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通过以实验为核心的科学探究学习化学淮北市教研室汪峰通过以实验为核心的科学探究学习化学一、解读课标，增强理解二、让“探究（栏目）”名符其实三、凸显核心知识的探究功能四、拓展探究的视野五、对科学探究的几点思考课程内容化学实验的功能•激发兴趣•训练技能（对未来学习和发展有用的技能）•促进认知•培养能力•提升素养•八个学生实验的主要功能课程标准中的７项基本实验技能序号化学实验技能1能进行药品的取用、简单仪器的使用和连接、加热等基本的实验操作2能在教师指导下根据实验需要选择实验药品和仪器，并能安全操作3初步学会配制一定溶质质量分数的溶液4初步学会用酸、碱指示剂或ｐＨ试纸检验溶液的酸碱性5初步学会根据某些性质检验和区分一些常见的物质6初步学习使用过滤、蒸发的方法对混合物进行分离7初步学习运用简单的装置和方法制取某些气体必做实验与实验技能之间关系1.化学实验技能化学实验技能涵盖化学实验心智（智力）技能和化学实验操作（动作）技能２个方面。课程标准中所提出的７项化学实验技能要求有的属于化学操作技能范畴，有的需要操作技能与心智技能的综合应用，但都以操作技能的形成为基础。2.课标中的７项基本实验技能在规定８个必做的学生实验活动的同时，修订后的课程标准对学生的化学实验技能应达到的最低水平作了规定，提出了以下７点具体要求。其中，“４．初步学会用酸、碱指示剂或ｐＨ试纸检验溶液的酸碱性。”为新增要求。3.必做实验与实验技能之间关系８个基础的学生实验涵盖了７项基本的化学实验技能，每一个实验活动都侧重于对某一个或某几个基本化学实验技能的学习和训练。从整体上看，按照课程标准要求做好全部８个基础的学生实验，就可以落实学生基本实验技能的训练与提高，有利于学生探究能力的提升和科学素质的培养。实验与技能之间的联系与对照８个必做的实验活动主要对应的实验技能涉及的主要实验技能及能力要素粗盐中难溶性杂质的去除１、６仪器的使用；称量、溶解、过滤、蒸发等基本操作氧气的实验室制取与性质１、５、７仪器的使用；装置的连接、气密性的检验等基本操作；气体收集的方法；观察能力；对比分析、推理的能力二氧化碳的实验室制取与性质１、５、７仪器的使用；装置的连接、气密性的检验等基本操作；观察能力；思维能力金属的物理性质和某些化学性质１、２药品的取用；实验设计；观察；数据的处理；思维能力燃烧的条件１、２仪器、药品的使用；实验设计；观察；推理能力一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制１、３仪器的使用；药品的取用；思维能力溶液酸碱性的检验实验４药品的使用；分析能力酸、碱的主要化学性质１、２、５药品的选择与取用；实验设计；观察；推理能力二、让“探究（栏目）”名符其实•九年级化学教材（人教）上有20个探究栏目，这些栏目给我们实施科学探究提供了很好的素材，精心设计好这些“探究”栏目的教学，充分发掘其探究功能，是提高学生科学素养的重要渠道。九年级上册九年级下册观察与描述--对蜡烛及其燃烧的探究金属与盐酸、稀硫酸的反应人们吸入的空气和呼出的气体有什么不同铁制品锈蚀的条件分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的作用溶解时吸热和放热现象分子运动现象溶解度曲线在元素周期表中查找元素自制酸碱指示剂水的组成酸的化学性质反应前后物质的质量关系碱的化学性质实验室里制取二氧化碳的装置洗发剂和护发剂的酸碱性灭火的原理某些酸、碱、盐之间是否发生反应初步区分常用氮肥、磷肥和钾肥的方法认识有机化合物让“探究”名符其实这是一种费时的教学，但如果我们的目标是培养学生能创造性地解决问题和发现理论，那么这是我们所拥有的唯一方法。——[美]艾伦·柯林斯探究特征强学生的主体参与程度高启发讲授引导探索问题解决教学探究式教学发现学习研究性学习探究式教学与其他教学间的关系立足教材，开展课题式探究课题式研究：“人们吸入的空气和呼出的气体有什么不同”探究环节1收集吸入和呼出气体【设计实验】方案1：方案2：【评价】请比较上述方案的优劣。探究环节2比较两种气体中氧气的含量【设计实验】用燃着的木条检验空气与呼出气体的样品中氧气的含量，观察燃烧的时间；【进行实验】将燃着的细木条分别放入空气样品与呼出气体样品中。【观察现象】【解释与结论】探究环节3比较两种气体中二氧化碳的含量【设计实验】：用澄清石灰水检验空气与呼出气体中的二氧化碳的含量；方案1：用嘴向澄清石灰水中吹气，观察是否有浑浊出现。方案2：向一瓶空气样品和一瓶呼出气体的样品中各滴入相同滴数的澄清石灰水，振荡，观察是否有浑浊出现。【提出问题】请比较两种方案的优劣。【评价】方案3：用注射器分别将空气和呼出的气体慢慢注入少量相同体积的澄清石灰水中，直至有沉淀出现。记录沉淀生成时分别注入的气体体积。【进行实验】按方案2进行实验【观察现象】10s左右，呼出的气体样品中澄清石灰水变浑，空气样品无浑浊出现。【解释与结论】用排水法收集的气体（可能有二氧化碳溶于水）能使澄清石灰水变浑，说明呼出气体中二氧化碳含量较空气中高。【进行实验】用塑料袋收集的呼出气体样品，按方案3用注射器分别抽取袋内的呼出气体样品和空气进行实验。【观察现象】呼出的气体先使澄清石灰水变浑，两者到出现浑浊时所需气体比约为1：60.【解释与结论】呼出气体样品中二氧化碳含量大约是空气样品中的60倍。探究环节4比较两种气体中水蒸气的含量【设计实验】用对玻璃片呼气的方法检验水蒸气【进行实验】取两块干燥的玻璃片，对着其中一块哈气，对比观察两块玻璃片发生的现象。【现象】玻璃片上有水雾出现。【解释与结论】这是因为呼出气体中有水蒸气，在琉璃片上冷凝成液态水。【提出问题】空气中也有水蒸气，日常生活中有时候也能观察到窗户或者汽车玻璃上有水雾出现。【教师演示实验】将1-3mm蓝色硅胶分别放入用塑料袋收集的两种气体中，摇动。观察颜色的变化。【提示信息】蓝色的硅胶吸水后变成浅红色【观察现象】呼出的气体样品中蓝色的硅胶先变成浅红色，空气中无明显变化【解释与结论】呼出的气体中水蒸气含量较空气中大。常量玻璃片（品种、大小、厚薄）相同变量空气和呼出气体不同气体接触玻璃片时温度不同气体接触玻璃的量不同（接触玻璃时速率不同）因变量测量玻璃起雾变量空气和呼出气体不同常量气体接触硅胶时温度相同气体接触硅胶的量相同因变量测量硅胶变色问题：呼出气体中含二氧化碳、氧气和水蒸气体积分数是多少？探究环节5用数字实验探究空气和呼出气体中二氧化碳和氧气的含量【提出问题】如何准确测量出呼出气体中二氧化碳和氧气的含量？【进行实验】仪器:Vernier公司Labquest采集器，二氧化碳传感器，湿度传感器，氧气传感器。测量方法：先把塑料保鲜膜袋内的空气尽量排尽，然后把三个传感器一起放入其中，开始采集数据，大约10s后，向保鲜膜袋中缓缓吹入气体，直到袋子鼓起，扎紧袋口，继续采集数据到曲线基本平行为止。1、水蒸汽由于没有直接测量水蒸汽体积分数的传感器，本实验中采取测量相对湿度的方法来确定水蒸汽的含量。实验当天为阴天，空气湿度较大，实测相对湿度为75.91%。此时室内温度为22℃。向保鲜膜袋内吹入气体后，相对湿度很快上升到100%，然后又缓慢降低到95.84%。请解释曲线变化的原因解释•已知22℃时水的饱和蒸汽压为2.64kPa[2]，假设当时大气压为一个标准大气压，即101.325kPa，则：空气中水蒸汽的体积分数为：2.64kPa×75.91%÷101.325kPa＝1.98%呼出气体中水蒸汽的体积分数为：2.64kPa×95.84%÷101.325kPa＝2.50%即前后相差0.52%。•由此我们能够看出，室温和常压条件下，由于混合气体中的水蒸汽即使处于饱和状态下，所占的体积分数也很小，所以水蒸汽的含量在呼出气体中与在空气中相差不大。水蒸汽在空气中的体积分数一般在0~4%之间变动[2]。因此各版本初中化学教材中列出的空气中各气体的体积分数，如“氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%[1]”，实际都是指在除去水蒸汽后的“干空气”中的含量[3]。2、氧气氧气传感器很灵敏，响应较快。随着气体的吹入，曲线立即开始快速下降并保持基本不变。而在停止吹入气体并扎住袋口后，曲线略有上升。在该次测量中，室内空气中氧气的体积分数为20.77%。用保鲜膜塑料袋收集正常呼出的气体，氧气的体积分数为17.17%。两者相差3.60%，这说明氧气的含量在正常呼出的气体中有了较为明显的减小。请解释曲线变化的原因解释3、二氧化碳二氧化碳传感器采集的数据单位为ppm，转化为百分数后，室内空气中二氧化碳的体积分数为0.056%。用保鲜膜塑料袋收集正常呼出的气体，二氧化碳的体积分数为3.67%（见图3）。两者相差3.61%，即二氧化碳在正常呼出的气体中的含量与空气相比有了非常显著的增加。•二氧化碳传感器是利用二氧化碳对红外线的吸收来进行测量的曲线变化的原因分析体积分数室内空气正常呼出的气体变化值氧气20.77%17.17%3.60%二氧化碳0.056%3.67%3.61%水蒸气1.98%2.50%0.52%氮气及稀有气体未测定室内空气与正常呼吸方式呼出的气体含量比较学习过程中，学生有如下发展：一是用科学探究的方法获取了化学知识和基本技能，认识了吸入空气和呼出气体的不同，同时也学习了一些基本的实验技能，为后续学习打下了基础；二是学生自主经历了提出问题、猜想和假设、设计实验、进行实验、观察现象、解释和结论的科学探究全过程（“反思与评价”和“表达与交流”渗透在各个要素实施过程中），实践了课程标准对创设以实验为主的科学探究活动的期待，落实了“科学探究既作为学习的方式，又作为学习的内容和目标”的要求；环节探究目的教学要求探究2比较两种气体中氧气的含量初步体验控制变量探究3比较两种气体中二氧化碳的含量学习用控制变量的方法设计新方案探究4比较两种气体中水蒸气的含量应用控制变量的思想来评价实验方案三是体验、学习和应用了设计对比实验中的控制变量方法，学生经历了“体验控制变量—运用控制变量—评价控制变量”的由低到高的科学方法发展过程，具体见下表；立足教材，渗透科学思想方法（3）经典案例：铁生锈条件的探究三、凸显核心知识的探究功能•厘清科学探究与化学知识的关系•学生科学探究能力的提高和对探究理解的加深，不会也不可能脱离化学知识孤立进行，而是要以他们所掌握的知识为基础去探索未知事物。科学知识是科学方法的基础，科学方法是科学知识的脉络，二者密不可分，科学知识在探究中不可或缺，要避免形式主义的科学方法或科学过程训练。教学中要积极倡导围绕化学核心知识的科学探究。凸显核心知识的探究功能----氢氧化钠变质的教学案例实物：让学生观察一瓶久置的氢氧化钠固体试剂瓶口的白色固体。提出问题1：请设计实验证明氢氧化钠是否变质？设计实验方案1：溶于水后滴入酚酞？方案2：固体上滴入盐酸？方案3：溶于水后滴入盐酸？方案4：溶于水后滴入氢氧化钙溶液？方案5：溶于水后滴入氯化钙溶液？方案6：溶于水后滴入氯化钡溶液中和放热需过量同离子效应氢氧化钙微溶，只有很稀的溶液可行提出问题2：请设计实验证明氢氧化钠是部分变质还是全部变质？方案1：滴入过量的氯化钡溶液，再滴入酚酞方案2：取等质量的变质固体和碳酸钠固体分别溶于水后配成溶液，测pH提出问题3：如何用含碳酸钠杂质的氢氧化钠溶液制取氢氧化钠？设计实验：方案1：加入适量的石灰水溶液？？？在溶液中滴加石灰水溶液，用电导率传感器测溶液中的电导率方案2：可以利用碳酸钠在不同温度的溶解度用重结晶法制得较为纯净的氢氧化钠！四、拓展探究的视野•科学探究既是学习内容，又是学习方法。教师教学中可以创造性地根据学生已有知识和经验设计科学探究课例，引领学生在教材以外的知识领域开展科学探究，即使这些知识对学生当前而言是陌生的，但只要符合学生已有知识和经验，能被学生接受，能促进学生发展就应该积极去探究。•探究无止境----以实验为核心的科学探究应该成为学习化学的主要方法。拓展探究的视野案例1再探燃烧与灭火【实验】将燃着的木条和镁条分别伸入盛有CO2的集气瓶中。【观察现象】木条熄灭镁条继续燃烧【结论与解释】CO2不仅可以灭火，一定条件下也可