指导学生解探究题的方法例析

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  教学目标之一是让学生能够解决考题,所以教师的重要任务就是通过教学让学生掌握解探究题的方法、培养解题的习惯、提高解题的能力,为此,教师要开展形式多样的指导解题的方法,既可以是整节课的专题复习,也可以渗透在平时的课堂教学过程中。指导学生如何解科学探究题同样符合这种目标。
  讲解探究题解题技巧时,最好能结合探究题的特点展开,下面提供的就是平时教学过程中积累的一些方法,是根据题型特点进行分类解析指导的。
  一、 实验分析类
  试题特点在设计实验的基础上,开展实验验证,收集到相关证据,并对数据进行处理。这类试题往往就是通过实验现象或实验数据要求分析,从而得到目的。
  解题策略如何进行有效的处理,是解决这类题的关键。我们首先要从多种信息源中选择有关信息,并遴选出有用的信息结合学习中的知识进行解答。在此过程中我们要进行一系列观察、比较和测量,并会记录和处理观察、测量的结果。
  例1科学课上,老师向滴有无色酚酞试液的NaOH溶液中滴加稀HCl,同学们观察到溶液由红色变为无色。
  问题NaOH溶液和稀HCl溶液是否刚好完全反应了呢?
  猜想甲同学认为:可能NaOH有剩余,溶液呈碱性;
  乙同学认为:可能刚好完全反应,溶液呈中性;
  丙同学认为:可能滴加的HCl过量,溶液呈酸性。
  丁同学认为甲的猜测是错误的,理由是
  验证为了验证乙、丙同学的说法,丁同学设计了以下两种实验方案:
  解析无色酚酞遇碱变红色,遇酸不变色,这是解决本题的一个知识点,只有掌握了这个知识点,再读懂题目即可解决。比如猜想甲,如果剩余溶液中还有NaOH,那么无色酚酞就显红色,而事实上是无色,所以这个猜想是错误的。在验证过程中,已知pH<7,则知道溶液显酸性,丙同学的猜想是正确的。方案二中,如果认定丙同学的猜想正确,则溶液显酸性,加入碳酸钙后就发生反应,生成二氧化碳气体,现象则是有气泡冒出或有气体生成。
  答案无色酚酞遇碱变红色,而溶液由红色变为无色,溶液中不可能有NaOH有剩余方案一:丙方案二:有气泡冒出(或有气体生成)
  启示本题用实验的方式去验证猜想的正确与否,需要我们运用已有的知识,逐一对照实验现象和猜想,看是否相符,特别是是否符合知识点,如果与知识相背,那肯定存在问题,如果相符,则可认定猜想或者实验结论是正确的。从本题的方式上可以得到启示:解科学探究题时,可以把猜想与实验结合起来考虑,只有二者相符才有可能成立。
  二、 得出结论类
  试题特点此类题考查的目标有:将证据与科学知识建立联系,得出基本符合证据的解释;能注意与预想结果不一致的现象,并作出简单的解释;能提出改进工作方法的具体建议。所以它比较详细地给出了实验猜想的步骤,让我们能根据题中提供的材料进行分析和判断,从而得到最后结果。
  解题策略我们要学会分析、处理观察、测量和实验的结果,并与猜想与假设进行比较,从而得出结论。在解答此类题时,特别要注意题目中给出的条件,充分利用它的条件得到合符科学理论的结果。有的时候还要注意图表中数据的分析,所以要学会看图。
  例2某研究性学习小组以工厂金属废弃物为研究对象,探究其成分并回收金属。
  查阅资料知,该废弃物除杂质外可能还含有Fe(OH)3、Fe2O3;Fe(OH)3难溶于水,受热发生分解反应:2Fe(1) 请你据此提出关于废弃物成分(杂质除外)的假设:
  a. Fe2O3;b.;c. 。
  (2) 实验与分析
  Ⅰ. 取适量废弃物样品晒干,称其质量为m1克。
  Ⅱ. 将上述样品置于坩埚充分加热并在干燥器中冷却后,称得剩余物的质量为m2克。请回答:
  当m1=m2时,样品中一定有;当m1m2(选填“>”“<”或“=”)时,样品中一定含有Fe(3) 回收金属
  若a假设正确,回收样品中的Fe2O3需经过三个主要步骤:Fe2O3(样品中)→FeCl3溶液→Fe(OH)3→Fe2O3,请写出前两步反应的化学方程式: ;
  。
  解析废弃物除杂质外可能二种物质,如果提出三个猜想,就有可能是二种情况下只有单种物质,还有一种情况是这二者的混合,所以可以作出假设。在实验过程中,如果发现质量没有减少,就是说该物质不会反应,根据题目告诉我们的资料,可知在加热条件下不反应的只有三氧化二铁。如果样品中有氢氧化铁,则在加热时会放出水蒸气,样品质量减少。如果减少的量在一定区域内,则有可能是二者的混合物(题中的第三种情况)。用化学方法回收三氧化铁,则根据题目提供的途径,把样品溶于稀盐酸中,反应生成氯化铁,再加入氢氧化钠,氯化铁与氢氧化钠反应生成氢氧化铁沉淀,过滤后对沉淀加热,即可得到三氧化铁,完成回收的目标。
  答案(1) Fe(OH)3Fe2O3和Fe(OH)3 (2) Fe2O3>Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OFeCl3+3NaOH=3NaCl+Fe(OH)3↓
  启示本题的探究情景设置成回收金属废弃物,首先也是提出猜想,然后进行实验,在实验过程中让我们判断并写出化学方程式,这是科学探究题的基本格式:提出猜想,作出检测,并考查我们的基本知识和技能。同时,在题外给予我们一个提示,就是要对废弃物进行处理,变废为宝,从思想上提高我们的认识。
  三、 提出问题类
  尝试提出可以通过科学探究来解决的问题,从而建立起对自然现象的好奇心,提出可能通过科学探究解决的问题、让学生领悟提出问题的途径和方法、理解提出问题对科学探究的意义。
  试题特点问题是探究的开始,此类题要求提出的问题决不是随意性的提问,必定是与情景相符、与科学原理相符的问题,虽然有的时候提出的问题带有开放性,但一定切合题目的要求和情景。
  解题策略在观察、调查、阅读等情境中发现问题。要得到有效的问题,必须与题目情景相一致,要根据题目的具体要求来得到与参考答案差不多的问题。
  例3研究性学习:探究实验室中久置的NaOH的变质程度。
  [研究方案]先称取13.3g的NaOH样品(杂质为Na2CO3),配成溶液,然后向溶液中逐滴加入质量分数为14.6%的稀盐酸,根据生成CO2的质量测定Na2CO3的质量。从而进一步确定样品中NaOH的变质程度。
  [解决问题]实验测得加入稀盐酸的质量与产生CO2气体的质量关系如图所示。
  填写下表:(计算结果保留小数点后一位)
  [继续探究]求实验过程中与NaOH反应所用盐酸的质量。
  [发现问题]根据“与NaOH反应所用盐酸的质量”,对照图像,你发现了什么问题?
  解析本题属于实验后进一步提出问题的形式,是比较高级的提问方式,因为在科学研究过程中,提出问题不是凭空乱说,而是建立在一定的基础上的,所以本题在提问有一定的研究价值。
  本题中前半部分的解答属于常规性的问题。从图像中可以看出,Na2CO3与盐酸反应可以生成2.2克二氧化碳,根据化学方程式:Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑可以求得Na2CO3的质量,再根据化学方程式:2NaOH+ CO2=Na2CO3+ H2O,Na2CO3的质量为5.3克,可求得NaOH的质量为4.0克,那么未变质前NaOH总的质量为(13.3-5.3)+4=12克,4克/12克即为NaOH的变质程度。求实验过程中与NaOH反应所用盐酸的质量,也只要利用化学方程式就能解决(具体见答案)。而对于要提出的问题,题中已经给予提示:“对照图像”,对照图像我们会发现,生成二氧化碳并不是一开始就产生,这是为什么呢?这就是属于提问的范围。
  答案[解决问题]
  [深入探究] m(NaOH)=13.3g-5.3g=8g
  NaOH+HCl=NaCl+H2O
  4036.5
  8gm(HCl)
  [发现问题] NaOH被中和后,滴加盐酸,为什么没有立即产生CO2气体?
  四、 综合探究类
  试题特点将科学探究的各个过程综合在一起,考查我们对科学探究的了解情况,是这类试题设计的目的。所以此类试题往往是多个探究步骤的综合,既有提出问题,也有猜想和假设,同时可以有实验设计和分析,甚至包含评价和交流等等。
  解题策略我们要熟悉探究的各个环节,了解各环节的特点,然后结合平时的知识进行合理的解答。
  例4某学校的探究性学习小组发现,铜绿[Cu2(OH)2CO3]受热分解后,除生成CO2和水蒸气外,试管中还有一些黑色粉末状固体。他们通过实验探究,分析黑色固体的组成,并验证产生的气体。请填空:
  (1) 提出问题:____________?
  (2) 猜想与假设:黑色固体可能是:a.炭粉b.氧化铜c.__________________ 。
  (3) 查阅资料:炭粉和氧化铜均为黑色固体,其中炭粉不与稀酸反应,也不溶于稀酸,而氧化铜可与稀酸反应而溶解。
  (4) 设计实验方案:
  向试管中的黑色固体滴加足量的______(填化学式)溶液,充分反应后,观察固体的溶解情况和所得溶液的颜色。
  (5) 现象与结论:
  如果猜想a正确,则现象为______ ;若现象是____________,则猜想b正确;假如现象为______ ,则猜想c成立。
  (6) 若用下图装置验证两种气体生成物,应将生成的混合气体先通过______ 装置,反之会有何影响?______ 。当将气体通入装置A进行验证时,气流应从______ 口通入。
  解析综合题考查的不再是单一方面的问题,而是把科学探究的各个程序结合在一起,在解题过程中其实也只要把解决单个问题的方法应用起来即可,要注意的是:提出问题、猜想和设计实验要统一起来,以利于一步一步解决问题。本题提出的问题比较直观,而对问题的猜想需要动一下脑筋,黑色固体我们学过的不少,有可能是其他的吗?在本题中不太可能,需要结合题目进行猜想,因为题目已经告诉我们是铜绿[Cu2(OH)2CO3]受热分解后的产物,所以只能猜想是这二种物质的混合物;设计实验方案时,也要根据题目来做,题中已告之“资料”,所以可以从这样的方面进行参考设计,利用氧化铜能与酸反应而炭不会与酸反应来选择滴加的溶液;对结论的判断主要是平时学习的基础知识的考查,应该是不难的。
  答案(1) 黑色固体是什么?(2) 炭粉和氧化铜的混合物 (4) H2SO4(HCl、HNO3也可) (5) 黑色固体不溶解,溶液呈无色;黑色固体完全溶解,溶液呈蓝色;黑色固体部分溶解,溶液呈蓝色。
  (6) B会干扰对混合气体中水蒸气的验证a
  当然,科学探究的类型远不止这些,我们可以抓住科学探究的环节,运用基础知识和基本技能,同样可以得到圆满解决。
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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