漏斗下端沒有伸入液面下會導致二氧化碳從長頸漏斗逸出；集氣瓶瓶口應向上，改用直形導管并把導管伸入錐形瓶底部，才能把瓶內的空氣完全排出等。以上這些問題，都是學生在實驗時容易忽略的細節問題，應該讓學生進行充分地歸納和總結，然后找出造成的不良后果及改正措施。這樣做可以培養學生嚴謹認真的科學態度。

總之，在反思的過程中，要細細琢磨教學過程中的每一個環節，是否省時高效，是否真正培養了學生的能力，促進了學生的發展，是否真正密切聯系本節課的教學目標，這些都是至關重要的。

2.第二次授課

根據第一次授課存在的問題，使用創設“漸進式問題——猜想式問題——開放式問題”的策略，逐漸引導學生自主學習、自主探究、自主解決，達到促進學生“自主發展”的目的。本節課旨在改變第一次“明確問題、實驗操作、驗證結論”的教學模式，構建新型的教學模式，采用“創設問題情境、提出有效問題、猜想假設、實驗探究、得出結論”的方式。

教學設計

復習提問CO2有哪些物理和化學性質？實驗室制取O2的反應原理是什么？

小結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：當用固體反應，需要加熱產生氣體時，可采用用高錳酸鉀制取氧氣的裝置；

當用固體和液體反應，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，根據它們什么性質？如何檢驗O2？

學生活動通過討論得出以下結論：

①根據氣體的物理性質（密度和溶解性）決定采用什么方法收集；

②利用物質的特性來檢驗物質。

總結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，通過什么化學反應制取氣體。

（2）根據反應物的狀態、反應條件和生成氣體的物理性質，來設計實驗裝置，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。

講解這節課，我們一起來繼續學習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，老師給同學們準備了一些藥品，請同學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產生二氧化碳；還有即將學習的工業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？

學生猜測假設一：碳酸鈉，碳酸鉀也是含碳酸根的物質，能夠與稀鹽酸反應生成二氧化碳。

假設二：稀硫酸中也含有氫離子，它也能夠與碳酸鈣反應生成二氧化碳。

學生實驗每人發一只試管，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，學生親自操作觀察現象，看到只有石灰石固體反應速率較適中，容易控制，其它的反應太劇烈無法控制，甚至溶液溢出試管。每人再發一只試管，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、碳酸鈉粉末等反應速率過快， 劇烈無法控制，但大理石固體反應表面有少許的氣泡，一段時間后沒有氣泡產生，反應中止。學生感到困惑不解，同樣石灰石固體與稀鹽酸和稀硫酸反應，為什么一個順利進行，另一個反應中止呢？

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時，生成一種難溶的化合物硫酸鈣覆蓋在表面， 慢慢積累，內部的大理石跟外部的稀硫酸隔絕，故反應中止。由此得出反應物應當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）化學方程式：

CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑

既然此反應是在常溫進行的， 應當采用什么樣的反應發生儀器裝置呢？

板書二、實驗室制取二氧化碳的裝置

根據實驗室制取二氧化碳的反應原理，及剛才對氧氣制法裝置的總結。

學生裝置：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，結合本實驗特點，讓學生思考除此之外，還有哪些可行的替代裝置方案？

講解集思廣益，根據學生的回答，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謹邏輯關系引導中，培養學生的思考分析能力，提高分析聯想的思維流暢性，學生的智能得到健康發展，優良的思維品質就會慢慢形成。指出反應的容器可以是錐形瓶、平底燒瓶、廣口瓶、大試管、啟普發生器等，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CO2的物理性質，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？

學生實驗①二氧化碳的檢驗 ②二氧化碳的驗滿

總結板書三、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，證明瓶內充滿CO2。

實驗再次演示實驗室制取CO2。

教學反思

第二次授課圍繞實驗室制二氧化碳的原料選擇展開，進而轉化為裝置選擇的探究，教師的情境激發，師生間的演繹推理，環環相扣、推波助瀾地把學生的學習逐漸推向高潮，充分展現學生的主體地位，為學生打開了運用已學知識、 探索未知領域的廣闊自學空間，學生中“ 自主、合作、探究”的生動活潑的學習氛圍自然生成。 本次授課既落實了知識目標，又發展學生探究設計的能力，對探究學習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，怎樣呈現這些問題才能有效地引導學生開展探究性學習。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，問題的出現基于實驗現象， 問題的解決基于學生的辦法，教師對問題的主線索起到引領作用。在設計實驗探究這部分，采用學生間“自主出題、自主實驗”的開放式教學設計。 這種實驗探究模式突出體現教師的主導作用和學生的主體地位，強調問題的科學性、重要性、可探性，注重發現與探究，重視過程與開放，加強學生學習的主動性與信息交流的互動性。既有利于學生發散性思維的培養，同時在探究思維方面又存在一定的指向性。在規范操作基礎上，屬于既扶又放的教學模式，對科學素養的培養有比較高的提升，充分發揮了學生在學習中的主體作用。

二、課例教學啟示

化學是一門以實驗為基礎的學科，化學的學習是建立在實驗的基礎上的。但在實際的教學中，由于實驗的準備工作很繁瑣，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，有的教師認為實驗比較費時，課堂容量小，不能按時完成教學任務。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，一節課能講很多東西，面面俱到，幾乎所有的細節、所有可能的失誤都替學生想到了。但是，到考試時，就會發現，學生掌握得并不理想，仍然錯漏百出。要想堵住使得教師因此可以少教，但是學生卻可以因

此多學，使學校因此可以少些喧囂、厭惡和無益的勞苦，多具閑暇、快樂和堅實的進步”。為了實現這個目的，充分調動學生的積極性和主動性，力求從自學探究的角度去安排教學內容，將知識本身的嚴謹性、邏輯性同發現知識的各種可能性有機地結合在一起，使教學中包含探索的因素。筆者利用學生原有的知識結構中的原有觀念對新課題進行分析、概括，運用相同要素，實現適應同化，使學生學會從化合價變化角度認識氧化還原反應，同時對不同要素在重新組織的基礎上吸收，實現順應同化，使學生自然而然地學會

從電子轉移的角度認識氧化還原反應。這種方法以尊重學生的主體意識為前提，以培養探究性思維為目標，以基本教材為內容，以開發學生的潛能為宗旨，精心創設問題情景，使學生通過再發現的步驟來進行學習，這對于基礎理論的學習是可行的，也是適用的。

四、教學手段

教學手段的應用是為了便于理解（諸如化隱為顯，化微為宏，化抽象為具體）和加深記憶（提供生動的教學情景，創造愉悅的學習情感等）以及提高教學效率等幾個方面。教學手段應視教學內容而定，如果授課內容的理論性強，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學生，提高教學效益。此外，為了使學生更好地理解氧化還原反應中的電子轉移。筆者運用于電池作為教具，以深化對教學內容的理解.

五、教學程序

化學教材中的每個概念、規律和理論，它們既是人類知識的結晶，具有科學的價值，同時又無不銘刻著人類思維發展的烙印，具有思想文化的價值。如果我們在進行化學知識教學的同時，能把濃縮在其中的思維歷程再現，讓學生沿著前人思維活動的足跡“短暫而迅速”地走一遍，從中體驗和學習科學思維的方法，那就等于教給學生一把打開思維寶庫的金鑰匙。我們知道，課堂教學中有著三維因素（教材、學生、教師），相應的有著三種結構形態（知識結構、認知結構，教學結構），每種結構又有各自的規律（知識序、思維序、教學序）。要在化學教學過程中有效地進行科學思維的訓練，須作到三序合一，把三種結構合為統一的有機體（如圖1所示）。

本課的知識序為：從得失氧角度認識氧化還原反應——從化合價變化角度認識氧化還原反應——從電子轉移的角度認識氧化還原反應。這是一條明線，但知識所以能逐步地運動和發展，是由于人們思維活動作用的結果。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。

通過對大量學生熟悉的反應的剖析，得出化合價變化和氧化還原反應的關系，再通過邏輯推理，摒去非本質因素，把決定事物屬性的因素概括出來，即氧化還原反應的本質是電子的轉移。教師對教學方案的制定，實際上就是力求把上面一明一暗的序線有機地聯系起來，從而設計出最優化的教學序。

本課的教學序為：提供練習——引導分析

綜合——指導比較歸納——建立概念——鞏固

概念。

相應的教學流程為：

①復習從得失氧角度定義的氧化還原反應的有關概念；②提供練習，作為新課的引導性材料；

⑨引導學生得出化合價變化與氧化還原反應的關系，并從此角度定義有關概念；

④通過練習強化學生的認識，并引導學生歸納四種基本反應類型和氧化還原反應的關系；

⑤提問化合價變化和電子轉移的關系，把學生的思維引向縱深，由學生自已發現電子轉移和氧化還原反應的關系，并從此角度定義有關概念，到此為止，學生的概念體系已建立起來，水道渠成；

⑥歸納總結，深化學生對概念的認識；

⑦布置發散性的練習，鞏固所學概念；

⑧布置作業。

總之，整堂課都是學生利

用原有認知來發展新的認知。

（收稿日期：2014-12-08）