由一道中考试题引发的科学探究课例

汪国华 徐泓

摘要：对一道中考选择题B选项解析的质疑与讨论，引发了学生“用37%的浓盐酸与石灰石反应，把产生的气体通入饱和石灰水中，以证明此解析是错误的”科学探究活动，在探究过程中又产生了新的疑问，这些生成性问题又引发了一系列深入探究活动。

关键词：中考试题;科学探究;课例;数字化实验

文章编号：1008-0546（2020）09-0048-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

一、课题缘由

2008年某市的一道中考试题，具体题目如下。

下列实验设计及操作其现象足以说明结论的是（ ）

原题对选项B的解析是浓盐酸易挥发，它与大理石反应放出的二氧化碳气体中会混有氯化氢气体，将该气体通入澄清石灰水时，氯化氢溶于水得到盐酸，先与石灰水反应，干扰了二氧化碳与石灰水的反应，所以始终不浑浊，故不能证明石灰水一定变质。

將浓盐酸和大理石反应产生的气体通入澄清石灰水，澄清石灰水真的不变浑浊吗？针对此问题笔者设计了如下一节科学探究课。

二、课例设计与课堂探究过程实录

1.教学目标

（1）能用二氧化碳、盐酸的性质定性解释相关实验现象，进一步巩固二氧碳能与石灰水反应及盐酸能与碳酸钙、氢氧化钙反应的性质。

（2）通过探究，知道定性研究、定量研究都是化学研究的重要方式，培养大胆质疑、实事求是的科学态度，体会合作探究的乐趣。

2.教学重点和难点

重点：二氧碳与石灰水的反应、盐酸与碳酸钙的反应、盐酸与氢氧化钙的反应。

难点：实验方案的优化、落实及实验现象的分析。

3.探究过程及实录

（1）探究活动一：用浓盐酸制得的二氧化碳能不能使石灰水变浑浊？

环节一：展示问题，提出猜想。

呈现问题1：实验室用稀盐酸与石灰石反应制二氧化碳，为什么不能用浓盐酸？

学生回答：浓盐酸有挥发性，制得的二氧化碳因含氯化氢气体而不纯。

呈现问题2：那么如果把浓盐酸与石灰石反应制得的气体通入石灰水会有什么现象？猜测的理由？

学生回答1：变浑浊，因为二氧化碳与石灰水反应而变浑浊。

学生回答2：不变浑浊，因为反应放出的二氧化碳气体中会混有氯化氢气体，将该气体通入澄清石灰水时，氯化氢溶于水得到盐酸，先与石灰水反应，干扰了二氧化碳与石灰水的反应，所以始终不浑浊。

展示2008年某市中考试卷中有关此题，并引用本卷答案中对B选项的分析，再次请学生对问题2进行猜测。

设计意图：从问题提出到猜测，到理论分析，最后展示“权威发布”即2008年某市中考题中与此问题相关的题目及相关答案解析。一部分学生的猜测与“权威发布”不同，坚持自己的意见还是反对权威？大部分学生的猜测与“权威发布”相同，强化了自己的观点。创设一个相信还是质疑“权威”的氛围，从而引发学生的探究欲望。

环节二：设计实验方案、进行实验并记录现象。

学生方案1：装置是实验室制二氧化碳，并将产生的二氧化碳气体通入石灰水。

学生方案2：在方案1的基础上加上尾气处理装置，即在制取的气体通入石灰水后，尾气再通入氢氧化钠溶液中。

教师检查各组实验方案，在不危及安全的前提下，让学生尽可能采用自己设计的方案进行实验。

为学生提供了37%的浓盐酸、饱和的石灰水等药品。如石灰水出现明显浑浊就可停止通入气体。注意提醒部分没有尾气处理装置的小组，做此实验时应同时开启实验室通风装置。

现象1：一部分学生在石灰水明显浑浊后立即停止通入气体，但振荡后又变澄清。

现象2：一部分学生在石灰水明显浑浊后仍继续通气体，看到石灰水浑浊后又变澄清。

设计意图：通过开放性的教学设计，给学生进行自主探究的空间，即使学生用不完善的实验方案，甚至失败的实验方案进行实验，他们从中所获得的体验更能体现科学探究本身的价值和魅力。

环节三：得出结论，反思交流。

各小组展示自己的实验方案、实验现象、实验结论及反思。

得出结论：用浓盐酸与石灰石制得的气体通入饱和石灰水，石灰水也能变浑浊。

反思交流：本实验需要进行尾气处理，否则挥发出来的HCI会污染环境。

学生疑问1：制取的气体中有二氧化碳也有HCl，通入饱和的石灰水变浑浊，说明二氧化碳与氢氧化钙反应了，盐酸不与氢氧化钙反应吗？

学生疑问2：制取的气体中有二氧化碳也有HCl，通入饱和的石灰水变浑浊，说明二氧化碳与氢氧化钙反应了，盐酸不与新生成的碳酸钙反应吗？

学生疑问3：以上实验中，在石灰水明显浑浊后振荡或继续通气体为什么都会变澄清。

设计意图：学生体会自己实验后得出结论并取得成功的快乐，学会与他人分享，同时学会对以上两种实验方案进行比较，切身体会并知道实验方案评价、分析、比较和优化的意义。同时体会发现问题的乐趣与成就感，进一步激发进行科学探究的欲望。

针对上述生成性问题，引发了进一步探究。

（2）探究活动二：上述实验中进入饱和石灰水中的盐酸是否发生了反应？

环节1：设计方案。

学生方案1：以上反应中，浑浊最明显时在液体中加铁丝。

学生方案2：以上反应中，浑浊最明显时在液体中滴石蕊试液。

学生方案3：以上反应中，浑浊最明显时用pH试纸测液体的pH。

学生方案4：用pH传感器测以上反应过程中的饱和石灰水的pH变化。

学生展示各小组方案，然后对比、分析、评价，优化实验方案。

设计意图：在体会上次实验设计的得失之后，学生这次实验设计时考虑得更全面也更周到。

环节2：进行实验，观察并记录现象。

由于学生方案2、3、4本质上都与溶液的pH相关，优化后我们采用了学生方案1和学生方案4进行定性实验与定量实验。

学生方案1：中的铁丝表面并未出现气泡。

学生方案4：在环境温度为5℃，相对湿度为80%，大气压强为102.4kPa的室内条件下，用适量37%的浓盐酸和大理石反应，把生成的气体通入饱和的澄清石灰水，同时用SWR iLab pH传感器监测石灰水的pH随时间的变化情况，获得的实验数据见图1。

通过以上实验发现在30s左右石灰水浑浊最明显，此时溶液pH约为12.0，溶液仍呈碱性，在80s左右液体完全变澄清，此时溶液pH约为8.6。

环节3：解释结论、反思与交流。

①解释结论

在30s左右，测得pH约为12.0，溶液仍呈碱性，说明盐酸也参加了反应，但盐酸并未把氢氧化钙反应完，仍有一部分氢氧化钙与二氧化碳反应，所以才会出现浑浊现象，若浑浊后继续通气体，溶液的pH会下降，进入的盐酸会与碳酸钙反应，浑浊又变澄清。在30s左右浑浊非常明显，若此时停止通气体并振荡浑浊消失，原因是液体中仍有未来得及反应的二氧化碳，振荡后二氧化碳气体继续与碳酸钙与水反应导致的。

②教师展示定量计算的结果

已知0℃时Ca（OH）2的溶解度是0.18g，在此温度下，Ca（OH）2饱和溶液的溶质质量分数约为0.18%。因此取10mL 0℃时的饱和石灰水，其中溶质Ca（OH）2的质量约有0.018g。0℃常压下，二氧化碳的密度约为0.00196g/mL，HCI气体的密度约为0.00163g/mL

由理论计算可知，在标准状况下，如果把混合气体通入饱和石灰水，则氯化氢和二氧化碳至少要以2：1的体积比混合，石灰水才可能不变浑浊。

③反思与交流

教师：通过以上实验及理论计算，能不能因此判断课前展示的2008年某市中考题对B选项的解释一定是错的？

学生1：不能，我们实验用的是饱和的石灰水，而那道中考题的B选项并未指明是不是饱和的石灰水，我们可用不同浓度的石灰水做对比实验以判断其解释是否合理。

针对上述生成性问题，引发了进一步探究。

设计意图：学生自己发现问题，并对此问题进行探究，体验发现者与探究者的乐趣，通过定性与定量相结合的方法进行探究，了解化学研究方法的多样性。

（3）探究活动三：用浓盐酸制得的二氧化碳通入不同浓度的石灰水会有什么现象？

环节一：设计实验方案并实验。

把用37%浓盐酸与石灰石制得的气体分别通入饱和石灰水与水的体积比为1：1和1：5的两种石灰水中，发现前者浑浊，后者不变浑浊。说明石灰水的浓度较小时，的确会出现某市中考题B选项的现象。

环节二：本节探究活动交流总结。

你在这节课中有哪些收获？仍有哪些疑问？还想探究哪些问题？

学生1：我们不能盲目迷信“权威”，要会用实验去检验“权威”的科学性。

學生2：实验室的确不能用浓盐酸制二氧化碳，不仅制得的气体不纯干扰二氧化碳的性质实验同时也会造成环境污染。

学生3：理论计算也是一种重要的研究方法。

学生4：上述实验中用浓盐酸制得的二氧化碳中HCI气体的含量是多少？

学生5：我想研究温度对以上实验有何影响。

学生6：盐酸浓度对上述实验有什么影响？

学生7：实验室制二氧化碳，用多大浓度的盐酸较好？

设计意图：进一步激发学生进行科学探究的欲望，感受探究的乐趣，并为下一次科学探究活动提供素材。

三、教学感悟与反思

（1）该案例从看似学生熟悉的“实验室为什么不能用浓盐酸制二氧化碳”这个问题出发，并通过展示2008年某市一中考题及相关答案解析创设真实情境，引发学生的质疑和思考，激发学生挑战“权威”的欲望，再聚集到“用浓盐酸制得的二氧化碳能不能使石灰水变浑浊”这一探究任务，他们的学习兴趣和探究欲望此时被激发。在学生完成第一段探究后，得出用浓盐酸制得的二氧化碳能使饱和石灰水变浑浊这一结论，但探究并没有结束，学生在探究过程中又产生了新的问题，进入饱和石灰水的盐酸去了哪儿？与氢氧化钙或碳酸钙反应了吗？浑浊为什么变澄清？这些生成性问题又引发了更深入的探究。学生采用定性和定量两种方案证明进入饱和石灰水的盐酸的确发生了反应，并通过理论计算进一步证明若使饱和石灰水不变浑浊混合气体中二氧化碳与氯化氢气体的体积比。最后又用石灰水浓度的不同对实验现象的影响进行实验研究，引导学生多角度思考化学问题。

（2）学生设计并完成把石灰石与浓盐酸制得的二氧化碳通入饱和石灰水的教学过程中，我并未按传统的思路，先展示交流方案，再优化并确定最佳方案，然后所有学生都用最佳方案进行实验，而是在确保安全的前提下，学生采用自己的也许并不完美的实验方案进行实验，实验完后再对实验方案进行评价，即先实践体验后评价的思路组织教学活动。通过这样的教学，学生在实践中体会并发现分析、比较、优化实验方案的重要性，这比我们课堂说教效果更好。学生在今后的成长过程中遇到挫折时也不会六神无主、手忙脚乱，同时也会正确对待这样的挫折。

（3）这次探究采用了定性、定量及理论计算等多种方法相结合，其中化学数字化实验对化学四重表征中的微观表征和曲线表征更是有独特的优势，其在课堂上的运用是传统实验的重要补充，学生今后进行科学探究时视野会更开阔，手段更丰富。

（4）教学过程中要鼓励学生质疑，并在教学过程中应多创设学生质疑的问题情境，培养科学质疑的精神。让学生有更多的机会主动地体验科学探究的过程，在知识的形成、相互联系和应用过程中养成科学的态度，学习科学方法，在“做科学”的探究实践中培养学生的创新精神和实践能力。

（5）中考命题涉及实验时应注意实验变量的控制，确保实验的真实性、科学性。