高中化学实验探究式作业设计策略分析

罗晓珠

【摘要】随着新高考改革的全面推进，探究式学习逐渐成为新研究热点。高中化学教学也在逐步改变传统的教学模式，探究式作业设计是提高学生化学素养和培养学生科学探究能力的重要手段。从探究式作业设计的理论基础、原则、实施策略、案例分析等方面分析探究式作业的设计，以期为高中化学教学提供有益的参考。

【关键词】高中化学实验教学；探究式作业；设计策略

探究式作业设计是指教师根据教学内容和学生的实际情况，设计出具有探究性、实践性、开放性的作业，引导学生通过自主学习、合作学习、探究学习等方式完成作业，深入理解化学知识，掌握科学探究的方法和技能，培养创新思维和实践能力。

一、探究式作业设计的理论基础

1.建构主义理论

建构主义理论认为学习是一个主动建构的过程，学生通过已有的知识和经验，主动探索新知识和解决问题。在探究式作业设计中应注重引导学生自主探究，通过实验操作、观察、分析等手段，建构化学知识体系。

2.多元智能理论

多元智能理论认为每个人都有不同的智能优势和特点，探究式作业设计应充分考虑学生的个性差异，设计多样化的作业形式，激发学生的学习潜能。

二、探究式作业设计的原则

1.探究性原则

探究式作业设计应注重探究性，设计出具有挑战性和启发性的问题，引导学生通过观察、实验、推理等方式，自主探究问题。例如在进行海水提碘实验前，教师介绍海水中碘的含量及分布情况，让学生探究不同海带品种对提取碘的影响；研究不同氧化剂对提取碘的影响；探讨温度、PH等因素对提取碘的影响；设计一个完整的海水提碘工艺流程，并进行实验验证。通过比较不同条件下提取碘的质量，探讨最佳提取条件，让学生深入了解海水提碘的原理，总结海水提碘的实际应用价值及发展前景。

2.实践性原则

探究式作业设计应注重实践性，设计出具有实际意义的实验和实践活动，引导学生亲身体验化学知识的应用。如在“乙烯的性质”的教学中，以认识并合成“口罩”的组成材料为情境线索，以“原理—来源—合成方法”作为任务牵引，以“素养为本”的理念，带领学生从乙烯的加聚反应、来源出发认识乙烯在工业上的重要作用，认识“加聚反应”在有机高分子材料的重要地位，进而认识塑料、合成纤维、合成橡胶，感受化学学科在社会生产、生活中的重要价值。

3.开放性原则

探究式作业设计应注重开放性，设计出具有多种可能性的问题，引导学生从多个角度思考问题。例如在高三复习时，让学生进行“比较元素金属性和非金属性”的实验设计，可从置换、最高价氧化物对应水化物酸碱性、非金属氢化物稳定性、原电池原理、电解原理等多方面设计，开阔学生思维，并将元素化合物知识和结构、原理联动起来。

4.个性化原则

探究式作业设计应注重个性化，根据学生的实际情况，设计出符合学生需求的作业，让学生自主选择，提高自主学习能力。

三、探究式作业设计的实施策略

1.创设情境，激发探究兴趣

教师可以利用生活中的化学现象、化学与环境、科技等话题，创设新情境，引导学生发现生活中的化学问题，激发学生的探究欲望。

2.设计问题，引导探究思路

教师应结合生活实际和学科知识，创设具有挑战性和启发性的问题情境，问题的设计要符合学生的认知水平和学习需求，难度适中、层次分明。同时进行有针对性的指导，帮学生理清思路、解决问题。

3.提供资源，支持探究過程

教师需提供必要的资源和工具。教师可以提供实验器材、图书资料、网络资源等，帮助学生收集信息、整理数据、分析问题。教师还应给予学生充分的时间和空间，让他们能够深入地探究问题。

4.多样化作业形式，提倡创新实验作业

针对不同学生的个性差异，探究式作业应采用多样化的作业形式。例如可以采用小组合作完成实验、个人独立设计实验、课外拓展实验等形式，激发学生的兴趣和积极性。

5.评价反馈，促进探究发展

教师需要对学生的探究过程和结果进行评价反馈，注重过程和结果的双重评价，既要关注学生的知识技能掌握情况，也要关注学生的科学态度和价值观的养成，以促进学生实验探究能力的发展。

四、案例分析

案例一：氢氧化亚铁制备实验探究式作业设计

1.作业设计目标

（1）掌握Fe（OH）2的制备原理；

（2）探究不同条件下Fe（OH）2的生成情况；

（3）培养学生观察、分析、解决问题的能力以及实验操作能力。

2.作业设计

制备Fe（OH）2沉淀可用以下两种方法，让学生思考讨论以下问题，设计其他制备Fe（OH）2沉淀的思路。

方法一：用不含Fe3＋的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配置的NaOH溶液反应，制备Fe（OH）2。

（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入什么物质？

（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用什么方法？

（3）生成白色Fe（OH）2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是什么？

方法二：请设计实验装置，用铁粉、稀硫酸、NaOH溶液制备Fe（OH）2。思考：生成的Fe（OH）2沉淀能较长时间保持，原因是什么？

这两个方法由浅入深，帮助学生明确制备原理。学生再准备实验材料，设计不同实验组，分别探究不同反应条件（如反应温度、反应时间、溶液pH值等）对氢氧化亚铁生成的影响，观察并记录实验现象，分析实验结果，得出结论。

此外，在这两种方法的提示下，学生自行设计出制备Fe（OH）2的方案，并画出装置图。

苯可以用植物油代替，设计取材于身边素材。用铁作阳极，电解NaCl（或NaOH）溶液，并在液面上覆盖苯或煤油，也可获得Fe（OH）2沉淀。

3.教学建议

（1）溶液配制：在配制硫酸亚铁和氢氧化钠溶液时，使用蒸馏水或去离子水，以减少水中的杂质对实验结果的影响。

（2）反应条件控制：在制备Fe（OH）2时，应控制反应温度、反应时间和搅拌速度等条件。适当提高反应温度可以促进反应的进行，但过高的温度可能导致Fe（OH）2被氧化。同时，保持适当的搅拌速度可以确保反应物充分混合，提高反应效率。

（3）防止氧化：在实验过程中通入惰性气体（如氮气）以排除溶液中的氧气；或者在实验装置中加入抗氧化剂（如亚硫酸钠）以减少氧化反应的发生。

（4）实验设备优化：采用微型化实验设备，如微反应器，可以缩小实验规模，提高反应效率，同时减少试剂用量和废物产生。此外，还可以采用自动化控制系统，实现对反应条件的精确控制，提高实验的稳定性和安全性。

案例二：乙酸乙酯制备实验探究式作业设计

1.作业设计目标

掌握乙酸乙酯的制备原理，了解影响乙酸乙酯产率的因素等。

2.作业设计

采用以下改进装置a制取乙酸乙酯，教师可以设计一些探究式思考题，引导学生深入思考实验中的问题。

（1）实验中通常加入过量的乙醇，为什么？要提高乙酸乙酯的产率，可采取哪些措施？

（2）加入数滴浓硫酸即能起催化作用，但实际用量稍多，为什么？且浓硫酸用量又不能过多，原因是？

（3）若用b装置制备乙酸乙酯，有何缺点？采用右图分水器的装置对实验进行改进，有何优点？

浓H2SO4吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率。浓H2SO4具有强氧化性和脱水性，会使有机物碳化，而降低酯的产率。教师可引导学生将元素化合物知识和化学平衡原理结合起来，总结出实际生产中提高产品产率的方法，提高生产效益。

采用分水器新型仪器对装置进行改进创新，在分水器内溶剂与水分层，水积在分水器下部，溶剂返流到反应体系里去，可提高反应物的转化率和产物的产率。通过设计开放性问题，考查学生的创新性思维和批判性思维，让学生深度思考，体会实验条件控制对完成科学实验及探究活动的作用。

3.教学建议

（1）反应条件控制：可引导学生设计实验，探究不同反应条件（蒸馏法、回流法）对乙酸乙酯产率的影响、探究不同催化剂（如浓硫酸、盐酸、NaHSO4）对乙酸乙酯制备的影响等。学生在教师的指导下进行实验操作，包括原料的称量和混合、反应条件的控制、产物的分离和提纯等。

（2）实验结果分析：学生实验表明，盐酸和硫酸都易形成活性中间体，但硫酸易发生副反应。硫酸氢钠水溶液呈强酸性，用量少，活性高，是很有发展前景的催化剂。故相同条件下，盐酸作催化剂得到的乙酸乙酯产率最高。

（3）反思与升华：学生通过对乙酸乙酯的制备实验进行探究，以结构化知识体系进行梳理归纳，形成有机制备实验思维模型，发展“模型认知”的化学核心素养。

通过以上策略可有效地提高高中化学乙酸乙酯制备实验的教学效果，帮助学生更好地理解和掌握实验原理和操作技能，同时培养学生的探究精神和科学素养。

案例三：以高考化学素材为背景的探究式作业设计

1.作业设计目标

鼓励学生用化学知识解决实际问题，考查学生提取信息的能力和实验探究能力。

2.作业设计

化学实验探究题是新高考的新题型，特别是在北京、江苏、山东、浙江等高考题中得以充分体现。例：（北京）将一定浓度CuSO4溶液、饱和FeSO4溶液混合并加入适量氨水，产生紅褐色沉淀，经检验，红褐色沉淀中含Fe（OH）3。

探究一：分析Fe（OH）3产生的原因是O2氧化所致。

验证：向FeSO4溶液中滴入氨水，生成的白色沉淀迅速变为灰绿色，一段时间后有红褐色沉淀生成。

提出猜测：产生Fe（OH）3的原因可能是Cu2＋氧化所致。

验证如下（溶液A：饱和FeSO4溶液＋CuSO4溶液；已排除空气的影响）：

A.Ⅰ中可能产生Cu，运用氧化还原反应规律分析产生Cu的合理性。

B.检验：过滤出Ⅰ中不溶物，用稀硫酸溶解，未检出Cu。分析原因：

ⅰ.Ⅰ中未生成Cu。

ⅱ.Ⅰ中生成了Cu。由于 （用离子方程式表示），因此未检出Cu。

探究二：利用原电池装置，请设计实验（Ⅲ）确认CuSO4的作用（已排除空气的影响），通过实验装置的检验，实验中产生了Fe（OH）3、Cu。

思考：Ⅱ、Ⅲ中均含Cu2＋，但Ⅲ中产生了Cu，Ⅱ中未产生Cu，试解释原因。

探究三：CH3CHO分别与AgNO3溶液、银氨溶液混合并加热，CH3CHO与AgNO3溶液混合无明显现象，但与银氨溶液混合能产生银镜。试解释原因。

3.教学建议

通过分析探究一，学生得出结论，Fe2+有还原性；在探究二的对照实验里，加氨水溶液碱性增强，产生了Ksp更小的Fe（OH）3，增强了Fe2+的还原性，继而引导学生设计原电池两极的溶液，以验证这一性质。这一操作有一定难度，对学生的思维能力要求高。通过探究三的对比实验，碱性增强了CH3CHO的还原性，故与银氨溶液混合能产生银镜。学生通过探究实验，加深了对本题知识和逻辑线的理解，力求突破化学实验探究难题。

通过以上分析可知，高中化学实验探究式作业设计需要遵循建构主义和多元智能理论的原则，采用创新实验内容、多样化作业形式、创设问题情境和强化实践应用等策略，提高高中化学实验的教学质量。

【参考文献】

[1]吴良俤.“启发—探究”式教学在高中化学实验教学中的应用[J].教育艺术，2024（01）.

[2]刘文龙，杨秋珍，陈建明.基于实验探究的高中化学校本作业研究[J].福建基础教育研究，

2023（02）.

（基金项目：本文系海口市教育科学规划课题“高中化学探究式作业设计研究”的研究成果，课题编号HKZ14521011）