优化实验，实施探究性教学

优化实验，实施探究性教学

——中学化学“二氧化碳的实验室制法”一课的研究

苏州市吴江区平望第二中学215221杨俊毅

化学是一门以实验为基础的自然科学，实验是教师教学的一种重要手段，是实施实验教学最直接的手段。加强实验教学，有利于使课本上枯燥难懂的知识变得直观、易懂，也能使学生得到充分的锻炼，同时还能在实验的过程中培养学生的探究能力。对“二氧化碳的实验室制法”，开展了课例研究，通过课堂教学案例分析，再现和描述教学改进过程中的问题和教学决定，旨在通过研究提高实验设计能力，改进实验教学方式，实施探究性教学，提高教学质量。

一、案例研究过程

1.第一次授课

教学设计：

复习提问 CO2有哪些物理性质和化学性质？

讲解这节课，我们一起来学习二氧化碳的实验室制法。

板书一、实验室二氧化碳的制取

板书（1）药品：大理石和稀盐酸

（2）化学方程式：

CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑

讲解根据实验室制取二氧化碳的反应原理，确定制取二氧化碳采用的装置。

板书二、实验室制取二氧化碳的装置

（3）装置：同用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的装置相似。

讲解采用与过氧化氢和二氧化锰制取相似的装置的原因。

提问根据CO2的物理性质，采用什么方法来收集CO2呢？

板书（4）收集方法：采用向上排空气法，还能用排水法。

实验实验室制取二氧化碳。

提问如何检验生成的气体是二氧化碳？如何证明集气瓶中充满了二氧化碳？

总结板书三、二氧化碳的检验方法

（5）检验：将生成的气体通人澄清的石灰水中，如果石灰水变浑浊，则证明该气体为CO2。

（6）验满：将燃着的木条放在集气瓶口，如木条熄灭，证明CO2已满。

实验再次演示实验室制取CO2。

教学反思

第一次授课通过活动与探究，既培养了学生的实验技能，又使学生学会运用观察、对比、分析等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工，较深刻地理解和掌握了二氧化碳的实验室制法等相关知识，体验和了解化学科学研究物质性质的一般过程和方法，认识实验在化学学习和研究中的重要作用。

这种设计初步体现了探究的理念和方法，但教学的设计过于简单和具体化： 问题是教师提的，实验设计也是按照教师的思路去做，学生的思维虽然会比较集中，解决问题比较快，但却限制了思考空间，不利于学生兴趣的培养和探究程序的掌握，影响了探究效果。比如：（1）在探究二氧化碳的制取时，直接给出了药品：大理石（或石灰石）、稀盐酸； 仪器：锥形瓶、导管、长颈漏斗、集气瓶等，然后让学生自己动手去组装制取和收集二氧化碳的装置并进行实验。这样的教学设计，虽然也培养了学生的动手操作能力，但束缚了学生的思维。

（2）在实验室制取二氧化碳的药品的选择上，学生只是了解到可以用碳酸钙和稀盐酸，没有充分调动学生进一步思考，从而培养学生的发散思维能力。

（3）在实验探究的过程中， 对于实验时出现的各种问题没有进行很好的梳理，不利于学生归纳和总结能力的培养。如：长颈漏斗下端没有伸入液面下会导致二氧化碳从长颈漏斗逸出；集气瓶瓶口应向上，改用直形导管并把导管伸入锥形瓶底部，才能把瓶内的空气完全排出等。以上这些问题，都是学生在实验时容易忽略的细节问题，应该让学生进行充分地归纳和总结，然后找出造成的不良后果及改正措施。这样做可以培养学生严谨认真的科学态度。

总之，在反思的过程中，要细细琢磨教学过程中的每一个环节，是否省时高效，是否真正培养了学生的能力，促进了学生的发展，是否真正密切联系本节课的教学目标，这些都是至关重要的。

2.第二次授课

根据第一次授课存在的问题，使用创设“渐进式问题——猜想式问题——开放式问题”的策略，逐渐引导学生自主学习、自主探究、自主解决，达到促进学生“自主发展”的目的。本节课旨在改变第一次“明确问题、实验操作、验证结论”的教学模式，构建新型的教学模式，采用“创设问题情境、提出有效问题、猜想假设、实验探究、得出结论”的方式。

教学设计

复习提问CO2有哪些物理和化学性质？实验室制取O2的反应原理是什么？

小结实验室制取氧气的原理是利用高锰酸钾在加热条件下或过氧化氢和二氧化锰常温条件下得到氧气。

教师活动投影出制取O2的装置图，通过讨论得出这些装置图的适用范围：当用固体反应，需要加热产生气体时，可采用用高锰酸钾制取氧气的装置；

当用固体和液体反应，不需要加热时，可采用用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的装置.

提问在实验室如何收集O2，根据它们什么性质？如何检验O2？

学生活动通过讨论得出以下结论：

①根据气体的物理性质（密度和溶解性）决定采用什么方法收集；

②利用物质的特性来检验物质。

总结实验室制取气体的思路和方法是：

（1）首先了解在实验室的条件下，用什么药品，通过什么化学反应制取气体。

（2）根据反应物的状态、反应条件和生成气体的物理性质，来设计实验装置，决定采用什么方法收集。

（3）需要通过什么实验来验证制得的气体就是所要制的气体。

讲解这节课，我们一起来继续学习二氧化碳的实验室制法。

讲解首先，我们来探究二氧化碳实验室制法的原料，老师给同学们准备了一些药品，请同学们猜想一下实验室制取二氧化碳的原料有哪些药品呢？请同学们看大屏幕：加热碱式碳酸铜生成二氧化碳；碳酸分解生成二氧化碳；单质碳在空气或氧气中燃烧生成二氧化碳；甲烷燃烧生成二氧化碳；大理石与稀盐酸反应产生二氧化碳；还有即将学习的工业上高温煅烧石灰石生成二氧化碳。

提问实验室制取二氧化碳的原料是什么？

学生猜测大理石和稀盐酸

讲解实验室制二氧化碳药品取用大理石和稀盐酸的原因。

提问此实验采用的大理石能不能用纯净的碳酸钙粉末、碳酸钠、草木灰等代替， 而稀盐酸能用稀硫酸代替吗？

学生猜测假设一：碳酸钠，碳酸钾也是含碳酸根的物质，能够与稀盐酸反应生成二氧化碳。

假设二：稀硫酸中也含有氢离子，它也能够与碳酸钙反应生成二氧化碳。

学生实验每人发一只试管，分别放入等量少量的如下药品：块状大理石、 粉末状的碳酸钙、碳酸钠固体、碳酸钠粉末等，再同时滴入稀盐酸，学生亲自操作观察现象，看到只有石灰石固体反应速率较适中，容易控制，其它的反应太剧烈无法控制，甚至溶液溢出试管。每人再发一只试管，同样放入等量少量的如下药品：块状石灰石、粉末状的碳酸钙、碳酸钠固体、碳酸钠粉末等，同时滴入稀硫酸，同样看到粉末状的碳酸钙、碳酸钠固体、碳酸钠粉末等反应速率过快， 剧烈无法控制，但大理石固体反应表面有少许的气泡，一段时间后没有气泡产生，反应中止。学生感到困惑不解，同样石灰石固体与稀盐酸和稀硫酸反应，为什么一个顺利进行，另一个反应中止呢？

讲解教师可在黑板上画个解释的草图，说明稀硫酸与大理石反应时，生成一种难溶的化合物硫酸钙覆盖在表面， 慢慢积累，内部的大理石跟外部的稀硫酸隔绝，故反应中止。由此得出反应物应当采用块状石灰石固体与稀盐酸。

板书一、实验室二氧化碳的制取

板书（1）药品：大理石和稀盐酸

（2）化学方程式：

CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑

既然此反应是在常温进行的， 应当采用什么样的反应发生仪器装置呢？

板书二、实验室制取二氧化碳的装置

根据实验室制取二氧化碳的反应原理，及刚才对氧气制法装置的总结。

学生装置：同用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的装置相似。

提问采用与过氧化氢和二氧化锰制取相似的装置，结合本实验特点，让学生思考除此之外，还有哪些可行的替代装置方案？

讲解集思广益，根据学生的回答，归纳几种方案。教师也可展示教参上的几种方案，打开学生的视野。在探讨研究的平和气氛中，蕴涵着无穷趣味，在教师的一步步的严谨逻辑关系引导中，培养学生的思考分析能力，提高分析联想的思维流畅性，学生的智能得到健康发展，优良的思维品质就会慢慢形成。指出反应的容器可以是锥形瓶、平底烧瓶、广口瓶、大试管、启普发生器等，分液漏斗可以用长颈漏斗代替等。

板书（3）装置：同用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的装置相似。

提问根据CO2的物理性质，采用什么方法来收集CO2呢？

板书（4）收集方法：采用向上排空气法

提问能否用排水法来收集CO2呢？

实验实验室制取二氧化碳及用排水法收集。

讲解CO2 能用排水法收集的原因。

板书（4）收集方法：采用向上排空气法，排水法

提问如何检验生成的气体是二氧化碳？如何证明集气瓶中充满了二氧化碳？

学生实验①二氧化碳的检验 ②二氧化碳的验满

总结板书三、二氧化碳的检验方法

（5）检验：将生成的气体通人澄清的石灰水中，如果石灰水变浑浊，则证明该气体为CO2。

（6）验满：将燃着木条放在集气瓶口，如木条熄灭，证明瓶内充满CO2。

实验再次演示实验室制取CO2。

教学反思

第二次授课围绕实验室制二氧化碳的原料选择展开，进而转化为装置选择的探究，教师的情境激发，师生间的演绎推理，环环相扣、推波助澜地把学生的学习逐渐推向高潮，充分展现学生的主体地位，为学生打开了运用已学知识、 探索未知领域的广阔自学空间，学生中“ 自主、合作、探究”的生动活泼的学习氛围自然生成。 本次授课既落实了知识目标，又发展学生探究设计的能力，对探究学习思路的形成有很好的奠基作用。

在探究活动中，问题是核心，没有问题就没有探究。要研究哪些问题是有利于主动探究的，怎样呈现这些问题才能有效地引导学生开展探究性学习。与第一次授课比较，在第二次授课过程中，问题有了一定的层次性，问题的出现基于实验现象， 问题的解决基于学生的办法，教师对问题的主线索起到引领作用。在设计实验探究这部分，采用学生间“自主出题、自主实验”的开放式教学设计。 这种实验探究模式突出体现教师的主导作用和学生的主体地位，强调问题的科学性、重要性、可探性，注重发现与探究，重视过程与开放，加强学生学习的主动性与信息交流的互动性。既有利于学生发散性思维的培养，同时在探究思维方面又存在一定的指向性。在规范操作基础上，属于既扶又放的教学模式，对科学素养的培养有比较高的提升，充分发挥了学生在学习中的主体作用。

二、课例教学启示

化学是一门以实验为基础的学科，化学的学习是建立在实验的基础上的。但在实际的教学中，由于实验的准备工作很繁琐，工作量大，额外增加的实验工作量更大，需要花费教师很多的精力。另外，有的教师认为实验比较费时，课堂容量小，不能按时完成教学任务。所以，实验部分能省则省，更不用说增加额外的实验，或有多媒体的则用多媒体投影替代实验。不做实验确实能省很多事，感觉课堂的容量也比较大，一节课能讲很多东西，面面俱到，几乎所有的细节、所有可能的失误都替学生想到了。但是，到考试时，就会发现，学生掌握得并不理想，仍然错漏百出。要想堵住使得教师因此可以少教，但是学生却可以因

此多学，使学校因此可以少些喧嚣、厌恶和无益的劳苦，多具闲暇、快乐和坚实的进步”。为了实现这个目的，充分调动学生的积极性和主动性，力求从自学探究的角度去安排教学内容，将知识本身的严谨性、逻辑性同发现知识的各种可能性有机地结合在一起，使教学中包含探索的因素。笔者利用学生原有的知识结构中的原有观念对新课题进行分析、概括，运用相同要素，实现适应同化，使学生学会从化合价变化角度认识氧化还原反应，同时对不同要素在重新组织的基础上吸收，实现顺应同化，使学生自然而然地学会

从电子转移的角度认识氧化还原反应。这种方法以尊重学生的主体意识为前提，以培养探究性思维为目标，以基本教材为内容，以开发学生的潜能为宗旨，精心创设问题情景，使学生通过再发现的步骤来进行学习，这对于基础理论的学习是可行的，也是适用的。

四、教学手段

教学手段的应用是为了便于理解（诸如化隐为显，化微为宏，化抽象为具体）和加深记忆（提供生动的教学情景，创造愉悦的学习情感等）以及提高教学效率等几个方面。教学手段应视教学内容而定，如果授课内容的理论性强，缺乏适合的实验，则可选用投影仪，用于提出问题，提供练习的材料，把教师从一支粉笔中解放出来，用更多的时间来辅导学生，提高教学效益。此外，为了使学生更好地理解氧化还原反应中的电子转移。笔者运用于电池作为教具，以深化对教学内容的理解.

五、教学程序

化学教材中的每个概念、规律和理论，它们既是人类知识的结晶，具有科学的价值，同时又无不铭刻着人类思维发展的烙印，具有思想文化的价值。如果我们在进行化学知识教学的同时，能把浓缩在其中的思维历程再现，让学生沿着前人思维活动的足迹“短暂而迅速”地走一遍，从中体验和学习科学思维的方法，那就等于教给学生一把打开思维宝库的金钥匙。我们知道，课堂教学中有着三维因素（教材、学生、教师），相应的有着三种结构形态（知识结构、认知结构，教学结构），每种结构又有各自的规律（知识序、思维序、教学序）。要在化学教学过程中有效地进行科学思维的训练，须作到三序合一，把三种结构合为统一的有机体（如图1所示）。

本课的知识序为：从得失氧角度认识氧化还原反应——从化合价变化角度认识氧化还原反应——从电子转移的角度认识氧化还原反应。这是一条明线，但知识所以能逐步地运动和发展，是由于人们思维活动作用的结果。本课的思维序是：观察—分析比较—抽象概括—逻辑思考—再抽象概括。

通过对大量学生熟悉的反应的剖析，得出化合价变化和氧化还原反应的关系，再通过逻辑推理，摒去非本质因素，把决定事物属性的因素概括出来，即氧化还原反应的本质是电子的转移。教师对教学方案的制定，实际上就是力求把上面一明一暗的序线有机地联系起来，从而设计出最优化的教学序。

本课的教学序为：提供练习——引导分析

综合——指导比较归纳——建立概念——巩固

概念。

相应的教学流程为：

①复习从得失氧角度定义的氧化还原反应的有关概念；②提供练习，作为新课的引导性材料；

⑨引导学生得出化合价变化与氧化还原反应的关系，并从此角度定义有关概念；

④通过练习强化学生的认识，并引导学生归纳四种基本反应类型和氧化还原反应的关系；

⑤提问化合价变化和电子转移的关系，把学生的思维引向纵深，由学生自已发现电子转移和氧化还原反应的关系，并从此角度定义有关概念，到此为止，学生的概念体系已建立起来，水道渠成；

⑥归纳总结，深化学生对概念的认识；

⑦布置发散性的练习，巩固所学概念；

⑧布置作业。

总之，整堂课都是学生利

用原有认知来发展新的认知。

（收稿日期：2014-12-08）