探究性实验与研究性学习

彭晓华

摘要：研究性学习是让学生在多元、动态、开放的过程中悟出知识、方法，探究性实验是培养学生创新意识和实验能力的重要手段。一次铜与浓硫酸实验的改进，则是这个过程的生动体现。

关键词：探究性实验；铜与浓硫酸；实验改进

21世纪是以知识的创新和应用为重要特征的知识经济时代，培养学生的创新能力和实践能力已刻不容缓。开展研究性学习，是我国教育界面对新世纪社会发展的要求而采取的重大举措。因为这种新的学习方法突出了学生的主体地位，以学生学会学习、学会创造为根本，改变以前单纯地接受老师传授知识为主的学习方式，为同学们构建开放的学习环境，提供多渠道获取知识的途径，并将学到的知识综合应用于实践。研究性学习是让学生在多元、动态、开放、探究的大课堂中主动地感悟知识，获取解决问题的学习方法，而化学探究性实验是培养学生创新意识和实验能力的重要手段。为了激发学习的创新潜能，教师要尽量将教学过程设计成“提出问题——分析问题——解决问题的创造型模式，着力营造情感共鸣、信息反馈畅通、思维活跃流畅、创新精神涌动”。让学生像科学家一样参与，这使他们能够对他们探索的概念和科学探索的性质形成更丰富的理解。下面我就一次探究性实验的教学，谈谈自己的体会。

一、 提出问题

为了引导学生对铜与浓硫酸的实验进行改进，我先是给出了人教版2002审定通过的高中化学第一册课本上的实验装置图。为了让学生对实验缺点有更深刻的认识，我决定让事实来说话——让他们亲自组装仪器，加入药品进行实验。通过经过仔细观察与比较分析，他们对这个实验提出了缺点：（1）二氧化硫有毒，排放到空气中会污染环境，所以必须进行尾气吸收。该装置用浸有碱液的棉花吸收尾气，有点过于理想化。由于棉花浸有的碱液量有限，所以极有可能导致二氧化硫气体吸收不够充分，从而向空气中排放，污染环境。（2）二氧化硫在水中的溶解度较大，通常情况下1体积水能溶解40体积的二氧化硫，该装置中直接将导管插入品红溶液中，极有可能发生倒吸。（3）不易控制反应。

而2004年初审通过的普通高中课程标准实验教科书化学第一册给出的实验装置图却不一样。这两个实验有一些不同。学生们通过比较，很快总结出它相对原来教材而言，有以下方面的改进：①用一根可抽动的长铜丝代替原来的铜片。这样一来，可随时抽出长铜丝而使反应停止，达到控制反应的目的。②装有石蕊试液或品红溶液的试管改为实验者用试管夹夹持。可以上下移动，以防止倒吸现象的发生。

这是教科书进行的改进，这样的改进是不是就很好呢？学生们这时露出怀疑的神色，课本上难道也有不足吗？看到他们这样的神情，我也没有说什么，又一次让他们动手实验。当他们在教室里按照此装置进行实验时，结果发现还是有以下几点不足：（1）无法解决或未考虑二氧化硫的扩散问题。实验时，他们为了使现象更加明显，加热时间稍长了一些。结果两位做实验的同学是有苦难言，台下的同学们则是捂住口鼻、咳嗽不止地看完实验。有的还埋怨他们不是在做演示实验，而是在“放毒”。（2）操作不是很方便，一个人难以控制好实验的顺利完成。而两人同时做实验，又显得手忙脚乱、步调不一致。“虽说有利于培养我们的合作精神，但合作精神不一定需要这样来培养吧!”这是他们的心声。

二、分析问题

此时学生们已进入了“心愤愤”的时候，正是进行启发的最佳时刻。于是我逐渐引导，激发和鼓励他们敢于思考，敢于质疑，敢于“异想天开”，应另辟蹊径，多角度地进行求异思维。于是他们互相交流、评价，可不可以再做进一步改进？带着这些问题，他们便投入到了对浓硫酸与铜反应实验进行改进的探究活动之中。首先，他们对实验要解决的问题提出假设，然后就各抒己见，纷纷提出自己的假设。

浓硫酸与铜反应的实验现象有：铜丝变黑或溶解、溶液加水稀释后显蓝色、产生无色刺激性的气体、气体能使石蕊试液变红或品红溶液褪色。实验时，除了要使现象明显外，重要的是要注意安全和防止二氧化硫的扩散。为了满足这些要求，改进上述装置的不足之处，他们动手设计实验方案，并画出了3套相应的实验装置图。

三、解决问题

经过理论分析和实验的经历，他们认为浓硫酸与铜反应的实验装置在设计上应注意这几点：（1）要能随时控制反应的进行，避免演示已经完成，反应还在发生。（2）要有尾气吸收装置，不能使二氧化硫扩散到空气中，避免引起中毒或污染空气。（3）检验或吸收二氧化硫时，要考虑到二氧化硫的溶解度较大，有可能发生倒吸现象。应设计防倒吸的安全装置。（4）安全意识固然重要，但要围绕演示实验现象明显这一主题。再来看看他们的改进方案。①改进方案一解决了二氧化硫的扩散和发生倒吸两大问题。但是，这一方案不仅没有考虑到控制反应进行的问题，而且在解决倒吸问题时也不全面。没有考虑到二氧化硫通入到装有石蕊或品红溶液的试管时，发生倒吸的可能性也比较大。②改进方案二仅限于对发生装置的改进。设想是利用分液漏斗滴加浓硫酸，以达到控制反应进行的目的。但是，圆底烧瓶底部容积太大，加进去的浓硫酸必须要浸没铜片。这样即使停止滴加浓硫酸，圆底烧瓶内反应还在进行，仍会产生较多的二氧化硫，所以控制的效果肯定不会达到设想的目的。③改进方案三仅仅在老教材的实验装置上进行改进，利用可抽动的铜丝来控制反应的进行。但是，在检验二氧化硫的性质时，有可能发生倒吸和二氧化硫扩散的问题，即没有考虑安全问题。

为了验证以上设计方案是否合理，设计出更加完善的改进装置，他们在实验室首先按照上述3套改进装置进行具体的实验探究。结果发现，这3套改进装置确实是各有所长、各有利弊，正如上面的分析一样，没有一套是比较完善的。然后，他们又对这3套改进装置仔细分析、取长补短，再考虑到一些其他因素，设计出新的实验装置。实验发现，这套新装置用于演示浓硫酸与铜反应的实验，不仅现象明显，而且还可以控制反应的进行、防止倒吸现象的发生和避免有毒气体的扩散，非常适合于在教室里做实验。终于成功了，一个个都露出兴奋的神色。还能有什么方法比这更有效地提高学生们学习的兴趣吗？

最后，我还引导他们分析与实验证明，对其改进之处及解释如下：①使用可抽动的螺旋状铜丝，既可控制反应的进行，又由于铜丝呈螺旋状，增大了与硫酸的接触面积，加快了反应速度，缩短了反应时间。②利用类似于吸气的相连的两个试管来检验二氧化硫气体的性质，可以同时检验其漂白性和水溶液的酸性。前面的试管还可防止倒吸，避免冷的溶液倒吸入热的试管，引起试管炸裂或液体飞溅现象的发生。③用倒扣的漏斗和NaOH溶液来吸收尾气，吸收量大、吸收率高，基本上没有气体泄漏或扩散。

通过这次探究活动，学生们深刻体会到了“学无止境”“学以致用”“学无常师”的含义。对知识的学习和研究，永远没有完结的时候。只要你不断地探索，总会有新的问题出现，而这些问题往往就在你的身边。学习不仅要掌握课本知识，更要应用知识和掌握科学的研究问题的方法；不仅要善于发现问题，而且还要善于解决问题；不仅要以课本来指导自己的学习，而且要认识到教材介绍的知识，具有一定的阶段性，要以批判的眼光来理解和拓展知识。

这种创新的实验改进，从问题结论到方法，从具体到抽象，从已知到未知，从无序到有序，从激发创新热情、挖掘创新潜能、发展创新思维到培养创新能力、养成创新精神，这就是创新实验与研究性学习的全过程。总之，化学教育应以化学学科知识为载体，以促进人的发展为目的，使学生成为具有良好素质，扎实的学科基础知识，富有社会责任心，有创新意识与实践能力，有合作精神，可持续发展的人才。

参考文献：

[1]丁文楚.化学实验与研究性学习[J].化学教学,2005(1).

[2]崔相录.中小学探究教学200例[M].北京:人民教育出版社,2004.

（珠海市湾仔中学）