中学化学教学：基于实验探究的智慧实践

2023-07-31 理论教育版权反馈

【摘要】：以实验为基础的中学化学教学设计，以基础教育课程改革的理念为指导，围绕化学实验改革的趋势，立足教学设计的基本框架，开展中学化学课堂教学设计的探究。图3-24实验探究环节设计图选取“实验室制取 CO2”为探究内容，设计思路按照图3-24 所示的环节展开。在学习实验装置时，为了让学生加强对实验装置的记忆，学习不同的实验时，分别采用同课同构、异课同构和同课异构的教学手段。

以实验为基础的中学化学教学设计，以基础教育课程改革的理念为指导，围绕化学实验改革的趋势，立足教学设计的基本框架，开展中学化学课堂教学设计的探究。它与化学实验是有区别的，除了涉及实验内容的设计外，还要系统考虑实验与教学设计系统中其他各因素的协调，优化实验对实现教学策略、达成教学目标的作用。

（一）高中化学实验探究教学设计案例在教学实践中的具体应用

探究活动设计的成功与否，是探究活动能否顺利进行的关键，预先设计科学的探究方案是高效完成探究活动的保障。而科学的探究方案必须对每一个探究部分进行深入的研究，其中教师角色、探究内容、探究目标、探究情景、探究活动以及教学评价六个环节是探究的主体。其关系如图3-24。

图3-24　实验探究环节设计图

选取“实验室制取 CO2”为探究内容，设计思路按照图3-24 所示的环节展开。

案例：实验室制取 CO2

【探究内容的设计】

选择“实验室制取 CO2”的原因有如下三个方面：第一，CO2的相关知识是初中阶段化学学习非常重要的组成部分，是人教版初中化学九年级上册第六单元“碳和碳的化合物”中的重点和难点，也是中考的重要考点，学好本节内容十分必要，为了更加深入和透彻地了解 CO2的相关性质，对其相关内容展开研究。第二，初中阶段值得开展探究的实验相对较少，在初中化学人教版九年级上册第二单元课题二学习“实验室制取 O2”时，学生接触化学时间较短，学生对实验的理解能力相对较弱，不易开展过于复杂的实验探究活动（但也对其进行了简单的实验探究活动，作为参考）。随着学生对化学知识的积累，在学到第六单元时，学生已基本具备了较好的进行实验探究的条件。第三，CO2在第一章第二节就有提及，人呼出的气体大部分为 CO2，生活常识人工降雨时使用的是干冰，干冰的成分是什么呢？而且在生物学科中，学生已经知道植物能够吸收 CO2的进行光合作用。但 CO2到底有什么性质学生并不了解，带着这些问题，学生对探究的内容有着非常浓厚的探究兴趣，这对探究实验的开展也有着非常重要的作用。

【探究目标的设计】

知识与技能目标：掌握 CO2实验室制备原理、方法以及物理、化学性质。

过程与方法目标：通过创新实验，拉近化学实验的距离，将实验探究迁移到社会生活中；采用小组合作探究的学习方式，加强合作和交流；在探究中体验科学探究的过程，学习科学探究方法，用实验去解释 CO2在生活中的相关现象。

情感、态度与价值观目标：探究实验与创新实验相结合，引起好奇心和探究欲，形成创新意识，体验探究乐趣，培育科学素养。

【教师角色的设计】

1.学习者

本实验为创新型探究实验，创新之处在于要利用生活中的常见物品代替实验仪器进行探究实验室制取 CO2的实验。在开展实验之前，要求教师要充分考虑到各种物品对本实验探究的影响，在实际开展本节课时由于学生的开放性思维和发散思维，教师难免有预想不到的情况，这就要求教师从中学习及时解决突发问题。

2.探究活动的指导者和探究进程的控制者

本次试验选用的实验药品包含稀盐酸，在实验前教师要对本次探究的注意事项进行必要地说明，指导学生安全地进行实验探究。对什么时间探究什么问题做好严格的控制，避免不必要的问题发生。

3.学生探究兴趣和情绪的调动者

学生对化学实验大多非常感兴趣，在探究前教师最好能够创设一个趣味性的探究情景来激发学生的好奇心，调动学生的探索欲。在实际探究的过程中，学生难免会有不成功的，教师要及时观察和发现学生情绪的变化，及时对实验失败的学生做出鼓励和调整，再次进行探究，使学生获得成功的喜悦。

4.探究活动的合作者和参与者

在学生进行实验时，教师要参与其中，了解学生的方法、思路和意图，与学生一起合作，完成实验探究的内容。

【探究环节的设计】

1.探究情景

在上这节课之前先来听一个故事。在我们身边有这样一个人，他的生活喜忧参半，他有优点也有缺点；他与我们每一个人的生活都紧密联系在一起，生产碳酸饮料生产商和制造灭火器的工厂老板非常喜欢他，蔬菜大棚和绿色植物也不能离开他。有时他还会变身，变身之后他变得非常高冷，一但他出现在生活中，身边就会伴有白雾，而且他经常在舞台上和人工降雨时出现。不幸的是，他为我们做出贡献的同时常常牺牲自己。有时候他也很苦恼，由于他的不断壮大，导致了海平面上升，使一些海拔比较低的国家面临着被淹没的危险，他的存在有时也会直接危害到他人的性命。例如，他的数量过多人们就会感觉呼吸困难。他想改正自己的缺点，但却无能为力。

2.探究活动流程图

流程图见图3-25。

图3-25　探究活动流程图

【教学评价与反思的设计】

教学评价以学生自评为主，教师评价为辅。首先，由学生阐述自己在探究过程中取得的探究结果和自身存在的不足。然后，同学和教师对该学生进行评价，促进学生对存在问题的深入认识。最后，教师根据探究活动中学生的表现与设计的预期结果进行对比，对学生的表现做出一个总体的评价，同时也要反思不足之处并对实验方案进行优化。

【实验探究的教学设计思路】

在学习实验装置时，为了让学生加强对实验装置的记忆，学习不同的实验时，分别采用同课同构、异课同构和同课异构的教学手段。例如，实验室制取氧气和实验室制取二氧化碳属于不同课，学习实验装置时都采用相同的教学手段即为异课同构，针对某一课采用不同的教学手段即为同课异构，反之则为同课同构。学习实验室制二氧化碳的实验装置时采用的教学手段是同课异构，将一个班级分成三个小组，第一个小组用正常的玻璃仪器组装实验装置；第二个小组利用画图、剪纸和拼图组装实验装置；第三个小组利用生活中的废品代替实验仪器组装实验装置。三种方法都达到了预期的教学效果，但三种方法所发挥的作用和对学生的影响却不尽相同。

利用剪纸拼图的方法组装的实验装置虽然没有其他两种那么逼真，但在学习的过程中运用画图、剪纸、拼图的手段，学生之间分工明确、各取所长、相互配合完成实验装置的组装，激发了学生的空间想象思维，促进了学生动手能力提高，增强了学生对实验装置的记忆，有助于学生主动参与教学活动。利用生活中的废品代替实验室中的仪器的方法组装实验装置，虽然部分同学选择的物品不是很科学，却使学生形成了创新的思维，有利于培养学生的创造力，让学生认识到化学实验其实就在我们身边，有利于引导学生主动去尝试教材中探究部分的家庭小实验。

本次探究活动最终采用的教学手段为利用生活中常见的物品代替传统玻璃仪器（注射剂代替长颈漏斗，小塑料瓶或者玻璃瓶代替集气瓶、点滴管或者橡胶管代替导气管等等），使探究的内容更能够贴近生活，学生更能认识到化学实验就在我们身边，本次探究以小组合作的方式进行合作探究，能增强学生的合作意识，引导学生主动参与，感受探究过程。

（二）初中化学实验探究案例在教学实践中的应用

下面以化学计算实验教学设计——九年级第十单元第三课题“溶液的溶质质量分数的计算”为例进行详细介绍。

初中的化学计算主要集中在第五单元的相对分子质量、元素的质量分数，第六单元的利用化学方程式的计算，第十单元的溶液中溶质质量分数等有关的计算。以上都是一些较为简单基本的计算，计算能力是学生学习化学的重要组成部分，是学生化学学科能力发展的重要标志。通过实验让学生从量的角度去关注理解化学知识，让物质与量有机结合起来，更好地学习本学科。化学实验可以帮助学生利用生产、生活及实验中的数据分析，研究物质的组成变化结果或规律，从定量角度加深对物质组成与变化的认识。因此，利用实验进行化学计算的教学设计是必要的。

本课既是第十单元的重点也是难点，在九年级化学中占有重要的地位。在历年的中考中占有一定的比例，尤其在计算题的最后一问。第十单元课题三安排三课时的教学，第一课时主要让学生掌握两部分内容：第一部分是溶质质量分数的简单计算以及如何去配置一定浓度的溶液；第二部分是如何稀释和浓缩一定浓度的溶液来达到实验、生产和生活的要求。教学中将演示实验改为学生实验，这样既可以更好地提高学生的学习兴趣，调动学生的积极性，又能够增加学生的课堂参与。定量实验对初中的学生存在一定的困难，所以在实验前先让学生熟悉所用的仪器以及操作方法，讨论出实验步骤，让学生了解每一步的规范操作，再动手实验。通过配制一定浓度的溶液，进行有关计算，加深学生对溶质质量分数概念的理解，为今后的应用做好铺垫。

本课的实验探究教学设计思路如下：

【创设情境，导入新课】

同学们，在相同体积的两杯水中分别加入一匙白糖和两匙白糖所得溶液有什么不同？

【合作交流，共同探究】

互动 1

在三支试管中各加入 10mL 水，然后分别加入 0.5ɡ、1ɡ、1.5ɡ 固体硫酸铜。

出示课件（表3-10）：

表3-10　出示课件 1

归纳：对有色溶液来说，可根据颜色的深浅来区分溶液的浓稀。

小结：溶液的浓稀一定表示溶液中溶质质量含量的高低。

互动 2

讲解：溶液的浓稀不能准确地表示一定量的溶液里溶质的多少，但实际应用中，我们需要准确地知道溶液的组成。

介绍：表示溶液组成的方法很多，溶质的质量分数是其中的一种。

设问：什么是溶质的质量分数？如何表示溶液的组成？

讲解：溶液中溶质的质量分数是溶质质量与溶液质量之比。

出示课件：

1.计算式为：溶质的质量分数=溶质的质量/溶液的质量×100%

2.溶液质量=溶质质量+溶剂质量=溶液体积×溶液的密度

互动 3

出示课件（表3-11）：

表3-11　出示课件 2

议一议：将上述实验中第三种溶液均分为两份，每份溶质的质量分数是多少？为什么？

互动 4

出示课件（表3-12）：

表3-12　出示课件 3

【总结反思】

初中化学计算类型较为简单，本课将学习过的溶解度与溶质的质量分数进行对比，加深学生对这两个概念的理解。最后练习配制溶质质量分数一定的溶液，并学会分析在实验的过程中可能出现的一些误差及错误，分析其对所配得溶液的溶质质量分数的影响。这部分内容需要学生具备一定的综合能力，比如实验能力、动手能力以及提出问题并通过分析解决问题的能力。

中学化学教学：基于实验探究的智慧实践

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