化学研究性学习活动的实践研究

王婷　沈理明　姚兰

摘要：文章从化学、工程和技术相联系的视角开展研究性学习活动的实践研究。阐述了研究性学习活动的实践目标、实践过程、实践案例以及实践评价。

關键词：化学；工程和技术；研究性学习活动；实践研究

文章编号：1008-0546（2017）05-0063-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.020

化学、工程、技术本身就是相互联系的，将化学学习与科学探究及工程设计的实践融合起来，有利于学生以连贯的视角看待化学和工程[1]；将化学知识学习与应用有机结合起来，有利于形成科学系统的知识。怎么将化学、工程、技术联系起来呢？笔者在组织学生开展化学研究性学习时，将实验设计等方法引入了其中。笔者选取苏州市某四星级高中高一年级学生为实践对象，在综合实践活动课程中开展基于实验设计等内容的研究性学习活动的实践研究。

一、实践目标

第一，让学生掌握实验基本技能，初步掌握实验设计方法； 第二，让学生经过实验设计及实施、数据收集和分析等，经历探究过程，培养学生参与实验探究的兴趣； 第三，将知识与实践联系起来，将知识运用于实践，同时在实践中加深对知识的理解与深化；第四，培养学生的动手能力和思维能力，特别是创新思维能力和独立思考的能力。

二、实践过程

1. 实践对象的选取

选取苏州市某四星级高中高一年级学生为实践对象。依据实验能力的构成要素编制《高一新生化学实验能力测试》测试卷[2]， 通过测试选拔9名学生，分成四个化学研究性学习小组。每组成员2～3人，教师根据研究性活动中的实际需要进行人员的搭配和调整。每组推选一名组长，负责各项通知等协调性工作，协助研究性学习活动的顺利进行。

选拔的学生已经学习了苏教版高中化学必修一以及必修二的相关知识；对化学研究性学习活动有兴趣；但是探究能力水平有限，因此在研究内容设计与安排上根据学生的实际情况，在活动初期给予学生一定的指导和帮助，让学生熟悉要进行的研究性学习活动的流程。

2. 活动时间及活动内容安排

活动时间两个月，每周三下午第四课综合实践活动课程（一个半小时左右）和每周一午休时间进行研究性学习活动（半小时左右）。

依据研究性课题选题的原则和选题的来源，由教师确定以下四个课题供学生选择。课题1：用黄金分割法研究高锰酸钾与氯酸钾混合物快速制备氧气[3]；课题2：用正交试验法确定银镜反应最佳条件；课题3：食品 SO2的检测；课题4：手持技术绘制酸碱滴定曲线。活动安排见表1。

3. 活动的实施步骤

（1）实验前培训，以开设讲座的方式使学生了解每个课题的意义和一般方法。讲座内容由教师事先准备，以PPT形式呈现，每个课题开始之前均做相应的讲座培训。每周三进行一次讲座培训，下周三进实验室进行实验活动。

（2）依次公布化学研究性学习活动课题，学生自行制定实验方案，大约一周时间。

（3）教师建立“我们的资料库”。资料库中提供学生所需要的研究的课题的资料和有效信息，指导学生搜集整理课题资料。

（4）师生共同商讨实验方案，确定最终实验方案。每周一午休课题组会议讨论并确定实验方案细节，师生、各小组成员相互讨论以完善最终实验方案。

（5）次周进行实验。由教师和实验员准备实验所需药品、实验器材，部分实验学生自行组装实验装置。

（6） 各小组依据所制定的实验方案完成实验，记录实验数据，完成实验报告。

（7）小组汇报。各小组撰写实验报告，并进行结题评价。

三、化学研究性学习活动实践案例

1. 用黄金分割法研究高锰酸钾与氯酸钾混合物快速制备氧气案例

（1）实验原理：高锰酸钾加热分解生成氧气，生成的产物之一二氧化锰催化氯酸钾分解生成氧气。

（2）实验方案

称取高锰酸钾1g ，其分解生成的二氧化锰为0.275g。一般氯酸钾与二氧化锰质量比为1∶1至1∶10，则氯酸钾质量范围为0.275g 至2.75g。

（3）实验反思

第一，在实验设计过程中，有对于黄金分割法没有完全理解而导致计算过程繁琐的现象，需引起重视。

第二，有小组在加热高锰酸钾和氯酸钾混合物时未在导管放棉花，导致实验不顺利，应严格规范实验操作。

第三，小组成员之间分工不明确，导致在活动过程中配合不紧密，影响实验进度，应事先明确分工。

类似的还有用正交试验法研究银镜反应最佳条件等案例[4]。

2. 食品中SO2的检测案例

（1）原理和方法

二氧化硫和亚硫酸盐类有氧化性，能有效抑制食品加工过程中的非酶褐变；利用其还原性和漂白性可以作为防腐剂，抑制霉菌和细菌的生长。所以二氧化硫又被称为食品的“化妆品”，用于改善食品外观，延长保质期。常用的二氧化硫添加剂有亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠等。

一般来讲，二氧化硫随着食品进入体内后生成亚硫酸盐，并由组织细胞中的亚硫酸氧化酶将其氧化为硫酸盐，通过正常解毒后最终由尿排出体外。因此，少量二氧化硫进入机体安全无害；但超量则会对人体健康造成危害。

在本次二氧化硫的快速检测中采用滴瓶快速滴定法。该方法用碘液进行滴定，到达终点时，过量的碘与指示剂作用生成蓝色复合物，根据碘标准溶液的消耗量计算出二氧化硫的含量。试剂的检测范围：0.0～1000.0mg/kg，参照国家标准GB2760-2014，二氧化硫≤0.1g/kg。

（2）对食品抽样检测二氧化硫残留量

样品取自某超市，共计6种12份。分别用两个公司研制的产品进行二氧化硫的快速测定，结果如表3所示。

实验结果：对样品抽检结果可见，所选白砂糖、麦片（薯类淀粉）、蜜饯样品二氧化硫含量均未超出標准允许范围。

3. 手持技术绘制酸碱滴定曲线案例

（1）实验原理

手持技术（Hand-held Technology），即数字化手持技术实验，又称掌上实验室（Lab In Hand），是由计算机和微电子技术相结合的新型数字化实验手段，主要包括：数据采集器、传感器、计算机及其配套软件三个部分。手持技术集数据采集、分析于一体，具有便携、直观、实时、定量等特点。

由于酸碱中和滴定的全过程均是在溶液中进行的，溶液中pH值的变化随着滴定过程的进行而发生变化。使用pH 传感器检测混合溶液在滴定过程中pH值的变化情况，并借助计算机以图像形式显示出来，即可得到酸碱中和滴定曲线。本实验操作简便、快捷、准确性高，因此广泛应用于工农业生产和科学研究中，具有很高的使用价值。

（2）实验体验

学生运用手持技术，直观地看到盐酸滴定氢氧化钠的中和反应过程中溶液pH的变化； 了解了滴定突跃，知道了酸碱指示剂的选用方法。

（3）反思

第一，学生在实验中存在读取溶液体积时视线没有与凹液面平行等操作不规范，导致数据读取有误差。

第二，在使用pH传感器时应事先让学生阅读使用说明书，以保证对实验仪器的正确使用和保护。

四、实践效果评价

整个活动结束后，对学生进行问卷调查，97.2%学生对本次研究性学习内容感兴趣； 52.4%学生能在科学基础之上做出合理的假设、猜想； 73.7%学生能根据实验目的，列出实验所需器材和药品，设计完整的实验操作方案；76.9%学生能准确记录实验现象或数据，对数据进行整理，并能评价数据的可靠性；80.6%学生能通过独立或与他人合作计算、绘制表格等方式对所收集的数据进行分析；能在教师指导下或通过讨论得出简单、合理的结论，并能对结论做出合理解释； 73.7%学生能独立或与他人合作，能用书面或PPT等方式表述研究性学习活动过程和结果，能有自己的想法，能听取他人意见；86.2%学生能积极主动参与到研性活动中去，能遵守实验操作规范，愿意与他人进行有效沟通交流。

参考文献

[1] 张颖之.美国科学教育改革的前沿图景——透视美国K-12科学教育新框架[J].比较教育研究，2012，3：72-76

[2] 赵红.高中化学探究性实验教学策略的研究[D].苏州：苏州大学，2008：34-40

[3] 沈理明.化学实验教学与研究[M].贵阳：贵州教育出版社，2004，7：33-40

[4] 王婷 沈理明等. 银镜反应实验条件优化的研究性学习活动及行为分析[J].化学教育，2015，21：20-21