關于運用化學實驗進行探究教學的幾點思考(一)

【摘要】探究式教學是新課程改革以來教師運用較為廣泛的一種教學方式。在每次公開課上幾乎都能看到相關的字眼，實驗是進行探究的重要手段，也是培養(yǎng)學生解決化學問題能力的重要途徑。如何運用實驗進行有效地探究，將教師的教學內(nèi)容優(yōu)秀設計充分的體現(xiàn)，讓學生運用科學方法真實地體驗探究的樂趣、體驗解決問題的真實過程，是我們努力地方向。本文就一次觀摩的一節(jié)公開課，做一點關于運用化學實驗進行探究教學的幾點思考。
【關鍵詞】化學實驗 探究教學
 浙江省實施高中新課程改革已經(jīng)兩年多，為了探討新課程背景下如何進行課堂教學，各地都進行了大量的教研活動。我有幸聽了一節(jié)送教活動的觀摩課，授課內(nèi)容為蘇教版必修一 “鎂的性質”。
 教師讓學生回憶鈉的性質，通過類比鈉能與非金屬單質發(fā)生反應的性質推出鎂能與氧氣、氯氣、氮氣等非金屬發(fā)生反應之后設置了這樣一個探究問題。
 鎂條或鎂粉燃燒著火，下列試劑可以用來滅火的有（  ）
 A、N2   B、HCl 氣體   C、H2O   D、CO2   E、Ne
 教師給了學生幾分鐘思考的時間之后，由學生來回答。
 A選項N2同學的回答非常一致，不能。因為剛剛學過鎂可以在氮氣中燃燒。
 B選項大部分同學認為不能滅火，因為鎂會與鹽酸反應生成氫氣，會爆炸。這時教師引導大家關注題目描述中的“氣體”，學生還是沒能領會，教師接著講解鎂與鹽酸反應是與鹽酸中的氫離子反應而生成氫氣，發(fā)生的是離子反應。而氯化氫氣體中沒有氫離子，所以反應不能進行，即可以用來滅火。學生在聽了解釋之后，觀察課堂上學生的表情，有很多同學還存在疑惑。學生書寫鎂與鹽酸反應的相關方程式，教師講解鎂與鹽酸反應的性質。
 C選項學生有認為是可以滅有的認為不行，這時教師引導學生，怎么辦？學生回答做實驗，怎么做？學生回答滅滅看（笑）。教師再引導，大家能不能類比鈉與水反應的性質。學生回答，將鎂條放入水中看有沒有氣泡生成，教師補充在在水中滴加酚酞。然后教師做演示實驗，學生觀察，沒明顯想象。教師引導，加熱后會怎樣？然后給試管加熱，發(fā)現(xiàn)鎂表面有少量氣泡、酚酞變紅。學生得出水不能滅火，會爆炸。學生書寫相關方程式，得出鎂與水反應的性質。
 D選項CO2，大部分同學認為可以滅火。教師也引導學生運用實驗來進行探究，學生發(fā)現(xiàn)鎂在CO2中仍會燃燒，得出CO2不能滅火。教師引導學生觀察鎂在二氧化碳中燃燒后集氣瓶壁上的物質，判斷反應的產(chǎn)物，書寫反應方程式，得出鎂與二氧化碳反應的性質。
 E選項Ne。同學意見一致，不能。因為Ne是稀有氣體，不活潑。
 授課教師通過這樣一個與生活聯(lián)系的實際問題，將課本中鎂的四個化學性質全部聯(lián)系在一起，讓學生在解決問題的探究過程中回顧舊知識和學習新知識。聽了課之后，大家對授課教師這一巧妙的設計一致認可�？v觀整堂課，教學設計巧妙，教學方法運用得當，課堂氣氛活躍，充分體現(xiàn)了以學生為主體的探究式教學教育理念，但我認為在授課過程中對運用化學實驗進行的探究教學和應用科學方法提高學生解決問題的能力教學方面仍有探討之處。
一、運用探究的化學實驗不能唯教材化。
 授課教師在對5個選項處理上有不同。因為剛學過鎂與氮氣和熟知的原因，A選項E選項，沒有再用實驗來探究。因為教材中安排了鎂與水和鎂與二氧化碳的反應的兩個演示實驗，而且這兩個性質是鎂的性質中的重點，所以在C和D選項的處理上，教師在積極引導學生實驗探究。而對B選項鎂在氯化氫氣體中的的探究，教材中沒實驗，當學生產(chǎn)生認知沖突時，就只停留在用離子反應的理論來解釋，顯得非常特殊。事實上通過這樣的理論解釋，我們也看到學生對氯化氫氣體是否真的能滅火通過這節(jié)課還是存有很大的疑問。
 為什么就不能增加一個氯化氫滅火的演示實驗呢？這樣對B選項的解釋會不會更公平、科學些？實驗會不會出現(xiàn)象學生說的會爆炸呢？如果學生看到鎂條不能在氯化氫氣體中燃燒，會不會就打消這種疑惑，從而對離子反應的認識更加深入一些呢,更好地解決這種認知沖突呢？帶著這些疑問，我們組織教研組成員進行了鎂在氯化氫氣體中燃燒的實驗探索。
 實驗內(nèi)容 1次 2次 3次 備注
實驗一 將燃著鎂條伸入充有氯化氫氣體的集氣瓶。 熄滅 熄滅 熄滅 氯化氫氣體用濃硫酸和氯化鈉反應制取，排空氣法收集。
實驗二 將燃著鎂條先放在集氣瓶一會，再伸入充有氯化氫氣體的集氣瓶。 在瓶口繼續(xù)燃燒，伸入后熄滅 在瓶口繼續(xù)燃燒，伸入后熄滅  實驗二是為了更清楚地觀察比較鎂條在伸入氯化氫氣體后的變化。
實驗三 1.著鎂條伸入充有氯化氫氣體的集氣瓶。
2.著鎂條伸入空集氣瓶。 1.熄滅
2.燃燒，有白煙和黑色物質。 1.熄滅
2.燃燒，有白煙和黑色物質。  比較鎂條在氯化氫氣體和空氣燃燒現(xiàn)象的區(qū)別。
 通過上述實驗的探索，我們覺得鎂條在氯化氫氣體中“燃燒”的探究實驗完全可以在課堂上操作。課堂上實驗可以按實驗二進行，該實驗不僅準備和操作簡單、現(xiàn)象明顯、時間短、而且成功率高。當學生在出現(xiàn)“鎂條會與氯化氫反應”這種錯誤認識時，通過實驗探究給予明確的回答，更有助于學生對離子反應本質的再認識，起到更好地深化鞏固前面所學內(nèi)容的教學作用。
 化學實驗探究是解決化學問題，構建化學知識，學習化學和研究化學的一種重要的科學手段。在新課程的理念下，學生進行探究的過程中一定會需要一些補充實驗。教師在進行實驗探究教學的時候不能唯教材化，教材中有的實驗要做，沒有的實驗教師可以大膽地實踐和探索，去積極開發(fā)。
二、運用探究的化學實驗設計可以從學生的認知習慣上入手。
 面對C選項，學生想到探究的第一個念頭是“滅滅看（笑）”。此時教師馬上引導學生類比鈉與水反應的實驗。學生馬上想到將鎂條放入水中，可沒明顯想象。這是教師再引導鎂比鈉不活潑，加熱后會怎樣？最終學生得出鎂與水反應的性質。教材上的鎂條與熱水的反應的演示實驗在應用于實驗探究總覺得有點扭，在整個探究的過程中學生始終被牽著探究，需要教師的一再引導，這樣對學生獨立探索解決問題能力的培養(yǎng)非常有限。
 在我們的課后評課交流活動中，同組的一位生物老師提出，為什么不能從學生解決問題的第一認知出發(fā)，就對燃著的鎂條用水進行滅火實驗呢？這一問引起了大家的激烈討論。為什么我們聽課的化學教師就沒能與學生或這位教師一樣產(chǎn)生這樣的想法呢？為什么我們沒關注到學生的這種思維呢？教材的實驗能作一下調整和改進嗎？水能不能滅掉燃著的鎂條呢？實驗存在多大的危險？事實上對于實驗的危險，我們也是從各種渠道了解到，但也沒親眼見過。帶著這些疑問，我們又進行了實踐。
 在室外，我們用坩堝鉗夾住鎂條，點燃，用澆花的灑水壺對其間斷一秒左右噴水滅火，結果觀察到鎂條在一開始灑水后繼續(xù)燃燒，而且感覺光亮變強，在噴灑后聽到有呲呲聲，噴灑3次左右鎂條燃燒熄滅。留下的鎂條下段呈白色，一碰就掉，很松；上段仍然柔軟，砂紙打磨后仍可繼續(xù)燃燒，說明不是因為鎂條完全燒完才滅的火，也就是水起到了滅火的作用。這時在場參與實驗的教師都產(chǎn)生了疑問，難道水可以滅鎂燃燒。我們多次嘗試，結果基本相同。改用鎂粉，現(xiàn)象基本一致，也是可以滅掉。而當我們改用對燃著的小木條噴水時，一噴水，火勢馬上變小或熄滅，沒出現(xiàn)先亮后滅的情況。我們特意再次做實驗，并將實驗的過程用錄像記錄下來。通過回放錄像，我們非常清楚的看到鎂條的燃燒從噴水開始光亮變強到后來熄滅的全過程，用時9秒。我們認為最初的呲呲聲和光亮變強是由于水和燃著的鎂條發(fā)生了反應產(chǎn)生氫氣，后來的熄滅是噴水多了，快速降溫導致的。整個實驗沒發(fā)生突發(fā)危險。
 根據(jù)上述實驗，對鎂與水反應的探究設計作如下調整：
 當學生提出要“滅滅看”時，教師可以將上述實驗在課堂上演示，演示前引導學生仔細觀察現(xiàn)象，因為實驗時間非常短，稍縱即逝，可以課前事先錄制的實驗錄像回放，便于學生觀察。同時增加一個燃著的小木條噴水的對比實驗。學生通過觀察比較會產(chǎn)生問題：為什么“先變亮，后熄滅”，再引導學生解釋為什么“先變亮”，在學生預測可能是鎂與水發(fā)生了反應之后，再引導學生因為這個實驗的速度過快，現(xiàn)象不易觀察，能不能用另一個實驗來探究鎂與水的反應，學生自然會想到類比鈉的性質，將鎂條放入滴有酚酞的水中進行實驗，當觀察到?jīng)]明顯現(xiàn)象時，學生又會產(chǎn)生新問題：“剛才燃燒時會反應現(xiàn)在怎么又不會了”，如果學生長時間困惑，教師可以引導學生兩個實驗的條件區(qū)別，由學生根據(jù)燃燒時發(fā)熱去得出通過加熱來來繼續(xù)實驗最終得到鎂與冷熱水反應的現(xiàn)象區(qū)別和鎂與水反應的條件以及反應的產(chǎn)物。再讓學生用理論來解釋，學生自然會想到用金屬活動性來解釋。最后教師一定要對“后熄滅”原因解釋，進一步認識影響燃燒和滅火的多重因素，強調雖然剛才實驗少量的鎂條燃燒用水是熄滅了，但因為會產(chǎn)生易爆的氫氣，所以在鎂條或鎂粉燃燒著火，絕不可以用水來滅火，并告知正確的滅火方式。引用網(wǎng)上報道的用水滅鎂的燃燒產(chǎn)生的嚴重事故，在對學生的安全意識進行教育。
 解決問題的過程是一個復雜的過程，是一個會產(chǎn)生新問題解決新問題的過程，在課堂教師包辦下的探究與切身獨立的探究肯定是完全不同的體驗。探究的實驗肯定不會是面面俱到的經(jīng)典實驗，它的功能更重要在于構建知識的同時引發(fā)深入的思考。優(yōu)秀的教學的設計可以促使教師對教材實驗的再認識和再加工，以求有機的結合和有效地開展。而從學生的認知習慣入手，多傾聽學生的表達，積極反思，打破教師和教材已有的思維定式，也是新課程下背景下探索有效的教學實踐的重要方法。
三、運用探究的設計要有一定的科學嚴謹性。
 在鎂與二氧化碳的實驗中，我們明顯的觀察到鎂在二氧化碳集氣瓶內(nèi)的燃燒要比在空氣中的燃燒要弱，這不難讓人想到，有可能是瓶內(nèi)二氧化碳收集的不滿，殘留一定量的空氣造成的。如果在鎂條燃燒之前先用燃著的火柴驗證過之后，再進行實驗，得出的結論就會更有說服力和科學性，設計也更為嚴謹。
 雖然氯化氫不支持鎂的燃燒，從這角度可以認為氯化氫能滅火，但在日常中是不會用氯化氫去滅火的。教師在適當?shù)臅r候應該做出必要的說明�？紤]問題的全面性也是科學的嚴謹重要體現(xiàn)。
 四、運用化學實驗的探究教學的同時也要注重科學方法的教學
 在這節(jié)課中，我們可以看到類比的探究方法、也可以看到實驗探究的方法。實驗探究是一個大的籠統(tǒng)的概念，學生當遇到解決問題的時候一般都會想到用實驗的方法，但如何設計實驗，還需要更多的方法訓練。比如在實驗探究水能否滅鎂的燃燒，我們一般會提示學生類比鈉的性質來驗證。事實上我們可以結合數(shù)學證明中的“欲證只需證”的方法來解釋：要確定鎂燃燒能否用水去滅，只需證明鎂與水是否會發(fā)生反應產(chǎn)生易燃易爆物質，如果清楚這一點，不用類比也能設計出實驗的方案。再比如在學生發(fā)現(xiàn)鎂與冷水反應沒現(xiàn)象時，運用“控制變量法”來分析其與燃燒滅火時的條件差異，就能更好更快地發(fā)現(xiàn)和用加熱去解決問題。再比如在學生觀察探究鎂與二氧化碳反應的產(chǎn)物，學生很容易觀察到瓶口的白色物質，卻不容易發(fā)現(xiàn)集氣瓶上有黑色的碳。教師沒辦法只能強調提示學生仔細觀察一下“瓶壁”，再或甚至直接問“瓶壁上有沒有看到黑色的物質”這種實際已經(jīng)給出答案的問題。如果這時引導大家從“質量守恒”的角度來檢驗反應物各原子的變化情況，氧元素和鎂元素在產(chǎn)物中都有了，而碳元素還沒確定，再來進行觀察集氣瓶，就不難發(fā)現(xiàn)瓶壁上黑色的碳了。
 實驗現(xiàn)象的觀察和問題的解決一樣，不是一次性都可以全面認清的，經(jīng)常需要反復和反思，這就需要借助一定的科學方法，來幫助我們重新對待問題。只有認識到方法的重要性后，學生才會積極地嘗試用科學的方法去解決問題，只有用習慣了用科學的方法，才能更有效地解決問題�；瘜W作為一門實驗科學，對學生科學素質的培養(yǎng)起著至關重要的作用，為此我們教師對教材要了然于胸，還要做一個積極解決問題的人，為學生樹立榜樣。在課堂上的探究設計應該以學生的發(fā)展出發(fā)，力求真實探究，探究到位。這樣才能舉一反三，有效提高學生的問題解決能力。

參考文獻
[1]浙江省普通高中新課程實驗學科教學指導意見（高一上），浙江教育出版社，2006

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