通过探究学习化学实验教师培训汪峰

1、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,课程标准中的项基本实验技能,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）技能个方面。 课程标准中所提出的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

2、合应用，但都以操作技能的形成为基础。,2.课标中的项基本实验技能,在规定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，提出了以下点具体要求。 其中，“初步学会用酸、碱指示剂或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,个基础的学生实验涵盖了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,二、让“探究（栏目）”名符其实,

3、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。,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】

4、 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

5、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

6、【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。,问题：呼出气体中含二氧化碳、氧

7、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10 s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7

8、5.91%。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2.64kPa2，假设当时大气压为一个标准大气压，即101.325 kPa，则： 空气中水蒸汽的体积分数为：2.64kPa75.91%101.325kPa1.98% 呼出气体中水蒸汽的体积分数为：2.64kPa95.84%101.325kPa2.50% 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

9、在空气中的体积分数一般在04%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

10、,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,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、

11、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；,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

12、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

13、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

14、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 条件下也可以做助燃剂。 2Mg+CO2= 2MgO+C 拓展视野，培养学生的质疑精神，为后续学生铺垫,【提出问题】用下图装置进行镁条在密闭的空气中燃烧的实验，燃烧、冷却后打开止水夹，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶容积的几分之几？,猜想和假设：,猜想1：21%，因为

15、空气中O2 的体积约占21% ； 猜想2：21.03%，因为空气中O2和CO2 都会和镁条反应而消耗。 进行实验（学生分组）： 观察现象： 现象：水倒吸进入集气瓶 中的体积约70% 。,提出问题：水倒吸入集气瓶中的体积约为70%,为什么远远超过了21 %？,猜想与假设： 假设1：镁条伸入瓶中的刹那，瓶中热空气膨 胀溢出导致瓶内气压减小； 假设2：空气中N2参加了反应； ,设计实验：请学生设计实验验证假设1,实验方案,设计实验请学生设计实验验证假设2,实验方案： 制得一瓶N2 将燃着的镁条伸入N2中，观察镁条是否继续燃烧？,提出问题：实验室如何制得一瓶N2？ 设计实验： 方案1：点燃蜡烛消耗瓶中

16、的O2，再用NaOH溶液吸收瓶中生成的CO2 气体； 方案2：点燃白磷（或红磷）消耗瓶中的O2，再用水吸收生成的P2O5固体。 评价：比较两种方案的优劣，选择方案2 进行实验，观察现象：镁条可以在N2中燃烧 解释与结论：3Mg+N2= Mg3N2 推论：一定条件下，N2也可以做助燃剂。,拓展探究的视野 案例2探究二氧化碳通入饱和澄清石灰水,现象：通入二氧化碳后溶液先变浑浊，继续通入溶液变澄清,100g 饱和澄清石灰水中Ca（OH）2的质量为0.165g,完全反应得到0.22gCaCO3 通过计算可知：通入二氧化碳后生成的碳酸钙沉淀只能部分溶解，溶液不可能变澄清 （化学实验的启示和科学思维的训练

17、严宣升）,假设1：通入的二氧化碳中含有HCl气体，导致多余的碳酸钙溶解 。 设计实验验证假设1 实验1：用湿pH试纸检验洗气前后溶液的pH 实验2：用嘴吹 实验3：用水洗气后通入澄清石灰水 观察现象： 得出结论：,假设2：石灰水不饱和,久置的饱和石灰水表面会有一层白皮（又称硬盖） 设计实验验证假设2：,五、对科学探究的几点思考1、对科学探究的基本过程的理解,POE教学策略,2、对科学探究水平的认识,拜尔将探究式教学分为 4 个水平： 1）证明性探究，学生通过进行一项结果已知的活动来证明一个原则； 2）结构性探究，学生通过规定的步骤研究老师提出的问题； 3）引导式探究，引导学生通过自己设计或选择

18、的方法来研究老师提出的问题； 4）开放式探究，学生用自己设计或选择的方法来研究与自己提出的主题有关的问题。,3、对科学探究内容的选择,科学探究可以是对核心知识的探究，也可以是对非核心知识的探究。 既是学习方法，又是学习内容 科学探究的课题可大可小，要素可多可少，层次可高可低，时间可长可短 科学探究有三个方面的含义：作为学习内容的探究；作为学习方式的探究；作为教学指导思想的探究,4.对科学探究与实验关系的辨析 “学习科学是个能动的过程”，然而实验或动手活动不一定是能动的，能动的学习也不一定非要实验或动手，能动与否关键在于学生是否积极参与学习过程。“只动手不动脑的科学活动无法达到探究的目的，探究需

19、要明确假设，需要运用判断推理和逻辑思维，需要考虑可能的其他解释。” 科学探究实际上既重视动手活动，又强调动脑活动。科学探究对教师提出下列要求:重视学生在观察中的思考，对探究结果的预测，对后续探究活动的计划，考虑变量的选择和控制，对获得的数据进行分析整理，在与同伴的讨论中相互质疑和评价，反思自己的假设，考虑可能的其他解释，最终得出结论和报告等。因此，探究不一定非要动手，动手学习也并非总是探究。,5、科学探究呼唤教师的创造性教学 一提科学探究，人们往往认为仅指学生的探究活动，而忽视对教师的探究要求，以为教师只是掌握某个探究教学模式便可进行，这实际上是一种错误认识。教师需要对课堂的探究要素进行精心的

20、预设，还需要对课堂生成的探究要素进行及时的引导。老师需要不断提升自己的专业水平，需要对自己教学工作的不断探究。教学即探究，教师即科学研究者。,化学实验的研究 促进教师的成长,在演示“二氧化碳灭火”实验时，上面的蜡烛先灭了重做一遍也没有成功想做第3次没有二氧化碳了很是尴尬。,一个真实的故事,课下想了很久，课本实验可能有如下的缺点： 空间不大的烧杯里燃有两支蜡烛，使得大量的热气流在烧杯里上升； 倾倒二氧化碳时，烧杯里上升的热气流会阻碍二氧化碳的下沉，甚至冲散二氧化碳。,为什么？,能不能用一个隔板，把烧杯内部一分为二，一边是燃烧的蜡烛，另一边就没有热气流上升。 倒下来的二氧化碳如何进入蜡烛那一边呢？

21、 能否在隔板下面挖个缺口,怎样改掉这些缺点呢？,细沙是在改进的过程中加上去的, 因为在白铁皮上粘蜡烛很麻烦。,后来又发现： 二氧化碳灭火实验中只要有烛火熄灭，就完全说明二氧化碳不燃烧、不支持燃烧、密度比空气大，不能认为实验失败，关键是我们要会解释这个现象。,这样解释满意吗？ 二氧化碳是从高于蜡烛的位置倾倒下来的，而且烛火很快熄灭，这说明二氧化碳被倾倒后能很快的大量下沉；既然二氧化碳在空气中能很快的大量下沉，不就说明二氧化碳密度比空气大吗？,按照上述分析，二氧化碳灭火实验，如果要改进，最简单的设计如下：,当然，这样设计可能缺少趣味性，但有时候趣味性服从科学性。,这2个改进方案先后发表，从此对化学

22、实验的研究一发而不可收。,后来？,如何提高实验教学质量（宋心琦）,符合探究目标而且不确定因素最少的化学反应体系 合理的实验装置，包括安全措施等 合理而且有序的实验步骤和合乎规范的操作技术,78,教材只提供一个规范的装置或者操作方法-制氧气实验装置,滴管的使用,你认为哪种操作是正确的？,有些“规范”是约定俗成的,把玻璃管插入橡皮塞,左 手拿橡皮塞 右手拿胶皮管(靠近要插入塞子的一端)。先要把插入塞子的玻璃管的一端用水润湿，然后稍稍用力转动(小心!不要使玻璃管折断，以致刺破手掌)，使它插入。,一,一,教材和教学要与时俱进,84,正确理解教材的编写意图,85,能否反应,结论1,86,结论2,结论3,活动性强弱（两类）,87,结论,燃烧条件 科学方法：比较、条件控制 现象明显，可视性强 一个实验（装置）说明三个条件 问题：实验室白磷的禁用,探究CO2与NaOH是否发生了反应,【演示一个化学实验】,酚酞溶液与氢