初中化学探究性实验教学改革探究——以“二氧化碳实验室制法探究”为例

胡佳雷

（甘肃省陇南市成县南康学校，甘肃 陇南 742507）

化学学科，其主要目的是通过一定的试验更好地验证自然科学，因此，有其独有的学科特点，而在化学教育教学过程中，通过应用化学实验的教学方法是帮助学生更好地了解化学本质的有效探究性方法。在初中化学课堂和实验中，采用探究式的教育教学方法，不仅仅能够有效地提升学生的化学学习兴趣，而且还能够进一步地拓展学生的化学思维，与此同时还能够在具体的试验过程中更好地促进师生之间的交流和互动，更好地增进师生的情感，有利于营造良好的课堂化学育人氛围，从而更好地培育出学生敢于实践、敢于创新、勇于探究的化学实践精神和操作技能，帮助学生更好地探究化学、探究自然。

一、初中化学探究性实验教学启示

新课程强调知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观为主要内容的三维教学目标，注重学生核心素养的形成，将学科核心素养思想渗透在初中化学中，培养学生有利于个人发展和社会发展需求的必备品质和基础能力。

例如，在“二氧化碳实验室制法探究”中，学生需要理解实验室制取二氧化碳原理，掌握制取步骤，对实验药品、仪器、实验原理、实验装置进行全方位的掌握。在此基础上，教师还需要发散学生的思维，引导学生主动参与实验活动中，运用翻转课堂、导学案等新型教学方式，培养学生的核心素养。

通过上述的教学计划，教师可以做好知识与技能、过程与方法等内容的教学。而在新课程的背景下，教师还需要关注学生的学习态度、情感认知，对学生进行情感态度与价值观的教育。对此，教师便需要关注学生创新主观意识，并基于学生的表现，对学生进行针对性的引导，以此在潜移默化中改变学生的学习认知，增强学生的三维素质发展。

（一）创新教学方式，渗透化学思维

化学是一门用微观解释宏观现象的学科，需要学生具有一定的化学思维。初中化学标准对学生的化学思维提出了明确的要求，要求学生能够对物质的变化提出假设，解释化学变化以及化学变化之间的联系，确定化学变化的证据。因此，初中化学教师在教学过程中要更新教学理念，加强教学方式的创新，引导学生进行自主、合作、探究，对化学知识进行深层次的理解。所谓教学方式的创新，并不是简单的“教法”，而是包括教、引导、评价在内的多步骤内容。

例如，在《奇妙的二氧化碳》教学中，教师可以基于本实验所用药品的可替代性，对传统的重复性实验教学活动进行创新，以学生的自主实验作为新教学过程的核心。即在进行实验室制取二氧化碳之前，教师有意识地引导学生开展合作、探究式学习，让学生通过对课本知识的自主探究理解，制取二氧化碳的原理，进而能够较合理地选择实验药品以及实验装置。在学生初步掌握理论知识之后，教师再向学生提出问题：“在制取二氧化碳时有碳酸钠的固体、粉末，碳酸钙的固体、粉末以及浓度相同的稀盐酸和稀硫酸，该如何选择实验药品呢？”这样的问题较有启发性，学生的初步反应是粉末性药品更好，第二反应是要探究碳酸钠和碳酸钙的差异。在这之后，教师便可以鼓励学生以小组为单位，自主开展对比性实验。

在对比性实验中，学生们会观察到较多不同类型的实验现象。例如，有的学生是将碳酸钙粉末融入水中，得到溶液后滴入稀盐酸中。这一反应过程便是立刻生成气体。但有相反操作的小组，他们观察到的现象是一开始稀盐酸滴入碳酸钙溶液中并没有气体，而是一会儿后才出现气泡。在观察到不同的实验现象之后，学生们并没有深入思考，而是简单地记下了实验现象，并准备下结论。这便是学生的情感态度没有得到发展的表现。对此，教师便可以进行引导性提问：“化学家们在起初的实验中，他们想到了几个问题，即不同的操作是否对气泡产生的快慢起到了影响呢？咱们也来学习科学家的钻研精神，进行比较、思考可以吗？”在教师的引导激励下，学生们便会得到科学精神的发展，即会进行深入的思考。

在教师的引导下，学生们注意到了气泡产生的快慢差异，并结合课本上的相应知识，确认了不产生气泡是因为碳酸钙和氯化氢先反应，产生了氯化钙和碳酸氢钙。这样的结论让学生十分振奋。学生通过对比实验探究，最后得出制取二氧化碳适合用碳酸钙固体加稀盐酸，其反应原理是CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑。在学生确定反应原理后，对比氧气制作的装置，学生掌握了固液反应装置，以及确定气体收集装置。最后让学生自主地设计二氧化碳制取实验，并进行实践，以此形成化学思维。

（二）注重实验研究，培养探究精神

化学是一门以实验为基础的学科，在教学中，教师要利用实验探究培养学生的探究精神和探究能力，在教师的引导下，学生通过提出问题、猜想假设、设计方案、实验实践、实验反思等环节，对化学知识进行持续的探究，从而培养学生的实践探究能力。在化学实验实践过程中，要以学生为主体，教师作为实验的组织者和引导者，需要对学生进行正确的引导。

例如，在《奇妙的二氧化碳》教学中，教师提出问题：“现有三瓶失去标签的气体，分别是空气、氧气、二氧化碳，如何将其进行鉴别？”学生根据氧气和二氧化碳性质的差别，设计了一个简单的方案，用带火星的木条检验，将其插入到其中一瓶气体中，若火木条熄灭，则证明气体是二氧化碳；若木条复燃，则证明气体实是氧气；若木条无变化就表明是空气。通过这样一个实践探究的过程，学生根据已学知识解决实际问题，让学生初步认识到科学探究的概念。当然，要培养学生的科学探究能力，只进行这样的简单小实验是不行的。教师可以鼓励学生，结合自己的化学知识，探究更多检测气体的方法。对此，教师可以设定一些限制性条件，让学生在不同的模拟条件下进行实验探究。例如，教师可以增加瓶子的数量，设定某个瓶子是氢气、某个瓶子是氨气、某个瓶子是天然气。然后，要求学生根据这样的情况设计不同的探究方案。

在限制条件的影响下，学生们会充分动用大脑，想到多种有效的检验方法。例如，有的学生提议闻，以此找到氨气；有的学生则脑洞大开，想到结合注射器，吸取少部分气体，再使用各类药剂进行检测。在学生们想到各类可用的检测方法之后，教师可以再对学生提出要求，即要学生进行讨论，分析各种测量方法的优势、缺陷。并且，教师可以对学生进行更进一步的要求，即要求学生结合经济价值、人身安全等方面的内容，对实验进行思考。如此，学生们的探究思维会被更加充分地打开，探究能力也能够得到更加充分地提升。

二、探究实验教学案例设计

（一）教学导入

以1～2 分钟的微课视频，对二氧化碳进行简单的介绍，为学生探讨其用途奠定基础。然后，教师可以简要分析当前人类活动产生过多的二氧化碳对地球环境造成的影响，提出低碳环保概念。在这之后，教师可以再提出问题“哪些反应可以产生二氧化碳？大致可以分为几种类型？”以此引导学生讨论。学生结合所学知识，通过讨论得到产生二氧化碳的反应可以分为以下三类：①含碳物质的燃烧，例如木炭、一氧化碳、甲烷等有机物；②碳、一氧化碳在高温条件下和金属氧化发生反应，生成二氧化碳；③碳酸钙在高温的条件下分解，生成二氧化碳。

在学生得出这些结论之后，教师可以先开个玩笑营造轻松的氛围：“同学们忽视了我们的呼吸么，我们的呼吸也产生了二氧化碳。”对于这一个问题，学生可能有两种反应，第一是反驳，认为这不是化学反应，第二则是结合生物学知识，肯定人体中也进行了某种反应，产生了二氧化碳。教师可以基于学生的表现进行简要的解答，以此有效地吸引学生的注意力。然后，教师向学生继续提问：“上述反应哪些能够得到相对纯净的二氧化碳，哪个适合用于实验室制取二氧化碳？”

学生通过讨论后得到结论：第一个反应，燃烧会产生二氧化硫等气体，不能制取纯净的二氧化碳；第二个反应生产物中可能存在少量的一氧化碳，且高温的反应条件以及金属氧化物需要的成本较高，在实验室中不好操作；第三个反应可以得到纯净的二氧化碳，需要在高温条件下，不适合实验室操作，适合工业制取二氧化碳。一般而言，教师给出的选项应当是有一个合适的，但是学生们得出的结论是三个都不合适，因此有的学生会选择一个相对较合适的，以此期望得到一个“答案”。这样的表现，便是学生学习自信心不足的情况。对此，教师需要给学生打气，即在学生们给出答案后，教师先肯定学生三个都不合适的方案，再对学生进行激励，鼓励学生在学习时不要畏首畏尾，要相信自己的判断，再最后得出结论，上述三个反应都不适用于实验室制取二氧化碳。

接着，教师播放视频“苏打和醋清洗污渍”“鸡蛋游泳实验”“草酸洗瓷砖”，这些化学反应中都会产生大量的二氧化碳气体。要求学生们以此为思路，结合氧气的实验室制取方案，以固体和液体发生反应为方向，探究哪些方法和器具更适合气体反应物的收集，适合实验室的二氧化碳制备。

（二）实验原理

首先是药品的选择，常见的碳酸盐有碳酸钠和碳酸钙，形状有固体和粉末，常见酸液体有稀盐酸和稀硫酸。因此，除这些药品外，教师还可以提供少量混淆视听的药品，如碳酸氢钙、浓盐酸等，以此为学生提供对比实验的基础。之后，学生需要采用控制变量法进行实验，主体实验为：将等量的碳酸钠和碳酸钙固体、粉末同时和同浓度的稀盐酸、稀硫酸反应，并对反应过程进行观察。

在学生进行的主体实验中，主要过程为：学生取用同等量的碳酸钠、碳酸钙固体、粉末同时与同体积同浓度稀盐酸反应，根据反应速度、反应物生成的速度、稳定，可以发现固体碳酸钙和稀盐酸反应时生成物气流更加稳定，更适合实验室操作，而碳酸钠和稀盐酸反应速度较快，不能够有效地收集生成气体，不适用实验室操作，故实验室选择碳酸钙固体作为制取二氧化碳的样品。然后利用等量的碳酸钙固体分别和同浓度的稀盐酸和稀硫酸反应，发现稀硫酸和碳酸钙反应时会产生“包裹”现象，不利于反应彻底进行。

通过研究，得到以下结论：①粉末相比固体反应速度更快，固体块状可以得到持续气流；②相比碳酸钙，碳酸铵反应速度太快，反应物不好收集；③碳酸钙和稀硫酸反应一会儿后发生包裹现象，反应速度逐渐降低。

通过探究，确定实验室制取二氧化碳选取的药品是碳酸钙和稀盐酸，可以得到持续、稳定的二氧化碳气流，有利于二氧化碳气体的收集和控制反应速度，操作方便，性价比高。其法学反应如下所示：

CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑

而在其他的实验中，学生会得到更多现象，包括发现浓盐酸与碳酸钙反应放热较严重、浓盐酸易挥发等。在进行比较和取舍后，学生们会肯定主体实验的有效性。即学生通过控制变量法，可以得到实验室制取二氧化碳的最佳途径。而教师则通过科学探究的过程，让学生在实验过程中发现问题、解决问题，逐渐形成科学探究能力，形成学科核心素养。

（三）实验装置

在实验过程中，学生会根据氧气实验室制取方法，回顾气体和固体发生反应制取气体的装置，以此分析该装置是否适用于实验室制取二氧化碳。根据二氧化碳溶于水且密度大于空气的性质，探讨实验装置的选择。学生以小组为单位进行讨论，选择实验装置。稀硫酸和碳酸钙的反应过程属于固—液不加热形式，如图1 所示的反应装置，固排除A 装置，B、C 两装置都可以发生固—液不加热反应，但是C 装置可以控制液体下流速度，从而对反应速度进行控制，固选择C。如图2 所示的气体收集装置，由于二氧化碳溶于水，固排除装置D，二氧化碳的密度比空气大，固选择E 装置收集气体。因此，实验室制取二氧化碳的装置是C、E装置的组合。

图1 实验发生装置

图2 气体收集装置

（四）实验过程

学生将实验装置连接，根据实验步骤制取一瓶二氧化碳，并检验气体。教师可以让学生结合之前的引导，充分发挥想象，使用多种方法检验气体。学生通过思考后，得出基础的方法：将二氧化碳引入生石灰水中，如果变浑浊，则证明气体是二氧化碳。当然，在这个过程中，许多学生会进行更多的尝试。如有的学生会尝试闻，以自己的感受进行判断，还有的学生则将气体充入气球中，将二氧化碳气球和普通空气气球进行同高度落地速度测试等。

三、结语

在探究性教学形式下，学生占据课堂主体地位，而能力也得到有效的锻炼。通过此种办法，有助于学生养成良好的学习习惯，让学生的化学学习能力得到提高，满足新课改所提要求。在该实验探究中教师提出问题引导学生思考，确定实验方案，设计实验过程，对收集的信息进行分析，最后得到结论，以完成“二氧化碳制取”。在教师的引导下，课堂大部分时间都是学生交流讨论、思考以及实践探究，学生在此过程中形成化学思维意识，掌握化学探究的方法，培养学生综合能力，推动初中生全面发展。