企業(yè)培訓_通過探究學習化學實驗教師培訓

通過以實驗為核心的科學探究學習化學 淮北市教研室汪峰 通過以實驗為核心的科學探究學習化學 一 解讀課標 增強理解二 讓 探究 欄目 名符其實三 凸顯核心知識的探究功能四 拓展探究的視野五 對科學探究的幾點思考 課程內(nèi)容 化學實驗的功能 激發(fā)興趣訓練技能 對未來學習和發(fā)展有用的技能 促進認知培養(yǎng)能力提升素養(yǎng)八個學生實驗的主要功能 課程標準中的 項基本實驗技能 必做實驗與實驗技能之間關(guān)系 1 化學實驗技能化學實驗技能涵蓋化學實驗心智 智力 技能和化學實驗操作 動作 技能 個方面 課程標準中所提出的 項化學實驗技能要求有的屬于化學操作技能范疇 有的需要操作技能與心智技能的綜合應用 但都以操作技能的形成為基礎(chǔ) 2 課標中的 項基本實驗技能 在規(guī)定 個必做的學生實驗活動的同時 修訂后的課程標準對學生的化學實驗技能應達到的最低水平作了規(guī)定 提出了以下 點具體要求 其中 初步學會用酸 堿指示劑或 試紙檢驗溶液的酸堿性 為新增要求 3 必做實驗與實驗技能之間關(guān)系 個基礎(chǔ)的學生實驗涵蓋了 項基本的化學實驗技能 每一個實驗活動都側(cè)重于對某一個或某幾個基本化學實驗技能的學習和訓練 從整體上看 按照課程標準要求做好全部 個基礎(chǔ)的學生實驗 就可以落實學生基本實驗技能的訓練與提高 有利于學生探究能力的提升和科學素質(zhì)的培養(yǎng) 實驗與技能之間的聯(lián)系與對照 二 讓 探究 欄目 名符其實 九年級化學教材 人教 上有20個探究欄目 這些欄目給我們實施科學探究提供了很好的素材 精心設(shè)計好這些 探究 欄目的教學 充分發(fā)掘其探究功能 是提高學生科學素養(yǎng)的重要渠道 讓 探究 名符其實 這是一種費時的教學 但如果我們的目標是培養(yǎng)學生能創(chuàng)造性地解決問題和發(fā)現(xiàn)理論 那么這是我們所擁有的唯一方法 美 艾倫 柯林斯 探究特征強 學生的主體參與程度高 啟發(fā)講授 引導探索 問題解決教學 探究式教學 發(fā)現(xiàn)學習 研究性學習 探究式教學與其他教學間的關(guān)系 立足教材 開展課題式探究 課題式研究 人們吸入的空氣和呼出的氣體有什么不同 探究環(huán)節(jié)1收集吸入和呼出氣體 設(shè)計實驗 方案1 方案2 評價 請比較上述方案的優(yōu)劣 探究環(huán)節(jié)2比較兩種氣體中氧氣的含量 設(shè)計實驗 用燃著的木條檢驗空氣與呼出氣體的樣品中氧氣的含量 觀察燃燒的時間 進行實驗 將燃著的細木條分別放入空氣樣品與呼出氣體樣品中 觀察現(xiàn)象 解釋與結(jié)論 探究環(huán)節(jié)3比較兩種氣體中二氧化碳的含量 設(shè)計實驗 用澄清石灰水檢驗空氣與呼出氣體中的二氧化碳的含量 方案1 用嘴向澄清石灰水中吹氣 觀察是否有渾濁出現(xiàn) 方案2 向一瓶空氣樣品和一瓶呼出氣體的樣品中各滴入相同滴數(shù)的澄清石灰水 振蕩 觀察是否有渾濁出現(xiàn) 提出問題 請比較兩種方案的優(yōu)劣 評價 方案3 用注射器分別將空氣和呼出的氣體慢慢注入少量相同體積的澄清石灰水中 直至有沉淀出現(xiàn) 記錄沉淀生成時分別注入的氣體體積 進行實驗 按方案2進行實驗 觀察現(xiàn)象 10s左右 呼出的氣體樣品中澄清石灰水變渾 空氣樣品無渾濁出現(xiàn) 解釋與結(jié)論 用排水法收集的氣體 可能有二氧化碳溶于水 能使澄清石灰水變渾 說明呼出氣體中二氧化碳含量較空氣中高 進行實驗 用塑料袋收集的呼出氣體樣品 按方案3用注射器分別抽取袋內(nèi)的呼出氣體樣品和空氣進行實驗 觀察現(xiàn)象 呼出的氣體先使澄清石灰水變渾 兩者到出現(xiàn)渾濁時所需氣體比約為1 60 解釋與結(jié)論 呼出氣體樣品中二氧化碳含量大約是空氣樣品中的60倍 探究環(huán)節(jié)4比較兩種氣體中水蒸氣的含量 設(shè)計實驗 用對玻璃片呼氣的方法檢驗水蒸氣 進行實驗 取兩塊干燥的玻璃片 對著其中一塊哈氣 對比觀察兩塊玻璃片發(fā)生的現(xiàn)象 現(xiàn)象 玻璃片上有水霧出現(xiàn) 解釋與結(jié)論 這是因為呼出氣體中有水蒸氣 在琉璃片上冷凝成液態(tài)水 提出問題 空氣中也有水蒸氣 日常生活中有時候也能觀察到窗戶或者汽車玻璃上有水霧出現(xiàn) 教師演示實驗 將1 3mm藍色硅膠分別放入用塑料袋收集的兩種氣體中 搖動 觀察顏色的變化 提示信息 藍色的硅膠吸水后變成淺紅色 觀察現(xiàn)象 呼出的氣體樣品中藍色的硅膠先變成淺紅色 空氣中無明顯變化 解釋與結(jié)論 呼出的氣體中水蒸氣含量較空氣中大 問題 呼出氣體中含二氧化碳 氧氣和水蒸氣體積分數(shù)是多少 探究環(huán)節(jié)5用數(shù)字實驗探究空氣和呼出氣體中二氧化碳和氧氣的含量 提出問題 如何準確測量出呼出氣體中二氧化碳和氧氣的含量 進行實驗 儀器 Vernier公司Labquest采集器 二氧化碳傳感器 濕度傳感器 氧氣傳感器 測量方法 先把塑料保鮮膜袋內(nèi)的空氣盡量排盡 然后把三個傳感器一起放入其中 開始采集數(shù)據(jù) 大約10s后 向保鮮膜袋中緩緩吹入氣體 直到袋子鼓起 扎緊袋口 繼續(xù)采集數(shù)據(jù)到曲線基本平行為止 1 水蒸汽由于沒有直接測量水蒸汽體積分數(shù)的傳感器 本實驗中采取測量相對濕度的方法來確定水蒸汽的含量 實驗當天為陰天 空氣濕度較大 實測相對濕度為75 91 此時室內(nèi)溫度為22 向保鮮膜袋內(nèi)吹入氣體后 相對濕度很快上升到100 然后又緩慢降低到95 84 請解釋曲線變化的原因解釋 已知22 時水的飽和蒸汽壓為2 64kPa 2 假設(shè)當時大氣壓為一個標準大氣壓 即101 325kPa 則 空氣中水蒸汽的體積分數(shù)為 2 64kPa 75 91 101 325kPa 1 98 呼出氣體中水蒸汽的體積分數(shù)為 2 64kPa 95 84 101 325kPa 2 50 即前后相差0 52 由此我們能夠看出 室溫和常壓條件下 由于混合氣體中的水蒸汽即使處于飽和狀態(tài)下 所占的體積分數(shù)也很小 所以水蒸汽的含量在呼出氣體中與在空氣中相差不大 水蒸汽在空氣中的體積分數(shù)一般在0 4 之間變動 2 因此各版本初中化學教材中列出的空氣中各氣體的體積分數(shù) 如 氮氣78 氧氣21 稀有氣體0 94 二氧化碳0 03 其他氣體和雜質(zhì)0 03 1 實際都是指在除去水蒸汽后的 干空氣 中的含量 3 2 氧氣氧氣傳感器很靈敏 響應較快 隨著氣體的吹入 曲線立即開始快速下降并保持基本不變 而在停止吹入氣體并扎住袋口后 曲線略有上升 在該次測量中 室內(nèi)空氣中氧氣的體積分數(shù)為20 77 用保鮮膜塑料袋收集正常呼出的氣體 氧氣的體積分數(shù)為17 17 兩者相差3 60 這說明氧氣的含量在正常呼出的氣體中有了較為明顯的減小 請解釋曲線變化的原因解釋 3 二氧化碳二氧化碳傳感器采集的數(shù)據(jù)單位為ppm 轉(zhuǎn)化為百分數(shù)后 室內(nèi)空氣中二氧化碳的體積分數(shù)為0 056 用保鮮膜塑料袋收集正常呼出的氣體 二氧化碳的體積分數(shù)為3 67 見圖3 兩者相差3 61 即二氧化碳在正常呼出的氣體中的含量與空氣相比有了非常顯著的增加 二氧化碳傳感器是利用二氧化碳對紅外線的吸收來進行測量的 曲線變化的原因分析 室內(nèi)空氣與正常呼吸方式呼出的氣體含量比較 學習過程中 學生有如下發(fā)展 一是用科學探究的方法獲取了化學知識和基本技能 認識了吸入空氣和呼出氣體的不同 同時也學習了一些基本的實驗技能 為后續(xù)學習打下了基礎(chǔ) 二是學生自主經(jīng)歷了提出問題 猜想和假設(shè) 設(shè)計實驗 進行實驗 觀察現(xiàn)象 解釋和結(jié)論的科學探究全過程 反思與評價 和 表達與交流 滲透在各個要素實施過程中 實踐了課程標準對創(chuàng)設(shè)以實驗為主的科學探究活動的期待 落實了 科學探究既作為學習的方式 又作為學習的內(nèi)容和目標 的要求 三是體驗 學習和應用了設(shè)計對比實驗中的控制變量方法 學生經(jīng)歷了 體驗控制變量 運用控制變量 評價控制變量 的由低到高的科學方法發(fā)展過程 具體見下表 立足教材 滲透科學思想方法 3 經(jīng)典案例 鐵生銹條件的探究 三 凸顯核心知識的探究功能 厘清科學探究與化學知識的關(guān)系學生科學探究能力的提高和對探究理解的加深 不會也不可能脫離化學知識孤立進行 而是要以他們所掌握的知識為基礎(chǔ)去探索未知事物 科學知識是科學方法的基礎(chǔ) 科學方法是科學知識的脈絡(luò) 二者密不可分 科學知識在探究中不可或缺 要避免形式主義的科學方法或科學過程訓練 教學中要積極倡導圍繞化學核心知識的科學探究 凸顯核心知識的探究功能 氫氧化鈉變質(zhì)的教學案例實物 讓學生觀察一瓶久置的氫氧化鈉固體試劑瓶口的白色固體 提出問題1 請設(shè)計實驗證明氫氧化鈉是否變質(zhì) 設(shè)計實驗 方案1 溶于水后滴入酚酞 方案2 固體上滴入鹽酸 方案3 溶于水后滴入鹽酸 方案4 溶于水后滴入氫氧化鈣溶液 方案5 溶于水后滴入氯化鈣溶液 方案6 溶于水后滴入氯化鋇溶液 中和放熱 需過量 同離子效應 氫氧化鈣微溶 只有很稀的溶液可行 提出問題2 請設(shè)計實驗證明氫氧化鈉是部分變質(zhì)還是全部變質(zhì) 方案1 滴入過量的氯化鋇溶液 再滴入酚酞方案2 取等質(zhì)量的變質(zhì)固體和碳酸鈉固體分別溶于水后配成溶液 測pH 提出問題3 如何用含碳酸鈉雜質(zhì)的氫氧化鈉溶液制取氫氧化鈉 設(shè)計實驗 方案1 加入適量的石灰水溶液 在溶液中滴加石灰水溶液 用電導率傳感器測溶液中的電導率方案2 可以利用碳酸鈉在不同溫度的溶解度用重結(jié)晶法制得較為純凈的氫氧化鈉 四 拓展探究的視野 科學探究既是學習內(nèi)容 又是學習方法 教師教學中可以創(chuàng)造性地根據(jù)學生已有知識和經(jīng)驗設(shè)計科學探究課例 引領(lǐng)學生在教材以外的知識領(lǐng)域開展科學探究 即使這些知識對學生當前而言是陌生的 但只要符合學生已有知識和經(jīng)驗 能被學生接受 能促進學生發(fā)展就應該積極去探究 探究無止境 以實驗為核心的科學探究應該成為學習化學的主要方法 拓展探究的視野案例1再探燃燒與滅火 實驗 將燃著的木條和鎂條分別伸入盛有CO2的集氣瓶中 觀察現(xiàn)象 木條熄滅鎂條繼續(xù)燃燒 結(jié)論與解釋 CO2不僅可以滅火 一定條件下也可以做助燃劑 2Mg CO2 2MgO C拓展視野 培養(yǎng)學生的質(zhì)疑精神 為后續(xù)學生鋪墊 提出問題 用下圖裝置進行鎂條在密閉的空氣中燃燒的實驗 燃燒 冷卻后打開止水夾 進入集氣瓶中水的體積約占集氣瓶容積的幾分之幾 猜想和假設(shè) 猜想1 21 因為空氣中O2的體積約占21 猜想2 21 03 因為空氣中O2和CO2都會和鎂條反應而消耗 進行實驗 學生分組 觀察現(xiàn)象 現(xiàn)象 水倒吸進入集氣瓶中的體積約70 提出問題 水倒吸入集氣瓶中的體積約為70 為什么遠遠超過了21 猜想與假設(shè) 假設(shè)1 鎂條伸入瓶中的剎那 瓶中熱空氣膨脹溢出導致瓶內(nèi)氣壓減小 假設(shè)2 空氣中N2參加了反應 設(shè)計實驗 請學生設(shè)計實驗驗證假設(shè)1 實驗方案 設(shè)計實驗請學生設(shè)計實驗驗證假設(shè)2 實驗方案 制得一瓶N2將燃著的鎂條伸入N2中 觀察鎂條是否繼續(xù)燃燒 提出問題 實驗室如何制得一瓶N2 設(shè)計實驗 方案1 點燃蠟燭消耗瓶中的O2 再用NaOH溶液吸收瓶中生成的CO2氣體 方案2 點燃白磷 或紅磷 消耗瓶中的O2 再用水吸收生成的P2O5固體 評價 比較兩種方案的優(yōu)劣 選擇方案2進行實驗 觀察現(xiàn)象 鎂條可以在N2中燃燒解釋與結(jié)論 3Mg N2 Mg3N2推論 一定條件下 N2也可以做助燃劑 拓展探究的視野案例2探究二氧化碳通入飽和澄清石灰水 現(xiàn)象 通入二氧化碳后溶液先變渾濁 繼續(xù)通入溶液變澄清 100g飽和澄清石灰水中Ca OH 2的質(zhì)量為0 165g 完全反應得到0 22gCaCO3通過計算可知 通入二氧化碳后生成的碳酸鈣沉淀只能部分溶解 溶液不可能變澄清 化學實驗的啟示和科學思維的訓練 嚴宣升 假設(shè)1 通入的二氧化碳中含有HCl氣體 導致多余的碳酸鈣溶解 設(shè)計實驗驗證假設(shè)1實驗1 用濕pH試紙檢驗洗氣前后溶液的pH實驗2 用嘴吹實驗3 用水洗氣后通入澄清石灰水觀察現(xiàn)象 得出結(jié)論 假設(shè)2 石灰水不飽和 久置的飽和石灰水表面會有一層白皮 又稱硬蓋 設(shè)計實驗驗證假設(shè)2 五 對科學探究的幾點思考1 對科學探究的基本過程的理解 POE教學策略 2 對科學探究水平的認識 拜爾將探究式教學分為4個水平 1 證明性探究 學生通過進行一項結(jié)果已知的活動來證明一個原則 2 結(jié)構(gòu)性探究 學生通過規(guī)定的步驟研究老師提出的問題 3 引導式探究 引導學生通過自己設(shè)計或選擇的方法來研究老師提出的問題 4 開放式探究 學生用自己設(shè)計或選擇的方法來研究與自己提出的主題有關(guān)的問題 3 對科學探究內(nèi)容的選擇 科學探究可以是對核心知識的探究 也可以是對非核心知識的探究 既是學習方法 又是學習內(nèi)容科學探究的課題可大可小 要素可多可少 層次可高可低 時間可長可短科學探究有三個方面的含義 作為學習內(nèi)容的探究 作為學習方式的探究 作為教學指導思想的探究 4 對科學探究與實驗關(guān)系的辨析 學習科學是個能動的過程 然而實驗或動手活動不一定是能動的 能動的學習也不一定非要實驗或動手 能動與否關(guān)鍵在于學生是否積極參與學習過程 只動手不動腦的科學活動無法達到探究的目的 探究需要明確假設(shè) 需要運用判斷推理和邏輯思維 需要考慮可能的其他解釋 科學探究實際上既重視動手活動 又強調(diào)動腦活動 科學探究對教師提出下列要求 重視學生在觀察中的思考 對探究結(jié)果的預測 對后續(xù)探究活動的計劃 考慮變量的選擇和控制 對獲得的數(shù)據(jù)進行分析整理 在與同伴的討論中相互質(zhì)疑和評價 反思自己的假設(shè) 考慮可能的其他解釋 最終得出結(jié)論和報告等 因此 探究不一定非要動手 動手學習也并非總是探究 5 科學探究呼喚教師的創(chuàng)造性教學一提科學探究 人們往往認為僅指學生的探究活動 而忽視對教師的探究要求 以為教師只是掌握某個探究教學模式便可進行 這實際上是一種錯誤認識 教師需要對課堂的探究要素進行精心的預設(shè) 還需要對課堂生成的探究要素進行及時的引導 老師需要不斷提升自己的專業(yè)水平 需要對自己教學工作的不斷探究 教學即探究 教師即科學研究者 化學實驗的研究促進教師的成長 在演示 二氧化碳滅火 實驗時 上面的蠟燭先滅了 重做一遍也沒有成功 想做第3次沒有二氧化碳了 很是尷尬 一個真實的故事 課下想了很久 課本實驗可能有如下的缺點 空間不大的燒杯里燃有兩支蠟燭 使得大量的熱氣流在燒杯里上升 傾倒二氧化碳時 燒杯里上升的熱氣流會阻礙二氧化碳的下沉 甚至沖散二氧化碳 為什么 能不能用一個隔板 把燒杯內(nèi)部一分為二 一邊是燃燒的蠟燭 另一邊就沒有熱氣流上升 倒下來的二氧化碳如何進入蠟燭那一邊呢 能否在隔板下面挖個缺口 怎樣改掉這些缺點呢 細沙是在改進的過程中加上去的 因為在白鐵皮上粘蠟燭很麻煩 后來又發(fā)現(xiàn) 二氧化碳滅火實驗中只要有燭火熄滅 就完全說明二氧化碳不燃燒 不支持燃燒 密度比空氣大 不能認為實驗失敗 關(guān)鍵是我們要會解釋這個現(xiàn)象 這樣解釋滿意嗎 二氧化碳是從高于蠟燭的位置傾倒下來的 而且燭火很快熄滅 這說明二氧化碳被傾倒后能很快的大量下沉 既然二氧化碳在空氣中能很快的大量下沉 不就說明二氧化碳密度比空氣大嗎 按照上述分析 二氧化碳滅火實驗 如果要改進 最簡單的設(shè)計如下 當然 這樣設(shè)計可能缺少趣味性 但有時候趣味性服從科學性 這2個改進方案先后發(fā)表 從此對化學實驗的研究一發(fā)而不可收 后來 如何提高實驗教學質(zhì)量 宋心琦 符合探究目標而且不確定因素最少的化學反應體系合理的實驗裝置 包括安全措施等合理而且有序的實驗步驟和合乎規(guī)范的操作技術(shù) 78 教材只提供一個規(guī)范的裝置或者操作方法 制氧氣實驗裝置 滴管的使用 你認為哪種操作是正確的 有些 規(guī)范 是約定俗成的 把玻璃管插入橡皮塞 左手拿橡皮塞右手拿膠皮管 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潤濕 然后稍稍用力轉(zhuǎn)動 小心 不要使玻璃管折斷 以致刺破手掌 使它插入 一 一 教材和教學要與時俱進 84 正確理解教材的編寫意圖 85 能否反應 結(jié)論1 86 結(jié)論2 結(jié)論3 活動性強弱 兩類 87 結(jié)論 燃燒條件科學方法 比較 條件控制現(xiàn)象明顯 可視性強一個實驗 裝置 說明三個條件問題 實驗室白磷的禁用 探究CO2與NaOH是否發(fā)生了反應 演示一個