以问题带动学生进行化学研究性学习的案例及体会，本文主要内容关键词为：学生进行论文,研究性学习论文,案例论文,化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、以问题教学带动学生进行研究性学习的案例
1.发现问题，展开讨论
高二化学有关铁及其化合物的教学中，总会碰到
的鉴别问题，高中教学中对于
只能采用加入NaOH溶液，通过生成的沉淀颜色变化来加以鉴别。
演示实验：在一试管中加入
溶液，然后将一个盛有NaOH溶液的长胶头滴管插入溶液液面下（违反常规操作），挤压胶头滴管，使NaOH溶液和溶液反应生成白色
沉淀。观察沉淀由白色变成灰绿色再变成红褐色，以此来判断的存在。
通常情况下，这个演示实验效果不好，白色沉淀要么昙花一现，要么根本观察不到。老师往往只能根据
的反应原理给同学们解释为：不稳定，空气中有 
，溶液中溶有，因此被迅速氧化为 
。虽然这样解释了，但演示实验效果不好，同学和老师都有一些遗憾。
于是，我想为什么不借着二期课改，在高二年级的研究性课程中研究和探讨一下这个实验方案呢？在我的倡导下，同学们就这个实验展开了讨论，分析出影响观察白色沉淀的罪魁祸首是氧气。就此同学们初步制订了以下几种方案：
［实验1-1］ 为了避免水中溶解有氧气，应该用经煮沸处理过的蒸馏水来现配NaOH溶液和溶液。
［实验1-2］ 为了尽量避免空气中的氧气对实验的影响，把溶液注入试管中后，立即注入一滴管（大约1mL）的苯，浮在液面上的苯起到液封的作用。
［实验1-3］ 为了排除空气中氧气对实验的影响，在试管中加入溶液后，立即加入一小块金属钠，这样既产生了实验需要的氢氧化钠，又产生了大量氢气。把试管中的空气赶走，维持一个还原性的环境，使生成的白色沉淀能够较长时间的存在。
带着同学们的设计方案，我们一起走进了实验室。经过实验，同学们发现实验结果和课堂演示差不多，改进效果不明显。在［实验1-3］中，钠是浮在液面上的。结合［实验1-1］的原理，同学们设想如能用什么东西把钠固定在试管底部，这样产生的氢气就能把溶液中的空气赶出，效果应该会好。受实验条件限制，在没有想到什么好的固定方法的情况下，同学们把切开的一小块钠挤压在一个长导气管的一端，使其固定，然后将导气管插入溶液中，为防止意外将试管置于试管架上。果然钠迅速反应，冲入导管中甚至引起了燃烧。同时令同学们惊喜的是，在导气管内生成了期盼已久的白色沉淀而且还保留了一段时间。
2.因势利导，深化讨论
受实验成功的鼓舞，同学们兴趣大增，积极性也被调动起来了——既然能用钠和水反应产生氢气，也可以让铁和硫酸反应产生氢气，还能同时产生硫酸亚铁，不也是一举两得吗？
随着讨论的展开和深入，实验方案又上了一个层次。
［实验2-1］ 在试管A中放入除去铁锈的铁钉，再加入稀硫酸，同时将产生的氢气导入装有氢氧化钠溶液的试管B的底部。待反应一段时间后，从导管I压入氢气，使B中的氢氧化钠溶液被压入A试管中，在A试管中观察白色沉淀。实验装置如图1。
［实验2-2］ 同样在试管A中放入除去铁锈的铁钉，再加入稀硫酸，同时将产生的氢气导入装有氢氧化钠溶液的试管B的底部。待反应一段时间后，用止水夹夹住导管I，由于试管A中仍有氢气产生，压强增大使A试管中的硫酸亚铁溶液通过导管R被压入试管B的氢氧化钠溶液中，在B试管中观察白色沉淀。实验装置如图2。
对比两个实验，共同之处是用铁和稀硫酸反应来制硫酸亚铁，且利用产生的氢气制造一个无氧环境。后者设计更巧妙一些，但为了给B试管配备一个三孔塞，让同学们初尝了科学研究的艰辛。前者为了得到一定压力的氢气也让同学们动足了脑筋。值得欣慰的是两个实验都看到了比较明显的 白色沉淀。
基于这种思维模式，我还为同学们提供了一种利用电解原理制备白色沉淀的办法。用除去铁锈的粗铁丝作阴极，碳棒作阳极，用24V的直流电在u形管中做电解饱和食盐水的实验，大约 40min后将直流电源两极反接（在U形管中插入的两个电极不变），大约15min后在粗铁丝上能看到白色沉淀。虽然同学们对电解原理还不甚了解，但都觉得这个实验很奇妙，急于知道缘故。我趁热打铁引导同学们回忆高一曾接触过的电解饱和食盐水制备NaOH、
的相关内容。由于这部分知识是选学内容，同学们都有些淡忘了，在强烈的求知欲的驱使下，大家找来了高一课本自学了相关知识，但还是有些不明白。于是我给同学们分析了反应过程：在原电解池中碳棒作阳极，电极反应为：
；铁丝作阴极，电极反应为：
。因此在铁丝附近产生了大量的 NaOH和
。当直流电源两极反接后，铁丝作阳极，电极反应为
；这样亚铁离子与先前产生的NaOH结合生成白色絮状的沉淀，由于氢气提供的还原性环境使沉淀能保持较长时间不变色。
3.百尺竿头，更进一步
问题研究到现在应该说达到了预期的目标，同学们都观察到了白色的沉淀。但还有一个问题没有解决，用这三种方法作课堂演示实验显然不太可行。有没有简单易行的方法呢？新的问题又摆在了同学们面前，同学们似乎没有了方向。
我启发说：“难道只能用氢气赶走空气来避免氧化，不能用一种还原剂来防止氧化吗？”
于是，同学们又活跃起来了，最先想到的是还原性强的
、KI。因其毒性被排除，同学们便想到在溶液中先加入少许KI溶液，再加入 NaOH溶液。这样KI既不与和NaOH反应，又提供了强还原性环境，这正是我们所需要的。
但这个实验一经实施，令我和同学们大吃一惊，溶液中滴入KI溶液立即变成较深的棕黄色，是什么原因呢？同学们根据学过的卤素性质推测，溶液变成棕黄色应该是
造成的。有碘单质生成，说明原溶液中肯定有氧化性物质存在。难道我们用来实验的溶液中本身就有
？这个推测很快通过滴加KSCN溶液得到证实。此时同学们才恍然大悟，原来实验室中表面看上去仍然是浅绿色晶体的已经被部分氧化了，所以同学们开始设计的第一组三个实验都没有显著的效果。同学们唉声叹气，大呼小叫，似乎都有一种被欺骗、被愚弄的感觉。我虽然也感到有一些意外，但同时觉得这创造了一个很好的教育契机，告诉学生“科学研究是严密的，不能有半点疏忽，更不能盲从。”
由上述实验同学们发现，要想成功地得到白色的沉淀应该保证两个条件：一是溶液中不能含有；二是配制NaOH溶液和溶液及实验过程中尽量隔绝空气。两个条件相比较前者更重要并且是决定性因素。
在这种思想指导下，同学们在新制的溶液中加入了还原铁粉，振荡后静置（必要时可使用离心机分离），取少许上层清液用KSCN溶液证明无后，再将上述清液置于另一支试管中，加入 NaOH溶液观察到了比第二组三个实验更为明显的白色沉淀。
二、几点体会
过去我们课堂教学的演示实验和学生实验绝大多数是采用课本上现有的实验方案，实验老师提前准备好实验器材来做一些验证性实验。当然通过丰富多彩的实验现象提高了同学们学习化学的兴趣，也加深了同学们对化学知识点的理解，在一定程度上培养了同学们的实验观察能力，也通过这些教会了同学们基本的实验动手能力。但通过这次研究性学习，同学们对“化学是一门实验科学”这句话有了更深层次的理解：化学实验不仅是验证性实验，还是探讨性试验、研究性试验；在探讨和研究中产生科学发明和创造，这才是科学实验更深刻的内涵。
通过这次研究性学习，我感受最深的是兴趣乃学好化学的原动力，化学知识和实验技能也只有在使用过程中才能体现出魅力。首先，实际需要所激发的求知欲望，使同学们能主动地学习，也使同学们认识到要想进行真正的科学研究必须有足够的知识储备。有了这一点，今后同学们的学习会更积极主动，这对我们的课堂教学也非常有利。其次，在研究性学习的过程中，同学们从最简单的实验设计开始，通过反复的修改过程，强化了对所学知识的综合应用能力，提高了分析问题、解决问题的能力，培养了严谨的科学态度。为寻求最佳实验效果，同学们展开了讨论，取长补短，发挥了集体的智慧。同学们通过创造性思维，设计富有创造性的方案，进行探索性的实验，取得可喜的成果。这样既培养了同学们的团队协作精神，又使同学们认识到：科学研究往往不是一帆风顺的，实验设计总是在失败中不断总结和改进，在研究和思考中不断完善和创新。整个研究学习过程使同学们从实验方案的设计、仪器及药品的准备、溶液的配制和设计方案的实施及修改等各个方面体验了科学研究的过程。不但锻炼了学生的动手能力，也使学生体验了科学研究的艰辛。当然，同学们也在实验中品味了研究的价值，感受了成功的喜悦。
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