“实验探究”与“微观认知”的巧妙结合

龚伟+汪芳芳+陈嘉文

摘要：文章从学生已有的CO2知识引出新课内容——氯水微粒种类，学生通过实验探究学习了氯水的性质，讨论分析了氯水中所含微粒，并将所学知识运用到生活实际中。在此过程中，学生亲身体验科学探究的过程，经历了“宏观认识”到“微观理解”的认知过程，感受化学知识在生产、生活中的实际应用。

关键词：氯水的性质；实验探究；课堂实录；教学反思

文章编号：1008-0546（2016）12-0027-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.010

一、课题的提出

“氯气的性质”[1]是苏教版高中《化学1》专题2第1单元的内容，主要内容包括氯气的性质及其用途。氯气的性质是学生在高中阶段系统学习元素化合物知识的开端，也是后续学习元素周期律的重要知识基础，其学习方法更是对其他元素化合物知识学习有着很大的借鉴作用。

本课以“氯水微粒知多少”为核心主题对氯气的性质进行重构，使之承载如下重要教学目标：引导学生通过实验探究从宏观层面上感知氯气性质，并通过分析与讨论让学生来理解宏观现象背后的微观本质，最后引导学生感受化学性质决定了氯气在生产、生活中的实际应用，建立起“宏观现象”与“微观本质”的双向等同。

二、教学过程

本课的教学过程分为5个环节：

1. 重整旧知，引入新课

[教师]请同学们回顾初中学过的CO2的性质。

[学生1]CO2是无色无味气体，易溶于水。

[学生2]CO2溶于水生H2CO3，显酸性。

[学生3]……

[教师]同学们说得都很好！老师提供一个表格，请同学们填写表中的空白部分，并请思考一下老师为什么这样设计表格。

[过渡]老师设计这样的表格，一方面是想让同学们明白我们通过实验探究和理性分析来学习有关化学知识，另一方面是想让同学们在物质性质与其用途之间建立联系。那么，本节课按照表格所体现的思路来学习氯气的性质！

【设计意图】执教者提供表格让学生重构已学知识，不仅使得已学知识系统化，更重要的是学生初步体会化学学习是一个知识（CO2的性质）、方法（实验、思维）、思想（“性质决定用途”）三者有机结合的过程，这样的设计可以将学生的学习引入深层次的思考。

2. 实验探究，感知宏观

[教师]请同学们四个人一组进行实验，每一个小组提供四个小塑料瓶，瓶中气体为氯气，请同学们按要求完成实验并记录（教师上课前，给每一小组用小塑料瓶准备四瓶氯气供实验用）。

[学生]小组中每一位学生分别按要求完成实验1-4，实验结束后进行废液处理；并将观察到的实验现象进行展示，初步判断溶液中含有哪几种微粒。

【设计意图】本环节根据化学课程标准要求和“绿色化学”思想，将书本上的探究实验重构，给学生创设了生动活泼的实验情境，激发学生探究兴趣，帮助学生理解和掌握化学知识，启迪学生的科学思维，培养学生的科学能力、科学态度和价值观。[2]

3. 微观辨析，理性提升

[教师提问]请同学们思考一下，我们若将上述表格中的实验进行分类，可以分为几类，并请说出你的分类标准。

[学生1]实验1-4为一类，实验5为第2类，因为实验5是废液处理环节。

[学生2]实验1-2为第1类，为氯气的物理性质；实验3-4为第2类，为氯气水溶液的性质；实验5为第3类，为废液处理环节。

[学生3]不对，实验5也可以体现氯气水溶液的性质。

[教师总结]同学们都说得很好，并没有对错之分。分类的关键在于要有合理的标准，标准越多我们可以多方位地认识事物，希望同学们在以后的化学学习中能够熟练运用“分类”这一科学方法。

【设计意图】“分类”是一种重要的化学研究方法，其不仅可以将繁多的物质构成一个有序的逻辑体系，更重要的是能够认识事物的本质。因此，以“分类”作为理性分析的开端，比直接进行知识讲解更能引导学生进行深层次的思考。[3]

[教师过渡]实验5涉及的反应众多，我们暂且把实验5仅作为废液处理步骤，不予考虑。请同学们先根据实验现象回答氯气具有哪些物理性质？

[学生]氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体，可溶于水。

[教师]我们把氯气溶于水形成的溶液称为氯水，氯水是什么颜色呢？

[学生]黄绿色。

[教师追问]氯水为什么会呈现黄绿色？

[学生思考后回答]氯水中含有氯气分子。

[教师]很好，我们通过实验发现氯水呈黄绿色，进而通过推理得知氯水中含有氯气分子。那么，请同学们自己思考氯水中还含有哪些微粒呢？

[学生4]根据实验3，氯水显示酸性，可知氯水中含有H+。

[学生5]根据实验4，有白色沉淀生成，可知氯水中含有Cl-。

[学生6]根据实验3，湿润的pH试纸褪色，可知氯气与水反应生成一种可以使得pH试纸褪色的新物质。

[教师]氯水中含有H+和Cl-，同学们根据实验现象和已有知识能够很准确地判断出来。可氯水与水反应生成一种可以使pH试纸褪色的新物质，这正确吗？有没有可能是氯气使得pH试纸褪色？

[学生思考后抢答，教师总结]不错，同学们通过推理得出了正确答案！实验3其实是两个实验，我们通过对比发现干燥的pH试纸并没有褪色，从而推断出氯气溶于水后生成了新物质。

[教师总结]至此，同学们通过实验探究和科学推理得知氯水中有哪些微粒，明白了氯气溶于水并不是简单的溶解而是与水发生了反应，请同学们阅读课本进一步了解反应的化学方程式和产物次氯酸的性质。

【设计意图】“实验探究”和“科学思维”是学生学习化学的重要方式，[4]能够帮助学生从宏观现象入手，逐步进入现象背后的微观本质，引导学生“像化学家一样思考”，执教者在这一环节仅仅是通过提问的方式引导学生自我“发现”。

4. 理论为基，生活为本

[教师]同学们刚才在阅读课本中，知道了“氯气在日常生活中可以制成漂白粉，主要成分是Ca（ClO）2和CaCl2”，而我们在刚才的学习中知道次氯酸具有漂白功能，这矛盾吗？我们该怎么办？

[学生]进行实验试试看……

[教师]我们通过两个实验来探究一下，这两个实验由老师来做，请同学们仔细观察，认真思考。

[教师]同学们，我们根据实验现象可以得出漂白粉溶液并不能直接起到漂白功能，真正起漂白功能的仍然是次氯酸。请同学们再思考一下，次氯酸是如何产生的？是不是吹气产生的CO2的缘故？如果是CO2的缘故，我们如何保存漂白粉？

学生在教师引导下，逐渐明白其中的原理……

[教师总结]我们再次通过探究、推理知道了漂白成分是Ca（ClO）2和CaCl2，但真正起漂白作用的是次氯酸，漂白粉由于空气中CO2与水分的存在应密封保存。

【设计意图】“实验探究”和“科学思维”不仅是学生学习化学的重要方式，更是学生重要的化学学习内容。执教者在本课最后，再次利用学生的认知冲突，将化学知识学习、方法掌握、思想形成三者有机结合起来。

5. 本课小结

[教师]本课首先从回顾已学CO2的性质为开端，然后探究氯水的性质及其所含微粒，最后分析了次氯酸的漂白性及其在生活中的应用。知识的学习背后蕴涵着更重要的是科学方法的掌握，“实验探究”与“科学思维”是学习化学的重要方法，希望同学们通过本课的学习能将其运用到其他化学知识的学习中去。

三、教学反思

1. 重新整合单元教学内容

新课程改革要求教师的角色从“课程计划的执行者”转变为“课程的开发者”，不再把课程知识看作是“一件产品或一个事件”，而将教与学的过程看成是一个“不断建构与前进的过程”。本课执教者不再囿于教材中的知识要求与呈现顺序，而充分考虑到学生的当前思维发展水平和认知序列，以“氯水微粒知多少”为主题展开教学，设计了“CO2引入→实验探究→微观分析→回归生活”这一完整教学单元，使学生在实验探究和科学思维过程中从宏观、微观两个层次充分认识氯气的性质，建构起合理的知识体系。此外，学生实验环节，执教者对实验进行重新设计，使探究过程更符合学生的认知发展顺序，有助于学生的思维发展。

2. 教学设计蕴含化学思想

新课程改革以来，针对原有化学课程与教学存在的问题，许多专家学者都提出中学化学教学要由“知识为本”的教学转向“观念为本”的教学。“基于观念”的教学设计不仅有利于学生重构知识体系，更加可以激发学生经历超越事实的思维，对问题的深层次理解，形成正确的情感态度、价值观。本课的教学设计主要渗透了“实验观”“微粒观”“绿色化学观”等。

（1）实验观

本课中，执教者以探究氯水中的微粒种类为主题，通过学生实验、教师引导等方式使学生经历着类似科学家的研究工作，激发学生“像科学家一样去思考”，在实验探究过程推断出新制氯水中所含的微粒数及微粒种类，从而帮助学生认识氯气溶于水的本质及其规律。本课后半段，演示实验更是设计生活化的情境，引发学生产生认知冲突，自主分析与解决相关化学问题。

（2）微粒观

新制氯水的化学性质取决其所含微粒种类，是氯水和其他物质发生反应的本质原因。引导学生从微观层次来分析问题，是化学研究认识宏观现象的需要，也是学生提高认知水平的需要，将有利于学生建立起宏观和微观间的桥梁。

（3）绿色化学观

实验探究环节中，实验材料塑料瓶、注射器的选取，实验装置的重复使用以及实验5的设计在一定程度上均体现了绿色化学思想。在教学过程中融入绿色化学思想可有效促进学生关注生活中所谓的“废弃物”、培养其“变废为宝”的意识、养成可持续发展的绿色化学观。

2. 教学行为服务教学内容

转变学生的学习方式是新课程改革的基本要求，教师应考虑学生的学习情况和具体的教学条件，采取有针对性的教学方式，优化教学策略。[5]执教者在单元教学设计重构之后，主要采取了“实验”和“提问”这两种教学方法，引导着学生的学习。

（1）实验环节

执教者根据教学需要设计了学生探究实验和教师演示实验，Schwab、Herron有关对科学探究水平的研究表明本课的实验探究水平较低。[6][7]但本课实验通过实验顺序调整、实验内容整合、实验思想体现，激发了学生的探究兴趣、引发了学生的深层次思考，对学生的知识掌握与能力发展同样具有较强的促进作用。

（2）提问环节

针对本课内容，执教者的提问不再局限于“是什么”“怎么样”或“为什么”，而是通过具有一定思维容量的问题来启发学生思考，并结合有效的追问、反问及评价来引导学生深入思考，产生思维碰撞。例如，次氯酸的漂白性是本课的知识难点，教师通过提问启发学生自己思考、抓住实验本质、自行得出结论。

布鲁纳大力倡导“发现学习”而反对“接受学习”，奥苏贝尔在充分反思布鲁纳研究成果与自身实践的基础上提出“学习的关键不在于学习过程是否‘发现，而在于学习是否有意义”[8]。本课所采用的教学行为并不多、也不先进，但其设计旨在引导学生通过实验探究与微观分析，经历有意义学习的过程。

参考文献

[1] 王祖浩. 普通高中课程标准实验教科书：化学1（必修）[M].南京：江苏教育出版社，2014：42-44

[2][5]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003：32，33

[3] 龚伟.“初步认识影响化学反应的因素”的课堂教学实录与反思[J].化学教与学，2014（8）：54-57，34

[4] 丁珣，傅权嵚，龚伟. 初中化学试题定量要求的系统分析[J].化学教与学，2015（12）：11-13，32

[6] Schwab，Brandwein. The teaching of science[M].Cambrige，Masschusetts：Harvard University Press，1962：1-103

[7] Herron，M. D. The nature of Scientific enquiry[J].School Review，1979（2）：171-212

[8] 施良方. 学习论[M].北京：人民教育出版社，2001：191-249