借助化學(xué)探究實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)學(xué)生思維能力

季龍新

（南通市通州區(qū)石港中學(xué) 226351）

隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，進(jìn)行以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和實(shí)踐能力為核心的全面素質(zhì)教育已成為社會(huì)各界的共識(shí)，與此相適應(yīng)的新的學(xué)科教學(xué)模式的研究也日趨深入。在實(shí)踐中我們不斷意識(shí)到：化學(xué)教學(xué)應(yīng)該倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與活動(dòng)，變學(xué)生的“授受式”學(xué)習(xí)為“自主式”、“探究式”學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中不失時(shí)機(jī)地培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科的思維方法和科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生能夠自覺地按照化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)去分析和解決問題；注重學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，突出化學(xué)對生活、社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步的重要作用，是我們化學(xué)教育工作者的職責(zé)。下面是我在教學(xué)中借助化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生思維能力的一些做法，供大家參考，如有不當(dāng)，請各位同仁批評(píng)指正。

一、結(jié)合化學(xué)課本中演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力

在學(xué)完人教版下冊第十單元《酸和堿》的內(nèi)容后，結(jié)合人教版上冊第六單元《碳和碳的氧化物》中課題1“金剛石、石墨和C60”中【實(shí)驗(yàn)6-2】用木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)裝置圖如下）設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)：將干燥的木炭粉和氧化銅的混合物放在試管中加強(qiáng)熱至無氣體生成為止，然后先把導(dǎo)管上彈簧夾移至橡皮管上將橡皮管夾緊，再停止加熱。待試管冷卻至室溫后，將試管內(nèi)剩余固體倒出，觀察到剩余固體中既有紅色物質(zhì)，又有黑色粉末。紅色物質(zhì)是銅。那黑色粉末是何物質(zhì)呢？請學(xué)生們猜想并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以探究。待學(xué)生思考一段時(shí)間后，再提問學(xué)生黑色粉末的組成。甲學(xué)生猜想是氧化銅；乙學(xué)生猜想是木炭粉。有無可能是氧化銅和木炭粉的混合物呢？有的學(xué)生說有可能；也有學(xué)生說不可能。在對實(shí)驗(yàn)作了深入分析后，知道試管內(nèi)物質(zhì)加熱至無氣體生成時(shí)，試管內(nèi)剩余固體中不可能再同時(shí)存在氧化銅和木炭粉了。

在學(xué)生知道了黑色粉末可能是氧化銅或木炭粉后，接著提問學(xué)生如何通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證？有的學(xué)生說：將剩余物質(zhì)放在空氣中灼燒，若黑色粉末消失了，說明該黑色粉末是木炭粉，若黑色粉末不消失，則是氧化銅。

此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案是否科學(xué)合理呢？要求學(xué)生根據(jù)木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)中剩余物質(zhì)的組成是銅和氧化銅或銅和木炭粉的混合物，分析上述設(shè)計(jì)方案的可行性。提問學(xué)生：把試管中剩余固體放在空氣中灼燒時(shí)，木炭粉能與空氣中氧氣反應(yīng)生成CO2，黑色木炭粉會(huì)消失，那剩余固體中銅灼燒時(shí)，能不能與空氣中氧氣反應(yīng)？如能反應(yīng)，反應(yīng)后會(huì)生成什么物質(zhì)呢？學(xué)生們說能反應(yīng)生成氧化銅。進(jìn)一步提問學(xué)生，氧化銅也是一種黑色粉末，那最終黑色粉末會(huì)消失嗎？至此，學(xué)生們才真正搞清了上述方案的不可行性。即不管剩余固體中黑色粉末是氧化銅還是木炭粉，通過在空氣中灼燒剩余固體時(shí)，黑色粉末不可能消失，相反紅色固體會(huì)消失。

上述設(shè)計(jì)方案不正確。那又如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究黑色粉末的組成呢？學(xué)生們經(jīng)過思考后，有的認(rèn)為可以向剩余固體中通入氫氣并加熱，看黑色固體粉末是否消失，若黑色固體消失了，則黑色粉末是氧化銅，否則是木炭粉；有的認(rèn)為可以取少量剩余固體放在試管中，加過量的稀硫酸并微熱，看黑色固體是否溶解，若黑色固體溶解了，則是氧化銅，若不能溶解，則是木炭粉。

針對后兩種探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，要求學(xué)生說出其實(shí)驗(yàn)原理，并分析實(shí)驗(yàn)方案的可行性和實(shí)用性。經(jīng)過分組討論，學(xué)生們認(rèn)為后兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案均是可行的，但用通氫氣并加熱的方法不實(shí)用，因?yàn)樵摲桨覆僮髀闊┣也话踩茪錃獠z驗(yàn)氫氣純度，還要先通一會(huì)兒氫氣才能加熱，反應(yīng)完成后要待試管冷卻后，才能停止通H2，且實(shí)驗(yàn)中要多耗用藥品。通過向少量剩余固體中加入過量稀硫酸并微熱的方法，實(shí)驗(yàn)簡單，現(xiàn)象明顯，方案實(shí)用。

二、結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)中異常現(xiàn)象設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生求異思維能力

在學(xué)習(xí)人教版下冊第十單元《酸和堿》的課題1“常見的酸和堿”的內(nèi)容時(shí)，有時(shí)做酸堿指示劑酚酞與酸或堿溶液作用實(shí)驗(yàn)會(huì)看到有異常現(xiàn)象發(fā)生，如向稀硫酸或稀鹽酸中滴入無色酚酞溶液，有白色渾濁現(xiàn)象產(chǎn)生。如果發(fā)生這種情況，可先向?qū)W生說明這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與課本上所述酚酞溶液不變色的現(xiàn)象是相悖的，然后和學(xué)生們一起分析產(chǎn)生白色渾濁現(xiàn)象的原因并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以證明，再設(shè)法使異常現(xiàn)象消失。為了弄清原因，我們先要了解酚酞的性質(zhì)及其溶液的配制方法。

實(shí)驗(yàn)室所用的酚酞是一種不溶于水的白色晶體粉末，易溶于乙醇。在堿性溶液中，酚酞的無色內(nèi)酯開環(huán)生成醌式結(jié)構(gòu)，顏色就呈紅色。當(dāng)遇濃的強(qiáng)堿時(shí)，酚酞又可轉(zhuǎn)化為無色的羧酸鹽。它的變色范圍是 pH8．0（無色）～10．0（紅色）。酚酞溶液的配制方法是：1L90%乙醇中溶解lg酚酞。實(shí)驗(yàn)室配制酚酞試液用的溶劑，也可用75%的醫(yī)用酒精，如把約0．1g酚酞溶在100mL 75%的醫(yī)用酒精中。用很稀的酚酞的酒精溶液做酸堿指示劑的效果比較好。

要求學(xué)生根據(jù)酚酞的性質(zhì)，猜想稀硫酸或稀鹽酸中滴入酚酞溶液后產(chǎn)生的不溶于水的白色固體是什么？此時(shí)學(xué)生自然會(huì)猜想到白色固體是不溶于水的酚酞。再要求學(xué)生根據(jù)酚酞溶液的配制方法加以分析，弄清酚酞從溶液中析出的原因。酚酞溶液配制方法中提到酚酞溶液配制很稀效果較好。若配制的酚酞溶液使用次數(shù)過多且放置時(shí)間太長，酒精揮發(fā)過多，其溶液濃度會(huì)怎樣？學(xué)生們說溶液濃度會(huì)變大。若將濃度大的酚酞溶液滴入稀硫酸或稀鹽酸中，酚酞溶液和稀酸接觸后，酚酞溶液中的溶劑酒精就會(huì)有一部分要溶解到稀酸中的水里，此時(shí)酚酞溶液中的溶劑酒精量會(huì)變少，溶液中是不是就會(huì)有一部分溶質(zhì)酚酞成為晶體結(jié)晶析出呢？學(xué)生們通過思考后，回答是肯定的。

在學(xué)生弄清上述實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象原因后，再進(jìn)一步提問學(xué)生，如何通過實(shí)驗(yàn)證明產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因，又采取什么措施使異常現(xiàn)象中的白色渾濁現(xiàn)象消失呢？通過小組討論，學(xué)生們認(rèn)為可向該酚酞溶液中再加入酒精，使酚酞溶液濃度變稀，然后取未使用過的上述稀硫酸或鹽酸，滴入稀釋后的酚酞溶液，看有無白色渾濁現(xiàn)象產(chǎn)生。按照學(xué)生們的想法，并用稀釋后的酚酞溶液做了重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)酚酞溶液滴入稀硫酸或稀鹽酸中無任何現(xiàn)象產(chǎn)生，證明對上述實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象產(chǎn)生的原因的分析是正確的。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生們也就很快想出了使渾濁現(xiàn)象消失的方法。具體實(shí)驗(yàn)操作如下圖所示：

三、結(jié)合化學(xué)課本中所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力

在學(xué)習(xí)人教版下冊第十單元《酸和堿》的課題1“常見的酸和堿”中堿的物理性質(zhì)時(shí)，取2～3粒氫氧化鈉固體放在一塊表面皿上，觀察其具有吸收水分發(fā)生潮解的性質(zhì)后，未將其及時(shí)處理掉，放在空氣中暴露了1～2天時(shí)間，看到其表面的水分沒有了，固體表面變成與原來氫氧化鈉固體顏色不同的白色。

利用上述實(shí)驗(yàn)后粘貼在表面皿中的物質(zhì)，待學(xué)生學(xué)完了鹽的化學(xué)性質(zhì)后，結(jié)合氫氧化鈉能與空氣中CO2反應(yīng)生成碳酸鈉和水，碳酸鈉溶液呈堿性的知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：證明暴露在空氣中一段時(shí)間的氫氧化鈉固體已變質(zhì)。

先讓學(xué)生猜想上述實(shí)驗(yàn)中暴露于空氣中幾天后的氫氧化鈉固體表面產(chǎn)生的與原來氫氧化鈉固體顏色不同的白色物質(zhì)是何物質(zhì)？甲學(xué)生猜想是碳酸鈉；乙學(xué)生猜想是碳酸鈉和氫氧化鈉的混合物。如何通過實(shí)驗(yàn)證明白色固體物質(zhì)中含有碳酸鈉？丙學(xué)生提出的證明方法是向白色固體中加入過量稀鹽酸，看到有氣泡產(chǎn)生。

然后又讓學(xué)生思考如何通過實(shí)驗(yàn)證明氫氧化鈉固體有無全部變質(zhì)？提問學(xué)生能否通過向?qū)⒆冑|(zhì)后的物質(zhì)溶液中滴加酚酞溶液的方法來證明氫氧化鈉是否全部變質(zhì)？有的學(xué)生回答能，因?yàn)闅溲趸c溶液能使酚酞溶液變紅；有的學(xué)生回答不能，因?yàn)轭}中已告訴我們碳酸鈉溶液呈堿性，也能使酚酞溶液變紅，即不管氫氧化鈉有無全部變質(zhì)，變質(zhì)后的物質(zhì)的溶液一定呈堿性，一定能使酚酞溶液變紅。不能通過向變質(zhì)后的物質(zhì)溶液中加酚酞溶液來檢驗(yàn)其中是否含氫氧化鈉，那我們可采取什么方法呢？提示學(xué)生需先加入一種呈中性的不與氫氧化鈉反應(yīng)而只能與碳酸鈉溶液反應(yīng)且反應(yīng)后無堿性物質(zhì)生成的物質(zhì)的溶液，將碳酸鈉全部反應(yīng)掉后，再加入酚酞溶液，看酚酞是否變紅，若變紅說明固體中仍有氫氧化鈉存在；否則氫氧化鈉已全部變質(zhì)。具體實(shí)驗(yàn)操作可用下圖表示：

通過以上的探究實(shí)驗(yàn)，我們不僅能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力及靈活運(yùn)用知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，而且能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)及自主探究和自主學(xué)習(xí)的能力，還能使學(xué)生在做化學(xué) （即探究）中形成終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。