科学探究典型案例研究-新课程的课堂教学与评价

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1、1,新课标高中化学教材（人教版） 科学探究典型案例研究,夏建华 安徽省教育科学研究所 中学特级教师 0551-2625260 ,【发现问题】 请根据下事实, 思考可能是什么外界条件影响了化学反应速率？,蜡烛在氧气中燃烧比在空气中燃烧更加剧烈。 用氯酸钾制取氧气时，加入二氧化锰能在相同时间内收集到更多的氧气。 用铁矿石炼铁时，要把铁矿石粉碎。,案例1：化学反应的速率和限度（第2课时）,【提出假设】,影响化学反应速率的外界条件可能有： 浓度 固体表面积 催化剂 温度等,推断,【设计方案】 请根据下列试剂设计实验方案，验证你的假设：,药品：浓盐酸、稀盐酸、块状石灰石、粉末状石灰石、 镁条、双氧水、二

2、氧化锰、氯化铁溶液(双氧水分解的催化剂，比nO2的催化作用要缓和) 。 仪器：试管、酒精灯、烧杯、石棉网等 假设：浓度、温度、催化剂和固体表面积,浓度： 1、浓、稀盐酸和石灰石（固+液） 2、浓、稀盐酸和镁条 （固+液） 3、浓、稀双氧水和二氧化锰（固+液） 4、浓、稀双氧水和氯化铁溶液（液+液） 5、镁条和氧气和空气 （固+气） 6、浓、稀盐酸和二氧化锰（固+液）,设计实验 实验原理： 浓度（六种方案三种不同状态） 固体表面积（创新：镁条剪成细丝和镁条比较） 实验操作： 定性：单组实验、等组实验（控制变量） 定量：,以实验为核心的科学探究的第一个要素是“假设”;第一项原则是“假设验证”原则。

3、 三个步骤: 第一步提出假设,即依据发现的事实材料和已知的科学原理,通过创造性思维,提出初步假定; 第二步作出预期(或推断),即依据提出的假设,进行推理,得出假定性的结论; 第三步验证假设,即依据假设和预期,设计实验方案,进行实验验证。 结果,假设或被否定,或被修正,或被证实。如果假设得到证实,预期得以实现,则假设(假说)转化为科学理论,故假设是科学发展的基本形式。,启迪：1、假设,以实验核心的科学探究的第二个要素是“变量”;第二项原则是“变量”原则。 变量,亦称因子,指实验操纵控制的特定因素或条件。按性质不同,通常有以下两类4种变量: 1 自变量与因变量。自变量,指实验中由实验者所操纵、给定

4、的因素或条件。因变量, 指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常,实验变量是原因,反应变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的即在于捕获解释这种前因后果。 2 控制变量与干扰变量。控制变量,指实验中除实验变量以外的影响实验变化和结果的因素或条件。干扰变量,指实验中由于控制变量所引起的变化和结果。显然,干扰变量会对反应变量起干扰作用,2、变量,以实验为核心的科学探究的第三个要素是“控制”;第三项原则是“平衡控制”原则。 控制,是处理实验中变量关系的又一准则,指实验要严格地操纵自变量,以获取因变量;与此同时,还要严格地均衡控制变量,以消除干扰变量。一句话,通过实验控制,尽量消除实验误差,以取得

5、较为精确的实验结果。 如果说“变量”原则,主要是对实验变量与反应变量的控制而言,而这里的“平衡控制”原则,则主要是对无关变量与额外变量的控制而说的。意思是说,实验中的无关变量的因素条件,很难避免,只有设法平衡和抵消它们的影响。 常用的方法有: 1 单组实验法。 2 等组实验法。 3 轮组实验法。,3、控制,。 过程方法的教育要有针对性的指导，但是学生对过程的体验，包括因未知而产生的困惑、挫折或失败时的懊丧和反思、以及获得成功时的喜悦与经验，则更为重要。新教材中配有相关的栏目和活动内容。,一个可以作为探究性实验的案例 影响碳酸钙和盐酸反应速率的表面积因素 1。应当如何确定CaCO3和盐酸的用量（

6、化学计量关系的应用） 2。如何大致地估算出试样的表面积之比（较难，但有挑战性） 3。 实验数据的可重现性（结论不确定性的原因之一） 4。 实验得出的反应速率和试样表面积的比例关系（非常有趣） 5。 实验中可能忽略了的其他方面,问题：钠燃烧时为什么有黑色物质生成？,案例2,钠燃烧,提出猜想： 1、可能与坩埚有关 2、可能与钠表面的煤油有关 3、可能与空气中二氧化碳有关 4、可能是钠中含有杂质 5、 设计实验方案：略 学生质疑：没有必要设计这么多的实验方案。 通过对猜想的认真排查和做出种种的解释进行提炼总结，提出合理的假设 进行实验 （为什么先出现白色物质后变为淡黄色？）,启迪：科学精神；问题意识

7、；猜想与假设是科学思维的一种形式，猜想是学生接触到问题后，根据学生已有的知识经验在强烈的好奇心驱使下进行的演绎、归纳、类比及推理为一体而得出结论的一种发散思维，假设是在猜想的基础上经过一系列的观察、实验、分析、比较、归纳等逻辑推理排除掉一些不可能的猜想而得到的较为科学的推论。合理的猜想是知识与能力的综合体现，是一种追根问底、勇于探究并开拓求知领域的创新意识的体现。因此，在猜想环节中，充分发挥学生主体性，使学生积极主动地提出尽量多的猜测与可能，让学生的思维常常处于一种非常活跃的、发散的状态。假设比猜想更具有合理性，在假设环节，指导学生通过对猜想的认真排查和做出种种的解释进行提炼总结，从而作出合理

8、的假设。要注意培养学生的逻辑聚合思维能力。在科学探究中，提出合理的猜想与假设除了给探究活动指明方向外，还可以充分发展学生的创造性思维，培养学生的创造能力，使学生养成良好的科学素养。,（1）中学生主要采取类比、观察与实验、直觉与想像、溯因推断以及归纳与演绎等策略提出猜想与假设，其中前三种策略使用频率最高，而且不少学生在同一问题中同时使用多种策略提出猜想与假设。 （2）学生的成绩影响猜想与假设的质量和数量，其中成绩优秀的学生大多能通过适当的分析思考，提出较为合理的猜想与假设；而成绩较差的学生提出猜想与假设的数量、质量均较差。 （3）在真实问题情境中，大多数学生能通过“猜想与反驳”过程优化自己的猜想

9、与假设，他们通过实验、观察以及主试的追问，能从不同角度进行分析、思考，提出猜想与假设，并能质疑自己猜想的科学性和合理性，能放弃不合理的猜想与假设，或修正、补充自己的猜想与假设，从而提出较为科学合理的猜想与假设。 （4）中学生提出的猜想与假设存在肤浅性、片面性和模糊性等缺陷。 （5）先入为主，错误观念干扰、不恰当类比、认知结构不合理、不注意隐蔽因素、缺乏发散思维能力等因素影响中学生进行猜想与假设。,16,案例3,实验现象：,用镊子夹住一小块铝箔，在酒精灯上加热，轻轻晃动，观察现象,铝箔熔化，但熔化的铝并不滴落, 铝熔点较低(660), 铝箔的表面有一层 氧化膜, 氧化铝的熔点较高,问题1：铝是否

10、真的熔化？ 铝表面是否真的有氧化膜？ 设计实验： 1、把氧化膜戳破 2、把熔化的铝拉成丝 3、用力将熔化的铝抛出 问题2：铝能燃烧吗？ 设计实验： 1、铝粉燃烧（吹，撒） 2、铝箔在氧气中燃烧 3、把氧化膜戳破让熔化的铝滴在火焰上 启迪：科学探究的要素就蕴藏在教材提供的素材和教学过程之中。强调对从学生们所亲历的事物中所产生的一些实际问题进行探究,是科学教学所要采取的主要做法。 （铁燃烧为什么火星四射）,实验1：铝片与稀硫酸反应,观察现象：几乎没有气泡 提出问题1：金属活动顺序表中氢以前的金属都能和酸反应，为什么铝不能？ 猜想与假设：可能是铝表面生成了氧化膜 设计实验：用砂纸打磨铝的表面后再和稀

11、硫酸反应,案例4：金属与酸和水的反应（必修1第三章第1节）,19,酸,反应时间,少量气泡,较多气泡,几乎没有气泡,实验2：铝片和盐酸、硫酸的反应,1.0mol/L H2SO4,提出问题2：为什么铝片加到H+相同的盐酸、硫酸溶液中短时间内现象不同？ 猜想与假设：可能与氯离子有关？ 设计实验：,20,控制变量：铝片和下列试剂的反应,产生气泡,几乎无气泡,HCl中的Cl可以破坏铝表面的致密氧化膜，使H与Al接触反应生成H2（机理？六点研究）,解释：,在其中加氯化钡溶液，产生气泡，能说明是硫酸根离子存在导致铝不和稀硫酸反应吗？,氯化物和硫酸盐的溶解性比较实验 锌和1mol/L盐酸、6 1mol/L盐酸

12、反应 锌在0.1mol/L盐酸和0.1mol/L硫酸中的超电势（硫酸大于盐酸） 铝盒腐蚀 前苏联的“拉氧”假设 固液反应分五步进行 （扩散吸附反应脱附扩散）,提出问题3：铝和盐酸反应过程中为什么有暗黑色物质出现？,猜想与假设： 1、可能与铝的聚集状态有关 2、可能与铝中含有杂质有关 3、可能是铁的化合物，理由是溶液过段时间后， 经检验含Fe3+ 4、生成了一种黑色物质 5、 （不仅仅是铝，其它金属也有） 启迪：在课堂上一个个有难度但又是可以获得解决、足以引发探究的问题，能激发学生的求知欲望，促使学生开展探究活动。,23,实验探究：过氧化钠与水反应 （必修1第三章第2节一、钠的重要化合物）,实验

13、现象：,猜想与假设：,产生气体，反应放热,推测产物可能是O2 NaOH,案例5,提出问题：,生成物可能是什么？,设计实验：略,提出问题： 为什么加入酚酞后溶液先变红后褪色？,猜想与假设：褪色的原因,冷却,不复原,温度过高,碱浓度过高,氧气氧化,取0.1mol/LNaOH溶液，滴加酚酞，向其中通入氧气,不褪色,褪色,反应中生成的H2O2氧化,取0.1mol/LNaOH溶液，滴加酚酞，向其中滴加H2O2溶液,稀释,不复原,设计实验：控制变量,这种设计得出的结论可靠吗？问题在哪？,案例6:苯酚,苯酚与氢氧化钠溶液反应 苯酚钠溶液中加入盐酸 现象：有的有沉淀，有的没有沉淀 问题：为什么会出现此现象？

14、学生提出猜想和假设： 1、原溶液中氢氧化钠过量 2、反应放热 3、加入酸过多 4、盐酸浓度小了 5、酸变质了吧？ 6、。,几个科学探究案例引发引发的思考：,1.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。,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

15、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。 （如2007年四省高考）,科学探究水平,2.科学探究与实验和动手的关系 “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，探究需要明确假设，需要运用判断思维和逻辑思维，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

16、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。,3.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。,23、（11分） 已知某混合金属粉末，除铝处还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上。请设计合理实验探究该混合物金属粉末中铁、铜元素的存在。 仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、20%KSCN溶液。 完成以下实验探究过程： （1）提出假设：