1论初中化学探究课题的发掘途径和方法孙旭 1 黄新阶 2（1 湖北省教研室 湖北 武汉 430060;2 湖北赤壁市实验中学 湖北 赤壁 437300）科学探究是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。化学探究教学是以化学问题为载体展开的教学活动。在进行探究教学之前，必需选择有价值的探究课题。何为有价值的探究课题？探究课题又有何特点？怎样发掘、设计有价值的探究课题？本文就此类问题谈些疏漏之见。一、何为有价值的探究课题？从操作层面上讲，探究化学探究课题需要采用假设、实验、观察、调查、模拟、文献研究、技术设计、实证等基本方法。课题通常涉及中学化学概念、理论和实验等问题。有价值的初中化学探究课题具备以下五个特点：课题精。有代表性，能给学生以启迪和示范；课题活。有利于学生对核心知识的掌握和技能的形成，有利于学生对知识结构的重组和优化；课题实。符合大部分学生的实际，尽可能在学生的“最近发展区” ，太浅显、太难或纯记忆性的问题对大多数的学生来说不会有太大的收获；课题新。课题呈现方式或内容新颖，学生感兴趣；课题小。容量太大的课题在有限的时间内难以完成，很可能半途而废。二、选择探究课题应遵循的原则1.科学性。内容是实际生活中真实发生的或可能发生的，而不是臆造的，要求实验原理准确，探究方案科学，操作程序合理，措词准确，表述严谨。2.可行性。必须是学生通过实验、查阅资料、讨论、分析等简单的方法和手段在较短的时间内能够解决的问题。3.创造性。用有创造价值的问题促进学生探究能力的发展，培养学生的创新精神和实践能力。4.安全性。防污染、防爆炸、防伤害，杜绝人身伤害事故，避免实验仪器损坏等。5.趣味性。用有实际价值和生活情趣且符合学生生活实际的问题，激活学生的好奇心和探究欲望，营造愉悦教学情景。三、发掘探究课题的基本途径和方法探究课题的发掘途径和方法很多，一般说来可以从以下几个途径入手。1.从生活题材中提炼。在日常生活中，化学无处不在。留心身边的生活现象，把教学研究的视角延伸到生活领域，那多姿多彩的生活内容，将为课题设计提供丰富的资源。精心发掘它，合理利用它，会有豁然开朗，目不暇接，别有洞天之感。案例 1 设计实验检验牙膏、钙片、蛋壳、墨鱼骨中的碳酸钙；验证啤酒、雪碧饮料中冒2出的气体是二氧化碳；用不同的方法鉴别厨房中面碱（Na 2CO3）和食盐；除保温水瓶、水 壶中的水垢；测定洗发剂、护发剂、水果汁液酸碱度； 检验旺旺雪饼中的干燥剂及膨化食品充气包装中气体的化学成分；测定教室中二氧化碳浓度；自制植物酸碱指示剂；衣物去污；鉴别衣物面料；怎样判断地窖中二氧化碳的含量是否威胁进入其中的人的生命？氧立得制氧的奥秘；用日用品自制气体发生器；竹子里有什么？自制汽水、固体酒精和保暖袋等等。探究这些实际问题学生会兴趣盎然。、从化学史料中寻找。化学史是一个非常丰富的资源宝库。以化学史料为素材提炼设计成探究案例，不仅可以再现科学家探究化学奥秘的艰辛过程，把知识产生的来龙去脉展现出来，还能使学生对知识，特别是抽象的化学理论知识的理解更深更透。案例 2 探究原子 结构。在介绍原子结构时，教师分析原子由原子核和核外电子构成，而原子核又由质子和中子构成，在此前提下，教师提 问：这种结构是怎么知道的呢？背景材料：1911 年英国科学家卢瑟福用一束质量比电子大很多的带正电的高速运动的a 粒子轰击金箔，结果是大多数 a 粒子能穿过金箔且不改变原来的前进方向，有一小部分改变了原来的方向，还有极少数的 a 粒子被反弹了回来。据此他推测原子是由原子核和核外电子构成。学生分析：卢瑟福 a 粒子散射 实验大部分 a 粒子不改 变方向说明原子内部有着较大的空间；少部分 a 粒发生偏转说 明原子内部存在带正 电的粒子；极少数 a 粒子被反弹回来说明了原子内部存在体积小但质量大的粒子-原子核。至此学生形成原子模型表象。 这既呈现了知识的形成过程，又让学生受到了科学态度和科学精神的熏陶。、从教科书中挖掘。教科书是教师最熟悉也最重要的教学资源。初中教材已经为学生提供了一些参考课题，把这些课题进行延伸和拓展，这是我们的切入点。在钻研教材中发现问题，引伸问题，把探究过程中的问题进行归纳、比较、分析和论证，这是我们发掘探究课题的重要途径。案例 3 用多种方法证明 NaOH 溶液和盐酸混合发生了反应。该反应没有明显现象，通常用指示剂变色判断反应终点。怎样用变换信息输出、逻辑推理等方法判断该反应发生情况？教师启发：如果两者发生了反应，盐酸和 NaOH 都会变少，直至全部耗完，且生成新物质 NaCl，若从检测混合液中有无 盐酸、有无 NaOH 及有无 NaCl 即可确认反应是否发生。检验盐酸应从酸的 5 条通性入手，选择典型试剂（镁带、锈铁钉、碳酸 盐如 Na2CO3、Cu(OH)2等难溶性碱）和简单操作方法。检测 NaOH 可测 pH 和从它的特征反应中选取。把 NaOH 和盐酸混合液蒸干，发现剩余固体大于 NaOH 质量，说明已发生了反应，还可把蒸干后的适量固体溶解，将 HNO3和 AgNO3混合液加入其中，生成白色沉淀，说明已发生了反应（若没反应，盐酸会全部挥发，没有氯离子）4、从教学“事故”等生成性资源中捕捉。课堂上探究的问题一种是既定的，另一种是生成的。生成性的问题是随着教学过程的3开展而产生出来的，如 CO2 通入石灰水中不变浊，酚酞试液滴入烧碱溶液中一会儿红色消失，铝丝插入硫酸铜溶液中不反应。从这些非预设的“意外”事故中捕捉探究素材，有时有化腐朽为神奇的作用。案例 4 “CO2的性质” 一 课中请学生上台演示 CO2使蜡烛火焰熄灭时，实验结果是长蜡烛先熄，短蜡烛后熄，这与教科书上描述的“短的先熄，长的后熄”正好相反。 这一“意外结果”不少教师 常常遇到。其实这正是探究活动的鲜活素材。老师演示后学生探究发现：第一次在高蜡烛顶上倾倒，长蜡 烛先熄，第二次老 师沿烧 杯内壁倾倒， CO2落入杯低，短蜡烛先熄。倾倒 CO2的操作不同，蜡烛熄灭情况可能有三种，即长的先熄、短的先熄、同时熄。并用一杯水代替 CO2，向盛两支蜡 烛的烧杯中倾倒，沿烧杯壁倒水，水先浸没短蜡烛，短的先熄。从长蜡烛顶上倾倒，先浇灭长 蜡烛。 结论是不管哪根蜡 烛先熄，都能 说明 CO2密度比空气大，且不支持燃烧。 （拓展探究）把一烧杯罩在两支高矮不同的燃着的蜡烛上，会观察到什么现象？若用大烧杯，现象相同吗？ 为什么？5从设计、改进的化学实验中选择。化学实验是培养学生实践能力和创新能力的重要手段。教材上有些实验装置复杂，有些实验现象不够明显，有些污染环境。让学生对这些实验进行改进，寻找多种方案或确定最佳方案是很好的探究课题。案例 5 “白磷水下燃烧”实验。直接对准烧杯中的白磷通入氧气，白磷会四处游动，实验时需不断“ 追寻” 白磷，操作起来不太方便。改进方法：用集气瓶（有空气）迅速倒扣在热水中的白磷上，可观察到扣住的瞬间，白磷立即 剧烈燃 烧、火光很大，随即集气瓶充 满了白色的烟。还 可将白磷切成绿豆粒大小的小块儿，用充 满 氧气或约一半氧气一半空气的试管倒扣在热水中的白磷上，白磷燃 烧，出 现水中起火的奇妙 现象。案例 6 炭粉吸附色素 实验。把适量的红墨水滴加到有炭粉的试管中，此时呈现的是黑色，红色是否消失不得而知。过滤后滤液呈无色，而过滤慢且仪器较多。学生设计如下方案：可将一团棉花塞入盛红墨水和炭粉的试管中，用玻璃棒将棉花慢慢压至管底，上层液体无色。这种另 类过滤操作简单 ，速度快，效果好。6、从学生提出的问题中挑选。学生提出的课题，不少是模糊的、肤浅的，或太宽泛、太深奥，涉及的知识可能非常广、非常深，现有的知识基础难以解决，有些可能非常精彩。案例 7 在“空气中氧气含量的测定” 的教学中，向学生介绍了化学家拉瓦锡通过实验测出空气中氧气含量的方法后，让学生讨论“测定氧气含量的 实验中，消耗氧气的反应物能否用木炭来代替？为什么？并让学生设计新的测定空气中氧气含量的实验。 ”在这些问题的讨论中，学生提问，拉瓦锡为什么用汞（水银）除氧？不用无毒活泼的金属或磷除氧？是不是拉瓦锡年代未发现磷？这是一个很有意思的问题。网络检索发现拉瓦锡不仅要证明空气中含多种物质（在拉瓦锡实验之前人们认为空气是纯净物，燃烧是可燃物中的燃素逃散），而且要 测 定它们的含量。拉瓦 锡研究空气时燃烧4了磷和其他物质。只有液态汞除氧（把空气的体积耗去了五分之一）且所生成的红色粉末（现已证明是氧化汞）经过强热后，得到氧气的体积恰好等于原来密闭容器里所减少的空气的那部分体积这一不可反驳的实验证据，证明空气是由氧气和氮气所组成的这一结论。用其它金属除氧后不易分解，用硫除氧不彻底且生成了气体。7、从趣味实验中撷取。 化学实验可以激发学生对化学的兴趣,尤其在化学实验教学中设计出一些火花四射、烟雾升腾的趣味化学实验,对刚刚步入化学世界的学生有着巨大的吸引力，探究其奥秘必将受到学生的欢迎。案例 8 学习燃烧的条件时探究“烧不坏的纸币、烧不着的棉布”(布条事先浸过 30的磷酸钠溶液，晾干后再浸入 30的明矾溶液中，再晾于，磷酸 钠和明矾反应生成不溶解于水的氢氧化铝。实际上棉布条被一层氢氧化铝薄膜包围了，氢氧化铝遇热后又变成了氧化铝和水，就是这层致密的氧化 铝薄膜保护了布条，才免于火的袭击)、 “烧不坏的手帕”（手帕蘸上两份酒精和一份水的混合液）、 “魔棒点灯”（在高锰酸钾上滴 2、3 滴浓硫酸，用玻璃棒蘸取后，去接触酒精灯的灯芯，酒精灯立刻就被点着了）。学习分子知识探究“空杯生烟” （一只杯滴入几滴浓盐酸，一只杯滴入几滴浓氨水，把 浓盐酸的杯子倒置在浓氨水的杯子上，逐 渐便能看到满杯白烟）。学习碱的知识探究“变色喷泉”（用园底烧瓶收集一瓶干燥的氨气，将带有尖嘴玻璃管和滴管的双孔胶塞塞好装有氨气的园底烧瓶，将尖嘴玻璃管的下端放入烧杯的水中。水中滴入几滴酚酞试 液。将滴管中的水迅速 挤 入园底烧瓶内，即 产生变色喷泉）。8、从教学反思中领悟。探究课题的源泉在于教学生活。在教学实践中有时突然出现某些感悟，有些想法或新奇的问题不期而至。及时捕捉思想火花，把这些不经意间稍纵即逝的念头记录在案，或许通过反思能领悟出有价值的课题。案例 9 用 带火星的木条 检验瓶中集满氧气可靠吗？（实测发现当氧气浓度达到 50左右时带火星的木条复燃），用蜡烛熄灭或燃烧不旺判断地窖中二氧化碳超标可靠吗？（用燃着的蜡烛检测，结果蜡烛 在体积分数为 5%、10%、15%的二氧化碳中都不熄灭， 说明用蜡烛熄灭或燃烧不旺判断二氧化碳超标是不可靠的，即蜡烛熄灭人肯定不能进地窖，蜡烛没熄灭人不一定能进地窖）， 铁丝在氧气中燃烧一定要用火柴引燃吗？（用酒精或硫也可引燃），证明酒精火焰各层温度只能用火柴吗？（用滤纸穿过火焰片刻滤纸焦的区域是一圆环，焰芯处未变焦），液体物质有溶解度吗（液体物质有溶解度，液体物质密度各不相同，有的液体物质能相互无限溶解，不能形成饱和溶液，一般不用溶解度来描述液体物质在另一种物质中溶解的最大量），教材真的很完美吗，能找出多少毛病？。案例 10 谁使无色酚酞变为红色？教师演示：在 NaOH 溶液中滴入 2-3 滴无色酚酞试液，整杯溶液马上变成了红色。 问题：是何物质使无色酚酞变红色的？学生提出假设： 1、 是Na+使无色酚酞变红色。2 、是 OH-使无色酚酞变红色。3、是水分子使无色酚酞变红色。实验1、在 NaCl 溶液、NaNO 3溶液中分 别滴加无色酚酞 ，溶液都不变色。2、在 KOH 溶液、5Ca（OH）2溶液中分别滴加无色酚酞，溶液都 变红色。3、在水中滴加无色酚酞，不变色。学生获得结论：是溶液中的 OH-使无色酚酞变红色。9、从教育专业报刊中借鉴。中学化学教学参考、化学教育、化学教学或化工、饮食等报刊和化学网页经常介绍有关案例，有的可以拿来直接使用，有的可以进行改造重新设计。这就需要时时有探究意识，经常阅读或浏览书刊，及时整理有关资料，将收集的点滴信息升华为课题。案