初中化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探究
——以“二氧化碳實(shí)驗(yàn)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(yàn)更好地驗(yàn)證自然科學(xué)，因此，有其獨(dú)有的學(xué)科特點(diǎn)，而在化學(xué)教育教學(xué)過程中，通過應(yīng)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)一步地拓展學(xué)生的化學(xué)思維，與此同時(shí)還能夠在具體的試驗(yàn)過程中更好地促進(jìn)師生之間的交流和互動(dòng)，更好地增進(jìn)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(shí)踐、敢于創(chuàng)新、勇于探究的化學(xué)實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)啟示

新課程強(qiáng)調(diào)知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)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(gè)人發(fā)展和社會(huì)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(shí)驗(yàn)室制法探究”中，學(xué)生需要理解實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳原理，掌握制取步驟，對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)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(dòng)參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，運(yùn)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(jì)劃，教師可以做好知識(shí)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(duì)學(xué)生進(jìn)行情感態(tài)度與價(jià)值觀的教育。對(duì)此，教師便需要關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新主觀意識(shí)，并基于學(xué)生的表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)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(qiáng)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(duì)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(qiáng)教學(xué)方式的創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主、合作、探究，對(duì)化學(xué)知識(shí)進(jìn)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(píng)價(jià)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(shí)驗(yàn)所用藥品的可替代性，對(duì)傳統(tǒng)的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)新，以學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)作為新教學(xué)過程的核心。即在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳之前，教師有意識(shí)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(duì)課本知識(shí)的自主探究理解，制取二氧化碳的原理，進(jìn)而能夠較合理地選擇實(shí)驗(yàn)藥品以及實(shí)驗(yàn)裝置。在學(xué)生初步掌握理論知識(shí)之后，教師再向?qū)W生提出問題：“在制取二氧化碳時(shí)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(shí)驗(yàn)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(lì)學(xué)生以小組為單位，自主開展對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。

在對(duì)比性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生們會(huì)觀察到較多不同類型的實(shí)驗(yàn)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(huì)兒后才出現(xiàn)氣泡。在觀察到不同的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)此，教師便可以進(jìn)行引導(dǎo)性提問：“化學(xué)家們?cè)谄鸪醯膶?shí)驗(yàn)中，他們想到了幾個(gè)問題，即不同的操作是否對(duì)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(jìn)行比較、思考可以嗎？”在教師的引導(dǎo)激勵(lì)下，學(xué)生們便會(huì)得到科學(xué)精神的發(fā)展，即會(huì)進(jìn)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(shí)，確認(rèn)了不產(chǎn)生氣泡是因?yàn)樘妓徕}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(duì)比實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jì)二氧化碳制取實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行實(shí)踐，以此形成化學(xué)思維。

（二）注重實(shí)驗(yàn)研究，培養(yǎng)探究精神

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中，教師要利用實(shí)驗(yàn)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(jì)方案、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)反思等環(huán)節(jié)，對(duì)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行持續(xù)的探究，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐探究能力。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過程中，要以學(xué)生為主體，教師作為實(shí)驗(yàn)的組織者和引導(dǎo)者，需要對(duì)學(xué)生進(jìn)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(jìn)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(jì)了一個(gè)簡單的方案，用帶火星的木條檢驗(yàn)，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(shí)是氧氣；若木條無變化就表明是空氣。通過這樣一個(gè)實(shí)踐探究的過程，學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)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(jìn)行這樣的簡單小實(shí)驗(yàn)是不行的。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生，結(jié)合自己的化學(xué)知識(shí)，探究更多檢測氣體的方法。對(duì)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。例如，教師可以增加瓶子的數(shù)量，設(shè)定某個(gè)瓶子是氫氣、某個(gè)瓶子是氨氣、某個(gè)瓶子是天然氣。然后，要求學(xué)生根據(jù)這樣的情況設(shè)計(jì)不同的探究方案。

在限制條件的影響下，學(xué)生們會(huì)充分動(dòng)用大腦，想到多種有效的檢驗(yàn)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(jìn)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(duì)學(xué)生提出要求，即要學(xué)生進(jìn)行討論，分析各種測量方法的優(yōu)勢、缺陷。并且，教師可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行更進(jìn)一步的要求，即要求學(xué)生結(jié)合經(jīng)濟(jì)價(jià)值、人身安全等方面的內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思考。如此，學(xué)生們的探究思維會(huì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)案例設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)導(dǎo)入

以1～2 分鐘的微課視頻，對(duì)二氧化碳進(jìn)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(dòng)產(chǎn)生過多的二氧化碳對(duì)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(shí)，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(jī)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(gè)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?duì)于這一個(gè)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(shí)，肯定人體中也進(jìn)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(jìn)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(duì)純凈的二氧化碳，哪個(gè)適合用于實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳？”

學(xué)生通過討論后得到結(jié)論：第一個(gè)反應(yīng)，燃燒會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等氣體，不能制取純凈的二氧化碳；第二個(gè)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(shí)驗(yàn)室中不好操作；第三個(gè)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)應(yīng)當(dāng)是有一個(gè)合適的，但是學(xué)生們得出的結(jié)論是三個(gè)都不合適，因此有的學(xué)生會(huì)選擇一個(gè)相對(duì)較合適的，以此期望得到一個(gè)“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(duì)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(gè)都不合適的方案，再對(duì)學(xué)生進(jìn)行激勵(lì)，鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)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(gè)反應(yīng)都不適用于實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)”“草酸洗瓷磚”，這些化學(xué)反應(yīng)中都會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w。要求學(xué)生們以此為思路，結(jié)合氧氣的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的二氧化碳制備。

（二）實(shí)驗(yàn)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(duì)比實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。之后，學(xué)生需要采用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主體實(shí)驗(yàn)為：將等量的碳酸鈉和碳酸鈣固體、粉末同時(shí)和同濃度的稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，并對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行觀察。

在學(xué)生進(jìn)行的主體實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)生成物氣流更加穩(wěn)定，更適合實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室操作，故實(shí)驗(yàn)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(shí)會(huì)產(chǎn)生“包裹”現(xiàn)象，不利于反應(yīng)徹底進(jìn)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(huì)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(shí)驗(yàn)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?xì)饬?，有利于二氧化碳?xì)怏w的收集和控制反應(yīng)速度，操作方便，性價(jià)比高。其法學(xué)反應(yīng)如下所示：

CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑

而在其他的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生會(huì)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(jìn)行比較和取舍后，學(xué)生們會(huì)肯定主體實(shí)驗(yàn)的有效性。即學(xué)生通過控制變量法，可以得到實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置

在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生會(huì)根據(jù)氧氣實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置的選擇。學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，選擇實(shí)驗(yàn)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(duì)反應(yīng)速度進(jìn)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(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置是C、E裝置的組合。

圖1 實(shí)驗(yàn)發(fā)生裝置

圖2 氣體收集裝置

（四）實(shí)驗(yàn)過程

學(xué)生將實(shí)驗(yàn)裝置連接，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟制取一瓶二氧化碳，并檢驗(yàn)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(yàn)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(gè)過程中，許多學(xué)生會(huì)進(jìn)行更多的嘗試。如有的學(xué)生會(huì)嘗試聞，以自己的感受進(jìn)行判斷，還有的學(xué)生則將氣體充入氣球中，將二氧化碳?xì)馇蚝推胀諝鈿馇蜻M(jìn)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(shí)驗(yàn)探究中教師提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考，確定實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，對(duì)收集的信息進(jìn)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(shí)間都是學(xué)生交流討論、思考以及實(shí)踐探究，學(xué)生在此過程中形成化學(xué)思維意識(shí)，掌握化學(xué)探究的方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，推動(dòng)初中生全面發(fā)展。