☆创新实验设计☆如何巧用探究性化学实验培养学生创新能力

何必松

江苏省南京市六合区马集初级中学 江苏南京 211525

☆创新实验设计☆如何巧用探究性化学实验培养学生创新能力

何必松

江苏省南京市六合区马集初级中学 江苏南京 211525

在探究性实验教学这一环节中，要求学生从日常现象或在化学学习中用观察、实验等方法，经过启发或独立发现，提出一些有探究价值的问题。作为教师，除要创设问题情景，营造和谐的气氛，还要给学生留有足够的时间和空间让学生去思考。在做探究性实验时，不妨就实验中设置的情景先让学生试一试，看看他们能提出哪些问题，鼓励学生大胆质疑外。同时，还要注意教会学生提问题的方法。

一、对探究性实验巧妙设计拓展问题

例如：空气中氧气含量测定实验。

空气主要是由氮气和氧气组成的，测定空气中氧气含量的方法较多，在实验室中常用下列方法粗略进行测定。

实验用品：红磷、水、镁条、截去底部的广口瓶、水槽、带塞子的燃烧匙等。实验装置如图1所示。

图1

问题设计：

问题l：测定瓶中空气中氧气含量的原理是什么？

引导1：从瓶内大气压强减小，进入瓶中水的体积等于瓶中氧气体积考虑。

问题2：燃烧匙里红磷燃烧消耗了瓶中的哪种成分？能否用木炭、硫磺代替红磷？

引导2：消耗了瓶中空气中的氧气。从能否消耗氧气以及产物不能是气体两方面考虑。

问题3：红磷燃烧时瓶内主要实验现象是什么？燃烧结束后又观察到什么现象？

引导3：要求学生认真观察瓶内、瓶壁及水槽和瓶内水面高度差。

问题4：实验结束时瓶内水面上升的体积常小于1/5瓶子容积，请分析原因。

引导4：从氧气是否完全消耗及瓶内温度、气密性等方面考虑。

以上，基本上完成了此实验的目的，但笔者仍感言尤未尽，继续提出下列问题师生共商。

问题5：最终瓶内留下的气体主要是什么？这种气体能支持红磷燃烧吗？就此，能归纳出这种气体具有哪些理化性质？

引导5：从剩余气体的色态及水中溶解性等方面考虑物理性质，从能否与水反应等方面考虑化学性质。

问题6：在实验室中如何从空气中分离出较纯的氮气？

引导6：从空气的主要成分及以上实验考虑。

(实验)用一根光亮的镁条点燃后伸入瓶内剩余气体中。

问题7：镁条能燃烧吗？瓶内水面会迅速上升吗？为什么？

引导7：要求学生认真观察现象，从瓶内外大气压考虑。

问题8：有人说，镁条在空气中燃烧后产物只有一种。请评价之。

引导8：从以上实验考虑。

问题9：课后请查阅相关资料，设计实验证明镁条在空气中燃烧后还有氮化镁生成。

引导9：提示Mg3N2+6H20=3Mg(OH)2+2NH3↑以及氨气的水溶液呈碱性，能使无色酚酞溶液变红考虑。

通过以上层层设疑，层层质疑，师生共同释疑，激发了学生的求知欲，充分挖掘了题目深度，开发了学生的潜能，为学生在实践中不断探索、评价、发现和创新创设了良好的问题环境，这也是新课程改革的要求，教师努力的方向。

二、对探究性实验巧妙设计横向比较

例如：磷燃烧实验

1.测定空气里氧气的含量—红磷的燃烧

学生已经知道氧气约占空气体积的21%，针对这个实验，教师可提出集气瓶原先作的记号为什么是5等份而不是其他数据呢(也许学生会回答氧气约占空气体积的1/5)？显然集气瓶内消耗的氧气体积占瓶内空气体积大约为1/5，而消耗完的氧气体积及瓶内空气体积又是如何知道的呢？教师此时要给予适当的引导：瓶内空气体积与集气瓶的容积关系如何？由于氧气不易溶于水，所以倒吸进去的水约等于瓶中消耗完的氧气体积，即需用量筒两次。如果教师能提出这样的问题让学生思考，那么下面的问题对学生而言就迎刃而解了。

某校初三(1)班的课外兴趣活动小组要检测某蔬菜大棚内空气中氧气的含量：他们怎样用最简单的方法取出大棚内气体样品？用什么方法粗略测定大棚气体样品中氧气的体积分数？

教师要注意在教学中寻找新的视角和切入点，引导学生用化学知识解决一些实际问题，特别是生活中存在的问题，设法创设更生动的教学情境，通过亲身体验、思考来掌握知识，真正使学生参加问题讨论与交流，进行反思与评价，不断激发学生学习化学的兴趣，加深他们对化学知识在生活实际中应用的认识，以便学生更快适应化学课的学习，尤其是实验探究，应力求真实、生动、直观而又富有启迪性，使学生体验到探究活动的乐趣和成功的喜悦。

2.质量守恒定律—白磷燃烧前后质量的测定

该实验是通过燃烧白磷来验证反应前后质量总和是否守恒的。如果再恰当地提出若干问题让学生思考、判断，那就使学生受益更大。

(1)为什么待冷却以后再放在天平上称量，若反应正在进行就去称量结果会怎样呢(或者教师演示实验：让正在反应的整个装置放在天平上，观察反应前后天平指针的偏转变化，从而让学生真正领会为什么要在冷却后再称量)？

(2)为什么要扎一个气球？若没扎气球，结果可能会怎样？

(3)白磷燃烧过程中，锥形瓶内氧气是在不断减少，为什么气球还会膨胀呢(适时激化矛盾，留给学生思考的空间)？

针对这些问题，教师可引导学生思索、讨论、分析，让学生主动投入到学习活动中去，加强实验中各个环节的教学补充，使学生认识更加深刻，教师不断揭示矛盾，必然会激起学生更强烈的求知欲，同时这也是开发智力的好手段。通过探究让学生真正体会“化学反应前后各物质的质量总和保持不变”的结论。

3.燃烧的条件—白磷、红磷是否能燃烧

该实验是教师演示的实验(需在通风橱中进行)，能看到的实验现象是：薄铜片上的白磷燃烧，而红磷及水中的白磷都没有燃烧，从而归纳出燃烧的3个条件。

对于此实验教师可提出以下问题让学生配合操作：

(1)怎样使薄铜片上的红磷燃烧？

(2)薄铜片上正在燃烧的白磷采用什么样的方法可停止燃烧？

(3)如果该实验不在通风橱中进行，为防止污染，实验装置将如何改进呢？

总之，能让学生从日常现象或化学学习中经过启发或独立地发现一些有探究价值的问题，在教师指导或小组讨论下提出要验证的实验方案再进行实验，最终形成合理的认知结构，从而增强学生对化学的好奇心和探究欲望，使学生认识学习化学的意义，使学生的认识逐步得到发展，体验探究的乐趣，形成和发展探究能力。

三、对探究性实验巧妙设计问题引导

例如：探究物质燃烧的条件。

我们对燃烧条件的探究，得出燃烧必须同时满足3个条件：即有可燃物；温度要达到着火点；与氧气(或空气)接触。那么燃烧是否一定要有氧气参加？这种运用逆向思维的方法提出的问题再通过查阅资料，经过一番探究后更能开拓学生的视野。如“[查阅资料1]镁条能在空气中剧烈燃烧，也能在二氧化碳中剧烈燃烧，发出耀眼的白光、放出大量的热；细铁丝可以在氯气中剧烈燃烧，放出大量的热，产生大量棕黄色的烟；磷能在氯气中剧烈燃烧，放出大量的热，产生大量的白色烟雾。”同时更为重要的是改善学生学习化学的思维方式，有助于形成良好的思维习惯，激发学生的创新开拓精神，培养良好的思维品性，提高学习效果、学习兴趣，同时提高思维能力和整体素质。

例如：中和反应。

书上作出了这样的概念描述“酸和碱作用生成盐和水的反应叫中和反应”，那么“能生成盐和水的反应是否都是中和反应？”这样的提问在教学中可以帮助学生饶有兴趣地学习，通过探究活动，真正理解掌握中和反应，提高学生学习理解化学反应的能力。

例如：溶液的酸碱性实验。

学生在探究了各种常见物质的酸碱性之后，学生已经对酸碱性有了初步的了解，同时他们也会认为“酸显酸性，碱显碱性，盐一般为中性”教师可在这时及时提出：显酸性的一定是酸吗，显碱性的一定是碱吗？盐一定为中性吗？通过反问，使学生的思维有反思的过程：盐一般不会电离出氢离子和氢氧根离子，通常是显中性，教师可以通过演示碳酸钠溶液显碱性的实验，追问为什么碳酸钠显碱性呢？教师可以引导学生这一知识要应用到高中的知识才能解释，引发学生的求知欲，同时对后续学习产生动力。教师的提问必须问在学生有疑问之处。有些问题表面看学生好像没问题，换个角度提问，就出现问题，实质是学生自觉无疑问，实则有疑问。让学生认识到自己的疑问，教师可以采取一种逆向思维的方法，引导学生提出问题。

爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”课堂探究模式就是从提出问题开始，围绕问题展开的，能否提出科学的、具有探究价值的问题将直接影响探究学习的效果和探究能力的提高。在课堂上问题可以由学生独立提出，也可以在教师的引导下提出。在化学教学的初级阶段，问题主要是在教师的引导下提出的，课堂中的问题难易要适中，过难或过易的问题都会使学生失去探究的兴趣，要落在学生认知的“最近发展区”。提出的问题也不是凭空产生的，它依赖于一定的问题情境。面对具有挑战性的问题情境，会使学生产生困惑，导致学生处于“愤悱”状态，从而激发学生的探究意识，产生问题。

因此，在提出问题阶段，教师的一个重要任务就是创设与探究内容有关的、恰当的问题情境，激发学生的探究意识，引导学生提出问题。而教师对中考探究型试题的研究及在教学中的应用，可以让教师在课堂上对问题情境的创设及对学生提出问题的能力的培养起到事半功倍的效果。

[1]周坚文.化学教学中学生发散性思维能力的培养[J].现代中小学教育，2005，7

[2]钱海如.初中化学实验探究题的设计新视角[J].化学教学，2008，9：10～14

[3]郭莲花.探究学习及其基本要素的研究[J].学科教育，2004，1：10

2010-09-27

何必松，硕士，中教高级，副校长。