“實驗探究”與“微觀認知”的巧妙結合

龔偉+汪芳芳+陳嘉文

摘要：文章從學生已有的CO2知識引出新課內容——氯水微粒種類，學生通過實驗探究學習了氯水的性質，討論分析了氯水中所含微粒，并將所學知識運用到生活實際中。在此過程中，學生親身體驗科學探究的過程，經歷了“宏觀認識”到“微觀理解”的認知過程，感受化學知識在生產、生活中的實際應用。

關鍵詞：氯水的性質；實驗探究；課堂實錄；教學反思

文章編號：1008-0546（2016）12-0027-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.010

一、課題的提出

“氯氣的性質”[1]是蘇教版高中《化學1》專題2第1單元的內容，主要內容包括氯氣的性質及其用途。氯氣的性質是學生在高中階段系統學習元素化合物知識的開端，也是后續學習元素周期律的重要知識基礎，其學習方法更是對其他元素化合物知識學習有著很大的借鑒作用。

本課以“氯水微粒知多少”為核心主題對氯氣的性質進行重構，使之承載如下重要教學目標：引導學生通過實驗探究從宏觀層面上感知氯氣性質，并通過分析與討論讓學生來理解宏觀現象背后的微觀本質，最后引導學生感受化學性質決定了氯氣在生產、生活中的實際應用，建立起“宏觀現象”與“微觀本質”的雙向等同。

二、教學過程

本課的教學過程分為5個環節：

1. 重整舊知，引入新課

[教師]請同學們回顧初中學過的CO2的性質。

[學生1]CO2是無色無味氣體，易溶于水。

[學生2]CO2溶于水生H2CO3，顯酸性。

[學生3]……

[教師]同學們說得都很好！老師提供一個表格，請同學們填寫表中的空白部分，并請思考一下老師為什么這樣設計表格。

[過渡]老師設計這樣的表格，一方面是想讓同學們明白我們通過實驗探究和理性分析來學習有關化學知識，另一方面是想讓同學們在物質性質與其用途之間建立聯系。那么，本節課按照表格所體現的思路來學習氯氣的性質！

【設計意圖】執教者提供表格讓學生重構已學知識，不僅使得已學知識系統化，更重要的是學生初步體會化學學習是一個知識（CO2的性質）、方法（實驗、思維）、思想（“性質決定用途”）三者有機結合的過程，這樣的設計可以將學生的學習引入深層次的思考。

2. 實驗探究，感知宏觀

[教師]請同學們四個人一組進行實驗，每一個小組提供四個小塑料瓶，瓶中氣體為氯氣，請同學們按要求完成實驗并記錄（教師上課前，給每一小組用小塑料瓶準備四瓶氯氣供實驗用）。

[學生]小組中每一位學生分別按要求完成實驗1-4，實驗結束后進行廢液處理；并將觀察到的實驗現象進行展示，初步判斷溶液中含有哪幾種微粒。

【設計意圖】本環節根據化學課程標準要求和“綠色化學”思想，將書本上的探究實驗重構，給學生創設了生動活潑的實驗情境，激發學生探究興趣，幫助學生理解和掌握化學知識，啟迪學生的科學思維，培養學生的科學能力、科學態度和價值觀。[2]

3. 微觀辨析，理性提升

[教師提問]請同學們思考一下，我們若將上述表格中的實驗進行分類，可以分為幾類，并請說出你的分類標準。

[學生1]實驗1-4為一類，實驗5為第2類，因為實驗5是廢液處理環節。

[學生2]實驗1-2為第1類，為氯氣的物理性質；實驗3-4為第2類，為氯氣水溶液的性質；實驗5為第3類，為廢液處理環節。

[學生3]不對，實驗5也可以體現氯氣水溶液的性質。

[教師總結]同學們都說得很好，并沒有對錯之分。分類的關鍵在于要有合理的標準，標準越多我們可以多方位地認識事物，希望同學們在以后的化學學習中能夠熟練運用“分類”這一科學方法。

【設計意圖】“分類”是一種重要的化學研究方法，其不僅可以將繁多的物質構成一個有序的邏輯體系，更重要的是能夠認識事物的本質。因此，以“分類”作為理性分析的開端，比直接進行知識講解更能引導學生進行深層次的思考。[3]

[教師過渡]實驗5涉及的反應眾多，我們暫且把實驗5僅作為廢液處理步驟，不予考慮。請同學們先根據實驗現象回答氯氣具有哪些物理性質？

[學生]氯氣是一種黃綠色、有刺激性氣味的氣體，可溶于水。

[教師]我們把氯氣溶于水形成的溶液稱為氯水，氯水是什么顏色呢？

[學生]黃綠色。

[教師追問]氯水為什么會呈現黃綠色？

[學生思考后回答]氯水中含有氯氣分子。

[教師]很好，我們通過實驗發現氯水呈黃綠色，進而通過推理得知氯水中含有氯氣分子。那么，請同學們自己思考氯水中還含有哪些微粒呢？

[學生4]根據實驗3，氯水顯示酸性，可知氯水中含有H+。

[學生5]根據實驗4，有白色沉淀生成，可知氯水中含有Cl-。

[學生6]根據實驗3，濕潤的pH試紙褪色，可知氯氣與水反應生成一種可以使得pH試紙褪色的新物質。

[教師]氯水中含有H+和Cl-，同學們根據實驗現象和已有知識能夠很準確地判斷出來。可氯水與水反應生成一種可以使pH試紙褪色的新物質，這正確嗎？有沒有可能是氯氣使得pH試紙褪色？

[學生思考后搶答，教師總結]不錯，同學們通過推理得出了正確答案！實驗3其實是兩個實驗，我們通過對比發現干燥的pH試紙并沒有褪色，從而推斷出氯氣溶于水后生成了新物質。

[教師總結]至此，同學們通過實驗探究和科學推理得知氯水中有哪些微粒，明白了氯氣溶于水并不是簡單的溶解而是與水發生了反應，請同學們閱讀課本進一步了解反應的化學方程式和產物次氯酸的性質。

【設計意圖】“實驗探究”和“科學思維”是學生學習化學的重要方式，[4]能夠幫助學生從宏觀現象入手，逐步進入現象背后的微觀本質，引導學生“像化學家一樣思考”，執教者在這一環節僅僅是通過提問的方式引導學生自我“發現”。

4. 理論為基，生活為本

[教師]同學們剛才在閱讀課本中，知道了“氯氣在日常生活中可以制成漂白粉，主要成分是Ca（ClO）2和CaCl2”，而我們在剛才的學習中知道次氯酸具有漂白功能，這矛盾嗎？我們該怎么辦？

[學生]進行實驗試試看……

[教師]我們通過兩個實驗來探究一下，這兩個實驗由老師來做，請同學們仔細觀察，認真思考。

[教師]同學們，我們根據實驗現象可以得出漂白粉溶液并不能直接起到漂白功能，真正起漂白功能的仍然是次氯酸。請同學們再思考一下，次氯酸是如何產生的？是不是吹氣產生的CO2的緣故？如果是CO2的緣故，我們如何保存漂白粉？

學生在教師引導下，逐漸明白其中的原理……

[教師總結]我們再次通過探究、推理知道了漂白成分是Ca（ClO）2和CaCl2，但真正起漂白作用的是次氯酸，漂白粉由于空氣中CO2與水分的存在應密封保存。

【設計意圖】“實驗探究”和“科學思維”不僅是學生學習化學的重要方式，更是學生重要的化學學習內容。執教者在本課最后，再次利用學生的認知沖突，將化學知識學習、方法掌握、思想形成三者有機結合起來。

5. 本課小結

[教師]本課首先從回顧已學CO2的性質為開端，然后探究氯水的性質及其所含微粒，最后分析了次氯酸的漂白性及其在生活中的應用。知識的學習背后蘊涵著更重要的是科學方法的掌握，“實驗探究”與“科學思維”是學習化學的重要方法，希望同學們通過本課的學習能將其運用到其他化學知識的學習中去。

三、教學反思

1. 重新整合單元教學內容

新課程改革要求教師的角色從“課程計劃的執行者”轉變為“課程的開發者”，不再把課程知識看作是“一件產品或一個事件”，而將教與學的過程看成是一個“不斷建構與前進的過程”。本課執教者不再囿于教材中的知識要求與呈現順序，而充分考慮到學生的當前思維發展水平和認知序列，以“氯水微粒知多少”為主題展開教學，設計了“CO2引入→實驗探究→微觀分析→回歸生活”這一完整教學單元，使學生在實驗探究和科學思維過程中從宏觀、微觀兩個層次充分認識氯氣的性質，建構起合理的知識體系。此外，學生實驗環節，執教者對實驗進行重新設計，使探究過程更符合學生的認知發展順序，有助于學生的思維發展。

2. 教學設計蘊含化學思想

新課程改革以來，針對原有化學課程與教學存在的問題，許多專家學者都提出中學化學教學要由“知識為本”的教學轉向“觀念為本”的教學。“基于觀念”的教學設計不僅有利于學生重構知識體系，更加可以激發學生經歷超越事實的思維，對問題的深層次理解，形成正確的情感態度、價值觀。本課的教學設計主要滲透了“實驗觀”“微粒觀”“綠色化學觀”等。

（1）實驗觀

本課中，執教者以探究氯水中的微粒種類為主題，通過學生實驗、教師引導等方式使學生經歷著類似科學家的研究工作，激發學生“像科學家一樣去思考”，在實驗探究過程推斷出新制氯水中所含的微粒數及微粒種類，從而幫助學生認識氯氣溶于水的本質及其規律。本課后半段，演示實驗更是設計生活化的情境，引發學生產生認知沖突，自主分析與解決相關化學問題。

（2）微粒觀

新制氯水的化學性質取決其所含微粒種類，是氯水和其他物質發生反應的本質原因。引導學生從微觀層次來分析問題，是化學研究認識宏觀現象的需要，也是學生提高認知水平的需要，將有利于學生建立起宏觀和微觀間的橋梁。

（3）綠色化學觀

實驗探究環節中，實驗材料塑料瓶、注射器的選取，實驗裝置的重復使用以及實驗5的設計在一定程度上均體現了綠色化學思想。在教學過程中融入綠色化學思想可有效促進學生關注生活中所謂的“廢棄物”、培養其“變廢為寶”的意識、養成可持續發展的綠色化學觀。

2. 教學行為服務教學內容

轉變學生的學習方式是新課程改革的基本要求，教師應考慮學生的學習情況和具體的教學條件，采取有針對性的教學方式，優化教學策略。[5]執教者在單元教學設計重構之后，主要采取了“實驗”和“提問”這兩種教學方法，引導著學生的學習。

（1）實驗環節

執教者根據教學需要設計了學生探究實驗和教師演示實驗，Schwab、Herron有關對科學探究水平的研究表明本課的實驗探究水平較低。[6][7]但本課實驗通過實驗順序調整、實驗內容整合、實驗思想體現，激發了學生的探究興趣、引發了學生的深層次思考，對學生的知識掌握與能力發展同樣具有較強的促進作用。

（2）提問環節

針對本課內容，執教者的提問不再局限于“是什么”“怎么樣”或“為什么”，而是通過具有一定思維容量的問題來啟發學生思考，并結合有效的追問、反問及評價來引導學生深入思考，產生思維碰撞。例如，次氯酸的漂白性是本課的知識難點，教師通過提問啟發學生自己思考、抓住實驗本質、自行得出結論。

布魯納大力倡導“發現學習”而反對“接受學習”，奧蘇貝爾在充分反思布魯納研究成果與自身實踐的基礎上提出“學習的關鍵不在于學習過程是否‘發現，而在于學習是否有意義”[8]。本課所采用的教學行為并不多、也不先進，但其設計旨在引導學生通過實驗探究與微觀分析，經歷有意義學習的過程。

參考文獻

[1] 王祖浩. 普通高中課程標準實驗教科書：化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2014：42-44

[2][5]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003：32，33

[3] 龔偉.“初步認識影響化學反應的因素”的課堂教學實錄與反思[J].化學教與學，2014（8）：54-57，34

[4] 丁珣，傅權嵚，龔偉. 初中化學試題定量要求的系統分析[J].化學教與學，2015（12）：11-13，32

[6] Schwab，Brandwein. The teaching of science[M].Cambrige，Masschusetts：Harvard University Press，1962：1-103

[7] Herron，M. D. The nature of Scientific enquiry[J].School Review，1979（2）：171-212

[8] 施良方. 學習論[M].北京：人民教育出版社，2001：191-249