初中化学探究性实验教学——以“二氧化碳的制取”为例

文| 左站杰

传统的化学课堂教学中，教师习惯于一味地向学生进行知识灌输，没有给学生留足可供探究的空间，使他们缺乏参与课堂的积极性，虽然认真学习并记忆了教师传授的知识，但缺少自我探究的过程，导致他们所获取的知识缺乏深度和应有的牢固性。随着新课改的推行，越来越多的教师着手在课堂中开展探究式教学实践，努力培养学生的自主学习能力和探究能力，让他们学会自主思考和探究，进而将所学知识记忆得更加牢固，运用得更加灵活。本文以“二氧化碳的制取”为例，探讨如何开展探究性实验教学，希望能让教学同行有所借鉴。

一、初中化学“二氧化碳的制取”实验教学分析

实验是初中化学教学的重要组成部分，有助于提高学生的动手能力，帮助学生形成创造性思维。初中生无论是学习能力还是对知识的好奇心均较强，也有了一定的动手操作能力，基本符合实验教学要求。“二氧化碳的制取”是人教版初中实验教材的重点章节之一，需要学生通过自己动手进行实验操作，了解CO2的制取方式和过程，感受实验的魅力。在此之前，学生已在教师的指导下，运用实验器材进行O2的制取，已具备一定的实验操作和气体制作经验，也基本掌握了气体制备的操作流程和注意事项。因此，在本次实验教学前，教师可先让学生回忆O2的制取流程，讲解制取CO2的反应原理，让他们对其基本了解后将课堂还给学生，鼓励他们自主操作和探索，以自主探究的形式获得CO2的制取方法，合理选择实验器材完成实验。教学方法可选择小组合作，让班内学生组成数个实验小组，先对实验原理和操作过程进行讨论，形成一致性意见后，再分工合作完成CO2的制取，仔细观察每个步骤并记录实验结果。实验结束时，指导小组内成员对操作中气体性质、气体发生及收集装置的使用条件进行分析，探讨反应物状态、反应条件、气体密度等问题，将O2和CO2性质及制取过程进行比较，并进一步了解实验各环节性质，加深对实验的印象。在此过程中，教师应充分尊重学生的主体地位，充分释放学生的探索天性，为学生提供充足的实验仪器，便于学生在学习理论知识后通过相应的装置制取CO2，并在旁确保实验的安全性；对于学生发现的问题给予正确引导，或者在学生进行实验操作时提出相关问题，让他们边操作边思考，形成实验思路，通过实验来印证自己的想法和观点，在掌握气体制作方法的同时提升实验效果。

二、初中化学“二氧化碳制取”探究性实验的设计

教师应结合教学内容和任务，指导学生开展“二氧化碳制取”的实验探究。首先，教师应根据课堂教学内容和进度设置具有一定研究价值的问题，于实验前向学生讲解实验目的和需解决的问题。其次，教师讲解完后给学生留出独立思考的时间，鼓励他们结合所学的化学知识进行思考，并提出实验假设，设计实验过程，预测结果。最后，由学生根据自己所设计的实验装置和方案展开实验操作，教师可在旁指导，提醒学生安全事项，以保证实验安全，并针对学生实验中遇到的问题引导他们思考解决的办法；学生则应对实验现象和反应进行仔细观察，认真记录实验过程和结果。通过实验操作和结果观察，学生可以发现其中存在的规律，由教师带领他们对其进一步归纳和总结，以巩固和延伸实验结果，帮助他们完善化学知识体系。

三、初中化学“二氧化碳的制取”探究性实验教学实践策略

该实验的目标主要有三个部分，分别为：通过探索不同实验装置，培养学生的自主探究能力；通过小组合作，培养学生的团队合作意识；通过探究二氧化碳的制取，引导学生归纳、总结气体的制作方法。

（一）借助于微课导入实验教学

实验是化学的基础，是培养学生探究精神和能力的重要途径。教师可通过设置问题，引导学生对实验知识深入思考，提出猜想和设计方案，继而进行实验实践和反思。在教学导入阶段，教师可以事先通过搜集资料制作成时长一两分钟的微课视频，在课堂中播放，主要内容为简单介绍二氧化碳，让学生通过观看视频对二氧化碳形成初步的了解和认知。观看视频后，教师可先向学生简要讲解人类的生产生活导致大量二氧化碳气体释放，地球因此产生“温室效应”，可造成全球升温、冰川融化、病虫害增多，从而提出“低碳环保”概念。再向学生提问“你知道哪些反应可产生二氧化碳？”“可分为哪几类？”以引发学生的讨论。通过讨论，学生可以得到如下结论：（1）可产生二氧化碳的反应主要有三种。（2）木炭、一氧化碳、甲烷等含碳物质燃烧中可产生二氧化碳。（3）高温且氧气充足的环境下，碳、一氧化碳和金属进行氧化反应后，可生成二氧化碳。（4）将碳酸钙置于高温环境下，可分解产生二氧化碳。

（二）通过探究二氧化碳反应原理培养学生的质疑精神

学生对学科知识质疑，往往是实现有效学习的关键。开展探究性实验教学时，新知识的涌入必然会让学生产生各种疑问，教师应鼓励学生大胆提问，充分肯定这些问题的价值，并继续引导他们提出各种问题。即使有部分问题学生表达不清，或对实际教学意义不大，只要学生愿意主动提出并参与讨论，教师都应予以肯定，这样才能提高学生的提问或表达能力。

教学“二氧化碳的制取”时，教师可事先向学生出示两组药品：（1）碳酸钠、稀盐酸、大理石；（2）碳酸钠、稀硫酸、大理石。之后，教师先向学生抛出问题：“同学们，你们认为哪组药品更适合实验室制取二氧化碳？”学生多数会回答两组都可以。教师进一步提问：“为什么你们认为两组都可以呢？”学生会说：“大理石的主要成分是碳酸钙，碳酸钙和碳酸钠都有碳酸根离子，可以和稀盐酸、稀硫酸中的氢离子反应，就会产生二氧化碳。”在得出反应原理后，教师可继续说：“那么，哪种物质更适合在实验室中制取二氧化碳呢？让我们通过实验来看看吧！”然后，教师取等量的碳酸钙、碳酸钠以及大理石块，同时和同样浓度的稀盐酸、稀硫酸反应，让学生仔细观察反应过程。在教师的引导下，学生会发现几种药品之间进行反应的剧烈程度不同。碳酸钠无论和稀盐酸还是稀硫酸反应都会在极短时间内冒出大量气泡，反应速度非常快，很难及时收集二氧化碳，所以并不适合在实验室环境中制取二氧化碳。大理石和两种酸的反应情况也不同，大理石除了碳酸钙成分外还有一定量的杂质，再加上大理石呈块状，会对反应的剧烈程度产生一定阻碍，虽然在与稀盐酸反应过程中也会冒出大量气泡，但总体反应速度适中，较易收集到二氧化碳。而大理石和稀硫酸反应时，仅仅冒出少量气泡，不仅反应速率慢，而且仅持续一会儿时间就结束了。这时，学生必然会对此产生疑问，教师可以提供相关资料供学生阅读，从中找到答案：大理石和稀硫酸反应后，会在表面产生一层微溶于水的硫酸钙薄膜，隔断大理石和稀硫酸之间的直接接触，进而导致反应停止。此外，教师也可以提供其他如碳酸氢钙、浓盐酸等化学品，便于学生进行对比实验。通过上述实验对比，学生可获得最终结论：在实验室环境下制取二氧化碳，一般使用大理石或石灰石，并掌握其反应原理为：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑。该环节中，通过对实验的观察和探究，培养学生从对比中发现问题、思考问题及解决问题的习惯和能力。同时，学生会接触到实验室常用的固液反应装置和气体收集装置，并能在之后的实验中逐步形成化学思维。

（三）动手操作和举一反三

在结束了对实验原理的探究和实验过程的观察后，进入由学生自行动手操作的环节。教师抛出问题“应根据什么来选择实验仪器？”“二氧化碳制取实验需要注意什么问题”后，让学生以小组为单位，在合作探讨的情况下共同进行二氧化碳实验装置的探究和操作实践。在此过程中，学生会结合之前学过的氧气制取方法，回顾固液反应制取气体的装置结构，并讨论该装置是否适用于对二氧化碳的制取。在确定应选用的实验化学品和器材后，由学生自主连接实验装置，按照所设计的实验步骤进行二氧化碳制取，并结合二氧化碳溶于水且密度大于空气、可与澄清石灰水反应生成碳酸钙等特性，充分发挥自己的想象，采用多种方法对其进行检验。在反复讨论和思考后，多数小组都会得出检验二氧化碳的基本方法，即将实验所得气体引入生石灰水中，若石灰水变浑浊，则证明该气体是二氧化碳。同时，学生还会想出通过气味判断，将气体充入气球和普通空气气球拿到同等高度放手、观察哪个落地更快等方法来检测是否为二氧化碳。实验结束后，可开放小组间交流环节，由小组间展示自己的实验装置和检验成果，互相探讨实验设计思路，对操作过程中遇到的问题进行讨论和交流，制订最佳的实验装置设计方案。之后，则进入举一反三环节，教师可以向学生提供制取其他类型气体的材料，鼓励他们通过小组讨论和思考，自主设计一套制取装置，以巩固所学知识。由于初中生思维活跃，教师可在实验操作环节中充分发挥他们的主观能动性，鼓励他们积极思考、探索原理流程，在操作中思考如何选择实验发生装置和气体收集装置，了解器材使用方法和注意事项，结合实验材料、反应物的理化性质、所需反应条件，思考制取二氧化碳的相关环节，在成功获得目标气体后产生成就感，不断提升学生的创造性思维。

（四）有效评价和深化反思

教学评价，是整个教学过程中不可缺少的环节。探究性实验教学注重鼓励学生对实验展开自主、深入的探究，在实践和反思中获得并运用知识。这就需要教师针对学生实验的开展情况进行即时、有效的评价，以及通过评价深化学生的反思。教师应密切关注学生在实验中的表现、情感、态度，实时掌握他们的实验行为和方法。在“二氧化碳的制取”实验教学中，教师可以从学生的科学探究和创新精神等方面，对他们的实验表现进行即时评价。评价指标包括学生可否站在科学角度、在把握实验反应原则的前提下灵活选择实验药品，是否能根据现有资料，设计出更加安全、可操作性强的实验装置，能否根据对二氧化碳性质的认知来设计有效的气体验证方式，是否具备良好的归纳实验现象的能力，能否主动参与到实验探究中，能否将课本上所学的知识和方法应用到实践操作中或迁移到实际生活中，能否主动向同学表达自己的观点等。在评价方式中，教师可采用生生互评、小组互评，学生自评等，通过优势互补，帮助每名学生发现自己的不足，并产生反思及获得反思体验。也可以通过布置课后作业，要求学生记录自己的实验心得和感受，碰到的困难和问题，针对小组实验情况提出自己的新见解和建议，重构实验流程和方法，教师以作业评价的方式激励学生，让学生感受到来自教师的关心和支持，实现学生体验和教学的动态互动。完成教学后，教师可以根据综合评价结果，针对学生的实际问题给予个别辅导，让他们获得进一步提升，提高教学质效的同时真正实现“教—学—评”一体化。

四、结语

总之，在探究性实验教学中，教师应根据学生化学学科素养的成长需求，遵循科学性原则，鼓励学生对实验进行自主探究。但这并不意味着教师完全放手让学生随意实施自己的想法，而是应发挥引导作用，指导学生站在科学角度对实验观察、思考、设计、操作等，真正形成科学的思维和探究方式，以充分发挥探究性教学的作用。同时，教师应在符合初中生身心成长规律的基础上，全面优化实验教学组织形式，为学生留出更多的探究时间，以更为开放的方式，让学生在正确掌握科学探究方法的前提下更深刻地感知科学原理，强化对学科知识的运用、迁移能力，获得丰富的知识和情感体验，在对化学知识的探究中，获得成长必备的品格和关键能力，让自己获益一生。