论文部分内容阅读
实验探究是指通过实验来进行的一种探究活动，它是科学探究在化学实验教学中的具体化。它是化学教学中最常见、最主要的探究活动，是化学实验教学中落实科学素养目标的重要途径，也是以实验为基础的化学教学观的具体体现。长期以来 ，化学教学中对实验的验证功能较为关注，而对实验的探究功能重视不足，失去了实验在科学方法的养成和能力培养方面的重要作用，严重影响学生学习的质量和积极性。针对这种情况，我们要注意恢复实验在探究问题、形成知识、培养智力品质和非智力品质方面的作用，提倡学生通过实验发现问题，解决问题，形成知识，发展能力，让学生步上实验探究之路。
实验探究遵从科学探究的一般方法，可从如下方面加以引导。
一、让学生学会发现和提出化学实验问题
问题是探究的起点，也是探究的归宿，探究的成效如何取决于问题的设计。爱因斯坦曾说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个教学或实验的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步”。在化学新课标中把“提出问题”作为科学探究的重要环节受到高度重视。
实验探究中问题的提出伴随着探究的全过程。学生思考的角度越广、思考越深入，思维越活跃，提出的问题就越多，新的发现也会越多、越有思考价值。
例如：在含有酚酞试液的稀NaOH溶液中逐滴加入饱和氯水，当加到一定量时，溶液的红色忽然褪为无色，马上有学生1提出問题：红色褪为无色的原因是什么？还是初中见过的中和褪色吗？这些问题引领他们对实验所发生的化学反应与生成物的成份和化学性质的探究。进而学生2提出两个假设：假设① NaOH与氯水中 HCl、HClO 发生中和反应，使c（OH—）减小，溶液变无色；假设②氯水中HClO氧化酚酞使其结构破坏而使溶液褪色。
二、让学生学会设计化学实验
实验设计是一种要求较高的实验活动，可以培养学生思维的独立性、灵活性和创造性。科学、合理、周密，巧妙的实验设计，往往能导致化学科学的重大发现。在探究实验中，学生针对提出的问题，经过多渠道的收集信息和深入的思考，将会提出有关问题解决的方案和问题答案的假设或猜想。前面提出的问题中，为什么试管中的溶液最终变为无色？针对两种假设学生3设计出了相应实验探究方案： 若假设①成立，在NaOH溶液中滴加几滴酚酞，变红，逐滴滴加HCl溶液，直至溶液褪色，后反滴几滴NaOH溶液，可发现溶液又呈红色；若假设②成立，在NaOH溶液中滴加几滴酚酞，变红，逐滴滴入氯水，到溶液褪色，后再滴几滴NaOH 溶液，可发现溶液不变红色。
设计验证实验时，实验条件必须与题设条件相吻合。同时要考虑实验过程中可能出现的结果，周密的安排，严密操作，以防止出现相反的结果。可引导学生应用已有的知识，从实验的药品、仪器、装置、步骤和方法选取等方面，多角度进行分析，创新设计实验方案，从操作的可行性和实验结果的准确性等方面进行评价，从中选择最优方案。
三、让学生掌握实验探究的方向与方法
实验探究的方向主要有：
（一）对未知产物的探究与检验
实验方案确定后，结合化学反应原理猜测可能生成哪些物质，再对这些物质进行实验验证。例如新制氯水使NaOH的酚酞溶液褪色，用pH试纸或蓝色石蕊试纸测氯水的酸碱性。氯水呈酸性说明氯气与水反应有酸性物质生成。为了验证酸性物质的成份，把日光照射盛满氯水的倒置的圆底烧瓶，发现有气体生成。哪么生成的是什么气体呢？学生4设计了装置（如图1），将装置中充满氯水，置于较强阳光下照射一小时左右，在粗导管中收集到约10mL氧气体，用带火星的木条检验，木条复燃。证明：该酸性物质在光照条件下分解，放出难溶于水的氧气O。
（二）对物质性质的探究
氯水除了显酸性，受热分解有氧气生成外，还有哪些性质呢？学生5把蓝色石蕊试纸放在氯水中发现先变红后变白，推测：氯水可能有漂白作用。围绕这个问题，学生6设计了两个对比实验进行了验证：实验①将红色布条投入干燥的氯气中，无明显变化；氯水滴在红色布条上，布条褪色；实验②将氯水慢慢滴入少量含酚酞的NaOH溶液中至PH≤7，溶液褪色；上述溶液中反滴NaOH至过量，溶液不变红。据这些实验现象推测：氯水的漂白是氧化作用。按氯水的组成和已有HCl生成的事实推测：有可能生成了具有氧化性的HClO。
（三）对化学反应原理的探究
在实验探究中针对出现的反应现象，还要对反应原理加以探究，使感性认识上升到理性认识。
为什么氯水有漂白作用，而干燥的氯气没有漂白作用呢？学生7围绕这些问题从化学反应原理方面进行探究：
观察氯气溶于水的化学反应方程式：Cl2 + H2O = HCl + HClO
发现氯水中存在着强氧化性的HClO分子，使之表现出不可逆的漂白作用，干燥的Cl2则没有漂白性。
（四）对实验方案改进探究
对实验方案改进可使化学反应现象更明显。如上面的学生4把课本中图2装置改为图1后，对验证次氯酸见光分解的生成物观测更直观了。
对实验方案改进可减少环境污染。目前广泛使用的微型化学实验就起到了环保作用。图3是学生8设计的氯气的性质实验改进图。取6孔井穴板按右图3所示向第一孔穴中加入高锰酸钾固体（垫上锡箔防氧化）、5ml针筒中吸入浓盐酸用来制取氯气，第二孔穴中放入鲜花、第三孔穴中加入浓硫酸溶液用于干燥气体、第四孔穴中放入干花、第五孔穴中加入较稀的溴化钠溶液、第六孔穴中加入较稀的碘化钾溶液、最后接尾气吸收装置，然后将各孔穴连接好。实验时将5ml小针筒中的浓盐酸压入井穴中，观察鲜花、干花的颜色变化和溴化钠溶液、碘化钾溶液的颜色变化。这个改进节约了药品，节省时间，操作安全，污染少，学生通过自己动手自制仪器，自行实验，积极参与，对实验产生浓厚兴趣，激发了创新热情。 （五）对身边化学问题探究
化学实验探究可探究生活、社会中的化学问题，解释、解决日常生活中的实际问题，拓宽实验探究的领域，培养学生创新能力。
摄影是学生喜欢的活动，传统的摄影术中利用了许多化学反应，如卤化银的光分解：AgNO3（aq）+NaCl（aq）=AgCl（s）↓+NaNO3（aq），2AgCl（s）==2Ag（s）+Cl2（g）等。
在我指导下学生9设计了一个自制冲洗液的实验来完成自己创作的第一张照片：在一支大试管中，将10mL10%的AgNO3溶液和10mL饱和食盐水混合，制成白色的氯化银沉淀。在生成沉淀处，立即在试管外壁裹上一张摄影底片。放在充足的阳光下晒二小时。取下底片，可以看到底片在试管壁上留下黑白相间的影像，因为光使底片透光部分下的氯化银分解产生了黑色的银，而底片不透光部分下的氯化银仍为白色。一张黑白照片顺利完成，学生觉得很有成就感，也大大增强了对化学实验探究的兴趣。
（六）对化学实验中反常现象的探究
学生10在实验中发现把酚酞滴入碱溶液中出现了这样三种情况：⑴红色很快（半分钟内）消失；⑵ 红色过一段时间后消失；⑶ 红色永不消失。为了进一步研究此实验“反常”的原因，该学生为组长的研究性学习小组进行了下列实验：
将2.0mol/L、1.0mol/L、0.5mol/L、0.25mol/L、0.1mol/L、0 .01 mol/L等六种 NaOH溶液各5ml于6个试管中，分别滴入1～2滴酚酞试液，实验結果于下表：
⑴实验证明：只有当NaOH溶液浓度小于0.1mol/L（远小于2.0mol/LNaOH），即溶液pH小于13时，生成的红色酚酞才是稳定的。
⑵取5ml0.01 mol/L的NaOH-酚酞红色溶液，滴加1～2滴试剂H2O2，溶液红色很快消失。在该溶液中滴入稀NaOH溶液，不再出现红色，表明酚酞已被双氧水氧化破坏。
⑶取少量已褪成无色的NaOH-酚酞溶液，逐滴滴加稀盐酸观察，溶液会重新出现红色；当盐酸过量时，红色又会消失。说明：酚酞与稀NaOH溶液反应显红色，与浓NaOH溶液反应红色消失。
他们从反常现象中，通过实验探究得出了如下结论：
酚酞是一种弱有机酸，在水溶液中存在着一个平衡体系：当溶液碱性增强，平衡向右移动，酚酞由无色变为红色；当溶液碱性更强时，平衡向左移，酚酞便由红色转变成无色。
（七）对经典问题的质疑与探究
对于一些书籍甚至教材中的某些结论不一定都正确，因为有些结论不是通过实验而是通过逻辑推理或主观臆断得来的。所以，我们要告诉学生不要谜信权威，要相信实验事实，实验是最高法庭。
钠分别与乙醇、苯酚反应到底那个反应更快？当学习完乙醇和苯酚的性质后，就知道苯酚有酸性而乙醇没有，进而推知苯酚中的羟基比乙醇中的活泼。据此，化学教材设计了钠分别与乙醇、苯酚反应实验，以此证明苯酚中的羟基比乙醇中的活泼。实验大意是：取体积大约相同的乙醇和苯酚，分别放入两支试管中，然后放入同一水浴中加热至苯酚熔化，同时加入形状、大小相同的钠。观察反应快慢。实验的预期现象是钠在苯酚中反应更快，但实验的结果却相反。为什么会这样呢？学生11研究发现，液体苯酚的粘度比乙醇的大，钠在其中不能游动，钠表面的氢气不能及时逸出，形成气泡，阻碍了钠与苯酚的接触；另外，反应生成的苯酚钠不溶于苯酚，覆盖在钠的表面，使钠与苯酚接触不好（类似钠钙与水的反应比较）。通过该事例，学生明白了一个道理，即影响化学反应的因素很多，不能单纯根据某一因素来下结论。
四、让学生学会实验探究的合作与交流
在化学探究实验中，以探究化学问题为教学目标，以探究化学问题为教学目标，学生通过小组提出问题，大胆猜测、假设，设计实验，交流、讨论，验证猜想，从而构建集体对化学的理解和认识，提高全体成员学习能力。在合作实验探究中，学生之间有不同的任务，每个学生不是独立的、只负责一部分活动，而是彼此依赖和支持，他们的不同任务构成一个认知活动的整体，是探究实验活动的有机组成部分之一。教师可先编印好多种“角色卡”发给每一个学生，让学生在每一次活动中选定一种角色，使学生明白自己在活动中的责任，或者将学生的角色与责任，预先告知学生，这样学生可准确有效地扮演各自的角色并承担相应责任，使学生在合作探究与交流中达到锻炼学生各种能力的目的。
五、让学生学会实验探究评估与反思
“发现问题→提出假设→设计方案→实验探究→得出结论”这几个环节都离不开评估与反思。实验探究评估与反思侧重点是：（1）实验原理是否正确、可行 ；（2）实验操作是否安全、合理 ；（3）实验步骤是否简单、方便 ；（4）实验原料是否丰富，价格低廉 ；（5）实验产物是否纯净，污染物少 ；等等。学生通过多角度反思实验探究全过程，并作出合理评价，分析实验探究方案、操作、解释等方面是否科学合理，对不足之处提出意见与改进方法，进一步提高实验探究水平。
探究性学习的倡导者萨奇曼认为： 只要有一个能集中学生注意力的焦点，学生享有探究的自由，还有一个容易引起反应的丰富的环境，学生都能开展探究活动。教师要多创设实验探究的情境，使学生始终处于 “异想天开” 的探索的情境中，主动设计探究实验，认真操作，仔细观察，积极思维，充分发挥学习潜能，不断获得成功感，增强自信心，促进创新能力的发展。为此，教师要转换角色，努力成为实验探究的组织者、激励者和引导者，加强理论和业务学习，使自己也成为实验探究的一分子，做好先行者和实践者，花大力气引导学生顺利走上实验探究之路。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部制定，《普通高中化学课程标准（实验）》，人民教育出版社（2003、4）
[2]课程教材研究所化学课程教材研究开发中心，《普通高中课程标准实验教科书化学①（必修）》，人民教育出版社（2004、5）
（本文在2011年7月“第四届全国中学理理实验教学及小学科学教研优秀论文”评选中，荣获全国二等奖）
实验探究遵从科学探究的一般方法，可从如下方面加以引导。
一、让学生学会发现和提出化学实验问题
问题是探究的起点，也是探究的归宿，探究的成效如何取决于问题的设计。爱因斯坦曾说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个教学或实验的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步”。在化学新课标中把“提出问题”作为科学探究的重要环节受到高度重视。
实验探究中问题的提出伴随着探究的全过程。学生思考的角度越广、思考越深入，思维越活跃，提出的问题就越多，新的发现也会越多、越有思考价值。
例如：在含有酚酞试液的稀NaOH溶液中逐滴加入饱和氯水，当加到一定量时，溶液的红色忽然褪为无色，马上有学生1提出問题：红色褪为无色的原因是什么？还是初中见过的中和褪色吗？这些问题引领他们对实验所发生的化学反应与生成物的成份和化学性质的探究。进而学生2提出两个假设：假设① NaOH与氯水中 HCl、HClO 发生中和反应，使c（OH—）减小，溶液变无色；假设②氯水中HClO氧化酚酞使其结构破坏而使溶液褪色。
二、让学生学会设计化学实验
实验设计是一种要求较高的实验活动，可以培养学生思维的独立性、灵活性和创造性。科学、合理、周密，巧妙的实验设计，往往能导致化学科学的重大发现。在探究实验中，学生针对提出的问题，经过多渠道的收集信息和深入的思考，将会提出有关问题解决的方案和问题答案的假设或猜想。前面提出的问题中，为什么试管中的溶液最终变为无色？针对两种假设学生3设计出了相应实验探究方案： 若假设①成立，在NaOH溶液中滴加几滴酚酞，变红，逐滴滴加HCl溶液，直至溶液褪色，后反滴几滴NaOH溶液，可发现溶液又呈红色；若假设②成立，在NaOH溶液中滴加几滴酚酞，变红，逐滴滴入氯水，到溶液褪色，后再滴几滴NaOH 溶液，可发现溶液不变红色。
设计验证实验时，实验条件必须与题设条件相吻合。同时要考虑实验过程中可能出现的结果，周密的安排，严密操作，以防止出现相反的结果。可引导学生应用已有的知识，从实验的药品、仪器、装置、步骤和方法选取等方面，多角度进行分析，创新设计实验方案，从操作的可行性和实验结果的准确性等方面进行评价，从中选择最优方案。
三、让学生掌握实验探究的方向与方法
实验探究的方向主要有：
（一）对未知产物的探究与检验
实验方案确定后，结合化学反应原理猜测可能生成哪些物质，再对这些物质进行实验验证。例如新制氯水使NaOH的酚酞溶液褪色，用pH试纸或蓝色石蕊试纸测氯水的酸碱性。氯水呈酸性说明氯气与水反应有酸性物质生成。为了验证酸性物质的成份，把日光照射盛满氯水的倒置的圆底烧瓶，发现有气体生成。哪么生成的是什么气体呢？学生4设计了装置（如图1），将装置中充满氯水，置于较强阳光下照射一小时左右，在粗导管中收集到约10mL氧气体，用带火星的木条检验，木条复燃。证明：该酸性物质在光照条件下分解，放出难溶于水的氧气O。
（二）对物质性质的探究
氯水除了显酸性，受热分解有氧气生成外，还有哪些性质呢？学生5把蓝色石蕊试纸放在氯水中发现先变红后变白，推测：氯水可能有漂白作用。围绕这个问题，学生6设计了两个对比实验进行了验证：实验①将红色布条投入干燥的氯气中，无明显变化；氯水滴在红色布条上，布条褪色；实验②将氯水慢慢滴入少量含酚酞的NaOH溶液中至PH≤7，溶液褪色；上述溶液中反滴NaOH至过量，溶液不变红。据这些实验现象推测：氯水的漂白是氧化作用。按氯水的组成和已有HCl生成的事实推测：有可能生成了具有氧化性的HClO。
（三）对化学反应原理的探究
在实验探究中针对出现的反应现象，还要对反应原理加以探究，使感性认识上升到理性认识。
为什么氯水有漂白作用，而干燥的氯气没有漂白作用呢？学生7围绕这些问题从化学反应原理方面进行探究：
观察氯气溶于水的化学反应方程式：Cl2 + H2O = HCl + HClO
发现氯水中存在着强氧化性的HClO分子，使之表现出不可逆的漂白作用，干燥的Cl2则没有漂白性。
（四）对实验方案改进探究
对实验方案改进可使化学反应现象更明显。如上面的学生4把课本中图2装置改为图1后，对验证次氯酸见光分解的生成物观测更直观了。
对实验方案改进可减少环境污染。目前广泛使用的微型化学实验就起到了环保作用。图3是学生8设计的氯气的性质实验改进图。取6孔井穴板按右图3所示向第一孔穴中加入高锰酸钾固体（垫上锡箔防氧化）、5ml针筒中吸入浓盐酸用来制取氯气，第二孔穴中放入鲜花、第三孔穴中加入浓硫酸溶液用于干燥气体、第四孔穴中放入干花、第五孔穴中加入较稀的溴化钠溶液、第六孔穴中加入较稀的碘化钾溶液、最后接尾气吸收装置，然后将各孔穴连接好。实验时将5ml小针筒中的浓盐酸压入井穴中，观察鲜花、干花的颜色变化和溴化钠溶液、碘化钾溶液的颜色变化。这个改进节约了药品，节省时间，操作安全，污染少，学生通过自己动手自制仪器，自行实验，积极参与，对实验产生浓厚兴趣，激发了创新热情。 （五）对身边化学问题探究
化学实验探究可探究生活、社会中的化学问题，解释、解决日常生活中的实际问题，拓宽实验探究的领域，培养学生创新能力。
摄影是学生喜欢的活动，传统的摄影术中利用了许多化学反应，如卤化银的光分解：AgNO3（aq）+NaCl（aq）=AgCl（s）↓+NaNO3（aq），2AgCl（s）==2Ag（s）+Cl2（g）等。
在我指导下学生9设计了一个自制冲洗液的实验来完成自己创作的第一张照片：在一支大试管中，将10mL10%的AgNO3溶液和10mL饱和食盐水混合，制成白色的氯化银沉淀。在生成沉淀处，立即在试管外壁裹上一张摄影底片。放在充足的阳光下晒二小时。取下底片，可以看到底片在试管壁上留下黑白相间的影像，因为光使底片透光部分下的氯化银分解产生了黑色的银，而底片不透光部分下的氯化银仍为白色。一张黑白照片顺利完成，学生觉得很有成就感，也大大增强了对化学实验探究的兴趣。
（六）对化学实验中反常现象的探究
学生10在实验中发现把酚酞滴入碱溶液中出现了这样三种情况：⑴红色很快（半分钟内）消失；⑵ 红色过一段时间后消失；⑶ 红色永不消失。为了进一步研究此实验“反常”的原因，该学生为组长的研究性学习小组进行了下列实验：
将2.0mol/L、1.0mol/L、0.5mol/L、0.25mol/L、0.1mol/L、0 .01 mol/L等六种 NaOH溶液各5ml于6个试管中，分别滴入1～2滴酚酞试液，实验結果于下表：
⑴实验证明：只有当NaOH溶液浓度小于0.1mol/L（远小于2.0mol/LNaOH），即溶液pH小于13时，生成的红色酚酞才是稳定的。
⑵取5ml0.01 mol/L的NaOH-酚酞红色溶液，滴加1～2滴试剂H2O2，溶液红色很快消失。在该溶液中滴入稀NaOH溶液，不再出现红色，表明酚酞已被双氧水氧化破坏。
⑶取少量已褪成无色的NaOH-酚酞溶液，逐滴滴加稀盐酸观察，溶液会重新出现红色；当盐酸过量时，红色又会消失。说明：酚酞与稀NaOH溶液反应显红色，与浓NaOH溶液反应红色消失。
他们从反常现象中，通过实验探究得出了如下结论：
酚酞是一种弱有机酸，在水溶液中存在着一个平衡体系：当溶液碱性增强，平衡向右移动，酚酞由无色变为红色；当溶液碱性更强时，平衡向左移，酚酞便由红色转变成无色。
（七）对经典问题的质疑与探究
对于一些书籍甚至教材中的某些结论不一定都正确，因为有些结论不是通过实验而是通过逻辑推理或主观臆断得来的。所以，我们要告诉学生不要谜信权威，要相信实验事实，实验是最高法庭。
钠分别与乙醇、苯酚反应到底那个反应更快？当学习完乙醇和苯酚的性质后，就知道苯酚有酸性而乙醇没有，进而推知苯酚中的羟基比乙醇中的活泼。据此，化学教材设计了钠分别与乙醇、苯酚反应实验，以此证明苯酚中的羟基比乙醇中的活泼。实验大意是：取体积大约相同的乙醇和苯酚，分别放入两支试管中，然后放入同一水浴中加热至苯酚熔化，同时加入形状、大小相同的钠。观察反应快慢。实验的预期现象是钠在苯酚中反应更快，但实验的结果却相反。为什么会这样呢？学生11研究发现，液体苯酚的粘度比乙醇的大，钠在其中不能游动，钠表面的氢气不能及时逸出，形成气泡，阻碍了钠与苯酚的接触；另外，反应生成的苯酚钠不溶于苯酚，覆盖在钠的表面，使钠与苯酚接触不好（类似钠钙与水的反应比较）。通过该事例，学生明白了一个道理，即影响化学反应的因素很多，不能单纯根据某一因素来下结论。
四、让学生学会实验探究的合作与交流
在化学探究实验中，以探究化学问题为教学目标，以探究化学问题为教学目标，学生通过小组提出问题，大胆猜测、假设，设计实验，交流、讨论，验证猜想，从而构建集体对化学的理解和认识，提高全体成员学习能力。在合作实验探究中，学生之间有不同的任务，每个学生不是独立的、只负责一部分活动，而是彼此依赖和支持，他们的不同任务构成一个认知活动的整体，是探究实验活动的有机组成部分之一。教师可先编印好多种“角色卡”发给每一个学生，让学生在每一次活动中选定一种角色，使学生明白自己在活动中的责任，或者将学生的角色与责任，预先告知学生，这样学生可准确有效地扮演各自的角色并承担相应责任，使学生在合作探究与交流中达到锻炼学生各种能力的目的。
五、让学生学会实验探究评估与反思
“发现问题→提出假设→设计方案→实验探究→得出结论”这几个环节都离不开评估与反思。实验探究评估与反思侧重点是：（1）实验原理是否正确、可行 ；（2）实验操作是否安全、合理 ；（3）实验步骤是否简单、方便 ；（4）实验原料是否丰富，价格低廉 ；（5）实验产物是否纯净，污染物少 ；等等。学生通过多角度反思实验探究全过程，并作出合理评价，分析实验探究方案、操作、解释等方面是否科学合理，对不足之处提出意见与改进方法，进一步提高实验探究水平。
探究性学习的倡导者萨奇曼认为： 只要有一个能集中学生注意力的焦点，学生享有探究的自由，还有一个容易引起反应的丰富的环境，学生都能开展探究活动。教师要多创设实验探究的情境，使学生始终处于 “异想天开” 的探索的情境中，主动设计探究实验，认真操作，仔细观察，积极思维，充分发挥学习潜能，不断获得成功感，增强自信心，促进创新能力的发展。为此，教师要转换角色，努力成为实验探究的组织者、激励者和引导者，加强理论和业务学习，使自己也成为实验探究的一分子，做好先行者和实践者，花大力气引导学生顺利走上实验探究之路。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部制定，《普通高中化学课程标准（实验）》，人民教育出版社（2003、4）
[2]课程教材研究所化学课程教材研究开发中心，《普通高中课程标准实验教科书化学①（必修）》，人民教育出版社（2004、5）
（本文在2011年7月“第四届全国中学理理实验教学及小学科学教研优秀论文”评选中，荣获全国二等奖）