新教材高中化學探究性實驗教學模式

在現代的教育理念中，高中化學課程強調提升學生的科研探索技巧及實驗操作水平，因而，注重探索的實驗教學法獲得了廣泛關注。以“鈉與水的反應”實驗為例，它是高中化學的典型實驗之一，不僅使學生直接觀察到金屬與水的化學反應過程，還提升了他們的動手能力和觀察能力。在這種教學模式下，教師從傳統的知識講授者轉變成學生探究行為的指導者與推動者。

一、案例描述

（一）引入案例，提出問題

為了激發學生的興趣并引入“鈉與水的反應”的主題，教師采用了多媒體展示或直接在課堂上進行實驗演示。這樣的教學方法能夠生動地呈現鈉金屬與水接觸生成劇烈反應的場景：鈉迅速在水表面融化、移動，并伴有氫氣釋放，有時候還會觸發火焰。這樣的視覺和聽覺體驗立刻吸引了學生的注意，為后續的討論創建了清晰的視覺背景。

師：同學們，上一節課我們學習了金屬。金屬在日常生活中有哪些應用呢？

生1：老師，冬天我們用的保溫杯、家里燒水用的水壺、不銹鋼盆等都是金屬制品。

師：很好，大家觀察得很仔細。既然金屬制品可以用來裝水、燒水，那是不是說明金屬和水是不發生反應的呢？

生2：是的，老師，我覺得金屬和水是不反應的。

師：那我們來探討一個問題：是不是所有的金屬都不與水發生反應呢？

生3：老師，我不太確定，但我認為可能不是所有金屬都不與水反應。

師：很好，現在請大家看一段新聞報道，看完之后我們再來討論這個問題。

（播放新聞報道，內容為金屬與水發生反應的實例）

師：大家觀看完新聞后有什么看法？

生1：老師，我明白了。并非所有金屬都不與水反應，有些金屬在水的作用下會發生化學反應。

生2：是的，我也明白了。像銅、鐵等金屬在潮濕空氣中會生銹，這就是與水反應的一個例子。

師：非常好，大家通過新聞報道和實踐案例認識到金屬與水并非完全不發生反應。金屬的化學性質使其在特定條件下會與水產生反應。這也說明了我們在使用金屬制品時要了解它們的特性，才能合理使用，確保安全。

（二）實驗設計和實施

師：同學們，我們通過一則新聞來揭開珠江水雷的秘密。首先，請大家一起觀看這則新聞。

（利用PPT播放新聞——珠江水雷，炸起千層浪）

師：大家觀看完新聞后有什么疑問嗎？

生1：老師，鐵桶中裝的是何種金屬？

生2：為何在水中還會發生爆炸呢？

師：很好，大家提出了很有價值的問題。事實上，鐵桶中裝的是我們上節課學過的鈉。那么，鈉與水發生了什么樣的反應，能產生如此大的威力呢？

接下來，我們一起學習“鈉與水的反應”。首先，我們需要了解鈉的性質。鈉是一種活潑的金屬，能迅速與水發生化學反應，生成氫氣和氫氧化鈉。這個反應過程會釋放大量的熱量，導致水蒸氣迅速膨脹，從而發生爆炸。

師：了解了鈉的性質，同學們現在應該明白為什么鐵桶中的鈉會在水中發生爆炸了吧？這也說明了金屬與水反應的復雜性。

師：同學們，接下來我們將通過一段實驗視頻來了解“鈉與水的反應”。在觀看視頻的過程中，請大家注意以下幾個方面：（1）鈉的狀態和變化；（2）溶液的變化；（3）是否有氣體生成；（4）是否有聽到特別的聲音。請大家仔細觀察并做好記錄。

生1：老師，我在觀看視頻時注意到鈉在水中發生了明顯的變化。

生2：是的，我也看到了。鈉放入水中后狀態發生了很大改變。

師：很好，接下來請大家詳細描述一下你們觀察到的實驗現象。

生1：老師，我看到的實驗現象是：鈉在水中迅速溶解，溶液變得混濁，有大量氣泡生成。

生2：我也觀察到了氣泡的生成。此外，我還聽到了一聲特別的聲音，像是氣泡破裂的聲音。

師：大家觀察得很仔細。鈉與水反應時，確實會出現這些現象。

通過這個實驗，我們可以看到金屬與水反應的劇烈程度。在實際生活中，我們要充分了解金屬的性質，確保安全使用。請大家繼續關注后續的課程內容，了解更多關于金屬的有趣知識。

（三）理論解釋

完成實驗計劃后，教師應審閱以確保其實施性，并向學生提供所需的材料與器械。在開始實驗之前，教師要重申安全準則，保障學生在操作中嚴格遵守。

師：同學們，剛剛我們分析了鈉與水反應的實驗現象，現在來學習這個反應的化學方程式。首先，我們需要確定反應物和產物。

生1：反應物有鈉和水。

生2：產物有一種堿和一種氣體。

師：非常好，大家觀察得很仔細。大家知道這里的堿是什么嗎？

生3：鈉氫氧化物（NaOH）。

師：那氣體呢？

生4：可能是氫氣。

師：到底是氫氣還是氧氣呢？讓我們一起來分析。這個反應是氧化還原反應，鈉的化合價從0價升高到+1價。在氧化還原反應中，一種元素化合價的升高，必定伴隨著另一種元素化合價的降低。

生5：如果產物是氧氣，它的化合價從-2價升高到0價，與鈉的化合價升高不符。

生6：那如果是氫氣，氫元素從+1價變為0價，它的化合價降低了。

師：分析得很好！現在我們來配平這個方程式。

生7：2Na+2H2O→2NaOH+H2↑

師：非常好，同學們。現在請你們拿起筆，將這個方程式完整地寫下來，并學會配平。每位同學都要動手實踐，掌握這個知識點。

當實驗啟動，教師扮演著觀察者和輔導者的角色。學生應根據方案實施實驗，教師則在一旁進行監督，如有需要則給予指導與援助。在實驗的各個階段，學生應記錄觀察到的現象并進行數據測量和整理。如遇問題或不預期的狀況，教師應引領學生分析并尋找解決策略，并鼓勵他們提出改善方案。

實驗完成之后，教師負責引導學生對數據進行整理和分析，幫助他們從結果中提取關鍵信息，如繪制圖表、公式推導或識別實驗規律。同時，教師應促使學生進行批判性思考，包括分析誤差的根源、評價實驗設計的有效性以及考慮可能的改進措施。

（四）數據收集和分析

在實驗過程中，教師要確保學生理解數據收集的重要性及其準確性的關鍵。在實驗中，學生需詳細記錄反應所需時間、溫度變化以及產生的氫氣體積。為此，教師要指導學生正確使用計時器、溫度計和集氣瓶等測量工具，以獲取可靠的實驗數據。

師：同學們，在進行“鈉與水的反應”實驗時，請務必準確記錄實驗各階段的條件調整，如變化的鈉質量和使用的水體積，以保證數據的全面性。同時，大家要多次進行相同的實驗操作，提高結果的可信度。

生1：明白了，老師。那我們在記錄數據時應該注意什么呢？

師：同學們在記錄數據時，要使用實驗筆記或表格詳細登記每一次實驗的結果。我會教大家如何建立表格，確保關鍵信息被準確且一致地記錄下來。實驗結束后，我們要對數據進行分析。我會給大家傳授基礎數據分析技巧，如計算平均值、標準差等，以判斷數據的集中性和變異性。

生2：老師，我們在觀察實驗時還需要注意哪些方面呢？

師：在進行實驗時，大家要關注溫度如何隨時間變化，以及氫氣的體積與鈉的質量之間的聯系。通過繪制圖形，如溫度隨時間變化的曲線圖，大家可以更清晰地理解數據間的相互作用。我會在課后指導大家掌握圖形展示技巧，確保圖形的清晰度和精確度。

生3：明白了，老師。那么在分析數據之后，我們應該如何解讀結果呢？

師：在解讀數據時，我們要基于圖表探究背后的化學概念和趨勢，并使用數據來佐證實驗的預設和結論。例如，我們可以討論鈉與水反應產生溫度變化的原因，探究氣體體積是否與鈉的反應質量成比例。同時，大家要學會識別圖表中的異常值，并分析導致這些異常的潛在因素。

生4：老師，實驗結束后，我們應該如何進行交流和回顧呢？

師：在實驗分析的最后階段，大家可以開展小組討論，交流對數據解讀的觀點，增進相互之間的溝通與協作。我們可以一起回顧實驗流程，討論實驗可能存在的誤差、分析的局限以及如何優化實驗方案等。這樣有助于大家深入思考，提高實驗技能。

教師需確保學生準確記錄實驗各階段的條件調整，如變化的鈉質量和使用的水體積，以保證數據的全面性。學生應多次進行相同的實驗操作，這有助于提升結果的可信度。

學生應妥善記錄收集的數據，利用實驗筆記或表格詳細登記每次實驗的結果。教師需教授學生建立表格的方法，確保關鍵信息被準確且一致地記錄下來。整理數據之后，學生要進行數據分析。教師需要向學生傳授數據分析的基礎技巧，包括計算平均值、標準差等統計量，以判斷數據的集中性和變異性。

（五）延伸應用和反思

在“鈉與水的反應”實驗完成后，教師應指導學生深入探討觀察到的實驗現象背后的科學原理。這包括探討鈉與水激烈反應、產生氫氣和氫氧化鈉的原因，以及探究能量轉換和反應速度等相關的化學動力學問題。這樣做可以幫助學生更全面地理解物質屬性、反應類型和能量轉換等基礎化學概念。

隨后，教師指導學生了解鈉金屬在實際領域的使用，如在合成化工產品、醫療和照明設備等方面的應用，還討論了鈉儲存的安全措施，包括為何鈉需放在干燥環境、浸泡在煤油中或與空氣隔離，以及意外觸水可能導致的風險。這一討論能幫助學生理解化學實驗同現實生產和生活之間的密切關系。

討論科學含義和應用之后，教師帶領學生深入思考整個實驗過程。這涵蓋了評估實驗設計的適當性、操作安全、數據采集的準確度以及結果分析的嚴謹性。教師激勵學生分享他們的觀點，識別實驗中的潛在問題和提出可能的改進措施。這種反思不僅回顧了實驗步驟，還是對實驗意圖、方法論和科學思維的深刻審視。

二、案例反思

整個教學過程中以激發學生的探知欲為起點，涵蓋了觀察、記錄和分析實驗數據的步驟，借此讓學生對化學理論及其在日常生活中的應用有更深刻的理解。通過參與和互動，學生得以全方位把握化學知識，同時增強了問題解決技能。

總結與反思階段中揭示了實驗教學的復雜本質和面臨的諸多挑戰。首要任務是保證實驗的科學根據和操作安全，以及如何高效利用實驗資源。此外，教師必須確保學生積極參與，充分表達自己的疑惑和見解，并在此過程中提供必要的指導和反饋，以促進學習效果。這要求教師根據學生的反饋靈活調整教學方法。

（作者單位：陜西省安康市漢濱區漢濱高級中學）

編輯：趙文靜

作者簡介：黃壽方（1982—），男，陜西白河人，本科，一級教師，研究方向：高中化學教學。