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1、2 0 1 6 年 第6 期 教育与装备研究 实验 教 学 教给学生解决问题的思路与方法 “ 探 究二氧化碳 与水是 否反 应” 教学案例分析 何 彩 霞 摘 要： 探究活动的教 学需要兼顾知识学 习与思维发展 等多元 目标 ， 不仅要教知识， 更要 教会 学 生 思考 ， 教 会 学 生解 决 问题 ， 其 中最 为 关 键 的是 要教 给 学 生解 决 问题 的 思路 与 方 法。基于学生学习情况的观察 与了解， 对初三化 学“ 二氧化碳 与水是否反应” 教 学案例进 行 了分析 ， 就这一探究活动的功能价值 、 教学 目标定位及教学中启发性问题 的设计等提出 了改进建 议 。 关键 词
2、： 二氧 化碳 与 水反 应 ； 探 究活动 ； 教 学 目标 ； 问题设 计 ； 案例分 析 以实 验为 主 的科学 探究 是初 中化学新 课 程 的重要 内容 ， 也 是 一 种 重 要 的 化 学 学 习 方 式 。 根据探究的 目的 ， 控制某些实验条件 ， 观测伴随 发生变化的现象 ， 查 明其发生变化的真正原因， 从 而 确 定 条件 与现 象 问 的 因果 关 系 ， 这 是 获 取 证 据 、 进行 科 学推理 和 判断 的重 要途 径 和策 略 。 在 初 中化 学 中 ， 学 生 陆续 学 习 到 一些 有 关 对 化 学 知 识 探 究 的实 验 活 动 ， 如 探 究人
3、 体 吸入 的空 气和呼 出的气体有什么不同、 探究二氧化碳与 水 是 否反应 、 探 究燃 烧 的条 件 、 探 究铁 制 品锈 蚀 的条件 等 。然 而 ， 笔者在 听课 调研 中发 现， 学 生在 学 习过 程 中往往 对某 些具 体 实验所 要 探 究 的 核 心 问题 、 涉及 的相 关 变 量 的 内涵 认 识 不 清 或不 知其 义 ， 从 而影 响 到学 习效 果 。 学 生 学 习中 出现 的问题 应该 引 起教 师 的重视 并想 办 法 给 予解 决 。 为 此 ， 笔 者 就 “ 探 究 二 氧 化 碳 与水 是 否反 应 ” 教学 案例 展开 探讨 。 一 、案 例 描
4、 述 多数 学 生 不 清 楚 “ 小花实验” 要做什 么 在 初 三化学 “ 二 氧 化碳 的性 质 ” 教 学 中 ， 针 对 “ 二 氧化 碳 与水 反 应 ” 这 一 重 点 也 是 难 点 的 内容 ， Y 老师 参 照教 材 组 织 实 施 了如 下 的 实 验 探究 活 动 ( 简 称为 “ 小 花实验 ” ) 。 取 4朵 用 石 蕊 溶 液 染 成 紫 色 的 干 燥 的小 花： 向第一朵小花喷稀醋酸， 向第二朵小花 喷水 ， 将第 三朵小花直接放入 盛有二氧化碳 的集 气瓶 中， 将第 四朵小花喷水后放入盛有 二氧 化碳 的集 气瓶 中。 观 察 并 记 录 实验 现 象
5、思 考 并 回答 下 述 问 题 。 ( 1 ) 与对比说明什么? ( 2 ) 与对比说明什么? ( 3 ) 与对比说明什么? 综合上述实验 ， 能否说 明二氧化碳 与水是 何 彩霞 ， 北京教 育学院教师教育数理 学院副院长 ， 教授 。本文 系北京教 育学院“ 学科教 育学” 重点 学科 建设 、 北 京教 育学院重 大科研课题 ( 课题编号 J Y Z D 2 0 1 5 0 6 ) 的部 分成 果。 - - - 49 - 实验 教 学 教育与装备研究 2 0 1 6 年 第6 期 否发 生 了反 应? 课 后 对全班 2 6名 学 生 进 行 了 调 研 。学 生 都认为， 这节课对
6、“ 小花实 验” 的印象很 深刻 ， 觉 得这 个 实验 “ 变来 变 去很 有 趣 ” ； 关 于小 花 实 验 ， 今 天学 到 了什 么 ， 多数 学 生 说 到 “ 知 道 二 氧 化 碳 与水发 生 了反 应 ” 。对 于 “ 你 认 为 这 个 小 花实验 研 究 的 问题 是 什 么 ” ， 表 l记 录 了 学 生 的主要 看法 。从 中不 难 发 现 ， 多 数 学 生 不 太 清 楚 “ 小 花实 验 ” 要 探究 什 么 、 要 证 明什 么 。 表 1 课 后 学 生 对 “ 小 花 实 验 ” 的 看 法 调 研 的 问题 学 生 的看 法 二氧化碳 性质 ； 什么能
7、使 石蕊变红； 二氧化碳 和水 能使石 蕊变红 ： 二氧化碳 和水 是否显 酸性 ； 二氧化碳 和水 反应显 酸性 ； 看谁有酸性 ； 二氧化碳 和水 的酸性 比较 ； 你认 为“ 小 花实测二氧化碳能不能使 花变红 ， 测 二氧 化碳 验” 研究 的问题有没有酸性物质： 是什么? 二氧化碳 和水 产生了酸性物质 ； 什么物质显酸性 ； 水和二氧化碳 混合与石 蕊反应 ； 什么会使石蕊变红或变黄； 谁是显酸性的 ； 二氧化碳与什么反应 ； 石蕊与二氧化碳和水 的反应 ； 看石蕊如何才能与水和二氧化碳共 同反应。 二 、 案例讨论 辨别学 生学 习中存 在的 问题及原 因 尽 管 “ 小花 实验
8、 ” 给 学生 留下 了深 刻 印象 ， 但 多数学生未能形成对上述实验的准确理解。 问题出在哪里?其可能的原因是什么?下述的 讨 论将 围绕这 些 问题来 展开 。 ( 一 ) 关 于 “ 小 花 实 验 ” 要 探 究 的 核 心 问 题 学 生认 识不 到位 要说 明化 学反 应 的发 生 ， 需 要 通 过 证 据 的 寻找 而建 立判 断 。物质 发生 化学 反应 时有 新物 质生 成 ， 伴 随着能 量变化 ， 这 是化 学反 应 的基本 特征 ， 也 是探究 化 学反 应是 否发 生 的根本 依据 。 根据 化 学 反 应是 否 有 明 显 的现 象 ， 探 究 化 学反 应发生
9、的思路与方法有所不 同。许多化学反应 常伴随一些明显现象的发生 ， 如颜色改变 、 放出 气体 、 生成沉淀、 放 热、 吸热、 发光等 ， 利用这些 一 5 0 一 现象的发生可 以帮助判断物质间是否发生 了化 学反应。但并不是每一个化学反应都伴 随明显 的现 象 ， 例 如 二氧化 碳 与水 的反应 ， 由于该 反应 没有 明显 的 现 象 ， 难 以 直 接 判 断 反 应 的 发 生 。 要 判 断 二 氧化 碳 与 水是 否 发 生 了反应 ， 其关 键 在 于要 证 明有 新 物 质 的生 成 。 以 此 作 为 探 究 点 ， 可 以利 用 反应 后 的生成 物与 反 应前 的反
10、 应 物 的性 质差 异作 为研 究 和认识 化 学反应 发 生 的 证据 。上述“ 小花 实验 ” 正是借 助二氧化碳 与水 反应后 的生成物 ( 碳 酸 ) 能 使石 蕊 变 色 ( 而 水 、 二 氧化碳 不 具有 这 一 性 质 ) ， 通 过 对 比实 验 现象 的观察 和 比较 ， 进 而判 断二 氧 化碳 和水 发 生 了化 学 反 应 。基 于 上 述 分 析 ， 可 以 梳 理 出 “ 探究 二氧 化碳 与水 是否 反 应 的基 本 思路 ” ( 见 表 2 ) ， 从 中可 以 明晰探 究 的核 心 问题 和 实验 设 计 的基 本依 据 。 表 2探 究 二 氧化 碳 与
11、 水 是否 反应 的 基 本 思 路 关键要素 具体说 明 髁 咒日 明 一 氧 化 饭 与 水 是 古 友 生 反 应 核 心 问 题 三 氧 化 碳 与 水 混 合 后 是 否 有 新 物 质 生 诚 实 验 设 计 依 据 譬 鍪 盏 反 应 物 的 性 质 差 异 证 明 实验 与观察 “ 小花实验” ( 略) 解 释与结论 略 思 考 与 讨 论 差 箬 荐 譬 什 么 以表 2为参 照 ， 可 以发现 ， 学生 之所 以 不太 清楚 “ 小花 实验 ” 要 探 究什 么 ， 其 实 质 是 学生 未 能识 别 “ 小 花实 验 ” 要 探 究 的 核 心 问 题 或 对 其 认 识
12、 不 清 晰 ， 以及 未形 成 对 解决 这 一 问 题 的实 验设 计依 据或 策 略的理 解 。 ( 二 ) 关 于“ 小 花 实 验 ” 所 蕴 含 的学 科 思维 方法 学 生认知 有 困难 明晰探究 的核 心 问题 和实验 设计 的基 本依 据 ， 可以为问题的思考和解决指明方向， 提供策 略 与方法 性指 导 。 即要 证 明两种 物质 发生 了反 应 ， 就需要证明两种物质混合后有新物质生成 ； 而利 用反 应后 的生 成物 与反 应前 的反 应物 的性 质差异可 以证明有新物质生成 ， 由此可判断发 生了反应 ； 要利用性质差异 ， 就需要选择生成物 的典型性质 ， 且反应物
13、不具有类似性质。不仅 2 0 1 6 年 第6 期 教育与装备研究 实验 教 学 如此 ， 还 需 要 对 探 究 的核 心 问题所 涉 及 的相 关 因素进行分 析和识别 ， 即要通过二氧化碳与水 混合后的物质能使石蕊变色 ， 说明两者反应生 成 了新物质， 就需要清楚哪些因素可 能会影响 实验的结果 ， 进而形成对要研究 的问题及其可 能 的相 关 因素 的 因果关 系 的认识 。在二 氧化 碳 与 水 的混合 液 中 ， 可 能存 在 的物 质 有 ： 水 、 二 氧 化碳 以及两者反应后的生成物。二氧化碳与水 的混合液能使石蕊变色 ， 这是可以观察到的明 显 现象 ， 即石 蕊 变 色
14、 是 可 以 观察 的 指 标 ( 在 此 可 称 为因 变量 ) 。那 到 底 是 什 么 物 质 使 石 蕊 变 色 呢 ， 需 要 对上 述 三种 可 能 的因 素 ( 即水 、 二 氧 化碳 、 二 氧 化碳 与水 反应 的生 成 物 ， 在 此 可称 为 自变量 ) 进行实 验 比较。简而言之 ， 二氧化碳 与水的混合液使石蕊变色， 受到上述三种因素 的影 响 。 因此 ， 要 揭 示 二 氧化 碳 与 水 反 应 的生 成 物 与石 蕊 变 色 之 间 的必 然 联 系 ， 就 需 要 正确 识别 变 量并 在实 验 中加 以控 制 。上 述 “ 小 花 实 验 ” 正是 基 于控
15、制 变 量 的思路 来设 计 的 。 从探 究 目的到 探 究 的核 心 问 题 、 基 于探 究 的核 心 问题再 看 实验 设计 的基 本依 据 与实 验 中 的变 量 控 制 ， 其 中蕴 含 着化 学 学 科 知 识 本 质和 思维方法 ， 远远超越 了具体实验 内容 的识记与 花实验 ” 、 形 成 探 究 化 学 反 应 发 生 的 基 本 思 路 与方法 是 十分必 要 的 。但 这 些对 于初 次接触 这 类 问题 的学生 而 言又是 较 为复杂 和 困难 的。 ( 三 ) 关 于 “ 小 花 实 验 ”希 望 学 生 学 什 么 教师 的教 学 有缺 失 学生学习中出现问题
16、， 其原因是多方面的。 二 氧化 碳 与水 的反应 是学 生第 一次 接触 到 的没 有明显 现象 的化 学反 应 ， 学 生之前 未 曾有 过 “ 探 究无 明显现象 反 应 发 生 ” 的 学 习经 验 ； 本 课 中的 “ 小 花 实验 ” 由 4个 对 比实 验所 组 成 ， 涉 及 控制因素和可变 因素 ， 其内容本身相对复杂 ， 对 学 生而 言有 一定 难度 。由于学 生相 关知 识不 足 等 原 因 ， 学 生在 学 习 中对新 知 识 产 生疑 问或 认 识模糊 ， 也许会有不 同看法等 ， 这些实属 正常。 但 学 生 学 到 了什 么 ， 往 往取 决 于 他们 在 课 堂 上 是 如何 学和 如 何 做 的 。 因此 ， 更 需 要从 教 师 教 的角度 来寻 找 问题 的原 因所在 。 在课 堂 上 ， Y老 师针 对 “ 小 花 实验 ” 进 行 了 较 为细 致 的演 示 、
