高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究式作業(yè)設(shè)計(jì)策略分析

羅曉珠

【摘要】隨著新高考改革的全面推進(jìn)，探究式學(xué)習(xí)逐漸成為新研究熱點(diǎn)。高中化學(xué)教學(xué)也在逐步改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，探究式作業(yè)設(shè)計(jì)是提高學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要手段。從探究式作業(yè)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)、原則、實(shí)施策略、案例分析等方面分析探究式作業(yè)的設(shè)計(jì)，以期為高中化學(xué)教學(xué)提供有益的參考。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；探究式作業(yè)；設(shè)計(jì)策略

探究式作業(yè)設(shè)計(jì)是指教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出具有探究性、實(shí)踐性、開放性的作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)等方式完成作業(yè)，深入理解化學(xué)知識(shí)，掌握科學(xué)探究的方法和技能，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

一、探究式作業(yè)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

1.建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程，學(xué)生通過(guò)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)探索新知識(shí)和解決問(wèn)題。在探究式作業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生自主探究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作、觀察、分析等手段，建構(gòu)化學(xué)知識(shí)體系。

2.多元智能理論

多元智能理論認(rèn)為每個(gè)人都有不同的智能優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，探究式作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮學(xué)生的個(gè)性差異，設(shè)計(jì)多樣化的作業(yè)形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。

二、探究式作業(yè)設(shè)計(jì)的原則

1.探究性原則

探究式作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)注重探究性，設(shè)計(jì)出具有挑戰(zhàn)性和啟發(fā)性的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、推理等方式，自主探究問(wèn)題。例如在進(jìn)行海水提碘實(shí)驗(yàn)前，教師介紹海水中碘的含量及分布情況，讓學(xué)生探究不同海帶品種對(duì)提取碘的影響；研究不同氧化劑對(duì)提取碘的影響；探討溫度、PH等因素對(duì)提取碘的影響；設(shè)計(jì)一個(gè)完整的海水提碘工藝流程，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)比較不同條件下提取碘的質(zhì)量，探討最佳提取條件，讓學(xué)生深入了解海水提碘的原理，總結(jié)海水提碘的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值及發(fā)展前景。

2.實(shí)踐性原則

探究式作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)注重實(shí)踐性，設(shè)計(jì)出具有實(shí)際意義的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生親身體驗(yàn)化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。如在“乙烯的性質(zhì)”的教學(xué)中，以認(rèn)識(shí)并合成“口罩”的組成材料為情境線索，以“原理—來(lái)源—合成方法”作為任務(wù)牽引，以“素養(yǎng)為本”的理念，帶領(lǐng)學(xué)生從乙烯的加聚反應(yīng)、來(lái)源出發(fā)認(rèn)識(shí)乙烯在工業(yè)上的重要作用，認(rèn)識(shí)“加聚反應(yīng)”在有機(jī)高分子材料的重要地位，進(jìn)而認(rèn)識(shí)塑料、合成纖維、合成橡膠，感受化學(xué)學(xué)科在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的重要價(jià)值。

3.開放性原則

探究式作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)注重開放性，設(shè)計(jì)出具有多種可能性的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)角度思考問(wèn)題。例如在高三復(fù)習(xí)時(shí)，讓學(xué)生進(jìn)行“比較元素金屬性和非金屬性”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可從置換、最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物酸堿性、非金屬氫化物穩(wěn)定性、原電池原理、電解原理等多方面設(shè)計(jì)，開闊學(xué)生思維，并將元素化合物知識(shí)和結(jié)構(gòu)、原理聯(lián)動(dòng)起來(lái)。

4.個(gè)性化原則

探究式作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)注重個(gè)性化，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生需求的作業(yè)，讓學(xué)生自主選擇，提高自主學(xué)習(xí)能力。

三、探究式作業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施策略

1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)探究興趣

教師可以利用生活中的化學(xué)現(xiàn)象、化學(xué)與環(huán)境、科技等話題，創(chuàng)設(shè)新情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的化學(xué)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

2.設(shè)計(jì)問(wèn)題，引導(dǎo)探究思路

教師應(yīng)結(jié)合生活實(shí)際和學(xué)科知識(shí)，創(chuàng)設(shè)具有挑戰(zhàn)性和啟發(fā)性的問(wèn)題情境，問(wèn)題的設(shè)計(jì)要符合學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)需求，難度適中、層次分明。同時(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)，幫學(xué)生理清思路、解決問(wèn)題。

3.提供資源，支持探究過(guò)程

教師需提供必要的資源和工具。教師可以提供實(shí)驗(yàn)器材、圖書資料、網(wǎng)絡(luò)資源等，幫助學(xué)生收集信息、整理數(shù)據(jù)、分析問(wèn)題。教師還應(yīng)給予學(xué)生充分的時(shí)間和空間，讓他們能夠深入地探究問(wèn)題。

4.多樣化作業(yè)形式，提倡創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作業(yè)

針對(duì)不同學(xué)生的個(gè)性差異，探究式作業(yè)應(yīng)采用多樣化的作業(yè)形式。例如可以采用小組合作完成實(shí)驗(yàn)、個(gè)人獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、課外拓展實(shí)驗(yàn)等形式，激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性。

5.評(píng)價(jià)反饋，促進(jìn)探究發(fā)展

教師需要對(duì)學(xué)生的探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋，注重過(guò)程和結(jié)果的雙重評(píng)價(jià)，既要關(guān)注學(xué)生的知識(shí)技能掌握情況，也要關(guān)注學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀的養(yǎng)成，以促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的發(fā)展。

四、案例分析

案例一：氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)探究式作業(yè)設(shè)計(jì)

1.作業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）掌握Fe（OH）2的制備原理；

（2）探究不同條件下Fe（OH）2的生成情況；

（3）培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、解決問(wèn)題的能力以及實(shí)驗(yàn)操作能力。

2.作業(yè)設(shè)計(jì)

制備Fe（OH）2沉淀可用以下兩種方法，讓學(xué)生思考討論以下問(wèn)題，設(shè)計(jì)其他制備Fe（OH）2沉淀的思路。

方法一：用不含F(xiàn)e3＋的FeSO4溶液與不含O2的蒸餾水配置的NaOH溶液反應(yīng)，制備Fe（OH）2。

（1）用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時(shí)還需加入什么物質(zhì)？

（2）除去蒸餾水中溶解的O2常采用什么方法？

（3）生成白色Fe（OH）2沉淀的操作是用長(zhǎng)滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再擠出NaOH溶液。這樣操作的理由是什么？

方法二：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，用鐵粉、稀硫酸、NaOH溶液制備Fe（OH）2。思考：生成的Fe（OH）2沉淀能較長(zhǎng)時(shí)間保持，原因是什么？

這兩個(gè)方法由淺入深，幫助學(xué)生明確制備原理。學(xué)生再準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)不同實(shí)驗(yàn)組，分別探究不同反應(yīng)條件（如反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、溶液pH值等）對(duì)氫氧化亞鐵生成的影響，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論。

此外，在這兩種方法的提示下，學(xué)生自行設(shè)計(jì)出制備Fe（OH）2的方案，并畫出裝置圖。

苯可以用植物油代替，設(shè)計(jì)取材于身邊素材。用鐵作陽(yáng)極，電解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆蓋苯或煤油，也可獲得Fe（OH）2沉淀。

3.教學(xué)建議

（1）溶液配制：在配制硫酸亞鐵和氫氧化鈉溶液時(shí)，使用蒸餾水或去離子水，以減少水中的雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

（2）反應(yīng)條件控制：在制備Fe（OH）2時(shí)，應(yīng)控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和攪拌速度等條件。適當(dāng)提高反應(yīng)溫度可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，但過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致Fe（OH）2被氧化。同時(shí)，保持適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣瓤梢源_保反應(yīng)物充分混合，提高反應(yīng)效率。

（3）防止氧化：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通入惰性氣體（如氮?dú)猓┮耘懦芤褐械难鯕?；或者在?shí)驗(yàn)裝置中加入抗氧化劑（如亞硫酸鈉）以減少氧化反應(yīng)的發(fā)生。

（4）實(shí)驗(yàn)設(shè)備優(yōu)化：采用微型化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如微反應(yīng)器，可以縮小實(shí)驗(yàn)規(guī)模，提高反應(yīng)效率，同時(shí)減少試劑用量和廢物產(chǎn)生。此外，還可以采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)條件的精確控制，提高實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性和安全性。

案例二：乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)探究式作業(yè)設(shè)計(jì)

1.作業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)

掌握乙酸乙酯的制備原理，了解影響乙酸乙酯產(chǎn)率的因素等。

2.作業(yè)設(shè)計(jì)

采用以下改進(jìn)裝置a制取乙酸乙酯，教師可以設(shè)計(jì)一些探究式思考題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題。

（1）實(shí)驗(yàn)中通常加入過(guò)量的乙醇，為什么？要提高乙酸乙酯的產(chǎn)率，可采取哪些措施？

（2）加入數(shù)滴濃硫酸即能起催化作用，但實(shí)際用量稍多，為什么？且濃硫酸用量又不能過(guò)多，原因是？

（3）若用b裝置制備乙酸乙酯，有何缺點(diǎn)？采用右圖分水器的裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，有何優(yōu)點(diǎn)？

濃H2SO4吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移動(dòng)，提高酯的產(chǎn)率。濃H2SO4具有強(qiáng)氧化性和脫水性，會(huì)使有機(jī)物碳化，而降低酯的產(chǎn)率。教師可引導(dǎo)學(xué)生將元素化合物知識(shí)和化學(xué)平衡原理結(jié)合起來(lái)，總結(jié)出實(shí)際生產(chǎn)中提高產(chǎn)品產(chǎn)率的方法，提高生產(chǎn)效益。

采用分水器新型儀器對(duì)裝置進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，在分水器內(nèi)溶劑與水分層，水積在分水器下部，溶劑返流到反應(yīng)體系里去，可提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的產(chǎn)率。通過(guò)設(shè)計(jì)開放性問(wèn)題，考查學(xué)生的創(chuàng)新性思維和批判性思維，讓學(xué)生深度思考，體會(huì)實(shí)驗(yàn)條件控制對(duì)完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)及探究活動(dòng)的作用。

3.教學(xué)建議

（1）反應(yīng)條件控制：可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究不同反應(yīng)條件（蒸餾法、回流法）對(duì)乙酸乙酯產(chǎn)率的影響、探究不同催化劑（如濃硫酸、鹽酸、NaHSO4）對(duì)乙酸乙酯制備的影響等。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，包括原料的稱量和混合、反應(yīng)條件的控制、產(chǎn)物的分離和提純等。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：學(xué)生實(shí)驗(yàn)表明，鹽酸和硫酸都易形成活性中間體，但硫酸易發(fā)生副反應(yīng)。硫酸氫鈉水溶液呈強(qiáng)酸性，用量少，活性高，是很有發(fā)展前景的催化劑。故相同條件下，鹽酸作催化劑得到的乙酸乙酯產(chǎn)率最高。

（3）反思與升華：學(xué)生通過(guò)對(duì)乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，以結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系進(jìn)行梳理歸納，形成有機(jī)制備實(shí)驗(yàn)思維模型，發(fā)展“模型認(rèn)知”的化學(xué)核心素養(yǎng)。

通過(guò)以上策略可有效地提高高中化學(xué)乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好地理解和掌握實(shí)驗(yàn)原理和操作技能，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和科學(xué)素養(yǎng)。

案例三：以高考化學(xué)素材為背景的探究式作業(yè)設(shè)計(jì)

1.作業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)

鼓勵(lì)學(xué)生用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，考查學(xué)生提取信息的能力和實(shí)驗(yàn)探究能力。

2.作業(yè)設(shè)計(jì)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題是新高考的新題型，特別是在北京、江蘇、山東、浙江等高考題中得以充分體現(xiàn)。例：（北京）將一定濃度CuSO4溶液、飽和FeSO4溶液混合并加入適量氨水，產(chǎn)生紅褐色沉淀，經(jīng)檢驗(yàn)，紅褐色沉淀中含F(xiàn)e（OH）3。

探究一：分析Fe（OH）3產(chǎn)生的原因是O2氧化所致。

驗(yàn)證：向FeSO4溶液中滴入氨水，生成的白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，一段時(shí)間后有紅褐色沉淀生成。

提出猜測(cè)：產(chǎn)生Fe（OH）3的原因可能是Cu2＋氧化所致。

驗(yàn)證如下（溶液A：飽和FeSO4溶液＋CuSO4溶液；已排除空氣的影響）：

A.Ⅰ中可能產(chǎn)生Cu，運(yùn)用氧化還原反應(yīng)規(guī)律分析產(chǎn)生Cu的合理性。

B.檢驗(yàn)：過(guò)濾出Ⅰ中不溶物，用稀硫酸溶解，未檢出Cu。分析原因：

ⅰ.Ⅰ中未生成Cu。

ⅱ.Ⅰ中生成了Cu。由于 （用離子方程式表示），因此未檢出Cu。

探究二：利用原電池裝置，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（Ⅲ）確認(rèn)CuSO4的作用（已排除空氣的影響），通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置的檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了Fe（OH）3、Cu。

思考：Ⅱ、Ⅲ中均含Cu2＋，但Ⅲ中產(chǎn)生了Cu，Ⅱ中未產(chǎn)生Cu，試解釋原因。

探究三：CH3CHO分別與AgNO3溶液、銀氨溶液混合并加熱，CH3CHO與AgNO3溶液混合無(wú)明顯現(xiàn)象，但與銀氨溶液混合能產(chǎn)生銀鏡。試解釋原因。

3.教學(xué)建議

通過(guò)分析探究一，學(xué)生得出結(jié)論，F(xiàn)e2+有還原性；在探究二的對(duì)照實(shí)驗(yàn)里，加氨水溶液堿性增強(qiáng)，產(chǎn)生了Ksp更小的Fe（OH）3，增強(qiáng)了Fe2+的還原性，繼而引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)原電池兩極的溶液，以驗(yàn)證這一性質(zhì)。這一操作有一定難度，對(duì)學(xué)生的思維能力要求高。通過(guò)探究三的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，堿性增強(qiáng)了CH3CHO的還原性，故與銀氨溶液混合能產(chǎn)生銀鏡。學(xué)生通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)本題知識(shí)和邏輯線的理解，力求突破化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究難題。

通過(guò)以上分析可知，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究式作業(yè)設(shè)計(jì)需要遵循建構(gòu)主義和多元智能理論的原則，采用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、多樣化作業(yè)形式、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境和強(qiáng)化實(shí)踐應(yīng)用等策略，提高高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。

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（基金項(xiàng)目：本文系?？谑薪逃茖W(xué)規(guī)劃課題“高中化學(xué)探究式作業(yè)設(shè)計(jì)研究”的研究成果，課題編號(hào)HKZ14521011）