化学探究实验与教学实际的有机结合

诸葛强 刘成坤

从近年来教学调研情况看，有些教师对探究实验教学产生了倦怠情绪，进行探究实验教学的热情渐渐冷淡了，一方面是有些教师认为适合探究实验的素材太贫乏，很难选题，另一方面是有些教师认为探究实验教学占用课时不说，既麻烦又没有多少实用价值，对学生的学习尤其是考试成绩作用不大。那么，怎样才能引起教师的足够重视呢？实践证明，把探究实验与教学实际有机结合起来，可使探究实验在教学实际的良好环境中孕育产生并茁壮成长，进而使探究实验教学充满旺盛的生命活力。

一、探究实验与概念理论教学实际相结合

化学概念的建立和巩固以及化学原理的应用和熟习，在探究实验中体现得淋漓尽致。

案例1 探究原电池电流强度的影响因素

学生在《化学》（选修4）《化学反应原理》中学完原电池原理后，已初步具备了自行设计和改进原电池的能力，该课题是基于以上前提继续从定性研究提升到准定量研究而设计和实施的。提供的仪器用品：教师预先准备好的实验模具（见图1，玻璃片大小各一片，提示：大的用作载玻片，小的用作压板）、滤纸、金属片（锌、铁、铜，规格1×4cm，各两片）、碳棒、灵敏电流计、导线、硫酸铜溶液浓稀各一瓶（0.1mol·L-1、0.033 mol·L-1）、盛有稀高锰酸钾溶液的滴瓶、盛有蒸馏水的洗瓶、小烧杯、玻璃棒、胶头滴管（附标签）、镊子、砂纸、直尺等。首先通过小组协作选择合适仪器和药品组装一个微型原电池，测其电流并对所得数据及时记录。然后交流，并汇报实验现象和数据，发现小组间电流数据有差异（发现问题），教师适时提出问题：哪些因素可能影响电流大小？——探究原电池电流强度的影响因素（确定课题）。每个小组选择一个或两个研究方向进行探究，例如：两极材料、两极间距、电解质种类、电解质溶液的浓度等等。并将实验研究的方向、方案的设计、实验现象、数据和结论逐一汇报，全体学生讨论评价并汇总结论，整个过程中教师注意观察和调控，并适时评价和引导。

学生在不断的“猜想假设→实验→反思修正→再实验”中综合使用了变量控制、对比实验等实验思路和方法，大大提升了学生的综合实验素养，体会了科学探究实验的一般过程和方法，学会了反思和评价，加深了学生对电池工作原理的认识和应用，有利于教学中重难点知识的再认识和再升华，又适度从准定量角度对影响电池效率的几个因素进行了简要分析、验证、评价和总结，为后续了解常见化学电源以及对电池优劣的判断和改进埋下了伏笔，一举多得。

探究实验与概念理论的教学实际相结合的优秀案例还有不少。例如可以在学完水溶液中的离子平衡之后再对离子反应发生的条件进行综合的实验探究；学完硝酸和硫酸之后可以进行氧化性影响因素的探究，主要集中在浓度、温度、酸碱性等角度；再如有关盐桥或离子交换膜的电化学装置的探究实验等等。

二、探究实验与元素化合物教学实际相结合

探索实验与元素化合物性质的教学相结合的案例选材非常广泛。

案例2 过氧化钠与水反应实验的再探究

过氧化钠与水反应是高一阶段的一个重要实验，在此基础上进行适当的旧知延伸，对该反应进行再探究，一方面能够巩固学生对过氧化钠性质的掌握，另一方面还能加强他们变量控制、反思评价、尊重客观事实的科学探究方法和素养。

课题的引入：先让学生回顾并书写过氧化钠与水反应的化学方程式。然后教师演示实验，向盛有250mL水的大烧杯中加入约32g的过氧化钠粉末，发现立即有大量的气体生成并放出大量的热。然后取少量溶液于试管中滴加2滴酚酞后溶液突然出现了红色，但很快又消失了。

课题的确立：向Na2O2与水反应的溶液中滴加酚酞后红色褪去的原因。

学生分组讨论红色褪去的原因，并提出了如下猜想。猜想1：有可能是产物O2的氧化性使溶液褪色；猜想2：有可能是反应产生的热量导致温度升高，使红色褪去；猜想3：有可能是热量和产物O2共同作用的结果。教师根据学生上述猜想，演示如下两个实验。

教师演示实验1：从大烧杯中再取1～2mL反应后的溶液于试管中，用水浸泡使其冷却至室温，再滴加酚酞并观察。实验发现仍然是先变红后褪色。

教师演示实验2：取约10mL 0.01mol·L-1

NaOH溶液中滴入4滴酚酞，溶液变红，将其再分为四等份，其中一份只通入氧气（事先准备好用双氧水和二氧化锰制备氧气的装置），第二份只加热，第三份加热后，再通入氧气，第四份作参照。观察到的实验结果是均不褪色。

通过上述实验，学生得出结论：褪色的原因与反应放热以及产物氧气均无关。教师顺势引导：说明我们之前的猜想并不全面，反思一下还有没有其他的可能原因呢？学生自发讨论起来，提出猜想4：“Na2O2与水反应可能产生了具有漂白性的其他物质。”此时，教师适时点拨学生：你们知道哪些物质具有漂白性？并让他们结合物质的元素组成预测出H2O2。

教师演示实验3：向实验2中的第四份溶液中滴加少量双氧水，发现红色褪去。结论：H2O2有漂白性，可使滴加酚酞变红的氢氧化钠溶液褪色。

Na2O2与水反应后的溶液中究竟有没有H2O2生成呢？学生分组讨论并设计实验方案。

学生实验：从大烧杯中取出约3～5mL溶液于大试管中，将大试管放在试管架上，然后向其中加入半匙二氧化锰，立即发现有气体产生，并将准备好的带火星的木条伸入到试管中央发现复燃。验证了猜想4。

教师引导学生进一步理论分析，类比复分解反应，尝试着书写出反应Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2，认识到过氧化钠与水的反应方程式：2Na2O2+2H2O =4NaOH+O2不够完善，过程中同时还发生了反应：Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2，过氧化钠与水反应放出的热量使部分H2O2分解，有氧气产生其实是两步反应的总结果，而部分未分解的H2O2具有漂白作用。

等到大试管中不再冒气泡时，教师要求学生将大试管中的混合物倒入过滤器中过滤，并用小烧杯取滤液。然后让学生思考已经除去H2O2的滤液滴加酚酞后实验现象又会如何？学生普遍认为变红之后不会再褪色，教师组织学生动手实验：从小烧杯中取1～2mL滤液于试管中，滴加2滴酚酞，振荡，观察，结果发现仍然先变红后褪色，学生惊讶了，问题又出现了：这次褪色的原因又是什么？通过分析，学生把问题的焦点集中在产物NaOH及其浓度上了，此时教师再次引导学生进行理论分析，计算出总反应后的滤液中NaOH的浓度约为3.2mol·L-1，然后学生根据提供的药品，设计并实施了对比实验：各取1mL的0.01mol·L-1NaOH与3mol·L-1NaOH溶液，分别滴加2滴酚酞，振荡，观察，实验发现3mol·L-1NaOH溶液滴加酚酞后先变红又褪为无色，而0.01mol ·L-1NaOH溶液则变红后一直不褪色。初步结论是酚酞在稀碱性溶液中才能稳定地显示红色，而在浓碱性溶液中会先变红后褪色，这个结论令学生吃惊不小。结合前面的实验，学生最终认识到：向Na2O2与水反应的溶液中滴加酚酞，一是由于反应分步进行，过程中有H2O2产生，二是由于产物NaOH的浓度太大，最终使酚酞先变红后褪色。

最后教师再让学生反思探究过程中自己存在哪些优点和不足，为今后科学探究的提高和完善增力发热。

实际上，探究实验与元素化合物性质的教学相结合的案例选材既可以从教材内容中寻找，又可以从生产生活中寻找，还可以从高考热点中寻找。例如：氯水成分及其性质的探究、铝盐或铁盐的性质及应用探究、补铁剂中铁元素价态的确定及含量的测定、铁及其化合物氧化性和还原性的探究、不同价态硫元素间的转化、亚硝酸盐的性质探究等等。值得注意的是，这些案例在探究的内容、深度、广度方面往往具有阶段性，望读者注意挖掘它们在高中教材不同阶段的教学功能。

三、探究实验与化学实验教学实际相结合

化学是一门以实验为基础的自然学科，探究实验与化学实验的教学实际相结合的案例最为常见，其中对教材实验的改进或是进一步深入探究的案例在实际教学中很受教师们的欢迎。

案例3 海带中碘元素的分离及检验

海带提碘的实验涉及很多的实验仪器和基本实验操作，这些基本操作主要有：灼烧、溶解、过滤、萃取、分液、蒸馏等，几乎涵盖了整个中学化学中的基本操作。这也是人教版教材把它编排在必修2最后一章的一个重要原因。我们采用任务驱动式，对海带提碘进行了探究（需注意：灼烧时需用到乙醇，且气味很大，因此教师事先准备好海带灰；另外，蒸馏碘的CCl4溶液太耗时且分离效果也不佳，一节课45分钟进行不完，学生也只需回顾这部分操作的仪器和操作要点即可）。

任务一：讨论并总结完善教材中“从原料干海带检验并获取单质碘”的实验流程。（结果参见图2）

任务二：已知海带中碘元素的存在形式为：99.2%水溶性碘、10.3%有机碘、1.4%IO3-（注：这不是碘元素的百分含量）；经灼烧灰化后，再将海带灰用热水充分浸取并过滤，滤液中碘元素的主要存在形式为I-。教材中特别强调海带在灼烧之前不能用水冲洗，如果将海带用水浸泡一段时间究竟会怎样？请根据提供的试剂和几小片干海带，设计并实施实验获取实验结果。

当学生完成任务二后，认识到用清水浸泡海带后会损失大量碘，生活中长时间用水浸泡海带是不明智的，更可贵的是学生认识到教材中关于验证海带中存在碘元素的实验太过于靠后，其实也可以优化为将海带用水浸泡后再实验检验之。

任务三：为何不直接蒸馏碘水？利用“萃取→分液→蒸馏”对你有何启发？

师生总结：1.能直接用于分离或提纯的方法，往往是借助于某些物理性质有明显的差异；2.用其他物理方法将它们的物理性质差异拉大，或用化学方法将它们转化为物理性质相差较大的物质，相当于降低了分离或提纯的难度，从而间接方便地分离或提纯；3.若有多种方法，则需选择简单、经济、易行、环保的。在总结之后，教师适当拓展延伸，引出“用反萃法分离碘的四氯化碳溶液”（见图3），优化了前面图2的实验流程。

课堂的最后一个环节，提出任务四：除了反萃法外，你能想到更好的方法回收四氯化碳吗？联系活性炭的吸附色素以及沙石的净水机理，请设计实验方案。

任务四的目的是让学生对实验改进提出其他更好的建议。最后教师展示图4，然后将各小组获得的碘的四氯化碳溶液用图4中的装置集中处理，回收四氯化碳。

随后学生进行探究讨论、设计实验、分组实验、优化实验。过程中教师巡视、指导学生实验，并及时纠正学生的错误操作，一节课学生既锻炼了基本的实验操作能力，又得出了从物质中提取元素的一般思路：确定元素的存在形式→寻找转化方案→确定实验方案→优化实验方案→分组实验→得出结论。

四、探究实验与复习课的教学实际相结合

实践证明，复习课中引入探究实验，既巩固了旧知，还能适当将所学知识网络化，侧重于知识应用和挖掘新知。这样的案例实施起来往往事半功倍。

案例4 关于某些离子的检验探究

在高三复习离子反应、离子共存和离子检验的时候，可以借用像人教版《高中化学（必修1）》教材第43页第11题“现在有NaOH、Na2CO3和Ba（OH）2三种无色溶液，选用一种试剂把它们鉴别出来，并写出反应的化学方程式和离子方程式”这一类的试题，我们可以把它设计成一个探究实验。首先让学生设计实验方案，然后从中选择快速简便的方法，进行实验验证。人教版这个题有点特殊性的是一旦碳酸钠和氢氧化钡中任何一种被鉴别出来后，另一种即可被鉴别。除了硫酸、硫酸钠等试剂，更有意思的是一些学生的答案中出现了铝盐（其他学生则由此联想到铁盐、铜盐等），而针对氯化铝、硫酸铝或明矾等是否可行时产生了讨论的小高潮，一方面是用量或滴加顺序的讨论，另一方面涉及了双水解反应现象（铝离子与碳酸根离子）的讨论。教师结合学生的课堂表现，课后进行了及时反思：如果把这个题的限制条件“一种试剂”去掉，那么学生的探究舞台将变得更为广阔和有趣。

不难发现，优秀的探究实验课题以及教学的设计实例，都是紧密联系了教学实际，适时提出值得探究的课题，让学生运用已学知识和相关信息，结合探究实验自主解决问题。高中化学探究实验的素材相当丰富，它可以广泛地生发于教材与实际教学体例中，但关键在于我们是否做到了认真研究与发掘。实践证明，教学中适时开展的探究实验教学，课堂气氛活跃，学生学习的积极性和主动性显著提升，学生对化学知识的理解和应用得到巩固，教学效果显著提高。特别是它还能持续地影响今后化学课堂的顺利开展，极大地增强他们对化学学习的兴趣和热爱，更会对学生今后的学习、成长和生活产生深远的影响。何乐而不为呢？