初中化學教學中科學探究的案例研究

宮朋飛 王永金

摘要：科學探究為中學化學教學中學生核心素養培養的一項重要方式。本文在案例的基礎上，展示學生思維引導、探究環節設置等方面的設計，以開展高品質的科學探究活動。

關鍵詞：科學探究 初中化學 二氧化碳性質 教學案例

科學探究的要素主要包括以下幾點：提出問題、猜想與假設、設計實驗、進行實驗、現象的觀察、解釋與結論等，而表達與交流、反思與評價則貫穿各要素中。如何開展高品質的科學探究活動？初中學生由于剛接觸科學探究活動，對科學探究的思路和方法掌握得都不是很好，要高效完成科學實驗探究的全過程，還是有一定難度的。本文擬以“二氧化碳的制取”為例，探討如何開展科學探究活動。

一、教材的地位和作用

本節課是學生學習了碳單質的相關內容及二氧化碳的性質后的教學內容。二氧化碳的實驗室制取研究可以很好地提高學生的科學探究思維水平和實驗操作能力，對于實驗室中氣體制取中方案的設計藥品的選擇、裝置的完善等，是絕好的訓練材料。學生高效地完成這節教學內容，可以鞏固前面學習的元素化合物知識、提高化學實驗技能、提升科學探究能力。

二、學情分析

在以前的學習中，學生已經學會了關于實驗室制氧氣的相關知識，熟悉了相關的實驗操作技能，換句話說，對于如何實驗室制取二氧化碳學生已有了可模仿的對象。通過分組合作的方式，運用科學探究的方法，使用類比的思想，設計出一套實驗室制取二氧化碳的裝置的教學目標是可以完成的。

三、教學目標

1.知識目標：了解實驗室制取二氧化碳的原理;探究實驗室制取二氧化碳的裝置;掌握實驗室制取氣體的思路。

2.能力目標：利用教師提供的實驗用品改進和重新設計方案，并組裝裝置進行二氧化碳的制取實驗。

3.情感目標：培養學生善于合作、勤于思考、嚴謹求實、勇于創新和實踐的科學精神。

四、教學重、難點

1.教學重點：制取二氧化碳的原理和藥品的選擇，并進行實驗設計，然后利用自己設計的實驗裝置進行二氧化碳的制取實驗。

2.重點突破：根據二氧化碳的反應原理來選擇藥品，通過學生分組科學探究，對探究實驗現象進行對比分析，從而確定實驗室制取二氧化碳的反應裝置和藥品。

3.教學難點：根據二氧化碳的制取原理，探究實驗室制取二氧化碳的實驗裝置。

4.難點突破：通過對比，在學生已經掌握的氧氣制取裝置的基礎上，比較得出實驗室制取氧氣與二氧化碳的反應物狀態、反應條件等的異同點，進而確定實驗室制取二氧化碳的裝置。

五、教法分析

引導啟發、探究活動、研究對比、合作交流、討論歸納相結合的教學法。

六、學法指導

學習本節課時，學生應在教師的引導下分析、歸納，積極地參與到科學探究中去，整理出實驗室制取二氧化碳氣體的思路，發現并思考問題，讓學生學會科學探究的學習方法。

七、教學過程

【復習提問】我們已經學習過一些生成二氧化碳的反應，你能寫出哪些？看誰寫得多？

【設計意圖】對已學知識進行復習回顧，引導學生回憶二氧化碳的性質及生成二氧化碳的相關反應。

【提出問題】制取二氧化碳分實驗室制法和工業制法，今天重點學習實驗室制法。能制取二氧化碳的反應有很多，實驗室制取二氧化碳選用哪種方法好？

【設計意圖】引導學生回顧生成二氧化碳的反應，直入主題，同時充分調動學生思維，讓學生在回顧中學習新知識，體會學習的漸進性、連續性和趣味性。

【提出假設】

方案一：大理石與稀鹽酸;

方案二：大理石與稀硫酸;

方案三：碳酸鈉與稀鹽酸;

方案四：碳酸鈉與稀硫酸。

……

【合作交流一】方案二是否合理？

【展示點評】方案二不合理。方案二中為塊狀大理石與稀硫酸反應，生成二氧化碳、水和不溶性硫酸鈣，不溶性碳酸鈣附著在塊狀大理石的表面。

【實驗探究一】實驗臺上面提供了四種藥品：大理石、碳酸鈉、稀硫酸、稀鹽酸。請同學們分小組完成按方案一、三、四完成實驗探究。

【實驗現象】大理石與稀鹽酸反應速度適中，能大量、連續產生二氧化碳氣體;碳酸鈉粉末與稀鹽酸、稀硫酸反應，反應速度過快，不利于收集二氧化碳，不易操作。

【結論】實驗室用大理石和稀鹽酸反應制取二氧化碳。

【點評】學生通過合作交流，探討出方案二不宜用于實驗室制取二氧化碳;再通過實驗探究，分別從反應快慢、操作難易等角度做出科學分析，探究出實驗室制取二氧化碳的反應原理，培養科學探究精神。

【提出問題】我們清楚了實驗室制取二氧化碳的原理，如何根據實驗室制取二氧化碳的原理設計出二氧化碳的發生裝置？

【設計意圖】問題情境引導學生進入下一課題——探究實驗室中制取二氧化碳的裝置，為應用所給教具設計實驗室制取二氧化碳的裝置作鋪墊。

【問題情境1】請同學們回憶實驗室用高錳酸鉀制取氧氣的裝置（投影），分析該反應的反應物和生成物的狀態、反應條件等因素，思考實驗室用大理石和稀鹽酸反應制取二氧化碳能否使用高錳酸鉀加熱制取氧氣的發生裝置。

【設計意圖】科學探究要有所依據，通過對比實驗室制取氧氣的反應物和生成物的狀態、反應條件、實驗裝置等因素，引導學生使用對比分析和類比的思想分析問題、解決問題，激發學生的思維。

【問題情境2】選擇氣體發生裝置需注意哪些因素？選擇氣體收集裝置需注意哪些因素？（反應條件和反應物狀態;氣體溶解性和氣體密度）

【合作交流】分小組合作交流，依據提供的實驗器材，設計制取二氧化碳的裝置。

【設計意圖】使學生學會合作，鍛煉學生的溝通、交流、合作能力;提升實驗設計能力，提高學生思維能力。

【實驗探究二】實驗臺上面提供了多種儀器，你認為應選擇哪些儀器作為制取二氧化碳的裝置？怎樣組合？請同學們根據以上分析，設計實驗室制取二氧化碳的裝置（分組）。

【設計意圖】使學生通過小組合作，自己動手，設計、連接實驗裝置，培養學生的實踐能力，提升學生參與探究活動積極性。

【展示匯報】展示各小組設計的實驗裝置，評價各裝置的優缺點。

根據上述比較，同學們分析、設計實驗室制取二氧化碳的裝置（分組）。

【設疑】還可以用什么儀器代替？

【設計意圖】培養學生變通能力和發散思維，讓學生學會比較，學會觀察;能合理使用教學用具，會利用所提供的教具設計和改進實驗方案，并設計裝置進行制取和收集二氧化碳。

【實驗探究三】實驗室制取二氧化碳，注意：（1）檢查裝置氣密性;（2）加藥品;（3）收集（怎樣收集？為什么？）

【設計意圖】學生分組動手實驗，熟悉實驗室制取二氧化碳的操作過程，訓練其科學探究能力。

【實驗探究四】如何判斷是否收集滿二氧化碳？

方案一：用一根燃著的火柴在集氣瓶口處檢驗;

方案二：向收集滿二氧化碳的集氣瓶中倒入少量澄清的石灰水檢驗。

【設計意圖】復習并應用二氧化碳的性質，提升學生引申、遷移的能力，學會二氧化碳的驗滿方法。

【思維拓展】學以致用，選用家中現有的物品（墨水瓶、塑料小瓶、圓珠筆芯等）制作一套制取二氧化碳的裝置。在班級進行展示，并在老師指導下實驗。

【布置作業】完善《實驗報告》。

八、點評

本節課的教學運用了新課程理念，創設問題情境引入對實驗室制取二氧化碳的原理、藥品、裝置、收集和驗滿等方面的科學探究。通過復習氧氣實驗室制取，學生了解實驗室制取氣體裝置的設計思路，然后讓學生自行選擇儀器組裝一套制取二氧化碳的裝置，再分組合作交流，體會各自裝置的優缺點，最終確定最佳裝置;在實驗前對制取二氧化碳的操作要點、收集、檢驗操作和裝置分別進行探究。整節課以學生為主體，教師為引導，創設問題讓學生討論，適當點撥指導，使學生的思維得到拓展。學生們在提出假設、設計實驗、分組實驗、觀察實驗現象、解釋結論中愉快地完成本課研究。