探究学习在中学化学教学中的实践研究————以高中化学《氯气的性质研究》为例

1探究学习在中学化学教学中的实践研究以人教版高中化学氯气的性质研究为例一：研究背景我国化学家、中国科学院院士戴安邦先生在全面的化学教学一文指出：“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的。全面的化学教学要求既传授化学知识和技术，更要训练科学方法和思维，还要培养科学精神和品德。学生在化学学习中是学习的主体，在教师指导下进行探究、解决化学问题，使各项智力因素皆得以发展。 ”所谓探究，就其本意来说，是探讨和研究。探讨就是探求学问，探求真理和探本求源；研究就是研讨问题，追根求源和多方寻求答案，解决疑问。对于学生来说，无法像科学家那样探究未知的知识，他们通常是对已有的事实进行探究，这就要求教师在教学屮要善于创设一定条件和氛围，引导、启发学生去模拟、探究，发现“新”现象，通过思考，假设、质疑和综合研究和分析，归纳出物质呈现如此现象的本质和规律，运用一定教学手段，采用多种启发方式（如：讲述、谈话、提问、讨论、实验、阅读等） ，激发学生的学习积极性，调动学生的学学习兴趣，从而培养学生掌握获取知识的方法和能力，真正做到“授人以鱼不如授人以渔” 。氯是典型的非金属元素，氯气及含氯化合物在日常生活、工农业生产中有广泛的应用，氯气与水反应是氯气用于自来水消毒的原理所在，是理解氯气与碱溶液反应的基础，生活中使用的漂白粉(液)是利用了氯气与碱溶液反应的原理生产的，是化学在生活中应用的典型范例。对氯水成分的认识，如果仅通过教师的演示和讲解，很难让学生真正从微观上加以认识。此部分内容非常适合开展学生探究性实验，我通过设计有吸引力、有层次、有梯度的问题引导学生主动探究，将知识学习、观念建构和问题解决有机结合起来。二、研究过程本节内容主要采取学生自主探究、教师引导和多媒体演示相结合，突出重点，把主要时间用于学生自主探究上，采用“提出问题、猜想与假设，设计实验方案、实验验证、得出结论”的探究性教学活动，在教师的指导下探究氯水的成分及其主要性质。1.创设生活情景，激发学生的探究兴趣为了能让学生积极地参与到探究活动中来，我先展示了了三个生活情景，分别为：（1）2011 年江苏南通氯碱厂氯气泄露新闻的视频；（2）氯气泡出雪白“黑心棉”新闻，在外打工的乾县农民郑天(化名 )春节回到家乡，意外发现家乡存在一些加工 “黑心棉”的窝点。什么是黑心棉呢? 黑心棉不是真正的棉花，是将废旧和丢弃的布头粉碎成短布头，然后工人将这些布头运到院子中间的“水池”中浸泡，水池中是加入氯气和工业碱（氢氧化钠）的。据悉，浸泡的时间与温度有关系，夏天一般 3 个小时后，水中的布头就变得雪白，而冬天约需一天一夜。将漂白的布头加工成絮状，被充当成棉花。 （3）江西南昌发生一起儿童游泳集体氯气中毒事件，11 名症状较重的儿童被立刻送往医院抢救。原因是馆内一工作人员操作失误，在泳池内还有队员的情况下，将净化水质用的氯气管道打开消毒，当即导致靠近管道附近的多名小选手出现呕吐、头晕、四肢无力等氯气中毒症状。 针对第一个生活情景设计两个探究问题：（1）是否应该转移受灾人员，该如何转移？ （2）消防员向空气中喷洒的物质是什么？通过这两个探究问题引导学生分析氯气的物理性质。针对第二和第三两个生活情景设计了三个探究问题： （1）是氯气具有漂白作用还是氯水具有漂白作用？ （ 2）为什么氯水能漂白有色物质，起漂白作用的成分是什么？（3）黑心棉商家在水池中加入工业碱的目的是什么？这三个探究问题分别对应的相应知识点为（1）氯气能否与水反应；（2）氯气与水反应的产物，氯水的成分；（3）氯气与碱的反应。22.提出猜想，教师引导，学生自主探究（1）氯气的物理性质实验步骤 实验现象 分析和结论观察一瓶集满氯气的集气瓶，闻气味（注意操作方法）瓶中气体为黄绿色 氯气为黄绿色、有刺激性气味的有毒气体向集气瓶中加入蒸馏水，充分振荡黄绿色变浅，形成黄绿色溶液氯气可溶于水此阶段由于氯气毒性太强，未采取分组实验，以小组讨论，派学生代表动手研究，共同归纳出氯气的物理性质，从而解决受灾群众该应向高处转移，消防员向空气中喷洒物质为水这两个问题。（2）氯气与水的反应这一知识难点主要是要解决“氯气与水能否发生化学反应，产物是什么” ， “氯水中有哪些成分” “起漂白作用的为哪一成分”这三个问题。学生通过对第（2）和第（3）个生活情景的了解，能够得出来氯气通入到水中有杀菌消毒和漂白的作用，接着我问学生到底是氯气能够漂白有色物质还是氯水能够漂白有色物质，学生答案不统一，通过这一认知冲突，我引导学生设计实验验证假设。通过这一实验，得出了氯气不能漂白有色物质，氯水可以这一结论。这说明氯气溶于水时发生了化学变化。为了解决为什么“氯水能漂白有色物质，起漂白作用的成分是什么”这一问题，我引导学生对氯水中的成分进行了探究。请学生提出假设，并根据以下药品设计实验验证假设，可用试剂有：氯水、镁条、石蕊溶液、pH 试纸、AgNO 3 溶液、无水硫酸铜、碳酸钠粉末、盐酸、红色纸条。学生能够通过观察氯水的颜色和气味得知可能存在Cl2 和 H2O，并能从氧化还原的角度分析出由于氯气具有强化性，氯气得电子变为 Cl，从而得出有 HCl 生成，学生也能够通过所给试剂设计出相应的实验而验证假设。HClO 的生成是学生的认知难点，实验现象说明氯气与水反应除了有盐酸生成还有一实验步骤 现象及结论将干燥的红色纸条分别置于干燥氯气和氯水中干燥氯气中的红色纸条不褪色，氯水中的红纸条褪色，氯水有漂白性可能存在的粒子检验试剂 现象 解释和结论Cl2 溶液为黄绿色H2O 无水硫酸铜 硫酸铜变蓝H+ pH 试纸、镁条、碳酸氢钠粉末、石蕊试液（1）pH 试纸颜色褪去（2）加入镁条表面有气泡生成（3）加入碳酸氢钠粉末后有气泡产生（4）加入石蕊后先变红后褪色溶液中有 H+Cl AgNO3 有沉淀生成 溶液中有 ClHClOClOOH(极少 )3种具有漂白性的物质生成。我引导学生继续从氧化还原的角度去分析，能够升高的只有氯元素和氧元素，O 2 不具有漂白性，那么升高的只有 Cl 元素，类比过氧化钠与水的反应，氯气中的氯元素位于中间价态，在与水反应时同样既作氧化剂又作还原剂，从而引出HClO 的生成。从介绍 HClO 的弱酸性而得出氯水中有 HClO 和 ClO的存在。通过这一个过程，氯水中的成分以及起漂白作用的成分这两个问题得到了解决。（3）氯气与碱的反应氯气与碱的反应本节内容的另一个难点。对“黑心棉商家在水池中加入工业碱的”原因，学生提出猜想：（1）从氯水中的成分可知，氯水中的盐酸和次氯酸应该能与氢氧化钠反应，ClO 浓度增加，漂白性增强。 （2）氯水中的次氯酸具有不稳定性，将次氯酸变为次氯酸盐可增强漂白物质的稳定性，有利于长时间漂白。通过猜想，学生设计了氯水与氢氧化钠的实验：实验步骤 实验现象 结论取 2ml 氯水于试管，逐滴滴入氢氧化钠至刚好褪色，再滴入几滴紫色石蕊试液黄绿色褪去，加入石蕊后只变蓝不褪色取 2ml 氯水于试管，加入同等量的蒸馏水，再滴入几滴紫色石蕊试液黄绿色变浅，接近无色，加入石蕊后先变红后褪色氯水能与氢氧化钠反应，产物不能漂白有色物质通过实验现象可得出，氯水能与氢氧化钠反应，反应产物可引导从氯水中的成分去分析：Cl2 +H2O=HCl + HClOHCl+NaOH= NaCl + H2O Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2OHClO+NaOH=NaClO+ H2O产物和氢氧化钠本身并不能增强氯水的漂白性。第 1 个猜想不符合实验事实，从第 2个猜想考虑，有可能是将不稳定的次氯酸转化为稳定的次氯酸盐，引导学生阅读课本 8485 页漂白液和漂白粉的制备，从而解决氯气与碱溶液反应这一难点，并对漂白液和漂白粉的漂白原理做了铺垫，也进一步深化氯水中起漂白作用的为 HClO 而非 ClO这一迷思概念。三、实践反思对氯气性质这一节的教学，我一共用了三个课时，由于氯气的毒性太强，对氯气物理性质的探究未采取分组实验的形式，而对氯水成分的探究以及氯气与碱的反应则进行了分组实验。从课堂效果来看，氯气泄漏新闻、氯气泡出雪白“黑心棉”新闻和游泳池中毒新闻都能很好地激发学生对氯气的探究兴趣，对课堂上提出的探究问题也都能引起同学们的热烈讨论和参与，并能纷纷主动设计实验方案，动手实验。在进行氯气与水反应的探究时，大部分同学都能很好地从硅酸钠防火实验中领会到设计对照试验，控制变量的思想。但在对“氯水中起漂白作用的为什么粒子”这一问题进行探究后，学生知道 HClO 具有漂白作用，但同样也有不少同学认为 ClO也具有漂白作用，而经过氯气与碱反应这一探究实验则收到了良好的效果，也为漂白粉和漂粉精漂白原理的引入埋下了较好的铺垫。在介绍氯气与水这一歧化反应时，将过氧化钠与水反应进行了类比，对他们理解位于中间价态的氯元素能既作氧化剂又作还原剂起到了良好的效果。对于氯气与碱反应这一知识难点，大多数学生都不能理解“黑心棉商家加入工业碱”的目的，设计实验验证猜想也显得比较为难，找不到头绪，所以我分梯度地提出问题引导他们进行实验设计，问题 1：氯气能够与氢氧化钠溶液反应吗？如果能，产物可能是什么？问题 2：如何验证产物具有漂白性？通过问题 1，学生能根据氯水中的成分猜想出产物可能为 NaCl 和 NaClO，并设计出在氯水中加入氢氧化钠溶液至黄绿色褪去的实验，我接着提4问，黄绿色褪去即可认为有反应发生吗？所以我另取了同等量的氯水，加入同等量的蒸馏水，同样也观察到了溶液由黄绿色变为无色。通过此对比实验