浅谈初中化学创新实验设计.doc

浅谈初中化学探究性实验课的创新设计摘要：本文主要阐述了在初中化学教学中创新设计探究性实验课应侧重遵循的主要原则，并通过案例介绍了探究性实验课的设计视角，反思了实施过程中应注意的问题。关键词：化学探究性实验；设计原则；案例分析；教学反思课程标准确立了化学课程改革的重点是 “以提高学生的科学素养为宗旨”，核心是“培养创新精神和实践能力”，要求“化学课程通过知识与技能、过程与方法、态度情感与价值观三维目标来体现对未来社会公民科学素养的培养”。探究性实验课是培养学生科学素养、创新精神和实践能力的主阵地，能较好地传授创新思维的基本方法，提高学生创新思维的实际价值。目前广大一线教师正在积极开展探究性实验教学，出现了许多优秀的探究性实验课案例。本文结合自己近几年来在省、市、县的听课经历和教学实践，谈谈在初中化学教学中如何创新设计探究性实验课。一、设计原则探究性实验的教学设计要以学生的主动学习和创新能力发展为原则，在本质上应该以学生全程体验学习过程、获得探究能力的发展为标志。实施过程中除了遵循探究性教学的一般性原则（如主动性、探究性、实践性、趣味性、安全性、绿色化等）以外，还应侧重遵循以下原则：1. 科学性原则设计探究性实验要有科学性。对未知物成分与性质的研究，有关观点的质疑和异常现象的思考等，原理要求正确，不能给学生误导，更不能任意假设而变成“为探究而探究”。同时教师在整体上把握化学探究性学习的目的、内容、方法和要求的内部联系，准确认知教材各级主题之间的联系，分析学生的已有经验，做到符合教材的整体逻辑，贴近学生实际，体现教学过程的内在完整、合理和可操作的教学逻辑。2. 简约性原则设计探究性实验要有简约性。整个实验的设计要体现“器材选择范围广、操作简便、现象明显”的特点，力争用较少的实验步骤和实验药品，在较短时间内完成实验，对于定量性实验还要考虑系统误差小。过繁或过于复杂的装置会转移学生的注意力，容易导致学生心理上产生畏难情绪，影响对实验过程的分析思考。3. 方法性原则设计探究性实验要侧重方法性。以化学学科的基本思想和基本方法为指导，着力于培养学生的科学素养。一方面，教师设计的探究性实验本身要基于一定的思维方法基础，如对比试验法、控制变量法、不完全归纳法、演绎推理法等。另一方面，要让学生在设计的探究性实验中获得新的方法、新的感悟，在原有的基础上有质疑，有批判，有创新。因此在素材选择上要摒弃那些变相简单重复的实验，善于嫁接和整合多种思维方法，促使学生开阔思路，让学生在实验课后感到余味无穷。4. 发展性原则设计探究性实验要体现发展性。一方面要求教师在设计探究性实验时应考虑学生能力发展的需要和今后学习潜能开发的需要，当学生对某个实验、某个知识有疑问或想法时，恰恰是学生想获取知识、提高能力的最佳时期，是学生能力的最近发展区，教师有意识的指导就是协助学生思考，引导学生提出自己独特的见解并学会如何获取知识。另一方面要求教师能准确把握教学要求，把握教材在探究内容的基础性、思维的深广度、实践的难易度等由低级到高级发展的规律，有目的地将某些探究性实验分解到新授、单元复习、总复习中，促进学生在知识与技能、过程与方法上不断发展、创新、提升，实现教学的增值效果。二、设计视角1. 思考实验异常现象，从实证的角度来设计在课堂实验中，有时经常出现一些异常现象，仅凭教材的粗略解释难以让学生信服，也容易扼杀学生探究欲望。如：某些实验后的产物与预期的情况不一致，或伴随着不可忽视的其它现象，有的是产物中含有其它杂质，有的甚至是得不到预期的产物，这些往往需要通过实验来进一步证实。教师要善于利用这些在课堂实验中生成的问题，设计实证性实验探究课，引导学生抓住化学变化的本质进行探究，培养学生严谨的科学态度，严密的思维能力。案例1“镁与硫酸铜溶液反应异常现象的探究”片段：师：问题1镁条与硫酸铜溶液反应，你预计的现象是什么？生：学生回答镁条表面有红色固体析出，溶液有蓝色逐渐变为无色。师：问题2如何操作来验证你的预计？生：实验将镁片用砂纸打磨，将其放入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。观察现象镁片表面有大量气泡；有黑色固体聚集在镁片上，有的脱落；溶液由蓝色澄清透明逐渐变为不透明。师：问题3为什么会产生大量气泡？你的猜想是什么？资料产生的气体是H2。生：交流讨论产生H2的原因： 镁条与水反应， 硫酸铜溶液的显酸性。 师：问题4怎样设计实验来验证你的猜想？生：实验 1将打磨后的镁条放入水中，2用pH试纸测定硫酸铜溶液的酸碱性。观察现象1无气泡，2pH7。解释（略）。师：问题5黑色固体中是否含有铜？资料 固体的颗粒小到一定程度时，物理性质可能改变，例如细铁粉为黑色。生：交流讨论 根据质量守恒定律和资料作出猜想：黑色固体可能含有铜。设计实验（略）。这类对化学实验异常现象再思考而设计的实验探究课，首先要求教师善于抓住平时教学中生成的问题，主动查阅相关资料，合理设计探究问题。同时也要求引导学生仔细分析实验过程，抓住实验的细节：反应物（种类、纯度、用量）、实验操作的步骤、反应的条件等因素。在课堂讨论中要抓住化学变化的本质，充分运用提供的信息并结合质量守恒定律进行理性分析、判断和推理。类似上述实验的素材还有：浓烧碱溶液与酚酞变色的研究、一氧化碳还原氧化铜（氧化铁）的产物、氢气在氧气中燃烧的产物、钠与硫酸铜溶液反应的产物等。2. 质疑有关化学常识，从反思的角度来设计化学是一门基础的自然学科，初中是学生形成化学概念、掌握化学基本原理、基本思想、基本方法、基本技能的关键时期。由于学科的特点，有些现象的说明涉及到许多知识，往往还不能比较精确地解释到位，甚至就先用一些粗略的观点来说明。但学生的思维在形成过程中常会产生一些质疑，教师对这些问题却不能回避。这时教师就可以有意识地设计反思性实验探究课，对生活中的一些化学常识再质疑，培养学生进行科学探究的能力。案例2“灯火实验可靠吗？”探究片段：师：问题1在进入久未开启的菜窖前，人们常用燃着的蜡烛做“灯火实验”，你知道这样做的道理吗？生：交流讨论用燃着的蜡烛做灯火实验，如果蜡烛熄灭，说明CO2的浓度已经过高，人就不能直接进去了师：问题2资料显示：当空气中CO2的浓度达到6%时，人就可能因窒息而死。那么：达到6%时，燃着的蜡烛会立刻熄灭吗？怎样设计实验证明？生：交流讨论二种猜想。粗略收集一瓶CO2的体积分数为6%的空气样品的方法：在集气瓶内预先装总体积的6%的水，在用排水法收集CO2，恰好排掉里面的水即可。分组实验量出集气瓶的容积计算出容积的6%量出相应体积的水倒入集气瓶用排水法收集将燃着的蜡烛迅速伸进集气瓶。观察现象未熄灭。师：问题3如何测出当燃着的蜡烛立刻熄灭时空气中CO2的浓度极限？生：交流讨论猜想CO2的浓度极限可能为：10%-15%，15%-20%，20%-25%，25%-30%。分组实验同上。观察现象 师：问题4在菜窖里做“灯火实验”，导致蜡烛熄灭的因素CO2吗？你对刚才所做实验有什么建议和想法？生：交流讨论地窖中植物进行呼吸作用，导致O2的浓度偏低，CO2的浓度偏高。燃着的蜡烛立刻熄灭的原因是O2的含量低，所以应该测定使燃着的蜡烛立刻熄灭的O2的浓度极限更为科学。引导学生质疑反思，是化学探究性教学的关键，可以培养学生良好的科学素养，为今后进一步学习和工作奠定基础。这类探究性课题的选择要求教师把握问题的核心，巧妙设计与学生所学知识相联系的探究实验，这样可以使相关知识和技能得到迁移，让学生体验了“发现问题分析问题解决问题”的过程，并在体验的过程中获得研究问题的方法，逐步提高自己的能力。类似上述实验的素材还有：能使带火星的木条复燃的气体一定是纯氧吗（能使带火星的木条复燃的空气中氧气的体积分数的最小值），“烧不坏的手帕”实验中手帕真的烧不坏吗（酒精和水混合的比例范围）等等。3. 拓展相关化学原理，从推理的角度来设计 初中化学是一门基础学科，所涉及的知识与原理本身有一个不断完善的过程，由于学科的特点和学生知识水平的局限，对某些原理或现象只能先作原则性、一般性的解释，甚至要先作为特例记住。但是在教学过程中却经常遇到部分学有余力的同学提出“为什么”，或者在解决有关问题的过程中又必须告知学生，这时就需要以“查阅资料”的形式提供给学生，或者有意识地设计相关问题的推理性探究，满足学生的求知欲望，培养学生逻辑推理和演绎推理的能力。案例3“有关燃烧条件的再探究”片段：师：问题1将集气瓶罩在蜡烛上，会观察到什么现象呢？为什么？生：实验1 蜡烛熄灭。猜想（1）瓶内的氧气耗尽了；（2）瓶内二氧化碳浓度过高；（3）上述两种猜想兼而有之。师：问题2是不是瓶内就真的没有氧气了呢？我们再用另一种物质在里面烧烧看。生：实验2如图1所示。观察现象蜡烛熄灭，白磷燃烧并产生大量白烟。讨论交流 燃烧不仅仅需要与氧气接触，还需要氧气达到一定的浓度。师：问题3集气瓶内剩余气体主要有哪些呢？为什么氧气被消耗了，而N2和CO2有剩余呢？ CO2是不是就真的没有助燃性呢？生：实验3如图2所示。将打磨好的镁条用坩埚钳夹持，在酒精灯上引燃，迅速伸入盛有二氧化碳的集气瓶中。观察现象 发出耀眼的白光，瓶壁上附着有白色固体和黑色固体。 设计这类推理性实验探究课能拓展学生的知识面，但在设计时要充分考虑学生的基础，科学处理好相关内容，巧妙隐藏有关结果，适当延伸学生的努力，给学生广阔的发散思维空间和实践机会，激发学生内在的学习动机，让学生成为“发现者”。类似上述问题的素材还有：Na2CO3溶液为什么显碱性，盐类溶液酸碱性的再探究，气体溶解性与溶液酸碱度的关系，复分解反应条件的再探究等。4. 分析未知物质成分，从验证的角度来设计新课程对“常见物质的检验”和“实验方案及装置的设计、改进和评价”的相关知识点在难度上有了明显的降低，但在活度上却有了显著的提高，更加侧重于运用所学的基本化学原理来解决实际生活中的问题，从而来评价学生解决实际问题的能力。教师可以将基本的知识和方法渗透到身边的实际问题中，设计一些对物质成分的探究性实验，增强应用性、注重综合性、体现开放性的原则，逐步培养学生的运用能力，让学生由“学会化学、会学化学”到“理解化学、亲近化学”，最终“懂得化学、钻研化学”。案例4 “污渍爆炸盐成分的探究”片段：师：创设情境介绍“爆炸盐”。（展示图片、实物、商品信息及相关资料）。生：观察获取信息（图3）：“爆炸盐”的主要成分是过碳酸钠（Na2CO4），俗称“固体双氧水”，白色结晶颗粒，其溶于水后，会产生一种碳酸盐和另一种化合物。师：问题1这种碳酸盐和另一种化合物分别是什么呢？如何设计实验来验证？生：猜想与交流 两种物质可能是碳酸钠和过氧化氢。验证碳酸盐的试剂是稀盐酸和澄清的石灰水，验证过氧化氢的试剂是二氧化锰。实验验证碳酸钠和过氧化氢的存在，并交流结果。师：问题2 怎样设计一套既能验证过氧化氢，又能验证碳酸钠的实验装置。生：交流与讨论 如何来放置试剂和控制开关顺序？（设计的装置如图4所示） 对未知物成分的验证性实验探究首先要求学生熟悉常见物质的检验原理，能排除对混合物中几种成分检验时的干扰，同时还要求学生有优先检验的技巧、间接检验的方法以及综合分析问题的能力。教师在设计时要抓住主要问题，使探究的目标更明确，引导学生根据问题进行尝试，通过验证发现结果并形成报告，整个过程中更注重思维能力、综合能力。类似上述问题的素材还有：体操运动员手上涂的“镁粉”的成分、制作糕点用的“膨化剂”的成分、“融雪剂（化冰盐）”的成分、塑料袋的成分、热水壶底水垢的成分等。5. 优化有关实验方案，从定量的角度来设计在科学实验中经常需要进行定量研究，实验前要围绕实验目的进行思考：运用什么原理，需要测定的哪些数据，怎样来测定这些数据，有哪些方法，哪些数据是有效的，测定的过程中可能有哪些因素干扰，怎样避免干扰。教师把这些问题综合起来，设计一些定量性实验探究课，可培养学生开放性思维，使学生学会对所学的化学原理进行综合应用。在搜集多种方案的过程中又培养了学生缜密的思维和实验评价能力，学会分析误差的原因并设计实验来减少误差，保证实验数据的真实性。案例5 “工业纯碱样品中Na2CO3质量分数的测定” 片段：师：问题1工业纯碱（只含Na2CO3和NaCl）样品中Na2CO3的质量分数如何测定？生：交流讨论1、气体分析法：将Na2CO3转化为CO2，通过测定CO2的体积或质量来推算；2、沉淀分析法：将Na2CO3或NaCl转化为沉淀，通过测定沉淀的质量来推算。师：问题2气体分析法：如何测定CO2的体积或质量？怎样检验装置的气密性？分析实验装置是否存在缺陷？这些缺陷对实验结果有何影响？生：交流讨论选用的装置如图5、6、7、8、9所示：师： 问题3沉淀分析法：所用药品、操作步骤、误差原因等。生：交流讨论操作流程如图10所示。讨论下列问题：（1）沉淀A的化学式，溶液M中的溶质的化学式；（2）确定CaCl2溶液是否过量的方法；（3）该固体混合物中Na2CO3的质量分数的计算式；（4）导致测定的结果偏大的原因。 这类对实验方案再优化而设计的实验探究课，要求学生对涉及的化学原理要比较熟悉，实验目的比较明确，学会运用“头脑风暴”法搜集多种方案并进行评价和选优。解决问题的过程中要结合实验的情景，对测定的数据进行思考、分析，排找实验不严密的部分并设法改进。类似上述问题的素材还有：测定变质后的烧碱固体中NaOH的质量分数，空气中氧气含量的再测定，测定Cu-Zn合金中Cu、Zn的含量，测定人呼出的气体或竹节内的气体或鱼鳔内的气体中氧气的含量等。三、教学反思课程标准确立了初中化学教材的指导思想，阐述了其内容要素、内容框架、编写思路，教师可以对照课程标准，从教材的整体体系上研究教学法，研究时应侧重于如何解析教材思路、怎样优化教学思路以及怎样确当地对教材作适度演绎。在设计探究性实验课时，要将教学设计中的静态构成要素（教学内容的确定、教学情境的设置）和动态构成要素（教学活动的组织、学习过程的指导）有机结合起来。一方面要始终把握教学内容这一“基本点”。内容设置要基于教材、又适度高出教材，充分挖掘教材内外打通的部分，但不能超出课程标准、超出学生已有的认知经验，让学生能“发现类似”，避免将高中知识简单地“下放”，加重学生的负担。实践中我们也会看到一些“双超”的探究性实验课的案例，使学生无法实现由已有的知识经验向面临的新任务和预期的新能力迁移的过程，导致整节课的教学目标无法达成。另一方面要凸显教学过程这一“闪亮点”。以“有效”为标志，打造高效的课堂，实现“教师教材学生”三维的互动。这就需要精心预设问题，充分预见问题，遵循一定的逻辑思维规律，科学指导学生活动，促进学生在课堂上产生思维碰撞，在预设性问题中巩固知识、提升能力，在生成性问题中拓展思维、挖掘潜能。实践中我们发现，教师的专业素养是影响探究性实验课设计的至关重要的因素。在以学生活动为主体的探究性实验课中，教师要为学生创设恰当的思维空间、思维氛围以及合理的思维长度，来实现师生共同发展的互动过程。这就需要教师有厚实的专业知识，在身边配备必要的工具书，订阅化学教育与教学方面的杂志，研究现代教学方法、教学设计，了解相关学科的知识，熟悉和关注化学前沿知识、化学史的相关内容，通过不断学习和研究来巩固自己的专业水平，丰富自己的知识面，提高自己的教学水平和艺术，做到“专”与“博”相统一，在此基础上不断设计出有创意、重能力、有思想的探究性实验课。参考文献：1教育部.全日制义务教育化学课程标准(实验稿)M.北京:北京师范大学出版社,2001. 2张健如.实施化学新课程的几点思考.http:/www.chemedu.cn/gonggao/ysb/01.ppt3吴国庆.化学创造性思维培养方略M.海口:南方出版社.2001.4王后雄.中学化学新课程课堂教学设计J.中学化学教学参考,2008（10）:12-15.5严济良.新课程背景下化学探究教学的哲学思考J.中学化学教学参考,2008（9）:3-4.6钱海如.初中化学实验探究题的设计新视角J.化学教学,2008（9）:10-14. ( 本文已经发表在化学教与学2008年第24期