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《中学化学课程标准》提出:“中学化学教育必须以创新精神和实践能力为重点”;“要让学生学得生动、主动,让学生亲自体验、手脑并用,让学生应用新技术、获取新信息,让学生参与教学、尝试成功”。化学是一门以实验为基础的自然科学,实验教学更有利于学生进行化学探究性学习,化学实验探究是化学学科中最主要的探究方式,也是化学学习中重要的学习方式。

一、对探究性实验概念的界定

探究性实验是由教师、学生运用实验手段,探究未知的实验现象或数据,并在获得现象和数据的基础上得出实验结论。探究性实验教学是以问题为核心的教学,这种教学方式,为学生提供了发现问题和解决问题的机会。学生可以通过搜集、查阅大量的资料,寻求解决问题的途径;设计解决问题的实验方案;通过实验进行观察分析……最后将问题解决。化学探究性实验和验证性实验是不同性质的实验,探究性实验是以探究问题和任务带动的,学生可以充分发挥主动性和自主性。

1.实验选题

探究性实验的选题范围很广,可以来源于教学实验中出现的异常现象和疑难问题,如碳酸钠、硫酸镁、氯化钠导电性差异的探究;也可以是对教材中学生未知的理论事先进行探究,使学生的知识学习提高探究而获得,如探究不同组成的盐溶液的酸碱性等;还可以是与生活和环境密切相关的现象或事物等的探究,如制作番茄电池、探究原电池的工作原理等。

2.实验目的

实验目的统领学生的实验设计思路和实验步骤的实施。探究性实验的目的是在假设的指引下获取支持假设或推翻假设的科学实证,从而验证假设,在这个目的指引下,实验者更重视获取对假设有用的实验信息。

3.实施实验步骤

实验步骤是实验者对实验的过程进行控制的有序过程。探究性实验的步骤在实验者的设计中占有主要的地位,什么样的实验步骤取决于实验者对探究性实验目的的理解程度,以及对实验结果的假想的细致程度。实验者在自己的假设中通过创新思维活动设计出实验步骤并完成操作,既有对步骤的期望也有对操作精确度的自我要求,目标直指获得假设的成功。

4.实验结果评价

探究性实验的结果评价相当注重整体的评价,包括选题、实验方案的设计、实验的实施过程以及实验成果等几个重要方面,它注重过程的评价和学生在此过程中的活动表现评价。

二、教师在探究性实验教学中所起的作用

1.提出探究任务或问题——创设问题情境

探究性实验教学的第一要素和实施环节是:学生必须有一个明确的任务,或者在某一情境中自己发现问题。教师创设一定的问题情境,引导学生发现并提出问题;或教师直接提出问题,使学生明确探究任务,是开展探究性实验的前提。

化学实验的直观性、生动性和变化性使其自身充满了探究的悬念,易引起学生的问题意识和探究兴趣。利用化学实验创设问题情境是探究性实验教学中最重要的创设途径之一,其适用范围很广,如元素化合物及其反应产物的性质探究;按一定要求制备物质的实验设计(装置、药品、操作);证明概念、理论或习题的有关实验探究;联系实际解决生活问题、趣味实验的探究等等。

2.搜集信息和分析问题——调控探究过程

在学生自主进行探究性实验阶段,教师的主要角色是组织者和指导者。高中学生需要得到外界的帮助和支持,教师作为教学的重要资源,应根据具体的探究活动和学生的行为特点给予指导和帮助。

除在化学实验操作技能方面的指导外,还需在学生参与探究性实验的学习过程、探究过程中意外情况的处理、通过评价促进学生的探究等方面予以指导和帮助。例如探究过程中如何提出猜想与假设、如何设计实验方案、如何处理实验数据,教师要通过搜集各类信息并分析相关的问题,来帮助学生更好地进行探究性实验。

3.表达和交流——组织结果评价

交流环节是对探究性实验的总结和提升,一般是在学生进行充分地探究之后,由师生共同完成的。教师作为组织者和引导者,其主导作用也非常重要。

三、实施探究性实验教学的策略

1.充分挖掘教材中的资源,培养学生探究性学习的兴趣

教材是化学知识的集合体,这些知识大多设计了实验证明,但并不是把知识的生成过程还原为科学发现的过程,这为我们的探究性实验教学提供了很丰富的资源。如课本讲了湿润的氯气具有漂白作用,但没讲干燥的氯气、氯化氢是否具有漂白作用,在这里可以引导学生提出问题,进行假设或猜想、验证猜想、得出结论,从而激发学生的学习兴趣,培养发现问题、解决问题的能力。

案例:由氯气溶于水形成水,探究氯水的成分和性质,推测可能发生的化学反应。

①观察氯水的颜色,小心闻其气味。

推测1:氯水中含有Cl2分子。

实验验证:将水滴入KI-淀粉溶液中,出现特殊的蓝色。(教师提示:有I2析出)

②用pH试纸或蓝色石蕊试纸测氯水的酸碱性。

推测2:氯水呈酸性可能有盐酸存在。

实验验证:在氯水中滴加AgNO3溶液,析出白色沉淀。再滴入数滴HNO3,白色沉淀不溶解。

③发现蓝色石蕊试纸在氯水中先变红后变白。

推测3水可能有漂白作用,水具有氧化性。

实验验证:a.将红色布条投入干燥的氯气中,无明显变化;水滴在红色布条上,布条褪色。b.水慢慢滴入少量含酚酞的NaOH溶液中pH7,溶液褪色;上述溶液中反NaOH至过量,溶液不变红。说明氯水的漂白是氧化作用。按氯水的组成和已有HCl生成的事实推测,有可能生成了具有氧化性的HClO

④日光照射盛满氯水的倒置的圆底烧瓶,有气体生成。

推测4HClO在光照条件下分解,放出难溶于水的O2

实验验证:取漂白粉[Ca(ClO)2]或其它次氯酸盐适量,加稀盐酸,生成HClO溶液。继而做光照实验,与氯水比较。水加入NaOH溶液,做漂白性实验。

结论:氯水中含Cl2分子,具有刺激性气味;氯气溶于水发生化学反应,生成HClHClO,既有酸性,又有漂白性。反应方程式为Cl2 + H2O  HCl + HClO

2.对课本实验的改进和探究,培养学生的创新精神和实践能力

课本上提到喷泉实验仅简单介绍,也只提供了一种实验方法。为此,教师将该问题设计成一次探究活动,事先给出几个提示性问题,让全班同学围绕这些问题通过互联网收索,查阅中学化学教育教学类的报刊杂志、历年高考题、教学和教材参考资料等,结合自己原有的知识,提出假设并设计实验方案,方法越多越好。结果整理出的方案大致有以下几种,都能做成喷泉实验:

3.从大量的试题中寻找探究性实验的素材

高考和各种模拟试题中有大量的不断翻新的试题,这些题目中蕴含着很多探究性实验教学的切入点,如次氯酸使氢氧化钠的酚酞试液褪色原因的探究等等。对这些问题的实验探究不仅能提高实验技能,而且对思维能力、观察能力、表达能力等的提高都有积极作用。

例题:为了探究硫化钠晶体(Na2S?nH2O)在空气中的变化,某兴趣小组的实验步骤及现象记录如下:①少量硫化钠晶体置于表面皿上,暴露在空气中。②三天后将样品放入盛水的烧杯中,搅拌后得无色澄清溶液。③取少量该溶液加入过量盐酸中,有气体放出,且溶液保持澄清。

i. 请你根据上述推测所放出气体的成分可能是(至少写出三种)                           

ii. 所放出气体为两种气体的混合气体,请使用品红溶液、浓溴水、澄清石灰水三种试剂设计一个组合实验分析该混合气体的组成,简要写出实验方案、现象和结论。

实验方案

可能的现象和相应的结论

 

 

iii. 如果要检验硫化钠晶体是否被氧化生成了硫酸钠,请简要说明检验的方法、现象和结论(可在兴趣小组实验的基础上设计实验):                                                          

参考答案:i. H2S    SO2    CO2      H2SCO2   SO2CO2

ii.

实验方案

可能的现象和相应的结论

将混合气体依次通过盛有品红、溴水、澄清石灰水的洗气瓶。

若品红褪色,溴水不完全褪色,澄清石灰水变浑浊,该气体SO2CO2的混合气体;

若品红不褪色,溴水褪色(或变浅)且有浑浊出现,澄清石灰水变浑浊,该气体为H2SCO2的混合气体。

iii. 题中实验③后所得溶液,加入BaCl2溶液,若有沉淀出现说明生成了Na2SO4;若无沉淀,则说明没有生成Na2SO4

从教育心理学的角度看,学生的学习方式有接受和发现两种。在接受学习中,学习内容是以定论的形式直接呈现出来的,学生进行学习的心理机制或途径是同化,学生是知识的接受者;在发现学习中,学习内容是以问题的形式间接呈现出来的,学生学习的心理机制或途径是顺应,学生是知识的发现者。通过实验探究是发现学习的一种重要形式,能使学生体验科学家的探究过程,理解科学概念和科学探究的本质,优化学生思维品质,提高科学素养和学习能力的一种有效的方法。

 

 

    
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