初中化学如何进行探究设计?
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发布时间：2022-04-28 14:12
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时间：2022-06-19 00:59
我觉得充分利用与结合教材进行探究性思维设计，可从以下几个方面进行入手。
一、尝试改变课本上探究实验的程序化
新教材增加了很多探究性实验，但在一些实验的设计上，倾向于把探究的过程步骤都罗列清楚，然后在过程中间提出一些问题让学生思考，所以在探究性思维上相对比较程序化，还没有完全放开。为了促进学生的思维更加活跃，使探究性思维更加深化，我尝试将一些实验加以改进，增加其难度，使探究效果更加明显了。例如，在对人体吸入的空气和呼出的气体的探究课题教学中，我设计先告知学生一些知识信息，并让学生收集了一瓶空气和一瓶呼出的气体，然后将课题改为“据说人呼吸时吸收了氧气，排出了二氧化碳，请利用这一瓶空气和一瓶呼出的气体，设计实验对这一说法进行验证”。经过小组热烈的讨论后，大家得出了以下几种方案：
方案一：向装空气的瓶子里伸入燃着的木条，如木条能继续燃烧，证明吸入的气体中含有氧气，从而说明人吸收了氧气；向装有呼出气体的瓶子里倒入澄清石灰水，如变浑浊，证明人呼出了二氧化碳气体。
方案二：先分别向两瓶气体中倒入澄清石灰水，呼出的气体中石灰水变浑浊，而空气中石灰水没变浑浊，从而证明了人呼出了二氧化碳（呼出的气体中的二氧化碳是人体排出的，因为吸入的空气中没有或很少量）；再向这两瓶气体中分别伸火燃着的木条，装空气的瓶中木条能继续燃烧，而装有呼出气体的瓶中木条熄灭，从而证明人呼吸是消耗了氧气（吸入的空气中含有的氧气，在呼出的气体中没有了，从而证明氧气被消耗）。
方案三：与方案二相反，是先向两瓶气体中伸入燃着的木条，然后再分别向两瓶气体中倒入澄清石灰水，理由同上。
还有一些其他的设计，有的方案只分别向两瓶气体中伸入燃着的木条（没考虑氮气），有的方案是分别向两瓶气体中各放一只老鼠（条件不允许），这些都简单给以排除。在学生讨论的过程中，对方案一很容易指出不足，因为一方面只能证明吸入的气体中含有氧气，但不能证明氧气被人体吸收；另一方面只能证明呼出的气体中含有二氧化碳，但不能证明它一定是人体排出的。在方案二和方案三的讨论中，不少学生认为二者都可行，但有极少数同学还是找到了其中的区别，否定了方案三的可行性，认为如先向两瓶气体中伸入燃着的木条，虽然能证明人消耗了氧气，但木条燃烧后生成了二氧化碳气体，所以再分别向两瓶气体中倒入澄清石灰水时，两瓶气体中都会变浑浊，而方案二就避免了这方面的问题。
在学生实验的过程中，还得出了一点结论：在向瓶中倒入石灰水的时候，不能把玻璃片全部打开，否则空气会进入装有呼出气体的瓶中，导致第二步伸入燃着木条时，木条在其中也能继续燃烧，从而实验失败，所以最好使用胶头滴管，使玻璃片开最小的缝隙，最大限度的减少空气的进入。
可以看到，最后整个步骤以及仪器的使用，都与教材一致，但效果却不一样，一方面学生按教材按部就班的操作、观察、纪录，他们获得知识的过程略显简单、被动、程序化，而且只知道那样做，难以去想为什么要那么做。另一方面改变方式后，所有的步骤过程都由学生自己推导出来，学生不仅知道为什么，而且能注意到每一个细节问题，从而使学生的探究性学习体现得更加完美。
二、适当提高课本中实验的操作要来
适当提高教材中实验的一些要求，也可以创造探究性思维的环境。在做测定空气中氧气含量的演示实验时，学生发现瓶内水面上升的体积小于瓶内空气体积的1/5，在讨论完几个方面可能的原因后，我给学生提出了新的课题──“如何精确测量空气中氧气的含量”。学生们都十分有兴趣的进行讨论设计，并得出了多种方法，然后让大家加以比较。一种方法是先往瓶中装满水至胶塞位置，然后倒入量简测量这部分水的体积（即瓶内空气的体积），待红磷燃烧后，冷却至室温，再测量一次进入瓶内的水的体积（即氧气的体积），从而可算出氧气的含量。该方法原理上看正确，但被别的同学评价有失误，认为导管里还有一部分水，该水的体积没法测量，改进的方法是直接用量筒盛水来代替烧杯盛水，这样通过两次读数之差可更精确的测定出氧气的体积，因为它避免了导管中留有水引起的误差。还有的同学设计了如附图所示的装置：先向针筒装入一定量的水，然后点燃燃烧匙中的红磷，盖紧胶塞，则燃烧过程中，随气压的减小，针筒中的水会逐渐流入瓶中，且可直接读出流入瓶中水的体积，即瓶中原有氧气的体积。这种装置避免了使用导管，所以既避免了反应后导管中空气进入瓶中引起的误差，又避免了导管中留有一定量的水引起的误差，能使测量更精确，被认为设计最佳。通过这种教学设计，可以看出学生是在探究中思考，在探究中充分掌握了知识，在探究中领悟了科学研究中的严密性与趣味性，它不失为一种值得借鉴的途径。
三、创设学生自学阅读时的探究思维活境
为了适应新课程标准的指导思想，我们要尽可能多的给学生创造探究思维的机会，包括一些可由学生自学阅读的内容，我们也可以进行探究思维教学设计。例如，在学习拉瓦锡是如何研究空气的组成的时候，如按照常规教学，学生只需要知道它的大概过程和基本内容就行，但我在此安排了两个思考讨论题：①拉瓦锡经过实验得出了几个结论？②他的那些实验事实是如何支持这几个结论的？第一个问题是十分容易得到正确答案的，一个结论是发现空气由氮气和氧气组成，另一个结论是发现氧气约占空气体积的1/5。但是在第二个问题上却历经波折，大部分同学的最初视点都是：拉瓦锡首先发现汞在空气中加热反应完全后，剩余的气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，从而得出空气中含有氮气；然后拉瓦锡再把得到的红色粉末加热得到汞和氧气，从而得出空气中含氧气。这种观点是否能成立呢？它很快被另一些同学否认，因为这儿氧气是由红色粉末反应得到的，而不是来自于空气，这儿存在科学性上的漏洞。于是有的同学加以补充，说还有一个实验事实是氧化汞分解得到的氧气的体积恰好等于开始密闭容器里所减少的体积，但其实这仍然不够，还存在科学性上的统漏，因为这儿不能排除两体积相等是一种偶然的结果。要完全支持那两个结论，必定离不开第四个实验事实：除了体积相等，拉瓦锡把得到的氧气加到前一个容器里剩下的4／5体积的气体中，结果发现所得气体和原空气的性质完全一样。假如没有这一个实验，拉瓦锡的两点结论都是站不住脚的。通过这个对阅读材料进行的简单的探究思维，我想学生应该有两点印象是深刻的：一是对任何一个实验课题进行探究时，都必须严格注意实验的科学严密性，不存在随随便便成功；另一点就是平常看书时，一些看似平常的知识结论、实验操作等背后，其实蕴藏着深厚的科学道理，值得去仔细探究。这个简单的问题探究，无疑很大程度上提高了学生的探究思维品质。
四、充分利用信息技术设计学生探究式学习方式
新教材还有一个特点就是把保护环境放在一个十分重要的位置，包含了如保护空气、爱护水资源、水的净化、使用燃料对环境的影响等多个课题。出于这方面内容教材上涉及的还不是很全面，而且文字内容十分易懂，所以教师在处理这方面内容时可以完全放开，大胆的进行探究式学习设计，让学生在探究中获取知识。其中利用现代信息技术，尤其是网络技术就是一个十分好的途径。现代网络信息资源的海量化和强大的检索功能，使学生很轻易的就能获取远比教材要广泛得多的知识。教师可以将这些课题分解成一个个的子课题，由学生分小组上网去查找、去探究。去自己学习与合作学习，并可以写成小论文的形式或利用其他信息技术将所获得的知识展示出来，共同完成每一个大的课题，这种学习方式无疑具有探究性和先进性。我在处理保护空气这一课题内容的时候，就是将它分成了若干个小课题让学生自己去探究与学习，例如温室效应、臭氧空洞、光化学烟雾、热岛效应。厄尔尼诺现象、酸雨、沙尘暴现象、电磁污染等多个课题，然后由学生分组选题，小组成员共同完成该课题，并将成果加以汇报。在给课题的同时，为了促进他们的探究活动达到一定的探究质量，我对探究内容进行了设计，要求各小组汇报的成果中，必须包括造成的危害、形成的原因、涉及的反应原理、防治的方法、最新的科技成果几个方面的介绍。最后，我将各类课题的探究活动成果在校园网的共享区域进行展示，并且利用综合活动课的时间进行讨论，各小组派代表讲解，并进行评比。通过这种探究式活动，学生很好的达到了学习目的，不仅了解了很多课外的知识，而且培养了多方面的能力，例如收集资料和整理资料的能力、撰写论文的能力等等。
五、改造经典实验装置，提供学生探究空间
经典的实验装置所涉及的仪器往往是成套使用的，只要其中的一个部件发生损坏，则整套仪器就无法使用，所以在实验室里经常使用的是它的简易装置。简易装置的使用其实就是仪器的组装的问题，在理解了仪器使用的原理后，完全可以充分利用各种实验资源，由学生自由选择与组装，使之成为学生探究思维活动的课题之一。例如在学习实验室制取二氧化碳的内容时，可先让学生讨论启普发生器使用的方法、原理和使用条件，然后向学生提供一些仪器与器材，由学生组装尽可能多的可以制备二氧化碳气体的装置。
六、精心设计探究性习题，提高学生探究思维能力
选择好的探究性习题，对于培养学生探究性思维能力可以说具有十分重要的作用，因为实验方面的探究性学习会占据大量的时间，而且会受到一些客观条件的*，而习题只需要利用大脑的思维，避开实验条件，利用已有的知识，在大脑里形成探究步骤，在大脑里比较分析各种可能情况的利与弊，从而得到正确的结论。所以它不仅能很好的锻炼探究性思维能力，而且有利于形成良好的探究思维品质，学会把握探究过程的脉络，有利于提高在实际探究中更快的找到最佳方法的能力。关于探究性习题有很多，下题就是一例。
例：某混合气体可能含有H2、CO、CO2、H2O（气）四种物质，请设计实验：（1）只验证混合气体中确有氢气，（2）要同时验证混合气体中即有H2又有CO。
这道题中要考虑的问题较多，H2、CO的验证一般都是需要用到还原氧化铜的实验装置，通过检验产物中的水和二氧化碳来证明氢气与一氧化碳的存在，但是会受到原气体中的水和二氧化碳的干扰，所以就必须先将它们除去再进行还原氧化铜的实验。需要注意的是不管是除去原混合气体中的水和二氧化碳，还是检验产物中的水和二氧化碳，都存在先与后的问题，一个是需先除去二氧化碳再除去水，一个是需先检验水再检验二氧化碳，同时还存在尾气处理的问题，它需要学生有较强的探究思维能力才能找到准确的路线与方案。通过这类试题的训练，无疑将深刻的影响到他们的实际探究中去，能给他们创造出更多的思维训练机会，从而提高他们的思维品质。
