探究性實(shí)驗(yàn)與研究性學(xué)習(xí)

彭曉華

摘要：研究性學(xué)習(xí)是讓學(xué)生在多元、動(dòng)態(tài)、開放的過程中悟出知識(shí)、方法，探究性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾侄?。一次銅與濃硫酸實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，則是這個(gè)過程的生動(dòng)體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：探究性實(shí)驗(yàn)；銅與濃硫酸；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

21世紀(jì)是以知識(shí)的創(chuàng)新和應(yīng)用為重要特征的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力已刻不容緩。開展研究性學(xué)習(xí)，是我國教育界面對(duì)新世紀(jì)社會(huì)發(fā)展的要求而采取的重大舉措。因?yàn)檫@種新的學(xué)習(xí)方法突出了學(xué)生的主體地位，以學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)創(chuàng)造為根本，改變以前單純地接受老師傳授知識(shí)為主的學(xué)習(xí)方式，為同學(xué)們構(gòu)建開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供多渠道獲取知識(shí)的途徑，并將學(xué)到的知識(shí)綜合應(yīng)用于實(shí)踐。研究性學(xué)習(xí)是讓學(xué)生在多元、動(dòng)態(tài)、開放、探究的大課堂中主動(dòng)地感悟知識(shí)，獲取解決問題的學(xué)習(xí)方法，而化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾侄?。為了激發(fā)學(xué)習(xí)的創(chuàng)新潛能，教師要盡量將教學(xué)過程設(shè)計(jì)成“提出問題——分析問題——解決問題的創(chuàng)造型模式，著力營造情感共鳴、信息反饋暢通、思維活躍流暢、創(chuàng)新精神涌動(dòng)”。讓學(xué)生像科學(xué)家一樣參與，這使他們能夠?qū)λ麄兲剿鞯母拍詈涂茖W(xué)探索的性質(zhì)形成更豐富的理解。下面我就一次探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，談?wù)勛约旱捏w會(huì)。

一、 提出問題

為了引導(dǎo)學(xué)生對(duì)銅與濃硫酸的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，我先是給出了人教版2002審定通過的高中化學(xué)第一冊(cè)課本上的實(shí)驗(yàn)裝置圖。為了讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)缺點(diǎn)有更深刻的認(rèn)識(shí)，我決定讓事實(shí)來說話——讓他們親自組裝儀器，加入藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過經(jīng)過仔細(xì)觀察與比較分析，他們對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)提出了缺點(diǎn)：（1）二氧化硫有毒，排放到空氣中會(huì)污染環(huán)境，所以必須進(jìn)行尾氣吸收。該裝置用浸有堿液的棉花吸收尾氣，有點(diǎn)過于理想化。由于棉花浸有的堿液量有限，所以極有可能導(dǎo)致二氧化硫氣體吸收不夠充分，從而向空氣中排放，污染環(huán)境。（2）二氧化硫在水中的溶解度較大，通常情況下1體積水能溶解40體積的二氧化硫，該裝置中直接將導(dǎo)管插入品紅溶液中，極有可能發(fā)生倒吸。（3）不易控制反應(yīng)。

而2004年初審?fù)ㄟ^的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)第一冊(cè)給出的實(shí)驗(yàn)裝置圖卻不一樣。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)有一些不同。學(xué)生們通過比較，很快總結(jié)出它相對(duì)原來教材而言，有以下方面的改進(jìn)：①用一根可抽動(dòng)的長銅絲代替原來的銅片。這樣一來，可隨時(shí)抽出長銅絲而使反應(yīng)停止，達(dá)到控制反應(yīng)的目的。②裝有石蕊試液或品紅溶液的試管改為實(shí)驗(yàn)者用試管夾夾持?？梢陨舷乱苿?dòng)，以防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生。

這是教科書進(jìn)行的改進(jìn)，這樣的改進(jìn)是不是就很好呢？學(xué)生們這時(shí)露出懷疑的神色，課本上難道也有不足嗎？看到他們這樣的神情，我也沒有說什么，又一次讓他們動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。當(dāng)他們?cè)诮淌依锇凑沾搜b置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)還是有以下幾點(diǎn)不足：（1）無法解決或未考慮二氧化硫的擴(kuò)散問題。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們?yōu)榱耸宫F(xiàn)象更加明顯，加熱時(shí)間稍長了一些。結(jié)果兩位做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)是有苦難言，臺(tái)下的同學(xué)們則是捂住口鼻、咳嗽不止地看完實(shí)驗(yàn)。有的還埋怨他們不是在做演示實(shí)驗(yàn)，而是在“放毒”。（2）操作不是很方便，一個(gè)人難以控制好實(shí)驗(yàn)的順利完成。而兩人同時(shí)做實(shí)驗(yàn)，又顯得手忙腳亂、步調(diào)不一致?！半m說有利于培養(yǎng)我們的合作精神，但合作精神不一定需要這樣來培養(yǎng)吧!”這是他們的心聲。

二、分析問題

此時(shí)學(xué)生們已進(jìn)入了“心憤憤”的時(shí)候，正是進(jìn)行啟發(fā)的最佳時(shí)刻。于是我逐漸引導(dǎo)，激發(fā)和鼓勵(lì)他們敢于思考，敢于質(zhì)疑，敢于“異想天開”，應(yīng)另辟蹊徑，多角度地進(jìn)行求異思維。于是他們互相交流、評(píng)價(jià)，可不可以再做進(jìn)一步改進(jìn)？帶著這些問題，他們便投入到了對(duì)濃硫酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)的探究活動(dòng)之中。首先，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)要解決的問題提出假設(shè)，然后就各抒己見，紛紛提出自己的假設(shè)。

濃硫酸與銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有：銅絲變黑或溶解、溶液加水稀釋后顯藍(lán)色、產(chǎn)生無色刺激性的氣體、氣體能使石蕊試液變紅或品紅溶液褪色。實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了要使現(xiàn)象明顯外，重要的是要注意安全和防止二氧化硫的擴(kuò)散。為了滿足這些要求，改進(jìn)上述裝置的不足之處，他們動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并畫出了3套相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。

三、解決問題

經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷，他們認(rèn)為濃硫酸與銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置在設(shè)計(jì)上應(yīng)注意這幾點(diǎn)：（1）要能隨時(shí)控制反應(yīng)的進(jìn)行，避免演示已經(jīng)完成，反應(yīng)還在發(fā)生。（2）要有尾氣吸收裝置，不能使二氧化硫擴(kuò)散到空氣中，避免引起中毒或污染空氣。（3）檢驗(yàn)或吸收二氧化硫時(shí)，要考慮到二氧化硫的溶解度較大，有可能發(fā)生倒吸現(xiàn)象。應(yīng)設(shè)計(jì)防倒吸的安全裝置。（4）安全意識(shí)固然重要，但要圍繞演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯這一主題。再來看看他們的改進(jìn)方案。①改進(jìn)方案一解決了二氧化硫的擴(kuò)散和發(fā)生倒吸兩大問題。但是，這一方案不僅沒有考慮到控制反應(yīng)進(jìn)行的問題，而且在解決倒吸問題時(shí)也不全面。沒有考慮到二氧化硫通入到裝有石蕊或品紅溶液的試管時(shí)，發(fā)生倒吸的可能性也比較大。②改進(jìn)方案二僅限于對(duì)發(fā)生裝置的改進(jìn)。設(shè)想是利用分液漏斗滴加濃硫酸，以達(dá)到控制反應(yīng)進(jìn)行的目的。但是，圓底燒瓶底部容積太大，加進(jìn)去的濃硫酸必須要浸沒銅片。這樣即使停止滴加濃硫酸，圓底燒瓶內(nèi)反應(yīng)還在進(jìn)行，仍會(huì)產(chǎn)生較多的二氧化硫，所以控制的效果肯定不會(huì)達(dá)到設(shè)想的目的。③改進(jìn)方案三僅僅在老教材的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行改進(jìn)，利用可抽動(dòng)的銅絲來控制反應(yīng)的進(jìn)行。但是，在檢驗(yàn)二氧化硫的性質(zhì)時(shí)，有可能發(fā)生倒吸和二氧化硫擴(kuò)散的問題，即沒有考慮安全問題。

為了驗(yàn)證以上設(shè)計(jì)方案是否合理，設(shè)計(jì)出更加完善的改進(jìn)裝置，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室首先按照上述3套改進(jìn)裝置進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)探究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這3套改進(jìn)裝置確實(shí)是各有所長、各有利弊，正如上面的分析一樣，沒有一套是比較完善的。然后，他們又對(duì)這3套改進(jìn)裝置仔細(xì)分析、取長補(bǔ)短，再考慮到一些其他因素，設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這套新裝置用于演示濃硫酸與銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，不僅現(xiàn)象明顯，而且還可以控制反應(yīng)的進(jìn)行、防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生和避免有毒氣體的擴(kuò)散，非常適合于在教室里做實(shí)驗(yàn)。終于成功了，一個(gè)個(gè)都露出興奮的神色。還能有什么方法比這更有效地提高學(xué)生們學(xué)習(xí)的興趣嗎？

最后，我還引導(dǎo)他們分析與實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)其改進(jìn)之處及解釋如下：①使用可抽動(dòng)的螺旋狀銅絲，既可控制反應(yīng)的進(jìn)行，又由于銅絲呈螺旋狀，增大了與硫酸的接觸面積，加快了反應(yīng)速度，縮短了反應(yīng)時(shí)間。②利用類似于吸氣的相連的兩個(gè)試管來檢驗(yàn)二氧化硫氣體的性質(zhì)，可以同時(shí)檢驗(yàn)其漂白性和水溶液的酸性。前面的試管還可防止倒吸，避免冷的溶液倒吸入熱的試管，引起試管炸裂或液體飛濺現(xiàn)象的發(fā)生。③用倒扣的漏斗和NaOH溶液來吸收尾氣，吸收量大、吸收率高，基本上沒有氣體泄漏或擴(kuò)散。

通過這次探究活動(dòng)，學(xué)生們深刻體會(huì)到了“學(xué)無止境”“學(xué)以致用”“學(xué)無常師”的含義。對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)和研究，永遠(yuǎn)沒有完結(jié)的時(shí)候。只要你不斷地探索，總會(huì)有新的問題出現(xiàn)，而這些問題往往就在你的身邊。學(xué)習(xí)不僅要掌握課本知識(shí)，更要應(yīng)用知識(shí)和掌握科學(xué)的研究問題的方法；不僅要善于發(fā)現(xiàn)問題，而且還要善于解決問題；不僅要以課本來指導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)，而且要認(rèn)識(shí)到教材介紹的知識(shí)，具有一定的階段性，要以批判的眼光來理解和拓展知識(shí)。

這種創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，從問題結(jié)論到方法，從具體到抽象，從已知到未知，從無序到有序，從激發(fā)創(chuàng)新熱情、挖掘創(chuàng)新潛能、發(fā)展創(chuàng)新思維到培養(yǎng)創(chuàng)新能力、養(yǎng)成創(chuàng)新精神，這就是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與研究性學(xué)習(xí)的全過程?？傊瘜W(xué)教育應(yīng)以化學(xué)學(xué)科知識(shí)為載體，以促進(jìn)人的發(fā)展為目的，使學(xué)生成為具有良好素質(zhì)，扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，富有社會(huì)責(zé)任心，有創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力，有合作精神，可持續(xù)發(fā)展的人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁文楚.化學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究性學(xué)習(xí)[J].化學(xué)教學(xué),2005(1).

[2]崔相錄.中小學(xué)探究教學(xué)200例[M].北京:人民教育出版社,2004.

（珠海市灣仔中學(xué)）