1、化学实验探究和实践活动设计 化学实验探究和实践活动设计黄新阶 HXJ636363TOM.COM一、什么是化学实验探究？什么是实践活动？（本体论） 实验探究是指通过实验来进行的一种探究活动，它是科学探究在化学实验教学中的具体化。它是化学教学中最常见、最主要的探究活动。实验探究是一种基于实验的探究活动。这里的“实验”，不仅指实践活动，还包括实验方法论、实验事实和实验史实。从在实验教学中所外显的形式来看，不仅包括探索性实验，还包括验证性实验。实验探究是针对一定的“问题”所展开的活动。实验探究是一种逻辑和想像相融合的活动。实验探究是一种以科学证据为基础的活动。实验探究是一种综合运用所学的化学科学知识与
2、化学实验技能、科学过程与科学方法来展开的一种活动。 综合实践活动是指学校有目的、有计划、有组织地指导学生获得直接经验和及时信息而设计的一系列主题项目，以观察、思考、参观、访问、考察、制作、实验、训练、竞赛、表演、小课题研究等学生主体的实践、体验、创造为主要形式，以探究性学习为主要学习方式、以培养学生创新精神和实践能力、促进学生的认知、情感、行为的统一协调发展为主要目标，以实践性、自主性、创造性、综合性、趣味性以及非学科性为主要特征的课程及教学组织模式。二、为什么要开展化学实验探究和实践活动？（价值论）是人的全面发展的客观要求。是时代发展的必然要求。是新课程的要求。科学探究和实践活动是实现知识与
3、技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度的目标最为有效的一种载体或活动形式。是教师专业和个人发展的要求。是当今倡导的新型学习方式。三、怎样设计化学实验探究和实践活动？（方法论）、问题： （1）、实验探究难以管理，教师难以有效调控整个个班级。 （2）、课堂时间不够，难以圆满完成实验探究。 （3）、缺少合适的探究案例：与学生日常生活紧密相关，容易引起学生探究兴趣，且很难从书本中轻易得到答案的探究性实验案例比较少见。 （4）、班额过大，很难照顾到每一位学生。 （5）、学生智商、情商、能力等参差不齐。 （6）、教师工作量太大。 （7）、装置、材料、安全、经费制约。 （8）、升学考试和评价机制制约。策
4、略：宏观方面： （1）、提升个人素质。更新观念，善于学习，立足课堂走“教、学、研”之路，通过“自我反思、同事互助、专业引领”，提高自身素质，做创新型、学者型、专家型教师。 （2）、遵循设计原则： 理性思考与实践操作的统一原则 施教主体与学习主体的协调、规范性与创造性的统一原则 静态设计与动态设计的统一原则。 突出科学性、可行性、量力性、安全性、简约性原则。微观方面： （1）、用思维活动部分代替实践操作活动，以解决经费、经费时间安全问题。探究活动有三个层面，即行为层面、技术层面和思辨层面。行为层面的探究是针对静态教学而言的，强调要让学生有机会说和做。技术层面的活动主要是主题性的，致力于学生在某一
5、方面的独特收获。思辨层面的探究则不拘泥于是否在行为上有所作为，而是探究中的理性思考和头脑中的思维运作。尽管思辨探究具有很高的价值，但在形式上是内隐和无形的，是超越具体活动形态的精神活动，所以经常容易被忽视。 （2）、用指导性探究代替开放性探究。探究问题由教师提出，学生负责设计方案，以解决时间问题。 （3）、选择合适的案例。案例的选择关注学科核心知识的构建与化学学科意识的养成，关注课程标准中的重点内容，以帮助学生理解化学学科的核心知识，形成本学科特有的学科意识；有助于学生了解科学家的研究过程；提高探究的能力；养成本学科的良好思维习惯（如好奇、尊重事实、开放意识、质疑精神）。这就要求教师在分析把握
6、教科书的基础上，对教科书内容进行重组与加工，从改进实验、拓展内容、查找失败原因、偶发事件等提炼出有趣味性、开放性、贴近生活生产实际等特点的值得探究的案例。、案例 1探索性活动的设计：保暖袋中装的是什么物质？竹子里有什么氧气的制法 2验证性活动的设计：证明烧碱溶液和盐酸混合后发生了化学反应石灰水为什么不变浑空气中氧气含量的测定3综合性活动的设计：中学化学实验绿色化的探索注射器在化学实验中的应用教室内二氧化碳含量的测定上册1、第14页：对人体呼出气体的研究。2、第27页：拉瓦锡为什么选择汞吸收空气中的氧气？怎样系统研究测定空气中O2含量实验？（见幻灯片）3、第37页：加入二氧化锰的操作。氧气的家庭
7、制法（氧立得）4、第46页：电解水实验。5、第54页：明矾净水的利弊。6、第91页：质量守恒定律的测定装置。7、第94页：H2还原Cu。8、第105页：木炭吸附红墨水实验。9、第107页：木炭还原氧化铜（导管问题，产物检验问题）。10、第114页：CO2使蜡烛熄灭实验，烧杯倒置的现象。11、第116页：干涸深井中CO2含量超标问题12、第116页：羊、牛打嗝放屁问题下册1、封面图2、第6页：18K白金是铂金还是金的合金？足金、千足金？3、第11页：铝和硫酸铜溶液反应的现象，铜浸入硝酸银溶液中的现象。4、第17页：图8-21中的化学方程式：无条件。5、第29页：乙醇滴入高锰酸钾溶液中，变色现象如
8、何解释。6、第35页：硝酸钾晶体的外观与实际的差异。7、第44页，称3g氯化钠图9-22中的几处错误。8、第52页：水滴入浓H2SO4中的无飞溅现象。9、第54页：鸡爪放入NaOH溶液中，变粗。10、第55页：酚酞滴入NaOH溶液中由红色变为无色的解释。11、第58页：NaOH和盐酸反应的证明。1、第60页：pH的范围为什么在0-14之间。1、第87页：每分钟能吸入4升O2吗？正常人每分钟只能呼吸17次。附1：化学活动与探究参考课题第一单元 走进化学世界调查“白色污染”形成的原因，提出消除这类污染的建议（学习科学探究活动的一般方法、步骤）。收集、交流我国古代“四大发明”与古代化学的资料。在教师
9、指导下，设计实验探究酒精可燃与不可燃的临界浓度。第二单元 我们周围的空气设计实验将一个集气瓶中的空气“捕捉”到另一集气瓶中。实验探究空气中含有水蒸气。从媒体上收集半个月以来当地有关空气污染的报道或相关信息，分析这一时段空气质量变化的原因。实验探究催化剂对H2O2分解速率的影响。第三单元 自然界的水设计实验比较两种井水硬度。探究：池塘里的水为什么0时不结冰。收集有关“饮水与健康”资料，略谈认识。通过环保部门和卫生部门，调查造成本地区水体污染的主要企业及其污染物，提出有关防治建议。初探富营养化水质的生物治理。第四单元 物质构成的奥秘撰写科普小论文：“我想像中的原子结构。”观察并讨论浓氨水和浓盐酸接
10、近时的“空中生烟”现象。自主设计实验探究“物质的微粒性”（如50ml酒精和50ml水混合后的现象观察与讨论）。自选药品、材料探究分子的扩散现象。第五单元 化学方程式查阅资料，了解质量守恒定律的发现与发展，组织科学知识的报告会。探究化学方程式配平的其它方法。实验探究化学反应前后各物质的质量之和会发生变化吗？设计实验推断孔雀石（或碱式碳酸铜）分解的产物。第六单元 碳和碳的氧化物气体制取、收集装置和气密性检查方法的探究。C60前景展望（撰写科普小论文）。设计实验探究：不同的物质吸附性差异。干冰、碘化银人工降雨原理及其利弊探究。第七单元 燃料及其利用汽车尾气成份的研究。调查当地燃料的来源和使用情况，提
11、出合理使用燃料的建议。自制一个太阳能集热器。化学反应中能量变化初探。生物能源的发展与展望（收集资料撰写科普小论文）。资料收集：不同资料引起的火灾与自救。小组辩论：常用的几种燃料中，哪一种较理想。第八单元 金属和金属材料调查家庭垃圾中所含金属废弃物的种类和数量，讨论回收的价值和可能性。家用铁锅、菜刀生锈原因及预防措施。收集整理丰富多彩的金属矿物标本和图片。关于微量元素与人体健康的调查与研究。废旧电池对环境的污染与其所含金属的回收。制造自来水管材料的变迁（撰写科普小论文）。第九单元 溶液实验探究氯化钠、氢氧化钠在水中溶解时的温度变化。探究不同品牌洗衣粉的去污能力。实验探究影响物质溶解速度的因素。探
12、究缺角的硝酸钾晶体在饱和溶液中变化规律。第十单元 酸和碱小组协作完成当地土壤酸碱性测定的实验，提出土壤改良的建议或适宜的种植方案。调查或收集有关酸雨对生态环境和建筑物危害的资料。结合实际对酸雨的形成、危害和治理发表自己的意见和评论。洗发液、护发液的酸碱性测定。酸味水果（如葡萄）在生长过程中，汁液酸碱度测定。试验某些植物花朵的汁液在酸性和碱性溶液中的颜色变化。第十一单元 盐 化肥收集资料、设计实验探究：皮蛋中的化学。学校周围农村使用化肥情况调查。辩论：使用农药、化肥对人类的利弊。厨房中面碱（Na2CO3）和食盐鉴别方法探究。收集资料、设计实验探究：牙膏中的化学。设计实验鉴别当地农村常用的化肥。第
13、十二单元 化学与生活设计实验探究香烟浸出液对眼虫（或其他小动物）生活的影响。设计实验探究动物或植物对大气中O2和CO2相对含量的影响。浅谈生活垃圾的分类回收。搜集资料撰写科普小论文：饮酒与健康。调查常见的食品添加剂种类，讨论食品添加剂的作用和可能产生的不良影响。调查当地常见的塑料废弃物的种类、数量和危害，提出治理的合理建议。收集化学物质引起毒害（如吸入有害气体、误食有毒物质、家居装修污染等）的资料，提出防止危害的建议。附2：实验探究方案保暖袋中装的是什么物质？设计讲授：赤壁市实验中学 黄新阶教学目标：一、认知目标 运用特征反应推断、鉴定保暖袋中的化学物质（生石灰、碳酸钙、水）；巩固已学的酸碱盐
14、等几类物质相互反应的知识。二、技能目标 训练学生使用猜测验证、归纳、推理等科学方法，渗透本质决定现象的辩证唯物主义观点，培养学生分析问题和解决问题的能力。三、情意目标 让学生体验科学探究的乐趣，认识化学与日常生活的密切联系，激发学生热爱化学的情感，培育科学的态度和价值观。 教学用品：镁带、盐酸、pH试纸、酚酞试液、化学保暖袋、塑料吸管、塑料杯、大头针、注射器 教学方法：演示讲解，实验探究。 教学过程：师：市场上有一种由广东潮安县几家食品厂开发生产的保暖袋深受中小学生喜爱。这种保暖袋用于冬天室外取暖。老师带来了这种保暖袋。（展示样品后给学生分发保暖袋，每桌发二个）。请大家阅读产品说明，并按照使用
15、说明使用一个保暖袋。生：阅读产品说明书。按照使用说明，用手拍打一个保暖袋，观察发热现象。师：（立题）刚才大家用的保暖袋价格低廉，携带方便，用手拍打几下，3至5分钟保暖袋的温度就达70度以上。保暖袋中究竟装的是什么物质？今天我们一起来研究这个问题。先请大家猜一猜保暖袋中装的物质是什么。生：（猜测）可能是生石灰和水、生石灰和酸、烧碱和水师：（板书） 浓硫酸溶于水 烧碱溶于水 生石灰与水化合 生石灰与酸反应师：为什么拍打保暖袋几下就可发热？生：保暖袋使用前，各种物质肯定是分开放置的。因为上述各组物质只要混合在一起就可发热。拍打的目的是让袋中的几种物质混合在一起。师：采用什么措施让袋子中的几种物质相互
16、隔开？猜测后请打开另一个保暖袋。生：观察其中的物质存放、色态。师：大家看到了什么？生：保暖袋中装有一小袋浅红色液体和一些固态物，固态物有些田螺、蚌壳粹片。师：从实物看，什么物质可能性最大？生：固体主要成分为生石灰，液体主要成分为水或酸溶液的可能性最大。师：从科学研究的角度看，我们已经作出了预言。预言是否正确，必须通过实验进行验证。即通过实验确定固态物主要成分为氧化钙、液体为水或酸。师：怎样鉴定水、硫酸、盐酸、氧化钙？生：（讨论）检验液体、固体成份的实施方案师：请大家交流设计方案：生1、液体与无水硫酸铜混合，检验有无水存在生2、镁带插入液体中，检验是否有氢气，确定是否含酸生3、pH试纸测液体pH
17、值，检验液体是否显碱性生4、固体与水混合，观察溶解情况。取上层清液做下面实验一份与无色酚酞试液混合、将二氧化碳通入另一份液体中师：下面先研究液体的成分。研究液体的成分必须将包装袋中的液体取出。怎样将包装袋中的液体取出？生：用注射器吸取，用剪刀剪开，用针刺破，用口咬破，用手挤压让其破裂。师：这些办法哪几种较好？为什么？生：用注射器或针刺破较好。用此方法易控制液体。师：（演示）用注射器取出保暖袋中的液体，并与白色硫酸铜混合。生：白色硫酸铜变蓝，说明液体中含水。师：该实验能否说明液体的主要成分为水呢？生：不能，因为水溶液不论浓稀都能使硫酸铜变蓝。师：（演示）测液体的pH值，将镁带插入液体中。生：pH
18、约为7；无气泡产生。师：（小结）红色液体pH约为7；镁带插入液体无气泡产生，说明液体中不含酸，液体使白色硫酸铜粉末变蓝，说明液体中的主要成分为水。下面我们按照开始设计的方案研究固态物的成分。生：（分组实验）固体与水混合，观察溶解情况。取上层清液，一份与无色酚酞试液混合，将二氧化碳通入另一份液体中。师：请各组交流实验情况。生：酚酞试液遇上层清液变红，说明液体显碱性；二氧化碳通入液体中，液体变浑浊，说明液体为石灰水。师：根据实验现象可知，固体中含氧化钙、液体中含水。我们初步认定保暖袋的发热原理为氧化钙和水化合放热。固体不可能是纯氧化钙，其中含什么杂质的可能性最大？生：碳酸盐师：（演示）固体与盐酸混
19、合，产生气体。将产生的气体通入石灰水中，石灰水变浑浊，说明产生的气体为二氧化碳，固体为碳酸盐。师：碳酸盐的来源？生：烧制石灰时碳酸钙未完全分解，石灰与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙。师：为什么没有用石灰石为原料烧制石灰而用贝壳烧石灰？（演示）贝壳与盐酸混合，产生气体，说明贝壳中含碳酸盐。资料显示：潮安地理位置、地域特征（潮安处于广东东部，紧邻南海，该县盛产贝类动物，贝壳资源十分丰富，石灰石比较少）。师：保暖袋中的红色液体肯定是混合物，其中含有水，该液体与生石灰混合，放热是红色物质起了主要作用还是水起了主要作用？可以运用对比实验加以确认。为了排除偶然性，对比实验可以做2-3次。演示：打开二个保暖
20、袋，用一注射器吸取一份自来水，一注射器吸取红色液体（等体积），同时注入二份等质量的固体中，用温度计检测发热现象。生：二者温度都上升到80度。师：既然水与生石灰混合发热情况没有什么变化。为什么要配成红色液体？为什么加入有香气的物质？生1：防止仿制。生2：降底液体的凝固点，防止低温下结冰而冻裂包装袋。生3：添香加色都是为了引起小朋友的兴趣，使保暖袋更具玩具功能。师：如果拍打保暖袋不发热，原因是什么？生：保暖袋包装密封不好，生石灰已变质。师：保暖袋中的固体有21克，液体有6克。石灰与水的质量及二者的质量比是否可取任意值？生：不能。若石灰与水的质量太多则发热量太大，若石灰与水的质量太少则发热量太少。根
21、据氧化钙和水反应的化学方程式计祘可知石灰与水的质量比为28：9，按“21克固体，6克液体”配料二者刚好反应。师：保暖袋的缺点有哪些？生：缺点是只能用一次。师：市场上利用化学原理开发的发热产品“热宝”很有特色，它可反复使用达千次以上。（展示“热宝”后）热宝发热的原理是什么？加热之后可还原，多次使用，奥秘又是什么？这个问题留给大家。师：（小结）今天同学们运用假设、验证的科学方法及硫酸铜与水化合变色，二氧化碳与石灰水发生沉淀反应等一些特征反应，通过科学推断，确认了保暖袋中的主要化学物质（发热）为生石灰和水，辅助物质为香料和红色色素，杂质为碳酸钙和泥砂。通过这次探究，我们学到了什么？生：知道了保暖袋中
22、的化学物质为生石灰、水、碳酸钙等；巩固了酸碱盐有关知识，明确了化学与日常生活有密切联系，知道从原理到产品需要解决很多实际问题，学到了运用对比、猜测验证、推理等科学方法解决化学实际问题。师：科学工作者用生石灰和水这两种很普通的物质化合放热的性质做成保暖袋，给我们的生活带来了方便。我们能不能利用化学原理想办法开发一些新产品？希望大家在这方面有所作为。长作业：以“保暖袋中有什么？”为题写一篇小论文或日记；观察生活中的化学、化工产品，尝试利用所学化学知识开发一些化工产品。板书计划：略 注：2001年冬季笔者偶然发现市场上有一种由广东潮安县某食品厂开发生产的保暖袋，并以此为课题组织学生开展探究性学习。2
23、002年4月20日将此课在“湖北省2002年特级教师教学艺术研讨会”上进行了展示，该课实况录像光盘在全省交流。“保暖袋中装的是什么物质？”是该展示课教案。附3：小论文：竹子里有什么 一天，我和几个同学在学校附近的竹林里玩。一个同学问大家：“你们知道竹子里有什么吗？”一个同学回答说：“竹子里面是空的。”另一个同学马上反驳说：“不是空的，里面有空气。”我也说：“对，里面有空气，就不能说是空的。”“你怎么知道里面有空气呢？”一个同学反问了一句。这一问把大家问住子，谁也答不出来。竹子里到底有什么气体呢？我一直把这个问题记在心里。在老师的启发和指导下，我研究了竹子里的气体。 我砍了一根直径约6厘米的洞竹
24、，锯成一节一节。我把一节竹子浸在水中，用小锯子锯去一段，只见一串气泡冒出来了。这个实验说明竹子内有气体。为了搞清楚这种气体的成分，我把一节竹子浸没在一脚盆水中，在一端竹节上用锯子打一个孔，这时没有气体冒出。我又在另一端的竹节上打一个，把一个装满了水的盐水瓶的瓶口对准一个小孔，然后把一端稍抬高一点，竹节里的气体就乖乖地跑进瓶子里来了。用这种方法，我灌满了五瓶竹子体内的气体。 我把燃着的火柴放入收集了气体的瓶子里，火柴燃了一会儿，就熄灭了。这说明这种气体里有可助燃的氧气。究竟含有多少呢？老师为我找来了一点白磷和红磷，我进行了两次实验。 第一次，将白磷从水中取出，擦干水，迅速放在金属匙里，放入瓶内，
25、把瓶塞紧紧塞住，皮管口也用夹子夹住，做到不漏气。这时白磷很难燃起来，我就拿一个废电灯泡，取出灯丝，灌满清水，做一个简单的凸透镜，让阳光通过凸透镜，聚在一点，照射在瓶里的磷上，白磷很快就燃烧起来了。一会儿燃烧着的白磷熄灭，说明瓶里的氧气基本用尽了。这时瓶内充满了白色的烟雾。接着我把皮管口浸入水中，松开夹子，水就从管子流入瓶中，并不断摇动瓶子。最后，水停止流入。这时，流入的水只占瓶子容积的十分之一。 第二次，我把红磷放在金属匙中用火柴点燃后，迅速放入瓶中，塞好瓶塞，火焰熄灭后，松开管口的夹子，这次从管口流进去的水约占瓶子容积的九分之。两次实验结果都说明，竹子体内的气体中氧气的含量比空气里氧气的含量
26、少一些。 我找来一些石灰，放在干净的瓶子里加上清水，搅拌后，等了一段时间，上层的水澄清了。我往一个收集了竹子体内气体的瓶子里倒进了约一百毫升澄清的石灰水。在一个同样大的空瓶里（实际上里面有空气）倒进同样多的石灰水，塞好瓶塞，分别进行摇晃，结果有空气的瓶子里的石灰水几乎没有什么变化，而装有竹子体内气体的瓶子里的石水变浑浊了，如同清淡的米汤。 实验说明：竹子体内的气体含有较多的二氧化碳，使澄清的石灰水发生了明显的变化；空气里二氧化碳约占万分之三，由于含量少，不能使石灰水发生明显变化。为了进一步证明竹子体内气体的二氧化碳含量，我又进行了一个实验。用皮管向灌满水的瓶子里吹气，把水排出去，收集了人体呼出的废气一瓶。然后倒进澄清的石灰水，摇晃后，石灰水变浑浊了，浑浊的程度与装有竹子里气体的那瓶差不多。这证明竹子体内的气体含的二氧化碳，同人体呼出的废气里的二氧化碳含量差不多。 除了氧气和二氧化碳以外，还有什么气体呢？剩下的气体既不能帮助燃烧，又不能使石灰水发生变化，说明是氮气。 通过这次研究活动，解开了我心中的一个疑团，但是我心中的疑问反而多了起来：气体是怎样进入植物体内的呢？其他植物体内的气体成分都是这样吗？早晨、中午、晚上同一种植物体内的气体成分会一样吗？春天和秋天同一种植物体内的气体会不会发生变化？我一定努力学习，不断探索。 本文获全国青少年小发明、小论文比赛一等奖。
