论文部分内容阅读
新课标下，高中化学实验内容及实验方式发生了重大变化，高中化学实验中重视开展探究性实验教学能够激发学生化学学习的主动性和积极性，巩固所学的化学知识， 培养学生自主学习能力，培养学生思维能力和创新意识等.因此在高中化学教学中要重视开展化学探究性实验，不断提高学生化学素养.
一、开展探究性实验教学的意义
在高中化学教学过程中，开展探究性实验教学让学生通过参与研究方案设计、寻找资料、动手实验等亲身实践探究活动，体验科学探究的历程，让学生掌握一定的现代科学基础知识和技能，培养学生独立思考、敢于质疑、勇于探索、勇于承受挫折、敢于创新的科学精神，形成实事求是、严谨细致的科学态度.有利于学生在获取知识、培养技能的基础上提高分析和解决问题的能力，培养学生的创新精神和实践能力，也有利于促进学生学习方式的转变，提高学生的参与程度，使学生在合作探究中学会与人共处、促进其情感态度价值观的发展.
二、探究性实验的教学策略
科学探究能力的形成和发展是一个逐步提高，持续进步的过程，因此探究课题的选择要循序渐进，从小到大，活动要从简单到复杂，要求从低到高，形成一个逐步深入和提高的梯度.在选择化学实验探究时要注意活动的范围、层次，考虑学生的年龄特征，紧密结合化学教学内容，设计适当的教学形式来进行.
1.变演示实验为边讲边实验，让学生有自己动手实验和思维同步发展的机会.例如，“化学能与热能”中[实验2-1]铝与盐酸反应，[实验2-3]酸碱中和反应，安排为分组实验，因为放热现象不能用眼睛直接观察到，学生亲自动手实验有利于触摸反应器和观察温度计，能增强感性认识.
2.变验证性实验为探索性实验，增加实验的探究性.例如，氯水中H+的探究，从H+的性质出发，让学生尝试用石蕊试液、Na2CO3浓溶液、锌粒、蓝色石蕊试纸和pH试纸分别检验，比较最好的检验试剂.
3.结合具体内容适当补充相关探究性实验.在实验教学中结合教学内容适当补充相关探究性实验，能帮助学生巩固和加深对已学知识的理解.例如在学习原电池时，可以在教科书[实验4-1]的基础上补充一组探究性实验.
[补充实验1]学生分组实验将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片直接接触，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中.
观察现象：铜片表面明显有铜析出，电流计指针不偏转.
问题与思考：上述实验装置构成了原电池吗？如果没有发生原电池反应，铜片表面为什么明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解？如果实验装置就是原电池，为什么电流计的指针不偏转，表现出无电流产生？
[对比实验]将铜片置于硫酸铜溶液中，铜片表面没有铜析出，说明铜与硫酸铜溶液不反应.
分析判断：根据“铜片表面有明显的红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解”的实验现象，应该表现出原电池中电极反应的特点；借助物理学中电学知识可以判断，电流计指针不动的原因可能与锌片与铜片直接接触有关.
设想：如果要证明上述装置就是原电池，确实实现化学能与电能之间的转换，就必须证明锌片与铜片之间确实有电流通过，如何证明？
[补充实验2] 将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，再同时浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中.
观察现象1：电流计指针发生偏移，并指示电子是由锌片流向铜片，在铜片表面有红色的铜析出.
得出结论：发生了原电池反应，可以肯定[补充实验1]中的装置构成了原电池.并且，其中锌为原电池的负极，铜为正极.
观察现象2：随着上述实验时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，最终又没有电流通过.同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖.
分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在锌片表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流强度减弱.当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止了，也就无电流再产生.
思考：作为原电池，其功能就是要将化学能转换成电能，上述实验中负极上的变化势必影响原电池的供电效率.能否设法阻止溶液中的Cu2+在负极表面还原？讨论后演示教科书中的[实验4-1].
分析：改进后的装置能持续、稳定的产生电流的原因.
4.探究实验中的异常现象.例如：在活动探究：单质、氧化物、酸、碱、盐之间的相互关系中好几个小组都发现了一个异常现象：氧化镁与稀盐酸反应竟然有气泡产生，与预测的反应现象不一致，为什么？教师不直接回答，而是让学生讨论分析原因，有学生提出：可能是部分氧化镁在空气中变质，与空气中的二氧化碳生成了碳酸镁.教师加以肯定：“这是意外的收获，进而证明氧化镁与二氧化碳的反应”.
三、开展探究性实验教学的案例
案例1：形形色色的化学喷泉
[实验探究氨的喷泉实验]首先教师用如图1所示用氨制作化学喷泉的实验过程.教师特别要让学生看清盛氨气的烧瓶内外是怎样连通的，当向烧瓶内挤入少量水后学生立刻看到美丽的红色喷泉，情绪高涨，诱发了学生强烈的愿进一步探究的学习意向.
然后学生立刻亲自动手收集氨，并采用与教师相同的装置开始实验，部分学生获得了成功，烧瓶中几乎充满了水；部分学生实验结束时烧瓶中只有一半的水，还有少数学生的实验没有能够形成喷泉.
[交流讨论]实验结束了，问题却出现了一大堆：为什么水能够从低处向高处流？为什么无色的水进入烧瓶会变成红色？部分学生实验失败的原因在哪里？做好氨的喷泉实验的关键操作要领在哪里？学生之间立即展开了激烈的讨论和交流.
在讨论过程中教师对学生进行适当的点拨、启发和引导，学生得出产生喷泉的原因是因为氨易溶于水，使烧瓶内气体压强减小而与外界大气压产生了压强差；溶液呈红色是因为氨气溶于水破坏了水的电离平衡导致溶液中c（OH-）大于c（H+），故溶液成碱性，遇酚酞试剂变红色.要想较好的完成该实验，一般要求烧瓶和玻璃导管要干燥，装置的气密性好，收集时要让气体充满烧瓶.教师不仅要对能够完成实验的学生进行鼓励，更要对实验失败的学生进行实验分析，找出失败的原因，对认真做完实验的学生予以赞赏，欢迎他们利用课外时间到实验室自主设计实验. 教师追问：
1.如何用CO2代替NH3设计出喷泉实验？
2.既然产生喷泉实验的原因是由于压强差，试设想产生压强差的方式有哪些？
3.如何利用上述装置和酒精、冷水、浓硫酸设计成喷泉装置？
学生经过小组讨论和积极思考，得出氨的喷泉原理是氨溶于水，使上部压强小于下部压强.
1.将氨喷泉实验中的水改用NaOH溶液，也能与CO2形成喷泉.
2p内 3.利用浓硫酸溶于水放热，使易挥发的酒精受热挥发，增大下部压强形成喷泉.
在这种探究的气氛中充分调动学生的积极性，改变学生被动接受的学习方式让学生亲自实验、讨论、分析，通过一个积极的自主的探究过程，相互启发，相互合作，不断将思维引向深入，既获得了丰富的知识，又培养了学生的动手操作能力，还可能激发学生喜欢学习化学的潜能和动机.
案例2：探究过氧化钠的性质
[创设情景]你在前面哪个实验中见过过氧化钠？学生想到是钠的燃烧实验.展示过氧化钠样品，观察颜色状态.
[提出问题]从组成上分析，过氧化钠为金属氧化物，可能发生哪些反应？提示：与氧化钠相比，有什么相同和不同？
[提出假说]学生根据氧化钠能与水、二氧化碳反应，分别生成氢氧化钠和碳酸钠，猜测过氧化钠很可能也与水、二氧化碳反应分别生成氢氧化钠和碳酸钠.
有学生想到：从Na2O2与Na2O比较，过氧化钠中氧多，会不会生成氧气呢？
设计实验： 取一支小试管，向其中加入少量过氧化钠固体，然后加入少量蒸馏水，反应后将带火星的木条伸入试管中，看能否复燃.再向试管中滴加1～2滴酚酞试液.学生分组验证假说.根据实验现象分析获得结论.关于过氧化钠与二氧化碳的反应，学生不知如何设计.
引导点拨：教师演示用脱脂棉包住少量过氧化钠粉末放在石棉网上，让一个学生通过玻璃管向过氧化钠吹气，脱脂棉剧烈燃烧起来，产物为白色固体.学生自己就可以根据现象分析得出：反应放热，使脱脂棉燃烧，生成的氧气助燃，所以能剧烈燃烧.但当即有学生质疑：一定有氧气生成吗？脱脂棉在空气中也会剧烈燃烧，燃烧程度不能充分说明有氧气生成.有没有更好的实验方案？产物白色固体如何检验？笔者对学生提出这样高质量的问题给予了充分的肯定，把它作为课后思考题，让全班学生课下充分讨论，以小组为单位设计实验方案.
这是一个较为完整的探究，符合研究物质性质的基本程序：观察物质的外观性质—预测物质的性质—设计实验—实验验证—解释及结论.学生体验深刻对过氧化钠的性质有了更深刻的了解.这个化学探究实验给学生提供展示自己才华的机会，激发了学生的学习兴趣，满足了学生的独立性和创造性的心理需要，扩大了学生视野，取得很好的教学效果.
实验效果：通过对学生进行个别访谈，并让学生写对探究性实验的真实想法，感受到学生以难以置信的热情投入学习.
四、结语
综上所述，在高中化学教学中重视开展探究性实验教学，可以让学生体验科学的过程、理解科学的方法和本质、学会研究与解释自然和世界，这样学生不仅学到化学知识，更重要的是掌握了获得知识的方法，从而不断提高化学素养.
一、开展探究性实验教学的意义
在高中化学教学过程中，开展探究性实验教学让学生通过参与研究方案设计、寻找资料、动手实验等亲身实践探究活动，体验科学探究的历程，让学生掌握一定的现代科学基础知识和技能，培养学生独立思考、敢于质疑、勇于探索、勇于承受挫折、敢于创新的科学精神，形成实事求是、严谨细致的科学态度.有利于学生在获取知识、培养技能的基础上提高分析和解决问题的能力，培养学生的创新精神和实践能力，也有利于促进学生学习方式的转变，提高学生的参与程度，使学生在合作探究中学会与人共处、促进其情感态度价值观的发展.
二、探究性实验的教学策略
科学探究能力的形成和发展是一个逐步提高，持续进步的过程，因此探究课题的选择要循序渐进，从小到大，活动要从简单到复杂，要求从低到高，形成一个逐步深入和提高的梯度.在选择化学实验探究时要注意活动的范围、层次，考虑学生的年龄特征，紧密结合化学教学内容，设计适当的教学形式来进行.
1.变演示实验为边讲边实验，让学生有自己动手实验和思维同步发展的机会.例如，“化学能与热能”中[实验2-1]铝与盐酸反应，[实验2-3]酸碱中和反应，安排为分组实验，因为放热现象不能用眼睛直接观察到，学生亲自动手实验有利于触摸反应器和观察温度计，能增强感性认识.
2.变验证性实验为探索性实验，增加实验的探究性.例如，氯水中H+的探究，从H+的性质出发，让学生尝试用石蕊试液、Na2CO3浓溶液、锌粒、蓝色石蕊试纸和pH试纸分别检验，比较最好的检验试剂.
3.结合具体内容适当补充相关探究性实验.在实验教学中结合教学内容适当补充相关探究性实验，能帮助学生巩固和加深对已学知识的理解.例如在学习原电池时，可以在教科书[实验4-1]的基础上补充一组探究性实验.
[补充实验1]学生分组实验将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片直接接触，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中.
观察现象：铜片表面明显有铜析出，电流计指针不偏转.
问题与思考：上述实验装置构成了原电池吗？如果没有发生原电池反应，铜片表面为什么明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解？如果实验装置就是原电池，为什么电流计的指针不偏转，表现出无电流产生？
[对比实验]将铜片置于硫酸铜溶液中，铜片表面没有铜析出，说明铜与硫酸铜溶液不反应.
分析判断：根据“铜片表面有明显的红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解”的实验现象，应该表现出原电池中电极反应的特点；借助物理学中电学知识可以判断，电流计指针不动的原因可能与锌片与铜片直接接触有关.
设想：如果要证明上述装置就是原电池，确实实现化学能与电能之间的转换，就必须证明锌片与铜片之间确实有电流通过，如何证明？
[补充实验2] 将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，再同时浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中.
观察现象1：电流计指针发生偏移，并指示电子是由锌片流向铜片，在铜片表面有红色的铜析出.
得出结论：发生了原电池反应，可以肯定[补充实验1]中的装置构成了原电池.并且，其中锌为原电池的负极，铜为正极.
观察现象2：随着上述实验时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，最终又没有电流通过.同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖.
分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在锌片表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流强度减弱.当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止了，也就无电流再产生.
思考：作为原电池，其功能就是要将化学能转换成电能，上述实验中负极上的变化势必影响原电池的供电效率.能否设法阻止溶液中的Cu2+在负极表面还原？讨论后演示教科书中的[实验4-1].
分析：改进后的装置能持续、稳定的产生电流的原因.
4.探究实验中的异常现象.例如：在活动探究：单质、氧化物、酸、碱、盐之间的相互关系中好几个小组都发现了一个异常现象：氧化镁与稀盐酸反应竟然有气泡产生，与预测的反应现象不一致，为什么？教师不直接回答，而是让学生讨论分析原因，有学生提出：可能是部分氧化镁在空气中变质，与空气中的二氧化碳生成了碳酸镁.教师加以肯定：“这是意外的收获，进而证明氧化镁与二氧化碳的反应”.
三、开展探究性实验教学的案例
案例1：形形色色的化学喷泉
[实验探究氨的喷泉实验]首先教师用如图1所示用氨制作化学喷泉的实验过程.教师特别要让学生看清盛氨气的烧瓶内外是怎样连通的，当向烧瓶内挤入少量水后学生立刻看到美丽的红色喷泉，情绪高涨，诱发了学生强烈的愿进一步探究的学习意向.
然后学生立刻亲自动手收集氨，并采用与教师相同的装置开始实验，部分学生获得了成功，烧瓶中几乎充满了水；部分学生实验结束时烧瓶中只有一半的水，还有少数学生的实验没有能够形成喷泉.
[交流讨论]实验结束了，问题却出现了一大堆：为什么水能够从低处向高处流？为什么无色的水进入烧瓶会变成红色？部分学生实验失败的原因在哪里？做好氨的喷泉实验的关键操作要领在哪里？学生之间立即展开了激烈的讨论和交流.
在讨论过程中教师对学生进行适当的点拨、启发和引导，学生得出产生喷泉的原因是因为氨易溶于水，使烧瓶内气体压强减小而与外界大气压产生了压强差；溶液呈红色是因为氨气溶于水破坏了水的电离平衡导致溶液中c（OH-）大于c（H+），故溶液成碱性，遇酚酞试剂变红色.要想较好的完成该实验，一般要求烧瓶和玻璃导管要干燥，装置的气密性好，收集时要让气体充满烧瓶.教师不仅要对能够完成实验的学生进行鼓励，更要对实验失败的学生进行实验分析，找出失败的原因，对认真做完实验的学生予以赞赏，欢迎他们利用课外时间到实验室自主设计实验. 教师追问：
1.如何用CO2代替NH3设计出喷泉实验？
2.既然产生喷泉实验的原因是由于压强差，试设想产生压强差的方式有哪些？
3.如何利用上述装置和酒精、冷水、浓硫酸设计成喷泉装置？
学生经过小组讨论和积极思考，得出氨的喷泉原理是氨溶于水，使上部压强小于下部压强.
1.将氨喷泉实验中的水改用NaOH溶液，也能与CO2形成喷泉.
2p内
在这种探究的气氛中充分调动学生的积极性，改变学生被动接受的学习方式让学生亲自实验、讨论、分析，通过一个积极的自主的探究过程，相互启发，相互合作，不断将思维引向深入，既获得了丰富的知识，又培养了学生的动手操作能力，还可能激发学生喜欢学习化学的潜能和动机.
案例2：探究过氧化钠的性质
[创设情景]你在前面哪个实验中见过过氧化钠？学生想到是钠的燃烧实验.展示过氧化钠样品，观察颜色状态.
[提出问题]从组成上分析，过氧化钠为金属氧化物，可能发生哪些反应？提示：与氧化钠相比，有什么相同和不同？
[提出假说]学生根据氧化钠能与水、二氧化碳反应，分别生成氢氧化钠和碳酸钠，猜测过氧化钠很可能也与水、二氧化碳反应分别生成氢氧化钠和碳酸钠.
有学生想到：从Na2O2与Na2O比较，过氧化钠中氧多，会不会生成氧气呢？
设计实验： 取一支小试管，向其中加入少量过氧化钠固体，然后加入少量蒸馏水，反应后将带火星的木条伸入试管中，看能否复燃.再向试管中滴加1～2滴酚酞试液.学生分组验证假说.根据实验现象分析获得结论.关于过氧化钠与二氧化碳的反应，学生不知如何设计.
引导点拨：教师演示用脱脂棉包住少量过氧化钠粉末放在石棉网上，让一个学生通过玻璃管向过氧化钠吹气，脱脂棉剧烈燃烧起来，产物为白色固体.学生自己就可以根据现象分析得出：反应放热，使脱脂棉燃烧，生成的氧气助燃，所以能剧烈燃烧.但当即有学生质疑：一定有氧气生成吗？脱脂棉在空气中也会剧烈燃烧，燃烧程度不能充分说明有氧气生成.有没有更好的实验方案？产物白色固体如何检验？笔者对学生提出这样高质量的问题给予了充分的肯定，把它作为课后思考题，让全班学生课下充分讨论，以小组为单位设计实验方案.
这是一个较为完整的探究，符合研究物质性质的基本程序：观察物质的外观性质—预测物质的性质—设计实验—实验验证—解释及结论.学生体验深刻对过氧化钠的性质有了更深刻的了解.这个化学探究实验给学生提供展示自己才华的机会，激发了学生的学习兴趣，满足了学生的独立性和创造性的心理需要，扩大了学生视野，取得很好的教学效果.
实验效果：通过对学生进行个别访谈，并让学生写对探究性实验的真实想法，感受到学生以难以置信的热情投入学习.
四、结语
综上所述，在高中化学教学中重视开展探究性实验教学，可以让学生体验科学的过程、理解科学的方法和本质、学会研究与解释自然和世界，这样学生不仅学到化学知识，更重要的是掌握了获得知识的方法，从而不断提高化学素养.