落實科學(xué)探究常態(tài)化的初中化學(xué)教學(xué)實踐

【摘要】本文以《空氣的成分》教學(xué)為例，論述落實科學(xué)探究常態(tài)化的初中化學(xué)教學(xué)途徑，提出教師應(yīng)重視科學(xué)方法的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力，運用多媒體助力科學(xué)探究，適當(dāng)?shù)貙⒄n本演示實驗、實驗誤差分析設(shè)計成探究性實驗、學(xué)生實驗等教學(xué)建議。

【關(guān)鍵詞】初中化學(xué) 科學(xué)探究 常態(tài)化 空氣的成分

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）04A-0048-03

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011年版）要求教師引導(dǎo)學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。“在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實驗為主的科學(xué)探究活動，有助于激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實驗和交流討論中學(xué)習(xí)化學(xué)知識，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。”初中生的抽象思維能力還在不斷完善中，他們對與生活有關(guān)的事物比較感興趣，也有較強的探究欲，與此有關(guān)的科學(xué)探究也較容易開展，但是對于抽象的概念、不熟悉的物質(zhì)則很容易消極對待。針對初中生的這一特點，我們采取概念過程化、知識探究化、課程資源多元化、方法顯性化、科學(xué)探究靈活化等方式落實科學(xué)探究常態(tài)化。初中生接觸化學(xué)的時間有限，教師更應(yīng)根據(jù)不同課型、不同課程內(nèi)容，基于學(xué)情，合理設(shè)計每節(jié)課，除了讓科學(xué)探究常態(tài)化，更要把科學(xué)探究落實到實處。筆者以《空氣的成分》的教學(xué)為例論述在初中化學(xué)教學(xué)中落實科學(xué)探究常態(tài)化的途徑。

【教學(xué)實錄】

一、引入

師：同學(xué)們，我們一起來進(jìn)行一個小體驗吧，大家閉上嘴，用手捏住鼻子，有什么感覺？

生：憋著上不來氣，好難受！

師：這個小體驗說明我們周圍存在著哪種物質(zhì)呢？

生（齊聲回答）：空氣！

師：你們能根據(jù)在生物或者科學(xué)課上所學(xué)的知識，推測空氣中有哪些物質(zhì)么？說說你推測的依據(jù)。

生1：我們能呼吸，說明空氣中有氧氣。

生2：植物能進(jìn)行光合作用，說明空氣中有二氧化碳。

生3：桂林“南風(fēng)天”的時候，到處都很潮濕，說明空氣中有水蒸汽。

生4：還有霧霾，到了冬天，空氣不好，應(yīng)該還有粉塵吧。

設(shè)計意圖：生物課和科學(xué)課中都有介紹過空氣中的部分成分，自然學(xué)科的某些學(xué)法和部分知識點相通，化學(xué)的學(xué)習(xí)離不開學(xué)生已有的數(shù)學(xué)、物理、生物知識，這樣的設(shè)計為后面解釋拉瓦錫實驗的原理埋下伏筆。

二、回顧化學(xué)史

師：氧氣在空氣中所占的體積分?jǐn)?shù)大約是多少？空氣中還含有哪些物質(zhì)呢？（PPT出示本節(jié)課的主題并板書）在十八世紀(jì)七十年代，法國化學(xué)家拉瓦錫突破重重困難，做了著名的20天實驗，用實驗證明了空氣的主要成分及其含量。

（教師播放拉瓦錫的氧氣實驗視頻讓學(xué)生觀看;學(xué)生認(rèn)真觀看，不由自主地表達(dá)想法，有的小聲地嘟囔“紅色的物質(zhì)是什么”，有的感慨“做個實驗要那么久啊”“20天要一直在實驗室里么”“我們不會也要做這個實驗吧”……）

師：拉瓦錫的實驗很嚴(yán)謹(jǐn)，但是耗時太長，不適合我們在教室重現(xiàn)，今天我們要進(jìn)行科學(xué)家模仿秀，通過分析拉瓦錫實驗的原理及注意事項，從我們所認(rèn)識的實驗儀器中選取一些儀器組裝成一套裝置，現(xiàn)場粗略測定空氣中的氧氣含量。

設(shè)計意圖：粵教版教材把這部分內(nèi)容以“知識視窗”的形式放在演示實驗之后補充給學(xué)生，這樣的設(shè)計導(dǎo)致學(xué)生往往忽視這部分內(nèi)容，有的學(xué)生甚至直接跳過不看。筆者這樣設(shè)計，將書本的演示實驗改編成探究性實驗，有助于學(xué)生理解科學(xué)探究，也能引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的眼光看問題。

三、科學(xué)家模仿秀

師：我們再來回顧一下拉瓦錫的實驗。（通過PPT出示問題：①實驗用到的試劑有什么要求？②實驗裝置有什么特殊要求？③通過什么現(xiàn)象來判斷空氣中氧氣的體積含量？）

生1：實驗用到的試劑要能與氧氣反應(yīng)。

生2：拉瓦錫的實驗要求在密閉環(huán)境中進(jìn)行。

生3：拉瓦錫是通過鐘罩內(nèi)汞上升的高度來判斷裝置內(nèi)氧氣的減少量。

師：大家分析得很到位，接下來我們就要按照這樣的順序慢慢地尋找替代品。我們首先找反應(yīng)掉的汞的替代品。由于同學(xué)們學(xué)過的化學(xué)知識太少，老師直接將答案告訴大家，它就是紅磷，至于為什么它是最合適的，等學(xué)完氧氣的性質(zhì)以后老師再和大家慢慢分析。

師：我們利用紅磷燃燒消耗裝置內(nèi)的空氣，那么應(yīng)該把紅磷盛在什么儀器中燃燒呢？

生4：燃燒匙。

師：我們能用哪種常見液體來代替汞呢？

生5：水。

師：拉瓦錫用曲頸甑的曲頸部分連接了裝置的兩個部分，我們可以用什么替代呢？

生6：玻璃導(dǎo)管。

生7：橡膠管。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生像科學(xué)家一樣思考、感受科學(xué)探究要從課堂中的每一個實驗開始，相同的實驗原理可以有多種不同的實驗裝置。這樣的設(shè)計既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，又可以激發(fā)學(xué)生改進(jìn)實驗裝置的潛能。

四、演示課本實驗

師：老師按照同學(xué)們找出的替代品組裝好了裝置，請同學(xué)們閱讀課本第31頁實驗2-1的實驗過程并勾畫出這個實驗成功的關(guān)鍵詞。

生1：迅速插入;塞好膠塞;冷卻后。

生2：老師，圖上的那個像“丁”字的是什么？

師：彈簧夾，也叫止水夾;同學(xué)們基本找出了本實驗成功的關(guān)鍵，是否還有補充？如果不按關(guān)鍵詞操作將會有哪些影響？這些疑問等大家觀察完演示實驗再來探究。

師：還記得之前我們分析拉瓦錫實驗?zāi)軌虺晒Φ年P(guān)鍵之一是實驗裝置必須要？（學(xué)生齊聲喊出：密閉）我們組裝好的這套裝置氣密性如何呢？怎么檢驗？

生3：打開彈簧夾，將導(dǎo)管伸入水里，用雙手捂住集氣瓶，觀察導(dǎo)管口有沒有氣泡。

師：我們讓課本上的實驗步驟更完善一些。

（教師通過投影出示實驗步驟：①連接儀器;②檢查裝置的氣密性;③用記號將集氣瓶內(nèi)空氣體積五等分，學(xué)生把相關(guān)筆記記錄在課本第31頁）

師：下面請同學(xué)們仔細(xì)觀察實驗操作及現(xiàn)象，前排同學(xué)可以看老師的操作，后排同學(xué)可以看大屏幕投影。（教師用手機做實物投影設(shè)備，通過希沃投屏呈現(xiàn)課件和實物投影;學(xué)生看老師操作，不時地發(fā)出“哇”的感嘆聲）

師：同學(xué)們剛才觀察到什么現(xiàn)象？

生：紅磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙。

師：請同學(xué)們把現(xiàn)象記錄在課本對應(yīng)的位置上。

設(shè)計意圖：空氣中氧氣含量的測定是初中生接觸到的第一個比較重要的演示實驗，學(xué)生對于實驗步驟、注意事項等模糊不清，而這些是學(xué)生以后進(jìn)行科學(xué)探究必須面對的，所以指引學(xué)生通過獨立閱讀初步把握關(guān)鍵詞;引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，完善課本上的實驗步驟;采用希沃投屏，關(guān)注到教室后排、兩側(cè)的同學(xué)對于實驗現(xiàn)象的觀察，讓學(xué)生初步獲得科學(xué)探究的成就感，也體現(xiàn)了知識探究化。

五、誤差分析

師：現(xiàn)在裝置的溫度還很高，我們在等裝置冷卻的過程中做其他的探究吧。剛才同學(xué)們找到了實驗成功的關(guān)鍵詞——迅速、塞好、冷卻，老師再加一個關(guān)鍵詞——過量，紅磷的用量要過量。我這里有四組相同的實驗裝置，同學(xué)們分成“迅速”“塞好”“冷卻”“過量”四個組，每組做與關(guān)鍵詞相反的實驗，其他操作均不變。例如“過量”組，就取極少量紅磷來做這個實驗，“冷卻”組，待紅磷熄滅后立即打開彈簧夾，請每組同學(xué)仔細(xì)觀察并記錄實驗現(xiàn)象，再分析原因。

……

師：同學(xué)們的實驗已經(jīng)結(jié)束了，老師的演示實驗裝置也已經(jīng)冷卻至室溫，下面請同學(xué)觀察演示實驗的現(xiàn)象。

生1：液面上升了。

生2：液面下降了。

生3：集氣瓶內(nèi)液面上升至第一個刻度處。

師：燒杯內(nèi)的水通過導(dǎo)管進(jìn)入集氣瓶，進(jìn)水量約為集氣瓶體積的[15]。同學(xué)們在描述實驗現(xiàn)象的時候一定要指代明確，什么儀器中、什么試劑、怎樣變化……

師：我們再請剛才的四組同學(xué)分別描述他們實驗的現(xiàn)象并和大家分析原因。

“迅速”組：我們觀察到紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，打開彈簧夾，集氣瓶內(nèi)的進(jìn)水量遠(yuǎn)大于[15]，在慢慢塞緊瓶塞的過程中集氣瓶內(nèi)的空氣受熱膨脹溢出去了。

“塞好”組：我們觀察到紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，打開彈簧夾，沒有水進(jìn)入集氣瓶。因為我們沒塞好瓶塞，外面的氣體進(jìn)入集氣瓶，水就進(jìn)不去了。

“冷卻”組：我們觀察到紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，打開彈簧夾，幾乎沒有水進(jìn)入集氣瓶，因為此時集氣瓶的溫度還很高，里面的氣體處于膨脹狀態(tài)。

“過量”組：我們觀察到紅磷燃燒產(chǎn)生白煙，剛放入集氣瓶，紅磷就熄滅了，打開彈簧夾，幾乎沒有水進(jìn)入集氣瓶。紅磷太少了，裝置內(nèi)的氧氣沒有消耗完。

師：我們歸納一下導(dǎo)致本實驗進(jìn)水量小于[15]的原因。

生4：紅磷的量不足、裝置沒冷卻就打開止水夾、沒塞好膠塞。

師：請大家歸納導(dǎo)致進(jìn)水量大于[15]的原因。

生5：點燃紅磷后沒有迅速塞緊瓶塞。

師：假設(shè)彈簧夾沒有夾緊，或者沒有這個彈簧夾，會有什么后果呢？

生6：紅磷在集氣瓶中燃燒的時候，瓶中的氣體受熱膨脹，導(dǎo)管口會有氣泡冒出，進(jìn)水量會大于[15]。

（教師通過PPT出示對應(yīng)的歸納總結(jié)）

設(shè)計意圖：關(guān)于實驗誤差，雖然通過語言表述，部分學(xué)生也能完成邏輯推理，但總是有相當(dāng)一部分學(xué)生即使教師多次講解，他們還是無法理解，死記硬背還時常混淆。將其設(shè)計成學(xué)生實驗再讓學(xué)生分析原因，學(xué)生接受的效果更好。在誤差分析過程中強調(diào)了控制變量，讓學(xué)生更深刻體會到控制變量在科學(xué)探究中的重要性，體現(xiàn)了方法顯性化。

六、探究氮氣和稀有氣體的性質(zhì)與用途

師：下面我們看看空氣中還有哪些成分，他們的體積分?jǐn)?shù)分別是多少。給大家40秒時間記憶。

（教師通過表格展示相關(guān)信息并提問5名學(xué)生）

師：通過上面的實驗，我們除了知道氧氣約占空氣體積的[15]，還可以推測剩余氣體的部分性質(zhì)，請同學(xué)們說一說。

生1：他們不支持燃燒，不可以燃燒。

師：不可燃、不助燃、不溶于水。

師：請同學(xué)們閱讀課本，找出氮氣、稀有氣體分別有哪些用途，體現(xiàn)了他們的哪些性質(zhì)。

（學(xué)生閱讀課本，完成相關(guān)任務(wù)）

師：老師有疑問要同學(xué)們幫忙解決——將稀有氣體運用于霓虹燈，體現(xiàn)了它的物理性質(zhì)還是化學(xué)性質(zhì)？

生2：物理性質(zhì)。

師：氦氣用于探空氣球體現(xiàn)了它的物理性質(zhì)還是化學(xué)性質(zhì)？

生3：既有物理性質(zhì)，又有化學(xué)性質(zhì)。

設(shè)計意圖：閱讀能力是學(xué)生必須具備的基本能力之一，而物質(zhì)的用途這部分內(nèi)容屬于識記類知識點，所以采用簡單的閱讀、提問方式完成教學(xué)能獲得較好的效果。

【課后反思】

筆者曾試過按照課本的順序一步一步講解實驗過程、注意事項、補充化學(xué)史來教學(xué)這節(jié)課，但是比較之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的教學(xué)方法有以下幾個優(yōu)點。

首先，在倡導(dǎo)科學(xué)探究的化學(xué)課堂上，教師更應(yīng)該重視科學(xué)方法的教學(xué)，挖掘教材中蘊含的科學(xué)方法。基于此，教師在教學(xué)本節(jié)課時應(yīng)更重視培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力、語言表達(dá)能力以及閱讀能力。在平時的教學(xué)中，教師常常受定勢思維的影響，認(rèn)為科學(xué)探究就應(yīng)該是一系列完整的流程，所以常常懼怕落實科學(xué)探究，怕一節(jié)課完成不了所有的教學(xué)環(huán)節(jié)。其實在常態(tài)化的科學(xué)探究中可以涉及科學(xué)探究的一個或多個要素，進(jìn)行局部或完整的探究活動，從而體現(xiàn)科學(xué)探究的靈活性。

其次，要培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力。實驗探究本身就是一個不斷完善、不斷發(fā)展的過程，學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究時要有自己的思考，根據(jù)已有知識提出自己的觀點。同時，教師要引導(dǎo)學(xué)生把這種質(zhì)疑能力發(fā)散到利用已有知識解釋生活中的一些現(xiàn)象。這樣的質(zhì)疑充分體現(xiàn)了探究性學(xué)習(xí)的開放性，探究性學(xué)習(xí)是我們落實科學(xué)探究的途徑，但不是唯一的途徑。

再次，多媒體網(wǎng)絡(luò)助力科學(xué)探究。在以往的科學(xué)探究中，尤其是教師的演示實驗部分，很多坐在教室后排或是坐得比較偏的學(xué)生很難清楚地觀察到實驗現(xiàn)象，實驗參與感不強。教師在本節(jié)課教學(xué)中運用了希沃投屏，只要在有投影儀的教室都可以利用手機攝像頭把演示實驗情況投影到大屏幕上，也可以隨時投影學(xué)生的實驗情況，讓學(xué)生更直觀地觀察到教師或同學(xué)的實驗情況、習(xí)題完成情況等，這樣的改變讓“邊緣”的學(xué)生也有很強的參與感，體現(xiàn)課程資源的多元化。

最后，初中生在做實驗探究題時常存在“情感障礙”“閱讀障礙”等，實驗探究題成為學(xué)生懼怕、教師頭疼的“難題”。教師適當(dāng)?shù)貙⒄n本演示實驗、實驗誤差分析設(shè)計成探究性實驗、學(xué)生實驗，有利于學(xué)生在平時的學(xué)習(xí)中克服障礙，提高解答實驗探究題的能力，將科學(xué)探究落到實處。

在初中化學(xué)教學(xué)過程中，筆者經(jīng)過理論學(xué)習(xí)和教學(xué)實踐嘗試，通過上述策略使得科學(xué)探究常態(tài)化，取得了一定的效果。為了進(jìn)一步落實科學(xué)探究常態(tài)化，我們將繼續(xù)努力，嘗試更多的方法和策略。

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注：本文系桂林市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“基于科學(xué)探究的初中化學(xué)課堂教學(xué)案例研究”（項目編號：2015A-04）的研究成果。

作者簡介：于秀（1983— ），女，滿族，遼寧丹東人，中小學(xué)一級教師，理學(xué)學(xué)士，畢業(yè)于廣西師范大學(xué)化學(xué)專業(yè)，一直從事初中化學(xué)教學(xué)工作，獲廣西壯族自治區(qū)教師技能比賽一等獎、廣西優(yōu)秀化學(xué)教師稱號、桂林市優(yōu)秀班主任，多次獲得桂林市優(yōu)質(zhì)課比賽一等獎、桂林市教師技能比賽一等獎、桂林市優(yōu)秀化學(xué)教師等獎項。研究方向：初中化學(xué)教育與研究。

（責(zé)編 劉小瑗）