在《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的探究能力
【摘 要】探究能力是學(xué)生能力體系中極為重要的一環(huán)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是最直接、最有效的培養(yǎng)途徑，所以教學(xué)中要充分利用新教材的實(shí)驗(yàn)，特別是新編《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》，我們?cè)诮虒W(xué)中要挖掘蘊(yùn)藏在教材實(shí)驗(yàn)中的探究因素，以期對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力有所幫助。【關(guān)鍵詞】 探究能力 探究思維
我國(guó)化學(xué)家戴安邦先生曾指出：“只傳授化學(xué)知識(shí)和技術(shù)的化學(xué)教育，是片面的……..用實(shí)驗(yàn)解決化學(xué)問題使各項(xiàng)智力因素得到發(fā)展，故化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教育的一種最有效的教育形式�！薄秾�(shí)驗(yàn)化學(xué)》是蘇教版化學(xué)的六模塊之一，而浙江又是唯一把《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》定為必考模塊的一個(gè)省。如果將必考模塊的分值進(jìn)行均攤，實(shí)驗(yàn)的分值將在20分左右，所以我們?nèi)绾伟l(fā)揮《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》的功能，是一個(gè)需要關(guān)心的問題。在今年高考考綱中新增了一條：“了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)科探究過程的一種重要方法，了解實(shí)驗(yàn)探究的一般方法�！睆目季V中我們隱約可以感覺到，今年高考探究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必將有所體現(xiàn)。所以作為教師的我們?cè)谄綍r(shí)的教學(xué)過程中就應(yīng)時(shí)時(shí)注意對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。本文在蘇教版《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》教學(xué)過程中做了以下幾點(diǎn)嘗試，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力收到了較好的效果。
一、創(chuàng)設(shè)探究學(xué)習(xí)情景，激發(fā)學(xué)生探究興趣
探究學(xué)習(xí)情景是探究學(xué)習(xí)活動(dòng)的背景和舞臺(tái)。教師在發(fā)現(xiàn)一些可探究題材時(shí)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的真實(shí)情景，把學(xué)生置于問題的探究氛圍中。使學(xué)生親身發(fā)現(xiàn)問題所在，教師適時(shí)的將以引導(dǎo)讓學(xué)生明白解決這一問題的意義，激發(fā)學(xué)生的探究欲望；還可以讓學(xué)生明白這不能單靠教科書呈現(xiàn)的知識(shí)就能得出答案的，必須通過自己的思考（有哪些可能原因）、查閱資料、交流討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)合得出結(jié)論。在整個(gè)過程中學(xué)生體會(huì)到了探究的樂趣，因此教師的教學(xué)設(shè)計(jì)不僅要考慮教學(xué)目標(biāo)，還要把情景設(shè)置看做時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，充分挖掘教材中的探究因素。
例如：在專題1 課題1 海帶中碘元素的分離及檢驗(yàn) 書本在“知識(shí)預(yù)備”中告訴學(xué)生海帶中的碘是以I-的形式存在的，經(jīng)過灼燒、溶解、過濾，碘元素便以I-的形式進(jìn)入溶液中，用適量的雙氧水或氯氣等氧化劑均可得到碘單質(zhì)。單質(zhì)碘能與淀粉溶液顯藍(lán)色。有關(guān)的反應(yīng)方程式為：2I- + Cl2 = I2+ 2Cl- , 2I- + H2O2 + 2H += I2 +2H2O
學(xué)生按照這一原理按下列步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：
教師讓學(xué)生用新制氯水做氧化劑創(chuàng)設(shè)情景。意外出現(xiàn)了，在用氯水氧化后的溶液中滴加淀粉溶液沒有看到藍(lán)色現(xiàn)象，用四氯化碳萃取后也沒有得到紫紅色的有機(jī)層。學(xué)生馬上就產(chǎn)生疑問：實(shí)驗(yàn)用的氯水是不是變質(zhì)了？這時(shí)教師可以告訴學(xué)生氯水新制的，絕對(duì)沒問題。這樣學(xué)生的疑惑進(jìn)一步加大，新的情景產(chǎn)生。有的學(xué)生聯(lián)想到食鹽中的碘是以IO3-的形式存在的，如果是IO3-就不能被氯水氧化，也就不會(huì)有變藍(lán)的現(xiàn)象了，所以猜想海帶中碘不是以I-形式存在，而是象食鹽一樣以IO3-的形式存在。這時(shí)教師進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，告訴學(xué)生書本也有可能存在問題的，要推翻書本結(jié)論對(duì)于學(xué)生來說是個(gè)很大的挑戰(zhàn)，學(xué)生的探究欲望一下子被激發(fā)了出來。接下來組織學(xué)生分組討論，查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，再把實(shí)驗(yàn)方案匯總討論，用現(xiàn)有的試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后得出了最佳的實(shí)驗(yàn)方案如下：
實(shí)驗(yàn)序號(hào) 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
① 在濾液中滴入數(shù)滴淀粉溶液，再快速加入足量新制的飽和氯水，震蕩 溶液無藍(lán)色出現(xiàn)
② 在濾液中滴入數(shù)滴淀粉溶液，再逐滴入新制氯水，邊滴邊震蕩 溶液先變藍(lán)色，繼續(xù)滴加后變成無色
③ 往濾液中滴加酸化過的雙氧水，震蕩，片刻后，往試管加入少量的四氯化碳，震蕩，靜置 四氯化碳層中出現(xiàn)了紫紅色
④ 往濾液中滴加適量的稀硫酸，震蕩，片刻后，往試管中加入少量的四氯化碳，震蕩，靜置 四氯化碳層呈無色
結(jié)論：①海帶中的碘是以I-的形式存在，沒有IO3-；②新制氯水的氧化性太強(qiáng)可以將I-氧化成IO3-，因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)最好的氧化劑是雙氧水。
當(dāng)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)非預(yù)期現(xiàn)象，教師只要將以利用設(shè)計(jì)生動(dòng)的探究學(xué)習(xí)情景就可以激發(fā)出學(xué)生的探究興趣。讓學(xué)生從多角度、多方面的思考問題，尋求多種可行的實(shí)驗(yàn)方案，訓(xùn)練學(xué)生思維的開放性、創(chuàng)造性，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)能力，探究能力也會(huì)在不知不覺中得到提高。
二、設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)，激活學(xué)生的探究思維
化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，怎么強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)都不會(huì)過分。在蘇教版化學(xué)教科書中的實(shí)驗(yàn)主要是以驗(yàn)證或鞏固相應(yīng)知識(shí)為基本出發(fā)點(diǎn)來設(shè)置的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)原有的理論知識(shí)就可以直接推斷出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ饺狈?duì)學(xué)生思維能力、探究能力的培養(yǎng)。如果能將教材中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生處于一種主動(dòng)探究知識(shí)的興奮狀態(tài)，成為實(shí)驗(yàn)結(jié)論的主導(dǎo)者，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，這對(duì)激活學(xué)生的探究思維所起的作用是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所無法替代的。
例如：專題2 物質(zhì)性質(zhì)的探究 課題1 鋁及其化合物的性質(zhì) 實(shí)驗(yàn)2 鋁表面氧化膜的實(shí)驗(yàn)探究 實(shí)驗(yàn)步驟：
（1）取三塊鋁片，將其中兩塊分別用砂紙擦去表面的氧化膜。
（2）將一塊擦去氧化膜的'鋁片放入20ml0.5mol/l CuSO4溶液中，觀察鋁片表面的現(xiàn)象。
（3）將一塊未擦去氧化膜的鋁片放入20ml0.5mol/l CuSO4溶液中，觀察鋁片表面的現(xiàn)象。
（4）取步驟（3）中鋁片，用水沖洗后，放入盛有3ml 6mol/l NaOH溶液試管中，觀察鋁片表面的現(xiàn)象。1~2min后取出鋁片，洗凈，再放入盛有20ml0.5mol/l CuSO4溶液的試管中，觀察鋁片表面的現(xiàn)象。
（5）將另一塊擦去表面氧化膜的鋁片放入盛有3 ml濃硝酸的試管中，觀察現(xiàn)象。取出鋁片，用水洗凈，再放入盛有20ml0.5mol/l CuSO4溶液的試管中，觀察鋁片表面的現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（3）、（5）兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，在整個(gè)過程中看不到任何現(xiàn)象，與預(yù)期一致。（2）、（4）兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)非常慢經(jīng)過1小時(shí)后才明顯看到有少量銅析出，經(jīng)過一天也就只有四分之一的銅覆蓋在鋁片上，這與教參對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述：鋁片表面很快出現(xiàn)海綿狀的暗紅色物質(zhì)，接下來鋁片又有大量氣泡產(chǎn)生，溶液溫度迅速升高等現(xiàn)象相差甚遠(yuǎn)。到底使什么原因呢？應(yīng)該怎么樣使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，又讓學(xué)生知道有氧化膜的存在呢？
筆者在上課前讓學(xué)生進(jìn)入回憶，蘇教版選修4《作業(yè)本》P47 第19題 在一次學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，某學(xué)生用鋁片分別與稀鹽酸與稀硫酸反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)鋁片與稀鹽酸反應(yīng)使現(xiàn)象非常明顯，而與稀硫酸幾乎不反應(yīng)。這與教科書中“鋁與稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)生成氫氣”的說法不一致。針對(duì)這題當(dāng)時(shí)我們組織學(xué)生討論，提出可能的假設(shè)，并設(shè)計(jì)方案，按照方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，最終得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是:Cl-對(duì)鋁與酸的反應(yīng)起到催化作用。我們還組織學(xué)生到圖書館查閱期刊文獻(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cl-是對(duì)鋁表面氧化膜的除去有催化作用。復(fù)習(xí)了這樣一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)后，再讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)2 ，當(dāng)出現(xiàn)現(xiàn)象與預(yù)期不一致時(shí)，學(xué)生有了一定的理論依據(jù)。猜想可能時(shí)鋁表面的氧化膜通過砂紙磨或者與氫氧化鈉反應(yīng)均難以徹底除去，因?yàn)樵诔サ倪^程中又在重新生成，所以學(xué)生認(rèn)為是鋁表面的氧化膜阻止反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)生。這時(shí)教師可以利用回憶的知識(shí)將以引導(dǎo)，如果是鋁表面的氧化膜沒除干凈，我們?cè)趺醋霾拍芗涌旆磻?yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間呢？學(xué)生的探究思維從一個(gè)實(shí)驗(yàn)跨越到另一實(shí)驗(yàn)，思維也得到了拓展，新的探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)順利的展開了。同學(xué)們提出了下列猜想：（1）用0.5mol/l氯化銅代替0.5mol/l硫酸銅進(jìn)行實(shí)驗(yàn) （2）在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上向0.5mol/l硫酸銅溶液中滴加幾滴氯化鈉溶液，看反應(yīng)速率是否會(huì)加快。筆者把學(xué)生分成兩組分別對(duì)兩種猜想進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用這兩種方法看到現(xiàn)象的時(shí)間明顯縮短，海綿狀的銅，量也要多些。最后同學(xué)們還討論總結(jié)出第（2）組實(shí)驗(yàn)55方案更具有說服力。
全班同學(xué)臉上洋溢著勝利的笑容，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)書本的有些知識(shí)并不是最好的，特別是《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》這一門新增的課程，里面有的知識(shí)點(diǎn)有待我們進(jìn)一步去完善。通過這次探究活動(dòng)一定程度上激發(fā)了學(xué)生的探究思維，學(xué)生的自信心也有所增強(qiáng)。
三、開展探究性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生探究能力
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中鼓勵(lì)學(xué)生多角度的思考問題，以求得多種設(shè)想、方案或結(jié)論。通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的創(chuàng)新思維可以得到“活化”和發(fā)展，探究能力也會(huì)得到相應(yīng)的提高。
例如：專題3 物質(zhì)檢驗(yàn)與鑒別 課題1 牙膏中某些成分的檢驗(yàn) 書本只是就牙膏中的摩擦劑碳酸鈣、保濕劑甘油做了檢驗(yàn)。而我們目前市場(chǎng)上在賣的牙膏只有LG牙膏把其成分全部標(biāo)出的，其他基本上都只標(biāo)了牙膏的活性成分。像高露潔、佳潔士等標(biāo)明采用的是二氧化硅做摩擦劑，竹鹽用的是磷酸氫鈣二水物和水合硅石，真正只用碳酸鈣做摩擦劑的都沒有標(biāo)出。同樣市場(chǎng)上沒有一種牙膏標(biāo)出它的成分中有甘油的，反而像竹鹽、小白兔兒童牙膏標(biāo)的都是山梨醇做保濕劑。這就給學(xué)生的檢驗(yàn)帶來了困擾，所以教師如果把這個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，改成是探究性的實(shí)驗(yàn)更加貼合我們的生活實(shí)際，更能激發(fā)學(xué)生的興趣。
教師可以讓學(xué)生把自己平時(shí)使用的牙膏帶來，對(duì)不同類別的牙膏進(jìn)行分類。分小組對(duì)不同品牌牙膏的摩擦劑、保濕劑進(jìn)行探究。第一步因?yàn)榈拇蟛糠盅栏喽紱]有標(biāo)摩擦劑成分，所以學(xué)生按照書本提供的這四種摩擦劑進(jìn)行假設(shè)：假設(shè)1 是碳酸鈣 ，假設(shè)2 是二氧化硅， 假設(shè)3是磷酸氫鈣，假設(shè)4 是氫氧化鋁 ，然后根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終得出自己平時(shí)在使用牙膏的摩擦劑是屬于哪一種的。第二步對(duì)上面牙膏的濾液進(jìn)行探究，檢驗(yàn)里面是否有甘油。按照書本向1ml0.5mol/l CuSO4溶液中加入幾滴1mol/l NaOH溶液，制得新制Cu(OH)2，然后再加入1ml的濾液，結(jié)果不管是哪個(gè)品牌的牙膏都沒有出現(xiàn)絳藍(lán)色現(xiàn)象。到底是什么原因呢？有同學(xué)想到在檢驗(yàn)葡萄糖中的醛基時(shí)，所用的新制Cu(OH)2是按氫氧化鈉過量制備的，而這里是CuSO4過量，是不是也應(yīng)該是堿過量呢？在前面幾個(gè)專題中都有出現(xiàn)現(xiàn)象與教科書不符合的地方，經(jīng)過學(xué)生的探究都得到了結(jié)論，所以現(xiàn)在也就敢于懷疑書本。學(xué)生就用具體的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，換成堿過量來制備Cu(OH)2，最終得到了絳藍(lán)色溶液。但是新的問題又出來了，不管是哪個(gè)品牌的牙膏，即使標(biāo)的是山梨醇的也出現(xiàn)了絳藍(lán)色現(xiàn)象。通過查閱資料，學(xué)生發(fā)現(xiàn)山梨醇是一種六個(gè)羥基的醇。經(jīng)過總結(jié)推論，得出用新制Cu(OH)2可以檢驗(yàn)多羥基物質(zhì)，并不局限于甘油的檢驗(yàn)。單檢驗(yàn)這兩種成分還滿足不了學(xué)生的好奇心，他們想知道在自己使用的沒標(biāo)成分的牙膏中還有哪些成分，探究的興趣也就更加濃厚了。書本P36的交流討論就可以讓學(xué)生自己取查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。
利用好教材中學(xué)生感興趣的題材，充分挖掘蘊(yùn)藏在里面的探究因子。學(xué)生從中體會(huì)到化學(xué)“源于生活、用于生活”，跟我們的生活息息相關(guān)。這樣就更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，為能力的提高提供了客觀條件。
四、反思
受傳統(tǒng)填鴨式實(shí)驗(yàn)教育模式的影響，學(xué)生習(xí)慣了按教科書的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，缺乏自主探究的精神，在這種教學(xué)模式下長(zhǎng)大的學(xué)生，對(duì)于現(xiàn)行高考實(shí)驗(yàn)命題的趨勢(shì)肯定是無法適應(yīng)的。所以我們要改變教學(xué)思想，利用新的實(shí)驗(yàn)題材、新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式給學(xué)生提供主動(dòng)探求知識(shí)的寬松環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中滲透對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。通過對(duì)《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中出現(xiàn)的非預(yù)設(shè)結(jié)果的探究，學(xué)生積極地去思考、去探索，從中就會(huì)迸發(fā)出更多的智慧和靈感，探究能力也必然會(huì)得到提高。
【參考資料】
[1]人民教育出版社《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)①（必修）參考書》
[2]《走進(jìn)新課程》叢書編委會(huì)組織.化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)研制組編寫.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀，武漢：湖北教育出版社，2004
[3]劉知新主編.化學(xué)教學(xué)論（第三版），北京：高等教育出版社，2004
[4]《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》教學(xué)指導(dǎo)意見
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