高中化學實驗探究教學設計的策略

錢柳云

社會的發(fā)展和人類的進步都離不開科學實驗。生動的探究性實驗不僅是提升課堂的亮點所在，也是激發(fā)學生求知欲的重要手段，更是提高學生科學素養(yǎng)、培養(yǎng)學生探究能力的源頭活水。《高中化學課程標準》提倡：“以進一步提高學生的科學素養(yǎng)為宗旨，激發(fā)學生學習化學的興趣，尊重和促進學生的個性發(fā)展；幫助學生獲得未來發(fā)展所必需的化學知識、技能和方法，提高學生的科學探究能力。”隨著高中新課程改革的推進，課堂中關注學生體驗、引入科學探究、注重師生互動等教學理念已經被多數(shù)教師所接受，但是如何進行實驗探究教學設計，如何將理念落實到課堂教學中，卻是一個復雜的教學藝術問題。教師需要精心設計實驗探究教學，改變學生的學習方式，通過實驗的神奇魅力激發(fā)學生對化學的興趣。教師可以通過實驗探究教學設計的創(chuàng)新與改進使課堂更加生動精彩，有時只要在實驗方法和手段上做適當?shù)淖兓?，就能收到意想不到的效果。筆者認為在實驗探究教學設計過程中應注重以下幾個策略。

一、“生活化”策略

陶行知先生曾說過：“我們深信生活是教育的中心。生活教育是給生活以教育，用生活來教育，為生活向前向上的需要而教育。教育要通過生活才能發(fā)出力量而成為真正的教育?！蓖ㄟ^成長經驗和從初中開始積累的化學知識，學生明白了化學與生活之間有著千絲萬縷的聯(lián)系，正確運用化學知識可以理清很多生活中的問題。因此在課堂教學設計中要重視“生活化”策略。

藥物是學生在生活中必然會接觸的事物，也是學生比較有興趣去了解的事物。“生活中常見的藥物”是蘇教版《化學與生活》專題2第四單元“造福人類健康的化學藥物”中的內容，其中抗酸藥的藥理研究與學生在必修1、必修2中所學知識首尾呼應。在進行教學時，可以設計抗酸藥胃舒平成分的實驗探究，讓學生更好地掌握氫氧化鋁的兩性，了解復方藥的特點，理解藥物保存和使用的要求。檢驗胃舒平中氫氧化鋁這一成分，要處理好Mg2+的干擾，如此也使偏鋁酸鹽的知識得到拓展。

這樣的教學設計，具體內容上的前后交叉和重疊，既使學習有了階段性，又使必修內容有了層次性，使知識概念的形成與發(fā)展得以螺旋式上升。教學回歸學生的生活，讓學生從生活素材中水到渠成地發(fā)現(xiàn)科學規(guī)律，使探究更貼近學生的最近發(fā)展區(qū)。這有益于引導學生從生活走進化學，從化學走向社會，通過關注社會、留心生活，研究、分析生活事實中的化學，體悟真實的、有用的化學，了解化學在日常生活中的巨大作用，理解化學、欣賞化學，增強對化學學科的自豪感和自信心。

二、“微型化”策略

20世紀80年代初期，為減少資源消耗和化學污染，部分發(fā)達國家開始推行微型化學實驗，這是基于傳統(tǒng)化學實驗在理論上的微型化，是一種化學實驗的新方法、新技術。實驗探究教學設計中注重“微型化”策略，可以使學生在學習化學的過程中，培養(yǎng)細致、節(jié)約的意識。

在“電解池的工作原理及應用”中，為了幫助學生理解離子放電規(guī)律，教材中安排了在U形管中電解氯化銅溶液的演示實驗。但是很多學生圍觀一個演示實驗，容易出現(xiàn)三方面問題：一是不容易看清楚；二是如果按照課本圖示進行分組實驗，藥品用量大，產生氯氣較多，污染嚴重；三是教材中的實驗無法體現(xiàn)出電解過程中離子放電的先后順序。所以需要對該實驗進行改進，將其改成可行的探究性分組實驗。教師提供電解氯化鈉和硫酸銅溶液以及微型實驗器材：反應板、鉛筆芯等，分別電解硫酸銅、氯化鈉溶液。根據(jù)實驗現(xiàn)象，再分析溶液中實際存在的離子，就能順利得出陽極放電順序為：Cl-—OH-—SO2-

4，陰極放電順序為：Cu2+—H+—Na+，這樣，學生就能對電解的先后順序有直觀的了解。

通過微型實驗將電化學和元素化合物知識有機結合，使成本降低，時間變短，但現(xiàn)象明顯。采用微型實驗教學模式，為學生提供了從自己組裝實驗儀器裝置到親自操作的機會，能夠完整地培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、設計實驗、解決問題的能力，同時也能夠激發(fā)學生學習的動力。

三、“綠色化”策略

化學教學“綠色化”的目標是最大程度地使各環(huán)節(jié)實現(xiàn)凈化和無污染的反應途徑，是實施可持續(xù)發(fā)展化學教育的必要途徑。

在硝酸的教學內容中，強氧化性是其重要性質之一，因此，銅與濃、稀硝酸的反應也是重要的演示實驗之一，通過演示實驗可以形成鮮明的對比，使學生掌握不同濃度硝酸的氧化性。教材中采用試管實驗，在課后“練習與實踐”中，對銅與稀硝酸的反應已有初步改進，但仍還不夠完善，存在污染環(huán)境的問題。所以在做這類實驗時，要注重簡單、環(huán)保。如可以將濃、稀硝酸分別與銅的反應進行對比實驗，采用較易得的材料——輸液袋，進行氣體的制取、收集及性質的檢驗。將輸液袋內的液體抽出后，塞入適量的銅絲。用注射器向其中一側加入約5mL的6mol/L的稀硝酸，也可用溫水浴加熱以加快反應速度。另取約2mL的10mol/L的濃硝酸加入另一側袋內。約3分鐘后在稀硝酸一側注入20mL空氣，濃硝酸一側注入10mL蒸餾水。這樣既避免了麻煩的氣密性檢驗，又排除了空氣對一氧化氮的干擾，反應可控性強，操作簡單，過程中無污染性氣體逸出。

該實驗的合理改進，不僅可以幫助學生迅速掌握硝酸的性質，更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和環(huán)保意識。通過對針筒、輸液袋等廢舊物品的組合設計，體現(xiàn)出“物盡其用”的理念，同時培養(yǎng)了學生變廢為寶，充分利用現(xiàn)有資源的生活觀念。通過向學生潛意識中滲透環(huán)保意識和節(jié)約理念，培養(yǎng)了學生綠色化學的精神。

四、“定量化”策略

在高中化學教學過程中，定性研究是通過現(xiàn)象、文本、敘述、圖片等來收集和分析化學中的非數(shù)字表征。定量研究是基于理性和邏輯分析，借助實驗、測量、統(tǒng)計、分析等手段來對事物量的方面進行分析和研究，結果以數(shù)字呈現(xiàn)。在高中化學教學過程中，實驗教學通過DIS手持技術“定量化” 設計，將有助于科學地揭示化學現(xiàn)象和規(guī)律。

例如，教師在處理“探究壓強變化對化學平衡的影響”這一教學內容時，經常進行定性教學，這使得學生對于勒夏特列原理中“不是抵消而是減弱”的理解比較困難。對于這一知識難點，可以利用色度傳感器來檢測 2NO2?N2O4體系的吸光度，根據(jù)吸光度可以表征體系中紅棕色氣體二氧化氮的濃度，那么就能用定量的手段得出體系壓強改變對化學平衡的影響，就可以讓學生更直觀地理解了。

該實驗，可利用數(shù)據(jù)采集器、色度傳感器和電腦相連接，通過與配套軟件組成的定量采集和處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，得到相應的數(shù)據(jù)圖像，從而能更直觀地表現(xiàn)出反應前后氣體體積發(fā)生變化的可逆反應——當其他條件不變時，增大體系壓強，平衡朝著氣態(tài)物質減少的方向移動，最終壓強減小，但仍比原來大，“減弱”了壓強的增大但是不能“抵消”壓強的增大；而減小體系壓強，平衡朝著氣態(tài)物質增多的方向移動，最終壓強增大，但仍比原來小，“減弱”了壓強的減小但是不能“抵消”壓強的減小。

肉眼觀察顏色變化不夠準確，而數(shù)據(jù)顯示則能一目了然。借助于DIS手持技術，學生能夠直觀地觀察到壓強變化對化學平衡移動的影響，也使宏觀的實驗現(xiàn)象與微觀的原理解釋一致。這樣化抽象為直觀，轉定性為定量，體現(xiàn)了化學實驗的真實性，展現(xiàn)了數(shù)字化探究實驗的魅力。

五、“可視化”策略

在知識爆炸的時代背景下，知識可視化（Knowledge Visualization）伴隨著各種技術的飛速進步，在教育領域也受到眾多教育學家與教育實踐者的關注，如何恰當應用實驗手段使知識可視化，從而促進教學活動，也成為當前教育界探討的熱點。

在“氯水成分的多樣性”探究實驗教學設計中，關于次氯酸的光解實驗，教師往往談而不做，甚至一帶而過。究其原因，是由于傳統(tǒng)的氯水光解實驗是在敞口容器中進行的，且所需氯水用量大，光解時間特別漫長，要在課堂上檢驗氧氣的生成是不現(xiàn)實的。怎樣將實驗現(xiàn)象進行放大，便于全體學生觀察呢？可視化的實驗探究教學設計是值得考慮的解決方案。

例如，可以將氯氣通入Na2CO3溶液中直至飽和，達到提高溶液中次氯酸濃度的目的。然后將配制好的高濃度次氯酸溶液用針筒抽取注入到一支無色透明的小藥瓶中，注滿，放到盒子里避光。實驗時，將一段輸液管穿透小橡皮塞伸入瓶內，頂端接上帶有紅墨水的水筆芯，置于明亮直射的日光下，5分鐘后，可觀察到盛有次氯酸溶液的紅液柱上升，有許多細小的針尖狀的氣泡附著在軟管外壁上。又因紅墨水沒有褪色的跡象，可知產生了氧氣。

該設計可彌補課堂時間的不足，既縮短了光解時間又節(jié)約了氯水用量，更可以驗證是否產生氧氣。將此實驗可視化，不但向學生證明化學是真實的，而且可以培養(yǎng)學生求真務實的態(tài)度，并提高其創(chuàng)新思維能力。

以上策略的實施，首先需要教師提高教學能力，設計出條理清晰、結構優(yōu)化的教學設計。其次，教師要善于啟發(fā)學生質疑，激發(fā)學生內驅力，增加學生表達的機會。再次，教師要培養(yǎng)自身敏銳的洞察能力、靈活的課堂應變能力，及時發(fā)現(xiàn)學生的問題和想法，用設問、追問等方式為學生提出問題創(chuàng)造時機，不但化解學生的疑惑，還幫助學生收獲知識。最后，教師更要努力創(chuàng)造民主和諧的課堂氛圍，調動學生的學習熱情，提高學生的參與意識，充分發(fā)揮學生的主體地位，讓更多的學生參與到教學活動中。

參考文獻（編者略）

（責任編輯 郭向和）