新教材高中化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

在現(xiàn)代的教育理念中，高中化學(xué)課程強(qiáng)調(diào)提升學(xué)生的科研探索技巧及實(shí)驗(yàn)操作水平，因而，注重探索的實(shí)驗(yàn)教學(xué)法獲得了廣泛關(guān)注。以“鈉與水的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為例，它是高中化學(xué)的典型實(shí)驗(yàn)之一，不僅使學(xué)生直接觀察到金屬與水的化學(xué)反應(yīng)過程，還提升了他們的動(dòng)手能力和觀察能力。在這種教學(xué)模式下，教師從傳統(tǒng)的知識(shí)講授者轉(zhuǎn)變成學(xué)生探究行為的指導(dǎo)者與推動(dòng)者。

一、案例描述

（一）引入案例，提出問題

為了激發(fā)學(xué)生的興趣并引入“鈉與水的反應(yīng)”的主題，教師采用了多媒體展示或直接在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示。這樣的教學(xué)方法能夠生動(dòng)地呈現(xiàn)鈉金屬與水接觸生成劇烈反應(yīng)的場景：鈉迅速在水表面融化、移動(dòng)，并伴有氫氣釋放，有時(shí)候還會(huì)觸發(fā)火焰。這樣的視覺和聽覺體驗(yàn)立刻吸引了學(xué)生的注意，為后續(xù)的討論創(chuàng)建了清晰的視覺背景。

師：同學(xué)們，上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了金屬。金屬在日常生活中有哪些應(yīng)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(xì)。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(fā)生反應(yīng)的呢？

生2：是的，老師，我覺得金屬和水是不反應(yīng)的。

師：那我們來探討一個(gè)問題：是不是所有的金屬都不與水發(fā)生反應(yīng)呢？

生3：老師，我不太確定，但我認(rèn)為可能不是所有金屬都不與水反應(yīng)。

師：很好，現(xiàn)在請(qǐng)大家看一段新聞報(bào)道，看完之后我們?cè)賮碛懻撨@個(gè)問題。

（播放新聞報(bào)道，內(nèi)容為金屬與水發(fā)生反應(yīng)的實(shí)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(yīng)，有些金屬在水的作用下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

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

師：非常好，大家通過新聞報(bào)道和實(shí)踐案例認(rèn)識(shí)到金屬與水并非完全不發(fā)生反應(yīng)。金屬的化學(xué)性質(zhì)使其在特定條件下會(huì)與水產(chǎn)生反應(yīng)。這也說明了我們?cè)谑褂媒饘僦破窌r(shí)要了解它們的特性，才能合理使用，確保安全。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施

師：同學(xué)們，我們通過一則新聞來揭開珠江水雷的秘密。首先，請(qǐng)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(huì)發(fā)生爆炸呢？

師：很好，大家提出了很有價(jià)值的問題。事實(shí)上，鐵桶中裝的是我們上節(jié)課學(xué)過的鈉。那么，鈉與水發(fā)生了什么樣的反應(yīng)，能產(chǎn)生如此大的威力呢？

接下來，我們一起學(xué)習(xí)“鈉與水的反應(yīng)”。首先，我們需要了解鈉的性質(zhì)。鈉是一種活潑的金屬，能迅速與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣和氫氧化鈉。這個(gè)反應(yīng)過程會(huì)釋放大量的熱量，導(dǎo)致水蒸氣迅速膨脹，從而發(fā)生爆炸。

師：了解了鈉的性質(zhì)，同學(xué)們現(xiàn)在應(yīng)該明白為什么鐵桶中的鈉會(huì)在水中發(fā)生爆炸了吧？這也說明了金屬與水反應(yīng)的復(fù)雜性。

師：同學(xué)們，接下來我們將通過一段實(shí)驗(yàn)視頻來了解“鈉與水的反應(yīng)”。在觀看視頻的過程中，請(qǐng)大家注意以下幾個(gè)方面：（1）鈉的狀態(tài)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(qǐng)大家仔細(xì)觀察并做好記錄。

生1：老師，我在觀看視頻時(shí)注意到鈉在水中發(fā)生了明顯的變化。

生2：是的，我也看到了。鈉放入水中后狀態(tài)發(fā)生了很大改變。

師：很好，接下來請(qǐng)大家詳細(xì)描述一下你們觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

生1：老師，我看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(xì)。鈉與水反應(yīng)時(shí)，確實(shí)會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象。

通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以看到金屬與水反應(yīng)的劇烈程度。在實(shí)際生活中，我們要充分了解金屬的性質(zhì)，確保安全使用。請(qǐng)大家繼續(xù)關(guān)注后續(xù)的課程內(nèi)容，了解更多關(guān)于金屬的有趣知識(shí)。

（三）理論解釋

完成實(shí)驗(yàn)計(jì)劃后，教師應(yīng)審閱以確保其實(shí)施性，并向?qū)W生提供所需的材料與器械。在開始實(shí)驗(yàn)之前，教師要重申安全準(zhǔn)則，保障學(xué)生在操作中嚴(yán)格遵守。

師：同學(xué)們，剛剛我們分析了鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，現(xiàn)在來學(xué)習(xí)這個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式。首先，我們需要確定反應(yīng)物和產(chǎn)物。

生1：反應(yīng)物有鈉和水。

生2：產(chǎn)物有一種堿和一種氣體。

師：非常好，大家觀察得很仔細(xì)。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(gè)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，鈉的化合價(jià)從0價(jià)升高到+1價(jià)。在氧化還原反應(yīng)中，一種元素化合價(jià)的升高，必定伴隨著另一種元素化合價(jià)的降低。

生5：如果產(chǎn)物是氧氣，它的化合價(jià)從-2價(jià)升高到0價(jià)，與鈉的化合價(jià)升高不符。

生6：那如果是氫氣，氫元素從+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，它的化合價(jià)降低了。

師：分析得很好！現(xiàn)在我們來配平這個(gè)方程式。

生7：2Na+2H2O→2NaOH+H2↑

師：非常好，同學(xué)們?，F(xiàn)在請(qǐng)你們拿起筆，將這個(gè)方程式完整地寫下來，并學(xué)會(huì)配平。每位同學(xué)都要?jiǎng)邮謱?shí)踐，掌握這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)，教師扮演著觀察者和輔導(dǎo)者的角色。學(xué)生應(yīng)根據(jù)方案實(shí)施實(shí)驗(yàn)，教師則在一旁進(jìn)行監(jiān)督，如有需要?jiǎng)t給予指導(dǎo)與援助。在實(shí)驗(yàn)的各個(gè)階段，學(xué)生應(yīng)記錄觀察到的現(xiàn)象并進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和整理。如遇問題或不預(yù)期的狀況，教師應(yīng)引領(lǐng)學(xué)生分析并尋找解決策略，并鼓勵(lì)他們提出改善方案。

實(shí)驗(yàn)完成之后，教師負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，幫助他們從結(jié)果中提取關(guān)鍵信息，如繪制圖表、公式推導(dǎo)或識(shí)別實(shí)驗(yàn)規(guī)律。同時(shí)，教師應(yīng)促使學(xué)生進(jìn)行批判性思考，包括分析誤差的根源、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性以及考慮可能的改進(jìn)措施。

（四）數(shù)據(jù)收集和分析

在實(shí)驗(yàn)過程中，教師要確保學(xué)生理解數(shù)據(jù)收集的重要性及其準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需詳細(xì)記錄反應(yīng)所需時(shí)間、溫度變化以及產(chǎn)生的氫氣體積。為此，教師要指導(dǎo)學(xué)生正確使用計(jì)時(shí)器、溫度計(jì)和集氣瓶等測量工具，以獲取可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

師：同學(xué)們，在進(jìn)行“鈉與水的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，請(qǐng)務(wù)必準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)各階段的條件調(diào)整，如變化的鈉質(zhì)量和使用的水體積，以保證數(shù)據(jù)的全面性。同時(shí)，大家要多次進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)操作，提高結(jié)果的可信度。

生1：明白了，老師。那我們?cè)谟涗洈?shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該注意什么呢？

師：同學(xué)們?cè)谟涗洈?shù)據(jù)時(shí)，要使用實(shí)驗(yàn)筆記或表格詳細(xì)登記每一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。我會(huì)教大家如何建立表格，確保關(guān)鍵信息被準(zhǔn)確且一致地記錄下來。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。我會(huì)給大家傳授基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析技巧，如計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等，以判斷數(shù)據(jù)的集中性和變異性。

生2：老師，我們?cè)谟^察實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要注意哪些方面呢？

師：在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，大家要關(guān)注溫度如何隨時(shí)間變化，以及氫氣的體積與鈉的質(zhì)量之間的聯(lián)系。通過繪制圖形，如溫度隨時(shí)間變化的曲線圖，大家可以更清晰地理解數(shù)據(jù)間的相互作用。我會(huì)在課后指導(dǎo)大家掌握?qǐng)D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(shù)據(jù)之后，我們應(yīng)該如何解讀結(jié)果呢？

師：在解讀數(shù)據(jù)時(shí)，我們要基于圖表探究背后的化學(xué)概念和趨勢，并使用數(shù)據(jù)來佐證實(shí)驗(yàn)的預(yù)設(shè)和結(jié)論。例如，我們可以討論鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生溫度變化的原因，探究氣體體積是否與鈉的反應(yīng)質(zhì)量成比例。同時(shí)，大家要學(xué)會(huì)識(shí)別圖表中的異常值，并分析導(dǎo)致這些異常的潛在因素。

生4：老師，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們應(yīng)該如何進(jìn)行交流和回顧呢？

師：在實(shí)驗(yàn)分析的最后階段，大家可以開展小組討論，交流對(duì)數(shù)據(jù)解讀的觀點(diǎn)，增進(jìn)相互之間的溝通與協(xié)作。我們可以一起回顧實(shí)驗(yàn)流程，討論實(shí)驗(yàn)可能存在的誤差、分析的局限以及如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案等。這樣有助于大家深入思考，提高實(shí)驗(yàn)技能。

教師需確保學(xué)生準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)各階段的條件調(diào)整，如變化的鈉質(zhì)量和使用的水體積，以保證數(shù)據(jù)的全面性。學(xué)生應(yīng)多次進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)操作，這有助于提升結(jié)果的可信度。

學(xué)生應(yīng)妥善記錄收集的數(shù)據(jù)，利用實(shí)驗(yàn)筆記或表格詳細(xì)登記每次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。教師需教授學(xué)生建立表格的方法，確保關(guān)鍵信息被準(zhǔn)確且一致地記錄下來。整理數(shù)據(jù)之后，學(xué)生要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。教師需要向?qū)W生傳授數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)技巧，包括計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)量，以判斷數(shù)據(jù)的集中性和變異性。

（五）延伸應(yīng)用和反思

在“鈉與水的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)完成后，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生深入探討觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理。這包括探討鈉與水激烈反應(yīng)、產(chǎn)生氫氣和氫氧化鈉的原因，以及探究能量轉(zhuǎn)換和反應(yīng)速度等相關(guān)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)問題。這樣做可以幫助學(xué)生更全面地理解物質(zhì)屬性、反應(yīng)類型和能量轉(zhuǎn)換等基礎(chǔ)化學(xué)概念。

隨后，教師指導(dǎo)學(xué)生了解鈉金屬在實(shí)際領(lǐng)域的使用，如在合成化工產(chǎn)品、醫(yī)療和照明設(shè)備等方面的應(yīng)用，還討論了鈉儲(chǔ)存的安全措施，包括為何鈉需放在干燥環(huán)境、浸泡在煤油中或與空氣隔離，以及意外觸水可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。這一討論能幫助學(xué)生理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)同現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和生活之間的密切關(guān)系。

討論科學(xué)含義和應(yīng)用之后，教師帶領(lǐng)學(xué)生深入思考整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。這涵蓋了評(píng)估實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的適當(dāng)性、操作安全、數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度以及結(jié)果分析的嚴(yán)謹(jǐn)性。教師激勵(lì)學(xué)生分享他們的觀點(diǎn)，識(shí)別實(shí)驗(yàn)中的潛在問題和提出可能的改進(jìn)措施。這種反思不僅回顧了實(shí)驗(yàn)步驟，還是對(duì)實(shí)驗(yàn)意圖、方法論和科學(xué)思維的深刻審視。

二、案例反思

整個(gè)教學(xué)過程中以激發(fā)學(xué)生的探知欲為起點(diǎn)，涵蓋了觀察、記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的步驟，借此讓學(xué)生對(duì)化學(xué)理論及其在日常生活中的應(yīng)用有更深刻的理解。通過參與和互動(dòng)，學(xué)生得以全方位把握化學(xué)知識(shí)，同時(shí)增強(qiáng)了問題解決技能。

總結(jié)與反思階段中揭示了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的復(fù)雜本質(zhì)和面臨的諸多挑戰(zhàn)。首要任務(wù)是保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)根據(jù)和操作安全，以及如何高效利用實(shí)驗(yàn)資源。此外，教師必須確保學(xué)生積極參與，充分表達(dá)自己的疑惑和見解，并在此過程中提供必要的指導(dǎo)和反饋，以促進(jìn)學(xué)習(xí)效果。這要求教師根據(jù)學(xué)生的反饋靈活調(diào)整教學(xué)方法。

（作者單位：陜西省安康市漢濱區(qū)漢濱高級(jí)中學(xué)）

編輯：趙文靜

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