初中化学教学中科学探究的案例研究

宫朋飞 王永金

摘要：科学探究为中学化学教学中学生核心素养培养的一项重要方式。本文在案例的基础上，展示学生思维引导、探究环节设置等方面的设计，以开展高品质的科学探究活动。

关键词：科学探究 初中化学 二氧化碳性质 教学案例

科学探究的要素主要包括以下几点：提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、现象的观察、解释与结论等，而表达与交流、反思与评价则贯穿各要素中。如何开展高品质的科学探究活动？初中学生由于刚接触科学探究活动，对科学探究的思路和方法掌握得都不是很好，要高效完成科学实验探究的全过程，还是有一定难度的。本文拟以“二氧化碳的制取”为例，探讨如何开展科学探究活动。

一、教材的地位和作用

本节课是学生学习了碳单质的相关内容及二氧化碳的性质后的教学内容。二氧化碳的实验室制取研究可以很好地提高学生的科学探究思维水平和实验操作能力，对于实验室中气体制取中方案的设计药品的选择、装置的完善等，是绝好的训练材料。学生高效地完成这节教学内容，可以巩固前面学习的元素化合物知识、提高化学实验技能、提升科学探究能力。

二、学情分析

在以前的学习中，学生已经学会了关于实验室制氧气的相关知识，熟悉了相关的实验操作技能，换句话说，对于如何实验室制取二氧化碳学生已有了可模仿的对象。通过分组合作的方式，运用科学探究的方法，使用类比的思想，设计出一套实验室制取二氧化碳的装置的教学目标是可以完成的。

三、教学目标

1.知识目标：了解实验室制取二氧化碳的原理;探究实验室制取二氧化碳的装置;掌握实验室制取气体的思路。

2.能力目标：利用教师提供的实验用品改进和重新设计方案，并组装装置进行二氧化碳的制取实验。

3.情感目標：培养学生善于合作、勤于思考、严谨求实、勇于创新和实践的科学精神。

四、教学重、难点

1.教学重点：制取二氧化碳的原理和药品的选择，并进行实验设计，然后利用自己设计的实验装置进行二氧化碳的制取实验。

2.重点突破：根据二氧化碳的反应原理来选择药品，通过学生分组科学探究，对探究实验现象进行对比分析，从而确定实验室制取二氧化碳的反应装置和药品。

3.教学难点：根据二氧化碳的制取原理，探究实验室制取二氧化碳的实验装置。

4.难点突破：通过对比，在学生已经掌握的氧气制取装置的基础上，比较得出实验室制取氧气与二氧化碳的反应物状态、反应条件等的异同点，进而确定实验室制取二氧化碳的装置。

五、教法分析

引导启发、探究活动、研究对比、合作交流、讨论归纳相结合的教学法。

六、学法指导

学习本节课时，学生应在教师的引导下分析、归纳，积极地参与到科学探究中去，整理出实验室制取二氧化碳气体的思路，发现并思考问题，让学生学会科学探究的学习方法。

七、教学过程

【复习提问】我们已经学习过一些生成二氧化碳的反应，你能写出哪些？看谁写得多？

【设计意图】对已学知识进行复习回顾，引导学生回忆二氧化碳的性质及生成二氧化碳的相关反应。

【提出问题】制取二氧化碳分实验室制法和工业制法，今天重点学习实验室制法。能制取二氧化碳的反应有很多，实验室制取二氧化碳选用哪种方法好？

【设计意图】引导学生回顾生成二氧化碳的反应，直入主题，同时充分调动学生思维，让学生在回顾中学习新知识，体会学习的渐进性、连续性和趣味性。

【提出假设】

方案一：大理石与稀盐酸;

方案二：大理石与稀硫酸;

方案三：碳酸钠与稀盐酸;

方案四：碳酸钠与稀硫酸。

……

【合作交流一】方案二是否合理？

【展示点评】方案二不合理。方案二中为块状大理石与稀硫酸反应，生成二氧化碳、水和不溶性硫酸钙，不溶性碳酸钙附着在块状大理石的表面。

【实验探究一】实验台上面提供了四种药品：大理石、碳酸钠、稀硫酸、稀盐酸。请同学们分小组完成按方案一、三、四完成实验探究。

【实验现象】大理石与稀盐酸反应速度适中，能大量、连续产生二氧化碳气体;碳酸钠粉末与稀盐酸、稀硫酸反应，反应速度过快，不利于收集二氧化碳，不易操作。

【结论】实验室用大理石和稀盐酸反应制取二氧化碳。

【点评】学生通过合作交流，探讨出方案二不宜用于实验室制取二氧化碳;再通过实验探究，分别从反应快慢、操作难易等角度做出科学分析，探究出实验室制取二氧化碳的反应原理，培养科学探究精神。

【提出问题】我们清楚了实验室制取二氧化碳的原理，如何根据实验室制取二氧化碳的原理设计出二氧化碳的发生装置？

【设计意图】问题情境引导学生进入下一课题——探究实验室中制取二氧化碳的装置，为应用所给教具设计实验室制取二氧化碳的装置作铺垫。

【问题情境1】请同学们回忆实验室用高锰酸钾制取氧气的装置（投影），分析该反应的反应物和生成物的状态、反应条件等因素，思考实验室用大理石和稀盐酸反应制取二氧化碳能否使用高锰酸钾加热制取氧气的发生装置。

【设计意图】科学探究要有所依据，通过对比实验室制取氧气的反应物和生成物的状态、反应条件、实验装置等因素，引导学生使用对比分析和类比的思想分析问题、解决问题，激发学生的思维。

【问题情境2】选择气体发生装置需注意哪些因素？选择气体收集装置需注意哪些因素？（反应条件和反应物状态;气体溶解性和气体密度）

【合作交流】分小组合作交流，依据提供的实验器材，设计制取二氧化碳的装置。

【设计意图】使学生学会合作，锻炼学生的沟通、交流、合作能力;提升实验设计能力，提高学生思维能力。

【实验探究二】实验台上面提供了多种仪器，你认为应选择哪些仪器作为制取二氧化碳的装置？怎样组合？请同学们根据以上分析，设计实验室制取二氧化碳的装置（分组）。

【设计意图】使学生通过小组合作，自己动手，设计、连接实验装置，培养学生的实践能力，提升学生参与探究活动积极性。

【展示汇报】展示各小组设计的实验装置，评价各装置的优缺点。

根据上述比较，同学们分析、设计实验室制取二氧化碳的装置（分组）。

【设疑】还可以用什么仪器代替？

【设计意图】培养学生变通能力和发散思维，让学生学会比较，学会观察;能合理使用教学用具，会利用所提供的教具设计和改进实验方案，并设计装置进行制取和收集二氧化碳。

【实验探究三】实验室制取二氧化碳，注意：（1）检查装置气密性;（2）加药品;（3）收集（怎样收集？为什么？）

【设计意图】学生分组动手实验，熟悉实验室制取二氧化碳的操作过程，训练其科学探究能力。

【实验探究四】如何判断是否收集满二氧化碳？

方案一：用一根燃着的火柴在集气瓶口处检验;

方案二：向收集满二氧化碳的集气瓶中倒入少量澄清的石灰水检验。

【设计意图】复习并应用二氧化碳的性质，提升学生引申、迁移的能力，学会二氧化碳的验满方法。

【思维拓展】学以致用，选用家中现有的物品（墨水瓶、塑料小瓶、圆珠笔芯等）制作一套制取二氧化碳的装置。在班级进行展示，并在老师指导下实验。

【布置作业】完善《实验报告》。

八、点评

本节课的教学运用了新课程理念，创设问题情境引入对实验室制取二氧化碳的原理、药品、装置、收集和验满等方面的科学探究。通过复习氧气实验室制取，学生了解实验室制取气体装置的设计思路，然后让学生自行选择仪器组装一套制取二氧化碳的装置，再分组合作交流，体会各自装置的优缺点，最终确定最佳装置;在实验前对制取二氧化碳的操作要点、收集、检验操作和装置分别进行探究。整节课以学生为主体，教师为引导，创设问题让学生讨论，适当点拨指导，使学生的思维得到拓展。学生们在提出假设、设计实验、分组实验、观察实验现象、解释结论中愉快地完成本课研究。