初中化學(xué)探究性實驗教學(xué)改革探究
——以“二氧化碳實驗室制法探究”為例

胡佳雷

（甘肅省隴南市成縣南康學(xué)校，甘肅 隴南 742507）

化學(xué)學(xué)科，其主要目的是通過一定的試驗更好地驗證自然科學(xué)，因此，有其獨有的學(xué)科特點，而在化學(xué)教育教學(xué)過程中，通過應(yīng)用化學(xué)實驗的教學(xué)方法是幫助學(xué)生更好地了解化學(xué)本質(zhì)的有效探究性方法。在初中化學(xué)課堂和實驗中，采用探究式的教育教學(xué)方法，不僅僅能夠有效地提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，而且還能夠進一步地拓展學(xué)生的化學(xué)思維，與此同時還能夠在具體的試驗過程中更好地促進師生之間的交流和互動，更好地增進師生的情感，有利于營造良好的課堂化學(xué)育人氛圍，從而更好地培育出學(xué)生敢于實踐、敢于創(chuàng)新、勇于探究的化學(xué)實踐精神和操作技能，幫助學(xué)生更好地探究化學(xué)、探究自然。

一、初中化學(xué)探究性實驗教學(xué)啟示

新課程強調(diào)知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀為主要內(nèi)容的三維教學(xué)目標(biāo)，注重學(xué)生核心素養(yǎng)的形成，將學(xué)科核心素養(yǎng)思想滲透在初中化學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生有利于個人發(fā)展和社會發(fā)展需求的必備品質(zhì)和基礎(chǔ)能力。

例如，在“二氧化碳實驗室制法探究”中，學(xué)生需要理解實驗室制取二氧化碳原理，掌握制取步驟，對實驗藥品、儀器、實驗原理、實驗裝置進行全方位的掌握。在此基礎(chǔ)上，教師還需要發(fā)散學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生主動參與實驗活動中，運用翻轉(zhuǎn)課堂、導(dǎo)學(xué)案等新型教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

通過上述的教學(xué)計劃，教師可以做好知識與技能、過程與方法等內(nèi)容的教學(xué)。而在新課程的背景下，教師還需要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、情感認(rèn)知，對學(xué)生進行情感態(tài)度與價值觀的教育。對此，教師便需要關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新主觀意識，并基于學(xué)生的表現(xiàn)，對學(xué)生進行針對性的引導(dǎo)，以此在潛移默化中改變學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知，增強學(xué)生的三維素質(zhì)發(fā)展。

（一）創(chuàng)新教學(xué)方式，滲透化學(xué)思維

化學(xué)是一門用微觀解釋宏觀現(xiàn)象的學(xué)科，需要學(xué)生具有一定的化學(xué)思維。初中化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生的化學(xué)思維提出了明確的要求，要求學(xué)生能夠?qū)ξ镔|(zhì)的變化提出假設(shè)，解釋化學(xué)變化以及化學(xué)變化之間的聯(lián)系，確定化學(xué)變化的證據(jù)。因此，初中化學(xué)教師在教學(xué)過程中要更新教學(xué)理念，加強教學(xué)方式的創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生進行自主、合作、探究，對化學(xué)知識進行深層次的理解。所謂教學(xué)方式的創(chuàng)新，并不是簡單的“教法”，而是包括教、引導(dǎo)、評價在內(nèi)的多步驟內(nèi)容。

例如，在《奇妙的二氧化碳》教學(xué)中，教師可以基于本實驗所用藥品的可替代性，對傳統(tǒng)的重復(fù)性實驗教學(xué)活動進行創(chuàng)新，以學(xué)生的自主實驗作為新教學(xué)過程的核心。即在進行實驗室制取二氧化碳之前，教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生開展合作、探究式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過對課本知識的自主探究理解，制取二氧化碳的原理，進而能夠較合理地選擇實驗藥品以及實驗裝置。在學(xué)生初步掌握理論知識之后，教師再向?qū)W生提出問題：“在制取二氧化碳時有碳酸鈉的固體、粉末，碳酸鈣的固體、粉末以及濃度相同的稀鹽酸和稀硫酸，該如何選擇實驗藥品呢？”這樣的問題較有啟發(fā)性，學(xué)生的初步反應(yīng)是粉末性藥品更好，第二反應(yīng)是要探究碳酸鈉和碳酸鈣的差異。在這之后，教師便可以鼓勵學(xué)生以小組為單位，自主開展對比性實驗。

在對比性實驗中，學(xué)生們會觀察到較多不同類型的實驗現(xiàn)象。例如，有的學(xué)生是將碳酸鈣粉末融入水中，得到溶液后滴入稀鹽酸中。這一反應(yīng)過程便是立刻生成氣體。但有相反操作的小組，他們觀察到的現(xiàn)象是一開始稀鹽酸滴入碳酸鈣溶液中并沒有氣體，而是一會兒后才出現(xiàn)氣泡。在觀察到不同的實驗現(xiàn)象之后，學(xué)生們并沒有深入思考，而是簡單地記下了實驗現(xiàn)象，并準(zhǔn)備下結(jié)論。這便是學(xué)生的情感態(tài)度沒有得到發(fā)展的表現(xiàn)。對此，教師便可以進行引導(dǎo)性提問：“化學(xué)家們在起初的實驗中，他們想到了幾個問題，即不同的操作是否對氣泡產(chǎn)生的快慢起到了影響呢？咱們也來學(xué)習(xí)科學(xué)家的鉆研精神，進行比較、思考可以嗎？”在教師的引導(dǎo)激勵下，學(xué)生們便會得到科學(xué)精神的發(fā)展，即會進行深入的思考。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生們注意到了氣泡產(chǎn)生的快慢差異，并結(jié)合課本上的相應(yīng)知識，確認(rèn)了不產(chǎn)生氣泡是因為碳酸鈣和氯化氫先反應(yīng)，產(chǎn)生了氯化鈣和碳酸氫鈣。這樣的結(jié)論讓學(xué)生十分振奮。學(xué)生通過對比實驗探究，最后得出制取二氧化碳適合用碳酸鈣固體加稀鹽酸，其反應(yīng)原理是CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑。在學(xué)生確定反應(yīng)原理后，對比氧氣制作的裝置，學(xué)生掌握了固液反應(yīng)裝置，以及確定氣體收集裝置。最后讓學(xué)生自主地設(shè)計二氧化碳制取實驗，并進行實踐，以此形成化學(xué)思維。

（二）注重實驗研究，培養(yǎng)探究精神

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中，教師要利用實驗探究培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和探究能力，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計方案、實驗實踐、實驗反思等環(huán)節(jié)，對化學(xué)知識進行持續(xù)的探究，從而培養(yǎng)學(xué)生的實踐探究能力。在化學(xué)實驗實踐過程中，要以學(xué)生為主體，教師作為實驗的組織者和引導(dǎo)者，需要對學(xué)生進行正確的引導(dǎo)。

例如，在《奇妙的二氧化碳》教學(xué)中，教師提出問題：“現(xiàn)有三瓶失去標(biāo)簽的氣體，分別是空氣、氧氣、二氧化碳，如何將其進行鑒別？”學(xué)生根據(jù)氧氣和二氧化碳性質(zhì)的差別，設(shè)計了一個簡單的方案，用帶火星的木條檢驗，將其插入到其中一瓶氣體中，若火木條熄滅，則證明氣體是二氧化碳；若木條復(fù)燃，則證明氣體實是氧氣；若木條無變化就表明是空氣。通過這樣一個實踐探究的過程，學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識解決實際問題，讓學(xué)生初步認(rèn)識到科學(xué)探究的概念。當(dāng)然，要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，只進行這樣的簡單小實驗是不行的。教師可以鼓勵學(xué)生，結(jié)合自己的化學(xué)知識，探究更多檢測氣體的方法。對此，教師可以設(shè)定一些限制性條件，讓學(xué)生在不同的模擬條件下進行實驗探究。例如，教師可以增加瓶子的數(shù)量，設(shè)定某個瓶子是氫氣、某個瓶子是氨氣、某個瓶子是天然氣。然后，要求學(xué)生根據(jù)這樣的情況設(shè)計不同的探究方案。

在限制條件的影響下，學(xué)生們會充分動用大腦，想到多種有效的檢驗方法。例如，有的學(xué)生提議聞，以此找到氨氣；有的學(xué)生則腦洞大開，想到結(jié)合注射器，吸取少部分氣體，再使用各類藥劑進行檢測。在學(xué)生們想到各類可用的檢測方法之后，教師可以再對學(xué)生提出要求，即要學(xué)生進行討論，分析各種測量方法的優(yōu)勢、缺陷。并且，教師可以對學(xué)生進行更進一步的要求，即要求學(xué)生結(jié)合經(jīng)濟價值、人身安全等方面的內(nèi)容，對實驗進行思考。如此，學(xué)生們的探究思維會被更加充分地打開，探究能力也能夠得到更加充分地提升。

二、探究實驗教學(xué)案例設(shè)計

（一）教學(xué)導(dǎo)入

以1～2 分鐘的微課視頻，對二氧化碳進行簡單的介紹，為學(xué)生探討其用途奠定基礎(chǔ)。然后，教師可以簡要分析當(dāng)前人類活動產(chǎn)生過多的二氧化碳對地球環(huán)境造成的影響，提出低碳環(huán)保概念。在這之后，教師可以再提出問題“哪些反應(yīng)可以產(chǎn)生二氧化碳？大致可以分為幾種類型？”以此引導(dǎo)學(xué)生討論。學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識，通過討論得到產(chǎn)生二氧化碳的反應(yīng)可以分為以下三類：①含碳物質(zhì)的燃燒，例如木炭、一氧化碳、甲烷等有機物；②碳、一氧化碳在高溫條件下和金屬氧化發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳；③碳酸鈣在高溫的條件下分解，生成二氧化碳。

在學(xué)生得出這些結(jié)論之后，教師可以先開個玩笑營造輕松的氛圍：“同學(xué)們忽視了我們的呼吸么，我們的呼吸也產(chǎn)生了二氧化碳?！睂τ谶@一個問題，學(xué)生可能有兩種反應(yīng)，第一是反駁，認(rèn)為這不是化學(xué)反應(yīng)，第二則是結(jié)合生物學(xué)知識，肯定人體中也進行了某種反應(yīng)，產(chǎn)生了二氧化碳。教師可以基于學(xué)生的表現(xiàn)進行簡要的解答，以此有效地吸引學(xué)生的注意力。然后，教師向?qū)W生繼續(xù)提問：“上述反應(yīng)哪些能夠得到相對純凈的二氧化碳，哪個適合用于實驗室制取二氧化碳？”

學(xué)生通過討論后得到結(jié)論：第一個反應(yīng)，燃燒會產(chǎn)生二氧化硫等氣體，不能制取純凈的二氧化碳；第二個反應(yīng)生產(chǎn)物中可能存在少量的一氧化碳，且高溫的反應(yīng)條件以及金屬氧化物需要的成本較高，在實驗室中不好操作；第三個反應(yīng)可以得到純凈的二氧化碳，需要在高溫條件下，不適合實驗室操作，適合工業(yè)制取二氧化碳。一般而言，教師給出的選項應(yīng)當(dāng)是有一個合適的，但是學(xué)生們得出的結(jié)論是三個都不合適，因此有的學(xué)生會選擇一個相對較合適的，以此期望得到一個“答案”。這樣的表現(xiàn)，便是學(xué)生學(xué)習(xí)自信心不足的情況。對此，教師需要給學(xué)生打氣，即在學(xué)生們給出答案后，教師先肯定學(xué)生三個都不合適的方案，再對學(xué)生進行激勵，鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)時不要畏首畏尾，要相信自己的判斷，再最后得出結(jié)論，上述三個反應(yīng)都不適用于實驗室制取二氧化碳。

接著，教師播放視頻“蘇打和醋清洗污漬”“雞蛋游泳實驗”“草酸洗瓷磚”，這些化學(xué)反應(yīng)中都會產(chǎn)生大量的二氧化碳氣體。要求學(xué)生們以此為思路，結(jié)合氧氣的實驗室制取方案，以固體和液體發(fā)生反應(yīng)為方向，探究哪些方法和器具更適合氣體反應(yīng)物的收集，適合實驗室的二氧化碳制備。

（二）實驗原理

首先是藥品的選擇，常見的碳酸鹽有碳酸鈉和碳酸鈣，形狀有固體和粉末，常見酸液體有稀鹽酸和稀硫酸。因此，除這些藥品外，教師還可以提供少量混淆視聽的藥品，如碳酸氫鈣、濃鹽酸等，以此為學(xué)生提供對比實驗的基礎(chǔ)。之后，學(xué)生需要采用控制變量法進行實驗，主體實驗為：將等量的碳酸鈉和碳酸鈣固體、粉末同時和同濃度的稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，并對反應(yīng)過程進行觀察。

在學(xué)生進行的主體實驗中，主要過程為：學(xué)生取用同等量的碳酸鈉、碳酸鈣固體、粉末同時與同體積同濃度稀鹽酸反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)速度、反應(yīng)物生成的速度、穩(wěn)定，可以發(fā)現(xiàn)固體碳酸鈣和稀鹽酸反應(yīng)時生成物氣流更加穩(wěn)定，更適合實驗室操作，而碳酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)速度較快，不能夠有效地收集生成氣體，不適用實驗室操作，故實驗室選擇碳酸鈣固體作為制取二氧化碳的樣品。然后利用等量的碳酸鈣固體分別和同濃度的稀鹽酸和稀硫酸反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)稀硫酸和碳酸鈣反應(yīng)時會產(chǎn)生“包裹”現(xiàn)象，不利于反應(yīng)徹底進行。

通過研究，得到以下結(jié)論：①粉末相比固體反應(yīng)速度更快，固體塊狀可以得到持續(xù)氣流；②相比碳酸鈣，碳酸銨反應(yīng)速度太快，反應(yīng)物不好收集；③碳酸鈣和稀硫酸反應(yīng)一會兒后發(fā)生包裹現(xiàn)象，反應(yīng)速度逐漸降低。

通過探究，確定實驗室制取二氧化碳選取的藥品是碳酸鈣和稀鹽酸，可以得到持續(xù)、穩(wěn)定的二氧化碳氣流，有利于二氧化碳氣體的收集和控制反應(yīng)速度，操作方便，性價比高。其法學(xué)反應(yīng)如下所示：

CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑

而在其他的實驗中，學(xué)生會得到更多現(xiàn)象，包括發(fā)現(xiàn)濃鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)放熱較嚴(yán)重、濃鹽酸易揮發(fā)等。在進行比較和取舍后，學(xué)生們會肯定主體實驗的有效性。即學(xué)生通過控制變量法，可以得到實驗室制取二氧化碳的最佳途徑。而教師則通過科學(xué)探究的過程，讓學(xué)生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，逐漸形成科學(xué)探究能力，形成學(xué)科核心素養(yǎng)。

（三）實驗裝置

在實驗過程中，學(xué)生會根據(jù)氧氣實驗室制取方法，回顧氣體和固體發(fā)生反應(yīng)制取氣體的裝置，以此分析該裝置是否適用于實驗室制取二氧化碳。根據(jù)二氧化碳溶于水且密度大于空氣的性質(zhì)，探討實驗裝置的選擇。學(xué)生以小組為單位進行討論，選擇實驗裝置。稀硫酸和碳酸鈣的反應(yīng)過程屬于固—液不加熱形式，如圖1 所示的反應(yīng)裝置，固排除A 裝置，B、C 兩裝置都可以發(fā)生固—液不加熱反應(yīng)，但是C 裝置可以控制液體下流速度，從而對反應(yīng)速度進行控制，固選擇C。如圖2 所示的氣體收集裝置，由于二氧化碳溶于水，固排除裝置D，二氧化碳的密度比空氣大，固選擇E 裝置收集氣體。因此，實驗室制取二氧化碳的裝置是C、E裝置的組合。

圖1 實驗發(fā)生裝置

圖2 氣體收集裝置

（四）實驗過程

學(xué)生將實驗裝置連接，根據(jù)實驗步驟制取一瓶二氧化碳，并檢驗氣體。教師可以讓學(xué)生結(jié)合之前的引導(dǎo)，充分發(fā)揮想象，使用多種方法檢驗氣體。學(xué)生通過思考后，得出基礎(chǔ)的方法：將二氧化碳引入生石灰水中，如果變渾濁，則證明氣體是二氧化碳。當(dāng)然，在這個過程中，許多學(xué)生會進行更多的嘗試。如有的學(xué)生會嘗試聞，以自己的感受進行判斷，還有的學(xué)生則將氣體充入氣球中，將二氧化碳氣球和普通空氣氣球進行同高度落地速度測試等。

三、結(jié)語

在探究性教學(xué)形式下，學(xué)生占據(jù)課堂主體地位，而能力也得到有效的鍛煉。通過此種辦法，有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，讓學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)能力得到提高，滿足新課改所提要求。在該實驗探究中教師提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考，確定實驗方案，設(shè)計實驗過程，對收集的信息進行分析，最后得到結(jié)論，以完成“二氧化碳制取”。在教師的引導(dǎo)下，課堂大部分時間都是學(xué)生交流討論、思考以及實踐探究，學(xué)生在此過程中形成化學(xué)思維意識，掌握化學(xué)探究的方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，推動初中生全面發(fā)展。