初三学生化学研究性学习研究

黎宙 黄晏萍 朱惠芳

【关键词】  初三学生 我与化学 研究性学习 研究

【中图分类号】  G633.8             【文献标识码】  A   【文章编号】  1992-7711（2019）23-077-03

广州市中学生“我与化学”活动己开展了18年，广州市教育研究院把优秀的学生作品编成[“我与化学”活动论文选编]进行出版，己出版至第五册。通过获奖作品统计，本地区初三化学教师指导初三学生参与“我与化学”活动的作品很少，原因有多方面：一是初三升学的压力造成师生没有过剩精力用于“我与化学”活动的开展;很多老师提出，学生每天忙于学业，老师每天忙于备课，没有过多时间用于研究性学习;二是对“我与化学”活动的开展缺少经验和方法;本地区初三教师年龄普遍偏大，没有接触过研究性学习教材，因此，指导学生进行研究性学习缺少办法;三是初三化学教师普遍觉得广州市开展“我与化学”活动时间己久，很多研究性的课题要么己做过，要么高大上，很难找到可做的课题。因此，很多初三化学教师放弃了指导学生进行研究性学习，专心于教学工作。

化学是一门科学，科学需要构建科学研究的方法，初三又是刚开始接触化学的第一个年头，如果能利用“我与化学”活动，做好研究性学习指导，让学生像科学家一样去做研究，无疑让学生终生受益，对学生的学习和成长都有重要意义;因此，如何指导初三学生进行研究性学习，成了课题组的研究目标。

做过初三化学研究性学习的老师都认为，初三化学研究性学习最难的是选题，因为研究性学习的题目不好找，要不别人己做过研究，己没有新的内容可写;要不没有研究价值，研究开展不下去;要不研究的内容高大上，己超出了初三化学研究水平。其实，初三学生在化学方面的课题研究是志在参与，使学生在知识与能力方面得到提高，在化学科学素养方面得到加强才是目的。初三学生的化学研究性学习，鉴于他们的基础知识和水平，一般不要求有完整的、科学性的结果，重在过程参与和成长。所以，只要学生觉得有兴趣，即可拿来进行研究性学习，研究的过程中可以做前人做过的课题，在研究过程中完善知识，只要有创新发现，即为不错的研究性学习。因此，在不影响学生学习的情况下，对学生选题和如何进行研究可以做以下的工作：

一、把教材中的探究性课题为研究性学习课题

九年级上册第一单元课题2探究活动《观察和描述——对蜡烛及其燃烧的探究》，教材从蜡烛燃烧前、燃着时、熄灭后进行探究，让学生眼界大开，从一根生活中不起眼的蜡烛变成一支緼含着众多化学知识的神奇物质，学生的探究欲望被充分激发出来了，这里还有没有可探究的内容呢？研究性学习小组的同学发现了新的探究内容，一支蜡烛很容易就燃烧完了，有没有方法可以使蜡烛燃烧时间延长呢？根据这个问题，研究性学习小组的同学上网搜索到食盐能使蜡烛燃烧时间延长，食盐是生活中的日用品，那么，生活中还有什么物质能让蜡烛燃烧时间延长呢？研究性学习小组的同学在厨房找到了食盐、味精、发酵粉、胡椒、蔗糖等，取相同质量的上述物质放入相同规格的燃烧着的蜡烛油里，记录蜡烛燃烧时长来进行对比，发现生活中这些物质几乎都能延长蜡烛的燃烧时间，但燃烧的时长不一样。

研究性学习小组的同学又提出新的问题，什么原因导致燃烧时间不一样？通过网络查询，熔沸点高的物质能延长蜡烛燃烧时间;进而把燃烧时长与熔沸点进行对比（能查到的物质），得出了相同的结论。进而又提出新的问题，是否溶沸点越高的物质能使蜡烛燃烧时间更长？研究性学习小组的同学找到氧化镁、氯化铝等一些熔沸点较高的盐，与氯化钠进行对比实验，验证了自己的猜想，发现溶沸点更高的氧化镁使蜡烛燃烧的时间更长。那么，是不是在蜡烛里加入氧化镁来延长燃烧时间呢？通过实验发现，答案是否定的，因为加了氧化镁的蜡烛火焰的亮度不够，不适合作为延长蜡烛燃烧时长的物质。

研究性学习小组的同学在探究过程中，因为闻到生活中的物质加入蜡烛后发出了不同的气味，或愉悦、或难闻、或清香，联系到现阶段的蜡烛己失去了日常生活中照明的功能，更多的是创造浪漫环境中去应用，因此又有了进一步的想法，进行了DIY制作，制作多功能蜡烛。如在熔化的蜡烛里添加各种精油，制成不同香味，不同形状，不同作用的蜡烛，并介绍它们在不同方面的应用，让同学们一块来体验新制蜡烛的奇妙之处。

这样的研究性学习无疑达到了效果，让学生像科学家一样学习研究，创造新用途的蜡烛，形成了化学学习造福人类的良性循环。

教材中的探究性内容很多，除了《观察和描述-对蜡烛及其燃烧的探究》以外，还有《人体吸入的空气和呼出气体有什么不同》、《分解过氧化氢制取氧气的反应中二氧化锰的作用》、《水的组成》、《反应前后物质质量的关系》等等，这些探究要继续深入探究的话，看似无从下手，但经过改变角度看问题，深入挖掘，又会有新的發现。

二、把教材中易出问题的实验为研究性学习课题

九年级化学上册第二单元课题3探究活动《分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的作用》，研究性学习小组的同学忆起，老师在演示“分解过氧化氢制取氧气的反应中二氧化锰的作用”的实验，往5ml5%的过氧化氢中加入二氧化锰，试管中立即产生大量白雾，用带火星的小木条检验，小木条的火星只是变得更旺，并没有复燃，实验失败。随后老师重复做这个实验，结果还是没有成功。当时资询老师得知，多年来这个实验有时成功，有时不成功，原因是什么没搞清楚。研究性学习小组的同学提出第一个问题：什么原因使教科书中的重要实验不易成功，能否找到新的催化剂，使实验效果变得更好。另外，研究性学习小组又发现，实验室用二氧化锰催化过氧化氢溶液制取氧气并做氧气性质实验时，反应过于剧烈，不易收集，又产生大量白雾，影响氧气性质实验现象的观察，提出第二个问题：有没有新的催化剂，能得到平稳的氧气流，能否不产生白雾，使氧气的性质实验不受影响。

研究性学习小组通过讨论认为：在“分解过氧化氢制取氧气的反应中二氧化锰的作用”的实验，小木条没有复燃可能与二氧化锰的量有关或与过氧化氢溶液的浓度有关。因此设计了两组实验：一是用不同浓度的过氧化氢溶液如：1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%分别与少量二氧化锰（用药匙的小匙来取）进行实验，观察能否使带火星的小木条复燃。另外，用5%的过氧化氢与不同质量的二氧化锰0.1g、0.3g、0.5g、0.7g、0.9g、1.1g进行实验。得出了如下结论：一是如果二氧化锰取的量较少（用小匙来取），不管过氧化氢的浓度是多少，小木条都可能复燃，但过氧化氢浓度超过15%时，不够稳定，有时复燃，有时不能复燃。二是过氧化氢浓度为5%时，二氧化锰小于0.3g（约一小匙）时，小木条基本上能复燃，超过0.3g时则不稳定，有时能复燃，有时不行。因此，实验小组的同学分析老师演示失败的原因，存在二种可能：

（1）可能配制的过氧化氢溶液的浓度高于5%，反应太剧烈，白雾多，火星不易复燃。

（2）可能加入的二氧化锰的量太多，反应太剧烈，白雾多，火星不易复燃。

研究性学习小组对“分解过氧化氢制取氧气的反应中二氧化锰的作用”的实验提出解决问题的方案：过氧化氢溶液的浓度不超过5%，二氧化锰用小匙来取（约0.3g），如果一次不行，重做一般可达实验效果。

5%的过氧化氢分解制取氧气除了二氧化锰外还有什么物质适合做催化劑，并用于实验室制取氧气和在催化剂探究实验中代替二氧化锰呢？

寻找新的催化剂研究性学习小组按物质的分类，如单质、氧化物、酸碱盐与有机物来找，实验室的药品尽量每一类找三种，以达到寻找新的催化剂的目的。通过实验研究，学生得出如下结论：能使5%过氧化氢发生快速催化作用的是氯化铜和氯化铁，由于实验室的氯化铁储存时间太长，己经变成溶液，溶液中的固体结块很难取出，故推荐使用氯化铜固体。按照实验室制取氧气的实验操作，在5%的过氧化氢溶液中加入氯化铜固体，能产生大量气泡，没有白雾产生;用带火星的小木条来检验，火星复燃;再进行氧气收集，反应速率适中，效果非常理想;把实验后的溶液蒸干，出现了细细的浅绿色粉末，证明氯化铜只是起催化作用，并没有生成新物质。故研究性学习小组建议教科书采用氯化铜做5%的过氧化氢的催化剂，效果更理想。

寻找新的催化剂找出了新的意义，是在实验中防止实验失败和实验效果更好的角度来进行，这对学生的成长有较大帮助。教材中易出问题的实验比较多，如木炭还原氧化铜、氢氧化钠滴入酚酞、面粉爆炸等，只要易出错，不易成功的实验等都可以拿来指导学生进行研究性学习，只要有新的发现，即为不错的研究性学习课题。

三、对一些争议性较多的问题进行研究性学习

例如.（广州市2016年中考）27.（10分）实验室部分装置如下图所示，回答下列问题（制取时将A中的药品混合）。

（1）制取并收集不同气体，填写下表空白。

（2）收集干燥的CO2还需要用装置E，E中盛装的试剂为。

（3）用上述装置A制取O2时发生反应的化学方程式为。

答案提示：收集二氧化碳的方法选C不选B。这符合教科书中气体收集方法中排水法的适用条件，排水法适用于不易溶于水、不与水反应这一条件的气体，如二氧化碳。在全国各地的不同类型的考卷中二氧化碳的收集都是采用向上排空气法，而不采用排水法。但初三化学教科书《人体吸入的空气与呼出气体有什么不同》的探究中，用排水法收集呼出气体，再用澄清石灰水检验，澄清石灰水变浑浊，说明呼出气体中二氧化碳含量比空气中的二氧化碳多。也就是说，用排水法收集呼出气体时水对二氧化碳的收集影响并不大，还能够收集到较多的二氧化碳，说明二氧化碳用排水法收集还是可以收集到的。研究性学习小组讨论分析认为：虽然CO2可溶于水，但CO2在常温下的溶解度仅为1：1，对收集的影响并不大;虽然二氧化碳与水反应生成碳酸，但碳酸不稳定，容易分解成CO2和水，因此，CO2应该是可以用排水方法收集的。

研究性学习小组用相同的药品，30ml的稀盐酸和15g的大理石分别用排水法和向上排空气法收集二氧化碳，得出了如下的结论：

1.排水法和向上排空气法集满三瓶二氧化碳所需的时间：向上排空气法1分56秒;排水法为2分06秒，向上排空气法用时较短。

2.使用排水法最多可收集到三瓶多一点二氧化碳，而向上排空气法可收集到5瓶多一点二氧化碳。

研究性学习小组又提出了疑问：同样的药品，向上排空气法收集的二氧化碳比排水法收集多，除了一部分CO2溶于水外，是否还有其它原因，如：向上排空气法收集的CO2不纯，排水法收集时因为集气瓶有一部分在水面下，水压导致气体被压缩。因此，根据猜测内容重新设计实验：

1.用饱和碳酸氢钠溶液代替水进行排水法收集，排除二氧化碳溶于水的干扰;

2.排水时，瓶口与液面基本持平，排除水压对收集二氧化碳的干扰;

3.用排水法和向上排空气法各收集一瓶二氧化碳，再倒插入足量氢氧化钠溶液里，在充足的时间里通过液面上升高度来比较二氧化碳的纯度，用具体的数值来排除向上排空气法收集二氧化碳不纯的干扰。

通过排除干扰后发现，用排水法和向上排空气法收集的二氧化碳体积基本上相同。

通过这次实验，研究性学习小组的同学归纳了几种收集二氧化碳方法各自的优点：

对此，研究性学习小组提出了几个建议：

如果需要大量纯度高的CO2，使用排饱和碳酸氢钠溶液的方法会更好;如果需要少量纯度高的CO2，使用排水法会更好;如果想要节省药品，且CO2的纯度要求不高，则可以使用向上排空气法。

“他山之石，可以攻玉”，研究性学习的道路确实荆棘当道，难寻捷径;但鲁讯先生的说过：世上本没有路，走的人多了，也就成了路。前面十八届的同学和老师己趟出了路，其中还有很多同学是高中学生，他们的知识面比较宽，能力比较强，因此，把路走得特别宽敞。对于刚走进化学大门的初三学生来说，在化学研究性学习一知半解的情况下，可以先进行模仿，再把路走得更好。俗话说，“他山之石，可以攻玉”，站在巨人的肩膀上更容易触摸到天空。因此，建议初三化学老师指导初三学生进行研究性学习时，找到了感兴趣的问题后，学习前十八届同学的相关优秀作品，感受他们在前进的道路上摸索前进时留下来的宝贵财富，在问题的提出，实验探究、数据分析、研究报告的书写、参与答辨等方面进行模仿，完成研究性学习。

【课题编号】GDXKT17569

[ 参  考  文  献 ]

[1]广州市教育局教研室化学科、广州市化学化工学会中教专业委员会主编.广州市中学生“我与化学”活动论文选编·1.

[2]广州市教育局教研室化学科、广州市化学化工学会中教专业委员会主编广州市中学生“我与化学”活动论文选编·2.

[3]广州市教育局教研室化学科、广州市化学化工学会中教专业委员会主编广州市中学生“我与化学”活动论文选编·3.

[4]广州市教育局教研室化学科、广州市化学化工学会中教专业委员会主编广州市中学生“我与化学”活动论文选编·4.

[5]李南萍，丁革兵.广州市中学生“我与化学”活动课程的建构.中学化学参考2011年05期.

[6]广东省教育研究院教研室.综合实践活动（必修）研究性学习.