落实科学探究常态化的初中化学教学实践

【摘要】本文以《空气的成分》教学为例，论述落实科学探究常态化的初中化学教学途径，提出教师应重视科学方法的教学，培养学生的质疑能力，运用多媒体助力科学探究，适当地将课本演示实验、实验误差分析设计成探究性实验、学生实验等教学建议。

【关键词】初中化学 科学探究 常态化 空气的成分

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）04A-0048-03

《义务教育化学课程标准》（2011年版）要求教师引导学生体验科学探究的过程，启迪学生的科学思维，培养学生的实践能力。“在教学中创设以实验为主的科学探究活动，有助于激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的科学探究能力。”初中生的抽象思维能力还在不断完善中，他们对与生活有关的事物比较感兴趣，也有较强的探究欲，与此有关的科学探究也较容易开展，但是对于抽象的概念、不熟悉的物质则很容易消极对待。针对初中生的这一特点，我们采取概念过程化、知识探究化、课程资源多元化、方法显性化、科学探究灵活化等方式落实科学探究常态化。初中生接触化学的时间有限，教师更应根据不同课型、不同课程内容，基于学情，合理设计每节课，除了让科學探究常态化，更要把科学探究落实到实处。笔者以《空气的成分》的教学为例论述在初中化学教学中落实科学探究常态化的途径。

【教学实录】

一、引入

师：同学们，我们一起来进行一个小体验吧，大家闭上嘴，用手捏住鼻子，有什么感觉？

生：憋着上不来气，好难受！

师：这个小体验说明我们周围存在着哪种物质呢？

生（齐声回答）：空气！

师：你们能根据在生物或者科学课上所学的知识，推测空气中有哪些物质么？说说你推测的依据。

生1：我们能呼吸，说明空气中有氧气。

生2：植物能进行光合作用，说明空气中有二氧化碳。

生3：桂林“南风天”的时候，到处都很潮湿，说明空气中有水蒸汽。

生4：还有雾霾，到了冬天，空气不好，应该还有粉尘吧。

设计意图：生物课和科学课中都有介绍过空气中的部分成分，自然学科的某些学法和部分知识点相通，化学的学习离不开学生已有的数学、物理、生物知识，这样的设计为后面解释拉瓦锡实验的原理埋下伏笔。

二、回顾化学史

师：氧气在空气中所占的体积分数大约是多少？空气中还含有哪些物质呢？（PPT出示本节课的主题并板书）在十八世纪七十年代，法国化学家拉瓦锡突破重重困难，做了著名的20天实验，用实验证明了空气的主要成分及其含量。

（教师播放拉瓦锡的氧气实验视频让学生观看;学生认真观看，不由自主地表达想法，有的小声地嘟囔“红色的物质是什么”，有的感慨“做个实验要那么久啊”“20天要一直在实验室里么”“我们不会也要做这个实验吧”……）

师：拉瓦锡的实验很严谨，但是耗时太长，不适合我们在教室重现，今天我们要进行科学家模仿秀，通过分析拉瓦锡实验的原理及注意事项，从我们所认识的实验仪器中选取一些仪器组装成一套装置，现场粗略测定空气中的氧气含量。

设计意图：粤教版教材把这部分内容以“知识视窗”的形式放在演示实验之后补充给学生，这样的设计导致学生往往忽视这部分内容，有的学生甚至直接跳过不看。笔者这样设计，将书本的演示实验改编成探究性实验，有助于学生理解科学探究，也能引导学生用发展的眼光看问题。

三、科学家模仿秀

师：我们再来回顾一下拉瓦锡的实验。（通过PPT出示问题：①实验用到的试剂有什么要求？②实验装置有什么特殊要求？③通过什么现象来判断空气中氧气的体积含量？）

生1：实验用到的试剂要能与氧气反应。

生2：拉瓦锡的实验要求在密闭环境中进行。

生3：拉瓦锡是通过钟罩内汞上升的高度来判断装置内氧气的减少量。

师：大家分析得很到位，接下来我们就要按照这样的顺序慢慢地寻找替代品。我们首先找反应掉的汞的替代品。由于同学们学过的化学知识太少，老师直接将答案告诉大家，它就是红磷，至于为什么它是最合适的，等学完氧气的性质以后老师再和大家慢慢分析。

师：我们利用红磷燃烧消耗装置内的空气，那么应该把红磷盛在什么仪器中燃烧呢？

生4：燃烧匙。

师：我们能用哪种常见液体来代替汞呢？

生5：水。

师：拉瓦锡用曲颈甑的曲颈部分连接了装置的两个部分，我们可以用什么替代呢？

生6：玻璃导管。

生7：橡胶管。

设计意图：让学生像科学家一样思考、感受科学探究要从课堂中的每一个实验开始，相同的实验原理可以有多种不同的实验装置。这样的设计既可以提高学生学习化学的兴趣，又可以激发学生改进实验装置的潜能。

四、演示课本实验

师：老师按照同学们找出的替代品组装好了装置，请同学们阅读课本第31页实验2-1的实验过程并勾画出这个实验成功的关键词。

生1：迅速插入;塞好胶塞;冷却后。

生2：老师，图上的那个像“丁”字的是什么？

师：弹簧夹，也叫止水夹;同学们基本找出了本实验成功的关键，是否还有补充？如果不按关键词操作将会有哪些影响？这些疑问等大家观察完演示实验再来探究。

师：还记得之前我们分析拉瓦锡实验能够成功的关键之一是实验装置必须要？（学生齐声喊出：密闭）我们组装好的这套装置气密性如何呢？怎么检验？

生3：打开弹簧夹，将导管伸入水里，用双手捂住集气瓶，观察导管口有没有气泡。

师：我们让课本上的实验步骤更完善一些。

（教师通过投影出示实验步骤：①连接仪器;②检查装置的气密性;③用记号将集气瓶内空气体积五等分，学生把相关笔记记录在课本第31页）

师：下面请同学们仔细观察实验操作及现象，前排同学可以看老师的操作，后排同学可以看大屏幕投影。（教师用手机做实物投影设备，通过希沃投屏呈现课件和实物投影;学生看老师操作，不时地发出“哇”的感叹声）

师：同学们刚才观察到什么现象？

生：红磷燃烧，产生大量白烟。

师：请同学们把现象记录在课本对应的位置上。

设计意图：空气中氧气含量的测定是初中生接触到的第一个比较重要的演示实验，学生对于实验步骤、注意事项等模糊不清，而这些是学生以后进行科学探究必须面对的，所以指引学生通过独立阅读初步把握关键词;引导学生质疑，完善课本上的实验步骤;采用希沃投屏，关注到教室后排、两侧的同学对于实验现象的观察，让学生初步获得科学探究的成就感，也体现了知识探究化。

五、误差分析

师：现在装置的温度还很高，我们在等装置冷却的过程中做其他的探究吧。刚才同学们找到了实验成功的关键词——迅速、塞好、冷却，老师再加一个关键词——过量，红磷的用量要过量。我这里有四组相同的实验装置，同学们分成“迅速”“塞好”“冷却”“过量”四个组，每组做与关键词相反的实验，其他操作均不变。例如“过量”组，就取极少量红磷来做这个实验，“冷却”组，待红磷熄灭后立即打开弹簧夹，请每组同学仔细观察并记录实验现象，再分析原因。

……

师：同学们的实验已经结束了，老师的演示实验装置也已经冷却至室温，下面请同学观察演示实验的现象。

生1：液面上升了。

生2：液面下降了。

生3：集氣瓶内液面上升至第一个刻度处。

师：烧杯内的水通过导管进入集气瓶，进水量约为集气瓶体积的[15]。同学们在描述实验现象的时候一定要指代明确，什么仪器中、什么试剂、怎样变化……

师：我们再请刚才的四组同学分别描述他们实验的现象并和大家分析原因。

“迅速”组：我们观察到红磷燃烧产生大量白烟，打开弹簧夹，集气瓶内的进水量远大于[15]，在慢慢塞紧瓶塞的过程中集气瓶内的空气受热膨胀溢出去了。

“塞好”组：我们观察到红磷燃烧产生大量白烟，打开弹簧夹，没有水进入集气瓶。因为我们没塞好瓶塞，外面的气体进入集气瓶，水就进不去了。

“冷却”组：我们观察到红磷燃烧产生大量白烟，打开弹簧夹，几乎没有水进入集气瓶，因为此时集气瓶的温度还很高，里面的气体处于膨胀状态。

“过量”组：我们观察到红磷燃烧产生白烟，刚放入集气瓶，红磷就熄灭了，打开弹簧夹，几乎没有水进入集气瓶。红磷太少了，装置内的氧气没有消耗完。

师：我们归纳一下导致本实验进水量小于[15]的原因。

生4：红磷的量不足、装置没冷却就打开止水夹、没塞好胶塞。

师：请大家归纳导致进水量大于[15]的原因。

生5：点燃红磷后没有迅速塞紧瓶塞。

师：假设弹簧夹没有夹紧，或者没有这个弹簧夹，会有什么后果呢？

生6：红磷在集气瓶中燃烧的时候，瓶中的气体受热膨胀，导管口会有气泡冒出，进水量会大于[15]。

（教师通过PPT出示对应的归纳总结）

设计意图：关于实验误差，虽然通过语言表述，部分学生也能完成逻辑推理，但总是有相当一部分学生即使教师多次讲解，他们还是无法理解，死记硬背还时常混淆。将其设计成学生实验再让学生分析原因，学生接受的效果更好。在误差分析过程中强调了控制变量，让学生更深刻体会到控制变量在科学探究中的重要性，体现了方法显性化。

六、探究氮气和稀有气体的性质与用途

师：下面我们看看空气中还有哪些成分，他们的体积分数分别是多少。给大家40秒时间记忆。

（教师通过表格展示相关信息并提问5名学生）

师：通过上面的实验，我们除了知道氧气约占空气体积的[15]，还可以推测剩余气体的部分性质，请同学们说一说。

生1：他们不支持燃烧，不可以燃烧。

师：不可燃、不助燃、不溶于水。

师：请同学们阅读课本，找出氮气、稀有气体分别有哪些用途，体现了他们的哪些性质。

（学生阅读课本，完成相关任务）

师：老师有疑问要同学们帮忙解决——将稀有气体运用于霓虹灯，体现了它的物理性质还是化学性质？

生2：物理性质。

师：氦气用于探空气球体现了它的物理性质还是化学性质？

生3：既有物理性质，又有化学性质。

设计意图：阅读能力是学生必须具备的基本能力之一，而物质的用途这部分内容属于识记类知识点，所以采用简单的阅读、提问方式完成教学能获得较好的效果。

【课后反思】

笔者曾试过按照课本的顺序一步一步讲解实验过程、注意事项、补充化学史来教学这节课，但是比较之后，发现当前的教学方法有以下几个优点。

首先，在倡导科学探究的化学课堂上，教师更应该重视科学方法的教学，挖掘教材中蕴含的科学方法。基于此，教师在教学本节课时应更重视培养学生的动手能力、观察能力、语言表达能力以及阅读能力。在平时的教学中，教师常常受定势思维的影响，认为科学探究就应该是一系列完整的流程，所以常常惧怕落实科学探究，怕一节课完成不了所有的教学环节。其实在常态化的科学探究中可以涉及科学探究的一个或多个要素，进行局部或完整的探究活动，从而体现科学探究的灵活性。

其次，要培养学生的质疑能力。实验探究本身就是一个不断完善、不断发展的过程，学生进行科学探究时要有自己的思考，根据已有知识提出自己的观点。同时，教师要引导学生把这种质疑能力发散到利用已有知识解释生活中的一些现象。这样的质疑充分体现了探究性学习的开放性，探究性学习是我们落实科学探究的途径，但不是唯一的途径。

再次，多媒体网络助力科学探究。在以往的科学探究中，尤其是教师的演示实验部分，很多坐在教室后排或是坐得比较偏的学生很难清楚地观察到实验现象，实验参与感不强。教师在本节课教学中运用了希沃投屏，只要在有投影仪的教室都可以利用手机摄像头把演示实验情况投影到大屏幕上，也可以随时投影学生的实验情况，让学生更直观地观察到教师或同学的实验情况、习题完成情况等，这样的改变让“边缘”的学生也有很强的参与感，体现课程资源的多元化。

最后，初中生在做实验探究题时常存在“情感障碍”“阅读障碍”等，实验探究题成为学生惧怕、教师头疼的“难题”。教师适当地将课本演示实验、实验误差分析设计成探究性实验、学生实验，有利于学生在平时的学习中克服障碍，提高解答实验探究题的能力，将科学探究落到实处。

在初中化学教学过程中，笔者经过理论学习和教学实践尝试，通过上述策略使得科学探究常态化，取得了一定的效果。为了进一步落实科学探究常态化，我们将继续努力，尝试更多的方法和策略。

【参考文献】

[1]杨刚.如何开展探究性化学实验教学[J].中国校外教育，2018（3）

[2]王亚香.化学教学中如何开展探究式教学[J].黑龙江科学，2018（2）

[3]李亚.初中生解决科学探究题的思维障碍浅析[J].科学大众.科学教育.2018，（2）

[4]谷莹莹.高中化学科学探究常态化教学的研究与实践[J].教育理论与教学研究，2010（9）

注：本文系桂林市教育科学“十二五”规划课题“基于科学探究的初中化学课堂教学案例研究”（项目编号：2015A-04）的研究成果。

作者简介：于秀（1983— ），女，满族，辽宁丹东人，中小学一级教师，理学学士，毕业于广西师范大学化学专业，一直从事初中化学教学工作，获广西壮族自治区教师技能比赛一等奖、广西优秀化学教师称号、桂林市优秀班主任，多次获得桂林市优质课比赛一等奖、桂林市教师技能比赛一等奖、桂林市优秀化学教师等奖项。研究方向：初中化学教育与研究。

（责编 刘小瑗）