普通高中化学探究性教材实验拓展的实践

PAGE普通高中化学探究性教材实验拓展的实践叶静妃程成克（青田温溪高级中学丽水323903）摘要：新课程下，教师不能只成为教材中化学探究实验资源的被动执行者，应成为化学探究实验的研发者和建设者，是专业知识的发展者。对化学实验探究性资源的深度开发进行研究，将有助于解决化学探究性实验设计课程资源匮乏的问题，超越狭隘的教育内容，使学生有更多的机会主动地体验探究过程，并在知识的形成、联系、应用过程中养成科学的态度，获得科学的方法，变知识接受者为知识的共建者。关键词：探究性实验资源再度研发纵观英美等国家的中学化学课程与教材，我们可以发现，其指导思想和内容呈现方式上各有特点，但是都将“通过实验学化学”作为一种学习方式，都强调将：从学生和社会发展的需要出发，发挥学科自身的优势，将科学探究作为课程改革的突破口，我国的义务教育和普通高中化学课程也同样强调科学的实验探究。让教师从“教实验”转变为“用实验而教”，学生从“学实验”转变为“用实验而学”。因此对以实验为基础的化学学科，积极地开展“化学实验探究性资源再度研发”的研究工作，是推进基础教育课程改革的重中之重。1．谋求化学实验探究性资源的再度研发探究性实验资源是相对于验证性实验资源而言的，是指：由学生通过自主的实验实践过程，探究未知的实验现象或实验数据，并在此基础上得出实验结论，能激发学生的学习信心和强烈的求知欲，培养学生能力的一切可利用的实验资源的总和。化学实验资源的研发，是对化学实验活动中应用到的所有可能资源的找寻。而化学实验探究性资源的再度研发，则是对教材中已现有的实验探究资源教学价值的再挖掘再利用。我们通过对探究性实验资源进行再度研发，既缓解当前教材中探究性实验资源短缺的状况，又可通过现有资源的再度研发，增强探究性实验资源的适用性，增大学生参与实验的操作、观察、分析、讨论、归纳活动的机会，进而参与实验的再次研发中，有效的强化学生的探究能力和对问题的深层次理解能力。探究性实验教学资源的再度研发是一个巨大的工程，对教师提出要求与挑战，需要搜集相关资料，捕捉各种有关信息，创造性的研发和整理实验，对此最好的途径就是建立我们的实验素材库，为我们往后快速的查找并调用想要的探究资源。通过对资源的更新和积累，以利于我们在利用资源过程中，发现各个资源间的联系，以利于资源的更有效的应用。2．从化学实验探究性资源的一次开发到多次研发2.1整合教材中的探究资源：对案例1的思考与再设计同样的探究性实验内容，针对不同层次的学生、相同学生不同学习阶段等，应以不同的呈现形式。教材给出的是专家们研究结果，并不完全适合每一个学校的学生，它是一个具体的实例，是为教学内容而研的。所以我们要对教材呈现的探究性实验资源进行再度研发，使之更好的为学生理解化学知识，拓展学生化学视野，提升化学水平。案例1探究二氧化硫性质实验[探究资源的第一次开发]SO2漂白性实验探究苏教版教材对SO2漂白性质的实验一直采取以下操作：向试管中加入5mL二氧化硫水溶液，滴加品红溶液，震荡，品红溶液的红色褪去，再加热试管，红色又恢复，装置见图1。滴有浓NaOH滴有浓NaOH滴有品红滴有浓NaOH滴有浓NaOH滴有品红图1原实验装置图2改进的实验装置图3改进的实验装置[探究资源的第二次开发]设计思路：因为SO2具有是大气污染物，故设计在同一仪器中进行该实验，并且有加热后出来的气体的检验装置和尾气处理装置。教材给出结论：用SO2漂白过的有色物质，在一定的条件下还可以恢复原来的颜色。这是因为SO2和某些物质化合生成的无色物质不稳定，容易分解而恢复原来的颜色。教师对该反应原理很清楚，但是学生不知道，这种操作能不能说明该反应原理？学生心中留有疑问，更重要的是，加热又分解出的SO2不经处理，直接排入空气中，没有考虑环境污染。为此，笔者特作了如图改动，实验装置见图2。图2装置的改进，蘸有碱液的棉花可吸收散失的SO2，体现了绿色化学的理念，但是又如何证明有气体放出且放出的气体是SO2。为此做进一步的探究设计，在图2装置基础上，设计出图3装置。改进后操作亦较简单：在试管里塞上两团棉花，中间的滴上品红溶液，呈微红色，管口处的棉花滴上氢氧化钠溶液。实验现象能清晰地说明SO2和品红反应的实质，加热，品红溶液的红色再度出现，滴有品红溶液的棉花却褪色，说明加热后原褪色的品红液中有SO2放出。还可以对SO2的漂白性探究实验再进行第3次开发“SO2能否让酸性高锰酸钾溶液、溴水褪色吗？如果可以，二氧化硫使品红溶液、高锰酸钾溶液、溴水褪色的原理一样吗？”这第三次开发可以结合后一节课《硫酸的制备和性质》中对浓硫酸强氧化性实验探究的时候再进一步研究。2.2利用书籍资料和现代信息技术：对案例2的思考与再设计现代书籍和现代信息技术的空前迅速发展，为化学实验探究资源的再度研发提供机会。对此相关的研究的信息通过书籍网络便可轻松获得，这为资源的再度研发提供了资料保障。有时资源的几度探究之间由于缺乏某个数据或知识的提示而断开，这时借助于书籍网络将查得的相关信息呈现给学生，那探究性实验资源的二次、再度探究便能顺利开展，同时在学生在阅读书籍网络信息的过程中，还能培养学生阅读信息、分析信息，并迁移应用信息的能力。继续以SO2使品红褪色的实验为例。前面学习过氯气的性质，知道干燥氯气并不能使有色物质褪色，真正能让有色物质褪色的是HClO，同样SO2气体也会溶于水生成相应的亚硫酸。案例2探究二氧化硫漂白性实验[探究资源的第一次开发]是SO2溶于水后的生成物使品红褪色，还是就SO2气体本身？已知氯气的漂白作用实际上是氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白作用。为了探究二氧化硫的漂白作用到底是二氧化硫本身还是二氧化硫与水作用的产物。设计下列实验：亚硫酸钠溶液和浓硫酸反应，产生的气体经过干燥后通入品红的酒精溶液（如图4装置）。浓硫酸浓硫酸浓硫酸品红无水酒精溶液NaOH溶液图4Na2SO3亚硫酸钠和浓硫酸反应，产生的气体经过干燥后通入品红的无水酒精溶液发现品红溶液没有褪色，说明干燥的二氧化硫不能使品红褪色，使品红褪色的应该是二氧化硫与水反应生成的亚硫酸。[探究资源的第二次开发]是亚硫酸电离出的H+使品红褪色还是SO32-？实验设计：（1）把亚硫酸钠溶液和品红溶液混合；（2）把硫酸和品红溶液的混合，如图5，观察混合后溶液的颜色变化情况。品红溶液Na品红溶液Na2SO3溶液硫酸图5实验现象：品红溶液与硫酸混合，红色逐渐变深，与Na2SO3溶液混合颜色逐渐变淡，直至褪去。推测：品红是一种酸指示剂设计实验方案：将品红分别与稀硝酸、稀盐酸混合，观察混合后溶液的颜色变化情况；再将品红溶液分别与NaOH溶液、KOH溶液混合，观察溶液颜色变化情况。实验现象：品红溶液与酸混合颜色更深，与碱混合颜色逐渐变淡，直至褪去。结论：品红遇到酸和碱溶液时颜色会发生一定的变化，品红是否也可以象石蕊一样当作一种酸碱指示剂呢？[网络资料]资料名称物理性质描述化学性质描述百度百科酸性品红是酸性染料，呈红色粉末状能容于水，略溶于酒精（0。3%）。碱性品红是碱性染料，呈暗红色粉末或结晶状，能溶于水（溶解度1%）和酒精（溶解度8%）。碱、亚硫酸、亚硫酸盐、卤素单质、HCN以及一些强氧化性物质等都能够使品红褪色。《大学化工大辞典》品红酸(fuchsin)，为品红或洋红，又名玫瑰苯胺，化学式为C20H20N3Cl，是一个粉紅色的颜料品红(fuchsin)会与亚硫酸作用得到无色的leucosulfonicacid，这个反应是由于亚硫酸与品红中的quinoid部分进行1，6-加成所导制的：这个leucosulfonicacid是很不稳定的，当加入醛类化合物时很容易反应脫去一分子亚硫酸并得到一紫红色的quinoid顏料：《化学辞典》黄绿色闪光结晶块状或砂状物。溶于冷、热水中呈红紫色，极易溶于酒精中呈红色。遇浓硫酸呈黄棕色，稀释后几乎无色。其水溶液加氢氧化钠液呈带有红色沉淀的几乎无色液体。2.3凝聚教师集体合力：对案例3的思考与再设计教材中的探究实验资源是专家们智慧的结晶，但直接的执教教师将是化学探究实验资源再度研发的主要力量之一，直接的受教者反作用于教师对化学探究实验资源再度研发。各教师之间的团结合作，经验分享，定能促使教师对资源再度研发并取得一定的效果，同时在交流与合作的过程中每个教师开发探究资源的能力都能得到有效提升，有力促进教师的自身成长，为今后探究资源的再度研发提供有力的软件支持。案例3探究Cu与浓、稀HNO3的反应[探究资源的第一次开发]探究Cu与浓、稀HNO3反应装置的设计。铜与浓稀硝酸的实验，如果按照教材中的装置进行实验，第一反应不容易控制，不能及时让铜片和硝酸分离；第二产生的气体会污染大气，第三无法证明铜与稀硝酸反应产生的就是NO。这是由于无色NO遇装置中的空气会迅速转变为红棕色的NO2气体的缘故。因此，对铜与浓稀硝酸反应的实验进行了改进，[实验设计]铜与浓硝酸反应设计：在大针筒中加入铜片，挤出针筒中的所有空气，再用针头吸入大概2毫升的浓硝酸，马上用针套堵住针头（如图6）。图6图7图8在大针筒中加入铜片，挤出针筒中的所有空气，再用针头吸入大概2毫升的稀硝酸，马上用针套堵住针头。可以看到有铜表面有气泡产生，产生的无色气体不断把针筒的活塞向上推，溶液变成蓝绿色（如图7）。要检验产生的气体是否是NO，只要打开针头上的套子，抽入一点空气，就可以观察到针筒内的气体变成了红棕色，说明产生的气体是NO。要使反应停止只要把针头放入氢氧化钠溶液中，向下压活塞，把针筒内的液体注入氢氧化钠溶液中，可以观察到出现了蓝色絮状沉淀，说明反应后的溶液中存在铜离子（如图8）。[探究资源的第二次开发]探究Cu与浓、稀HNO3反应后溶液颜色的差异。在做Cu与浓HNO3、稀HNO3反应的实验时发现：相同质量的Cu分别与等体积，足量的浓、稀HNO3充分反应后，前者溶液颜色是绿色的，而后者溶液的颜色却是蓝色的。[猜想与假设]（1）可能是Cu2+浓度差异的结果。（2）可能是Cu与浓HNO3反应时产生的NO2溶于过量的浓HNO3显黄色，生成的Cu（NO3）2显蓝色，两种颜色混在一起而使溶液显绿色的结果。[实验设计与分析]因为反应前铜片的质量相同，溶液体积也相同，所以生成的Cu2+浓度也应相同，不存在Cu2+浓度的差异而引起溶液的颜色不同。排除第一个猜想，针对第二个猜想，可设计如下实验方案：①将盛绿色溶液的试管加热，观察绿色溶液是否变为蓝色。加热后会使溶在浓HNO3中的NO2挥发出来。②用H2O2和MnO2制得O2，并把O2通入到绿色溶液中，观察溶液是否变为蓝色。因为发生反应4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3，也可消除NO2的影响。结论：进行甲方案后发现加热绿色溶液后溶液的颜色逐渐变成了蓝色。实施了乙方案后溶液的颜色也变成了蓝色。由此可见，硝酸铜溶液的绿色是由蓝色的硝酸铜和黄色的浓硝酸（溶有二氧化氮气体）两者混合之后的颜色。总之，在中学课堂内外开展探究性实验教学的主要目的是培养学生分析问题、解决问题的能力，注重的是探究的过程中的知识获取，而不仅是为了得到某个结论。在校本课程资源匮乏的今天，通过以教师为主，学生为辅的探究性实验资源的再度研发和再利用，将单一的探究资源有机的整合在一起，重组一个新的探究情境，那肯定要比单一探究的效果好得多，而且间接的锻炼了学生能力。在当前三级课程管理模式下，当经过师生长