化学探究性实验教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文,探究性论文,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。
新一轮基础教育课程改革的一个重要目标，就是要改变我国当前科学教育中普遍存在的学生被动接受、大量重复练习的学习方式，倡导学生主动参与、体验的探究性学习。探究性的学习方式在学生获得科学知识、掌握科学方法、体验科学过程、培养科学态度和思维习惯等方面具有其他学习方式（如授受式，指教师讲授、学生听讲）不可替代的作用。化学是一门以实验为基础的自然科学。因此，国内外课程改革中出现的各种理科（科学）教材中，都有一个共同的趋势：走向实验。过去教材中的实验大多数为验证性实验，验证性实验强调演示和证明，注重实验的结果（事实、概念和理论），而不是实验的过程。验证性实验有利于培养学生的实验操作、数据处理和计算技能，但在验证性实验中，学生往往“照方抓药”，处于被动的接受地位。
化学新课标中的科学探究，是学生积极主动获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。它涉及：提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、搜集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素。而化学探究实验是指探索研究对象的未知性质，了解它具有怎样的组成，有哪些属性和变化特征，以及与其他对象或现象的联系的一种实验。其特点是根据实验的目的，利用已知的、外加的因素去设计实验，进行探究实验，研究实验对象，看它会发生什么样的变化，出现什么样的现象，产生怎样的结果。中学化学探究实验的模式可概括为以下五个步骤：提出问题→实验事实→假说及其验证→归纳结论→实际应用。
戴尔的经验之塔
戴尔的经验之塔（如上图）可知：做的经验与观察的经验占据绝大部分比例。探究性实验不但能使学生充分获得大量的“做的经验和观察的经验”，而且探究性实验能够帮助学生获取基础知识和基本理论，并能够激发发生的创新欲望和兴趣，能够发挥学生的积极性、主体性。在探究实验过程中学生始终处于不断探索的情境中，主动实验，认真操作，仔细观察，积极思维，充分发挥学生的潜能，培养学生创新精神，发展学生创新能力。下面探讨的是从探究性实验设计的不同形式和内容，教师应该怎样去培养学生的创新能力。
一、探究物质性质
认识身边一些物质的性质是初中化学的重要内容，运用探究实验的方法可以加深对物质性质的认识、了解或掌握。
如兴趣小组对家庭中使用的碳铵化肥
产物的探究，他们用图1实验装置来进行探究其性质。对A加热一段时间后，发现B中白色粉末变蓝色，C中出现浑浊，D中石蕊试纸变蓝色。
图1
又如对二氧化碳密度的大小的探究，可以用测量空气、二氧化碳质量的方法，如图2。也可以用图3在大的烧杯里盛二氧化碳气体，用蘸有肥皂水的导管在烧杯中吹空气泡，看见吹的空气肥皂泡向上漂浮。再用蘸有肥皂水的导管在烧杯的空气中吹二氧化碳气泡，看见吹的二氧化碳肥皂泡沉在烧杯底部。
图2 实验装置
图3 实验装置
二、探究实验装置
一般情况下，一个实验有一种固定实验装置，但是一个实验也可以用多种不同的实验装置来完成。有的实验装置简单，有的实验装置复杂；有的实验装置能够说明某一种性质，有的实验装置有某一种特殊的功能等等。如二氧化与氢氧化钠溶液的反应可以用多种实验装置进行。
如图4将充满二氧化碳气体的试管倒扣在氢氧化钠溶液中，氢氧化钠溶液进入试管。向图5中盛有二氧化碳的锥形瓶中滴入足量氢氧化钠溶液，小烧杯里的无色酚酞倒流到锥形瓶中而变红色。向图6盛有二氧化碳的烧瓶中挤入氢氧化钠溶液，振摇烧瓶一会儿后，打开弹簧夹，就能形成喷泉。
图4 实验装置
图5 实验装置
图6 实验装置
三、探究实验条件
由于实验条件的不同，往往得到不同的现象或不同的产物。如铁在潮湿的空气中的生锈实验。将小片废旧的铁丝石棉网剪成宽约2cm，长3～4cm的网片，去掉上面的石棉放入锥形瓶里，加入少许稀盐酸，除去铁锈，露出光亮的铁丝，倒去盐酸，加水冲洗，再加入少许食盐水，塞上单孔塞。如图7所示。一段时间后可见在玻璃导管中形成一段红色液柱。说明铁丝生锈而消耗了空气，使瓶内压强减少，从而形成红色液柱。
图7 实验装置
四、探究实验方法
相同的实验，相同的实验药品，采用不同的实验步骤，会使实验成功或失败或形成危险。在做实验时，尽管严格按操作规程进行，但有时也会出现“必然”的意外。对意外事故的处理，不仅反映了教师的应变能力，还能反映教师心理素质的稳定性。处理的好，不仅不会影响教学及实验效果，反而是印证正确结论的好教材。例如有一次在做白磷与红磷着火点高低的实验中，我先用镊子夹取一块白磷，并放在有水存在的表面皿上切割（因白磷易自燃），并告诉学生切割后小刀、镊子及表面皿均要用滤纸擦干净，而滤纸不能乱扔，否则会引起火灾。我把它放在桌边，准备稍后处理。谁知，正在讲课中，滤纸忽然着火燃了起来，学生顿时惊叫起来，欷歔声一片。经过分析讨论，学生明白了其中原因，一颗好奇心才安稳下来。这时由无意注意引起的记忆更深刻，更牢固。适时对学生思维点拨，更能激发学生的创新灵感，培养学生的创新意识。
在探究浓硫酸的吸水性实验时，可以设计出以下三个不同的装置进行对比实验（如下图）。
方法一：（如图8）在一大试管内注入15ml的浓硫酸，放入装有2—3ml饱和硝酸钾溶液的小试管，用橡皮塞塞紧试管口，静置一段时间后，可以观察到饱和硝酸钾溶液中有针状的硝酸钾晶体析出。
图8
图9
图10
方法二：（如图9）切一块富含水分的瓜果（萝卜、雪梨、苹果）块，在天平上称量其质量，用塑料绳固定，放入盛有30～40ml浓硫酸的试剂瓶中，使瓜果悬于距浓硫酸液面1～1.5cm上方，塞紧试剂瓶口静置约20min后，取出瓜果观察到有些萎缩，放在天平上称量，其质量明显减少。
方法三：（如图10）往试剂瓶中注入30～40ml的浓硫酸，用塑料绳象系称盘一样系一小塑料瓶盖，在瓶盖上放一块蓝色的硫酸铜晶体，悬放在距浓硫酸液面1～1.5cm上方，塞紧试剂瓶口静置约5min后。可见蓝色硫酸铜表面有白色斑点出现，随着时间的延续，白点会越来越大，再放置2～3天，蓝色硫酸铜晶体会全部变成白色粉末。
又如用加热过氧化氢溶液的方法制取氧气的实验，按课标要求让学生将装有50％的过氧化氢的溶液试管加热，当学生把带火星的木条放在试管口时，只发现火星闪亮而不复燃。教师立即问学生：为什么会产生这种现象？你能说出可能的原因吗？我归纳学生回答主要有下列几种可能：①是生成的氧气不够多；②生成氧气含量较低；③加热时有水蒸气产生使火星难以燃烧；④过氧化氢的浓度不够大等。有学生提出改进意见，将5％的过氧化氢的溶液改成15％，并在试管中加装一个干燥管后，加热试管1～2min后再在上方放入带火星的木条后，木条就能复燃。（如图11）
图11 实验装置
五、探究实验的趣味性
化学实验具有机动功能，可以激发学生的化学学习兴趣，启迪学生思维，开拓创新精神，这是我们的共识。但是过分强调“学科中心”的化学课程与教学，使化学实验的“学术化”倾向十分明显。国内外的各种调查显示，尤其是福州市中考化学实行等级制后，很多学生对化学学习的兴趣正在明显降低，甚至一些学生放弃了化学学习。导致这一状况的原因是多方面的，但加强了化学实验教学后，是否就一定能够激发和保持学生的化学学习兴趣的问题引起了教师们的思考和研究。因此，如何增加探究化学实验的趣味性，成了化学教学密切关注和研究的一个问题。初中常见趣味实验的设计内容如表1所示。
表1 趣味实验的设计内容
又如在学习气体的溶解性大小时，已知氯化氢是一种极易溶于水的气体。若烧瓶中装满的是干燥的氯化氢气体（如图12），具体操作方法是将胶头滴管的水挤入瓶内，轻轻振摇烧瓶，然后打开弹簧夹，烧杯中的水进入烧瓶内，呈喷泉状喷出从而形成美丽的红色喷泉（如图13）
图12 实验装置
图13 实验装置
六、探究实验的安全性和环境保护
探究实验的安全性，避免、减少事故的发生。探究实验是减少环境污染，证学生建立起对社会的责任感，处理好实验中产生的废液、废气，尽量减少废液、废气的产生，进行“绿色化学”实验的研究等。“绿色化学”体现了化学科学、技术和社会的相互联系和相互作用，是社会对化学科学发展的新要求。它对于保护人类赖以生存的环境、实现人类社会的可持续发展，构建和谐社会具有重要意义。因此，建立绿色化学的理念，应成为化学课程与化学实验教学改革的重要指导思想。
如氢气的爆炸实验：
方法一：在小烧杯里加入洗衣粉配成的水溶液，约占体积的1／3。用两根玻璃管，同时等量向烧杯溶液中通入氢气、空气，液面上产生很多小气泡。撤掉两个导管，用燃着的木条点燃气泡。气泡立即产生爆鸣声，无任何危险。
方法二：（如图14）制取氢气、验纯。取一带肚的胶头滴管（去掉橡胶头），将滴管大口与橡皮管连接。点燃，氢气在导管口处安静燃烧。左手拿住滴管，用右手把通氢气的橡胶管拔掉，可见氢气继续燃烧且火焰增长很多，约3～4s后，可听到爆鸣声，同时看到管下端喷出火焰。安全可靠，没有危险。
图14 实验装置
图15 实验装置
方法三：（如图15）用矿泉水塑料瓶截去1／4，将瓶口夹在铁架台上。塞上带1～2cm长尖嘴玻璃管，套上橡皮管，用向下排空气法收集氢气。收集满氢气后，拔去橡皮管，拿走产生氢气装置。用明火在短导管口点燃氢气，氢气安静燃烧，随着瓶内氢气量减少，空气由下口进入瓶内，跟氢气混合，火焰越来越小，猛然问“轰”的一声爆炸，瓶内有一团火直冲而下，产生爆炸声。
方法四：（如图16）将废弃的洗发精塑料瓶切去底部，在上端按上圆珠笔金属尖下端套在带有铁环的塑料筒上，防止塑料瓶上浮，放入水槽制成。使用时如果通入的氢气不纯遇明火即发生爆炸，将塑料瓶炸开而不会发生危险，而且气体的发生装置也不受影响，因为进气管处与塑料瓶内的气体隔着一段水柱，安全系数高。经过精心改进的实验不仅增强实验的效果，而且开拓了学生的视野，大大地激发了学生学习的兴趣和热情，更重要的是增强了学生的创新意识，培养学生了学生的创新思维能力。
图16 实验装置
以上是我从探究物质性质、探究实验装置、探实验条件、探究实验方法、探究实验的趣味性、探究实验的安全性和环境保护等六个不同的方面探讨探究性实验设计的形式和内容，对如何“以化学探究性实验为载体培养学生的创新能力”的初步认识，希望同行批评指正。