新教材高中化学探究性实验教学模式

在现代的教育理念中，高中化学课程强调提升学生的科研探索技巧及实验操作水平，因而，注重探索的实验教学法获得了广泛关注。以“钠与水的反应”实验为例，它是高中化学的典型实验之一，不仅使学生直接观察到金属与水的化学反应过程，还提升了他们的动手能力和观察能力。在这种教学模式下，教师从传统的知识讲授者转变成学生探究行为的指导者与推动者。

一、案例描述

（一）引入案例，提出问题

为了激发学生的兴趣并引入“钠与水的反应”的主题，教师采用了多媒体展示或直接在课堂上进行实验演示。这样的教学方法能够生动地呈现钠金属与水接触生成剧烈反应的场景：钠迅速在水表面融化、移动，并伴有氢气释放，有时候还会触发火焰。这样的视觉和听觉体验立刻吸引了学生的注意，为后续的讨论创建了清晰的视觉背景。

师：同学们，上一节课我们学习了金属。金属在日常生活中有哪些应用呢？

生1：老师，冬天我们用的保温杯、家里烧水用的水壶、不锈钢盆等都是金属制品。

师：很好，大家观察得很仔细。既然金属制品可以用来装水、烧水，那是不是说明金属和水是不发生反应的呢？

生2：是的，老师，我觉得金属和水是不反应的。

师：那我们来探讨一个问题：是不是所有的金属都不与水发生反应呢？

生3：老师，我不太确定，但我认为可能不是所有金属都不与水反应。

师：很好，现在请大家看一段新闻报道，看完之后我们再来讨论这个问题。

（播放新闻报道，内容为金属与水发生反应的实例）

师：大家观看完新闻后有什么看法？

生1：老师，我明白了。并非所有金属都不与水反应，有些金属在水的作用下会发生化学反应。

生2：是的，我也明白了。像铜、铁等金属在潮湿空气中会生锈，这就是与水反应的一个例子。

师：非常好，大家通过新闻报道和实践案例认识到金属与水并非完全不发生反应。金属的化学性质使其在特定条件下会与水产生反应。这也说明了我们在使用金属制品时要了解它们的特性，才能合理使用，确保安全。

（二）实验设计和实施

师：同学们，我们通过一则新闻来揭开珠江水雷的秘密。首先，请大家一起观看这则新闻。

（利用PPT播放新闻——珠江水雷，炸起千层浪）

师：大家观看完新闻后有什么疑问吗？

生1：老师，铁桶中装的是何种金属？

生2：为何在水中还会发生爆炸呢？

师：很好，大家提出了很有价值的问题。事实上，铁桶中装的是我们上节课学过的钠。那么，钠与水发生了什么样的反应，能产生如此大的威力呢？

接下来，我们一起学习“钠与水的反应”。首先，我们需要了解钠的性质。钠是一种活泼的金属，能迅速与水发生化学反应，生成氢气和氢氧化钠。这个反应过程会释放大量的热量，导致水蒸气迅速膨胀，从而发生爆炸。

师：了解了钠的性质，同学们现在应该明白为什么铁桶中的钠会在水中发生爆炸了吧？这也说明了金属与水反应的复杂性。

师：同学们，接下来我们将通过一段实验视频来了解“钠与水的反应”。在观看视频的过程中，请大家注意以下几个方面：（1）钠的状态和变化；（2）溶液的变化；（3）是否有气体生成；（4）是否有听到特别的声音。请大家仔细观察并做好记录。

生1：老师，我在观看视频时注意到钠在水中发生了明显的变化。

生2：是的，我也看到了。钠放入水中后状态发生了很大改变。

师：很好，接下来请大家详细描述一下你们观察到的实验现象。

生1：老师，我看到的实验现象是：钠在水中迅速溶解，溶液变得混浊，有大量气泡生成。

生2：我也观察到了气泡的生成。此外，我还听到了一声特别的声音，像是气泡破裂的声音。

师：大家观察得很仔细。钠与水反应时，确实会出现这些现象。

通过这个实验，我们可以看到金属与水反应的剧烈程度。在实际生活中，我们要充分了解金属的性质，确保安全使用。请大家继续关注后续的课程内容，了解更多关于金属的有趣知识。

（三）理论解释

完成实验计划后，教师应审阅以确保其实施性，并向学生提供所需的材料与器械。在开始实验之前，教师要重申安全准则，保障学生在操作中严格遵守。

师：同学们，刚刚我们分析了钠与水反应的实验现象，现在来学习这个反应的化学方程式。首先，我们需要确定反应物和产物。

生1：反应物有钠和水。

生2：产物有一种碱和一种气体。

师：非常好，大家观察得很仔细。大家知道这里的碱是什么吗？

生3：钠氢氧化物（NaOH）。

师：那气体呢？

生4：可能是氢气。

师：到底是氢气还是氧气呢？让我们一起来分析。这个反应是氧化还原反应，钠的化合价从0价升高到+1价。在氧化还原反应中，一种元素化合价的升高，必定伴随着另一种元素化合价的降低。

生5：如果产物是氧气，它的化合价从-2价升高到0价，与钠的化合价升高不符。

生6：那如果是氢气，氢元素从+1价变为0价，它的化合价降低了。

师：分析得很好！现在我们来配平这个方程式。

生7：2Na+2H2O→2NaOH+H2↑

师：非常好，同学们。现在请你们拿起笔，将这个方程式完整地写下来，并学会配平。每位同学都要动手实践，掌握这个知识点。

当实验启动，教师扮演着观察者和辅导者的角色。学生应根据方案实施实验，教师则在一旁进行监督，如有需要则给予指导与援助。在实验的各个阶段，学生应记录观察到的现象并进行数据测量和整理。如遇问题或不预期的状况，教师应引领学生分析并寻找解决策略，并鼓励他们提出改善方案。

实验完成之后，教师负责引导学生对数据进行整理和分析，帮助他们从结果中提取关键信息，如绘制图表、公式推导或识别实验规律。同时，教师应促使学生进行批判性思考，包括分析误差的根源、评价实验设计的有效性以及考虑可能的改进措施。

（四）数据收集和分析

在实验过程中，教师要确保学生理解数据收集的重要性及其准确性的关键。在实验中，学生需详细记录反应所需时间、温度变化以及产生的氢气体积。为此，教师要指导学生正确使用计时器、温度计和集气瓶等测量工具，以获取可靠的实验数据。

师：同学们，在进行“钠与水的反应”实验时，请务必准确记录实验各阶段的条件调整，如变化的钠质量和使用的水体积，以保证数据的全面性。同时，大家要多次进行相同的实验操作，提高结果的可信度。

生1：明白了，老师。那我们在记录数据时应该注意什么呢？

师：同学们在记录数据时，要使用实验笔记或表格详细登记每一次实验的结果。我会教大家如何建立表格，确保关键信息被准确且一致地记录下来。实验结束后，我们要对数据进行分析。我会给大家传授基础数据分析技巧，如计算平均值、标准差等，以判断数据的集中性和变异性。

生2：老师，我们在观察实验时还需要注意哪些方面呢？

师：在进行实验时，大家要关注温度如何随时间变化，以及氢气的体积与钠的质量之间的联系。通过绘制图形，如温度随时间变化的曲线图，大家可以更清晰地理解数据间的相互作用。我会在课后指导大家掌握图形展示技巧，确保图形的清晰度和精确度。

生3：明白了，老师。那么在分析数据之后，我们应该如何解读结果呢？

师：在解读数据时，我们要基于图表探究背后的化学概念和趋势，并使用数据来佐证实验的预设和结论。例如，我们可以讨论钠与水反应产生温度变化的原因，探究气体体积是否与钠的反应质量成比例。同时，大家要学会识别图表中的异常值，并分析导致这些异常的潜在因素。

生4：老师，实验结束后，我们应该如何进行交流和回顾呢？

师：在实验分析的最后阶段，大家可以开展小组讨论，交流对数据解读的观点，增进相互之间的沟通与协作。我们可以一起回顾实验流程，讨论实验可能存在的误差、分析的局限以及如何优化实验方案等。这样有助于大家深入思考，提高实验技能。

教师需确保学生准确记录实验各阶段的条件调整，如变化的钠质量和使用的水体积，以保证数据的全面性。学生应多次进行相同的实验操作，这有助于提升结果的可信度。

学生应妥善记录收集的数据，利用实验笔记或表格详细登记每次实验的结果。教师需教授学生建立表格的方法，确保关键信息被准确且一致地记录下来。整理数据之后，学生要进行数据分析。教师需要向学生传授数据分析的基础技巧，包括计算平均值、标准差等统计量，以判断数据的集中性和变异性。

（五）延伸应用和反思

在“钠与水的反应”实验完成后，教师应指导学生深入探讨观察到的实验现象背后的科学原理。这包括探讨钠与水激烈反应、产生氢气和氢氧化钠的原因，以及探究能量转换和反应速度等相关的化学动力学问题。这样做可以帮助学生更全面地理解物质属性、反应类型和能量转换等基础化学概念。

随后，教师指导学生了解钠金属在实际领域的使用，如在合成化工产品、医疗和照明设备等方面的应用，还讨论了钠储存的安全措施，包括为何钠需放在干燥环境、浸泡在煤油中或与空气隔离，以及意外触水可能导致的风险。这一讨论能帮助学生理解化学实验同现实生产和生活之间的密切关系。

讨论科学含义和应用之后，教师带领学生深入思考整个实验过程。这涵盖了评估实验设计的适当性、操作安全、数据采集的准确度以及结果分析的严谨性。教师激励学生分享他们的观点，识别实验中的潜在问题和提出可能的改进措施。这种反思不仅回顾了实验步骤，还是对实验意图、方法论和科学思维的深刻审视。

二、案例反思

整个教学过程中以激发学生的探知欲为起点，涵盖了观察、记录和分析实验数据的步骤，借此让学生对化学理论及其在日常生活中的应用有更深刻的理解。通过参与和互动，学生得以全方位把握化学知识，同时增强了问题解决技能。

总结与反思阶段中揭示了实验教学的复杂本质和面临的诸多挑战。首要任务是保证实验的科学根据和操作安全，以及如何高效利用实验资源。此外，教师必须确保学生积极参与，充分表达自己的疑惑和见解，并在此过程中提供必要的指导和反馈，以促进学习效果。这要求教师根据学生的反馈灵活调整教学方法。

（作者单位：陕西省安康市汉滨区汉滨高级中学）

编辑：赵文静

作者简介：黄寿方（1982—），男，陕西白河人，本科，一级教师，研究方向：高中化学教学。