中学化学探究性实验教学建模

1、中学化学探究性实验教学建模内容提要：本文作者根据教学实践提出了按学生主体作用发挥程度递增的五种探究性实验的教学模式，分别是：引导探究模式、步进探究模式、综合探究模式、分解协作探究模式和实验探究信息技术整合模式；利用五个教学实例为线索对五种模式进行介绍，指出了各种模式的特点和适用范围。 根据全国新课程改革的要求，我校化学组教师对探究性实验教学法进行了近两年的实践，进行了近二十堂相关的研究课，在外校的听课记录近百个。我们首先对每堂课的教学流程进行整理，找出其中的共性，分类整理，产生了“粗坯形”的模式，将这些“粗坯”在研究课中进行实践，在实践中发现了不少问题，对“粗坯”进行了修改、调整，形成了“修改

2、型”模式，最后把得到的模式进行等级划分和完善，形成了在中学化学教学中应用探究性实验教学法的五种相对“稳定型”的模式。这五种模式按学生在学习过程中主体作用发挥程度分为了五个层次，这五个层次也体现了我们从传统实验教学向现代课堂实验教学探索过程所走过的路。一、引导探究模式1、模式实例氯气的化学性质（1） 样品展示、初步感知教师活动展示氯气样品，初步感知氯气的物理性质（2） 系列实验、引导探究教师演示实验一、氯气通入石蕊试液中现象：先变红后褪色。学生分析先变红：说明生成了氢离子。设疑是谁使变红的石蕊褪色了？教师演示实验二、干燥的氯气中放入干燥的含石蕊的纸片现象：不褪色。 实验三、干燥的氯气通过用水润湿

3、的含石蕊的红色纸片现象：先变红后褪色。 实验四、在氯水中加入硝酸银溶液和稀硝酸现象：产生白色沉淀。 实验五、在盐酸中加入石蕊试液现象：变红学生讨论结合氧化还原反应原理，讨论以上实验现象说明了什么？汇报讨论结果 A、氯气分子没有漂白性，与水反应后的生成物中产生了有漂白性的物质。B、氯气与水反应的产物中有氯离子。C、氯离子没有漂白性。D、在反应中氯气转化为HCl，氯元素化合价降低，必有一种元素化合价升高，在反应中没有氧气生成，故另一种产物必然是一种氯元素化合价比零价高的化合物。（3） 得出结论、知识小结教师讲授通过实验可知：氯气与水反应，生成了HCl和一种有漂白性的物质，这种有漂白性的物质是HCl

4、O。写出化学方程式。2、模式的特点（1） 本模式是在教师带动下的实验探究，与传统的教学组织形式差别不大，易于老师掌握。（2） 在分析大量实验现象的过程中，能充分培养学生分析问题、筛选有效信息的能力。（3） 本模式教学过程中学生的主动性略差一些。3、本模式的适用范围（1） 依据教材，把教材中的验证性实验改为探究性实验对元素化合物性质进行教学（2） 有机化合物性质教学二、 步进探究模式1、模式实例钠与硫酸铜溶液反应研究（1） 根据旧知，发现问题引入我们已学过了钠能与水剧烈反应，金属也能与盐溶液反应并置换出盐中的金属，在硫酸铜溶液中既有水，又有能与钠反应的盐，它们应怎么反应？（2） 理论分析、提出实

5、验假设思考并回答如果与水反应产生什么现象？与硫酸铜反应产生什么现象？小结如果钠与水反应应能观察到有气体产生，若与硫酸铜反应应能观察到有红色（或黑色）固体产生。（3） 实验探索、得出结论学生实验探究将一小块金属钠投入硫酸钠溶液中，观察实验现象，并记录。小组汇报产生了气体说明生成了氢气，故钠与水发生了反应。同时产生了蓝色沉淀，说明钠先与水反应生成的氢氧化钠再与硫酸铜发生了反应，生成了蓝色的氢氧化铜沉淀。（4） 发现新问题学生置疑部分小组实验过程中产生了黑色沉淀，这黑色沉淀是什么？（5） 小组讨论、理论分析分组讨论这黑色沉淀产生的各种可能原因。小组汇报可能原因之一：钠与硫酸铜反应生成了疏松状态的铜；

6、可能原因之二；由于钠与水反应很剧列，放出大量的热量，使生成的氢氧化铜分解成了氧化铜。（6） 设计实验思考并回答如何用实验证明生成的黑色固体是铜还是氧化铜？小结比较简便的方法是在所得黑色固体中加入过量的盐酸，观察黑色固体是否溶解。（7） 实验探索、得出结论学生活动分组完成实验：在所得黑色固体中加入过量的盐酸固体完全溶解。结论A、生成的黑色固体是氧化铜，产生的原因是钠与水反应放出的大量热量使氢氧化铜分解。B、钠与硫酸铜溶液反应的过程是：钠先与水反应生成氢氧化钠和氢气，生成的氢氧化钠再与硫酸铜溶液反应。若钠的用量大、硫酸铜溶液浓度大或硫酸铜溶液在烧杯中太少导至钠不能游动时，可能导至生成的氢氧化铜分解

7、成氧化铜。2、模式的特点（1） 教学过程体现“发现问题实验探究解决问题在实验过程中发现新的问题再实验探究再发现新问题”的一般性认知规律，在下一级的探究活动中总是研究更深一层次的问题，呈逐步递进关系。（2） 探究过程是在教师引导下的探究，在教学设计和实验准备中必需设置一些学生意想不到的一些实验结果，以此引发学生进一步探究的兴趣和热情。3、本模式的适用范围（1） 根据高考、中考等试题集中的一些常考点，设计成探究性课题。（2） 元素化合物中需要深入研究的知识。三、 综合探究模式1、模式实例简易启普发生器的设计（1） 精讲原理、作好知识准备教师讲授启普发生器的结构、原理和操作方法（2） 提出问题、小组

8、讨论分组讨论利用实验室的一些常规仪器或生活中的物品，设计一个能使反应随时发生和停止的制取气体的装置，并将设计的思路画成草图。（3） 小组汇报、组间互评学生活动小组长把设计的草图用实物投影仪展示出来，并解说设计思想。其它人员对设计方案进行补充、置疑。教师小结评价各方案的优缺点。（4） 实施实验、体验成功学生活动利用提供的仪器和药品进行实验仪器的安装。实验仪器药品的准备烧杯、铜块、U型管、破底的试管，有孔塑料板、长颈漏斗、广口瓶，饮料瓶、气球、长铜丝、锌粒、稀盐酸等。2、模式的特点：（1） 本模式强调的是小组内人员的协作，在协作中交流，在交流中获知。因此小组讨论、汇报和组间互评成为了教学过程中最重

9、要的环节。（2） 各小组围绕同一个问题进行充分讨论，最终方案众多，重点培养学生的发散思维和创新思维能力。（3） 从教学内容上看，主要是在理论指导下的实验探究，对学生实验设计能力的培养高于利用化学实验来进行探究。3、本模式的适用范围各种实验装置的设计。如喷泉实验、气体的制法、碳酸钠样品纯度的测定等。四、 分解协作探究模式1、模式实例质量守恒定律（1） 故事引入、发现问题：引入拉瓦锡在白磷燃烧实验中，随手把反应密闭容器在刚称量过的天平上轻轻一放，引出了一个非常重要的定律。我们今天就要沿着科学家走过的路去认识这个定律。演示实验磷与氧气的反应，并称量。结论：反应前后质量相等（2） 提出假设、分析可能产

10、生的情况假设所有的化学反应，反应物与生成物都存在上述关系。（3） 分解实验、每个小组完成一个反应的实验分析及实验设计教师由于化学反应太多，我们不可能对所有的化学反应都进实验验证，我们列出了四个化学反应，我们一个组在一节课的时间中也难对四个反应的相关实验进行设计。我们每个小组选择一个化学反应进行实验设计并验证，最后对四个小组的实验情况进行综合，就可以得出我们今天的实验总结果。分组讨论如何设计实验证明下述三个反应也存在上述关系？A、氯酸钾分解B、氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应C、碳酸钠溶液与盐酸反应D、锌与稀硫酸反应（4） 小组汇报、组间互评学生活动各小组长把实验方案的草图放在实物投影仪上，汇报实验

11、设计思想，其它小组人员提问，小组长答辨教师点评指出实验设计中存在的问题，提出建议。（5） 实施实验、积极探究探究活动学生以小组为单位，完成自已设计的实验，作好实验记录和分析提供仪器和药品天平、法码、小烧杯、试管、气球、镊子、胶头滴管、酒精灯、试管夹、锥形瓶、长颈漏斗；氯酸钾、二氧化锰、氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、碳酸钠溶液、稀盐酸、锌片、稀硫酸。（6） 汇报实验情况和结论学生活动小组长汇报实验情况。教师点评部分小组没得到正确的结论，引导分析实验操作上可能存在的失误。（7） 综合各小组实验的结论，形成理论或结论教师总结质量守恒定律引导分析从微观的角度分板为什么在化学反应前后，各物质的质量总和相等。

12、形成性练习分析波义耳未能发现质量守恒定律的原因。总结科学探究的基本方法：发现问题提出假设实验验证理论解释2、模式的特点：（1） 在教学中，我们会遇到要研究一个问题涉及的实验较多的情况，本模式把全部实验按类别分解后，每个小组只完成一到两个实验的探究，通过各小组汇报探究结果进行交流使学生学到全部知识内容，把每个小组的实验结论进行综合总结，完成整个实验系列。这是与上述“综合探究模式”的最核心的区别。（2） 本模式强调的是在小组内同学间的协作基础上，进行同一个班级不同小组间的合作，就好象科学研究中一个工程、课题需要各部门的合作来完成。在小组汇报、组间互评环节中，几个实验方案在学生之间充分争议，容易形成

13、本节课的高潮。（3） 从思维方式上看，是先分解再收敛、再集中。3、本模式的适用范围（1） 化学理论的实验探究：化学理论的形成，往往需要较多的实验来验证，把这些实验分成若干类型，分解到几个小组中去进行实验，最后进行交流，较果较好。（2） 一个需要进行一系列实验并列表分析的知识点：如影响化学反应速率的因素、影响化学平衡的因素，影响物质氧化性、还原性的因素，黑火药的成分对火药燃烧情况的影响等等。五、 实验探究信息技术整合模式1、模式实例阿斯匹林分子结构的确定或验证（1） 利用生活常识激发兴趣（课前）引入生活中的药品的主要成份有的是有机物，我们已经学过了烃的衍生物，大家有没有兴趣利用我们学过的知识进入

14、药物制剂化学天地？（2） 搜集和浏览资料，提出探究任务（课前）任务分小组在网上、书刊中查找有关阿斯匹林的有关知识，并设计实验探究其分子结构。（3） 交流搜集信息和实验方案、分配实验任务学生活动A、小组长用课件展示收集到的有关阿斯匹林的相关资料 B、小组长在实物投影仪上展示实验方案并作解说，其它小组成员提问，小组长答辨。 C、酯基水解后生成的酚羟基的检验是个难点，教师指导学生进行重点讨论。分配实验任务分成若干实验小组分别检验阿斯匹林分子中有无下列官能团：碳碳双键、叁键、醇羟基、酚羟基、酯基、羧基等。（4） 分组实验实验探究根据小组的任务完成实验，得出结论。（5） 交流实验现象和分析结果汇报交流各小组交流实验结果和结论，其它组员置疑。（6） 综合小组结果，确定结构小结根据实验结果和有机物同分异构体的书写方法，我们写出了阿斯匹林的三种可能结构，但是支链的邻、间、对关系无法用中学实验进行探究。（7） 课件展示空间构型课件展示展示利用虚拟现实技术制作的阿斯匹林分子的空间构型（比例模型和球棍模型）（8） 方法总结总结有机物分子结构确定的一般方法：分子式可能结构实验验证实际结构2、模式的特点（1） 利用信息技术与化学实验进行整合，充分利用了各自的优点，信息技术在其中的作用主要是信息的收集、整理和成果的呈