彭曉華

摘要：研究性學習是讓學生在多元、動態(tài)、開放的過程中悟出知識、方法，探究性實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和實驗能力的重要手段。一次銅與濃硫酸實驗的改進，則是這個過程的生動體現(xiàn)。

關鍵詞：探究性實驗；銅與濃硫酸；實驗改進

21世紀是以知識的創(chuàng)新和應用為重要特征的知識經(jīng)濟時代，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力已刻不容緩。開展研究性學習，是我國教育界面對新世紀社會發(fā)展的要求而采取的重大舉措。因為這種新的學習方法突出了學生的主體地位，以學生學會學習、學會創(chuàng)造為根本，改變以前單純地接受老師傳授知識為主的學習方式，為同學們構(gòu)建開放的學習環(huán)境，提供多渠道獲取知識的途徑，并將學到的知識綜合應用于實踐。研究性學習是讓學生在多元、動態(tài)、開放、探究的大課堂中主動地感悟知識，獲取解決問題的學習方法，而化學探究性實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和實驗能力的重要手段。為了激發(fā)學習的創(chuàng)新潛能，教師要盡量將教學過程設計成“提出問題——分析問題——解決問題的創(chuàng)造型模式，著力營造情感共鳴、信息反饋暢通、思維活躍流暢、創(chuàng)新精神涌動”。讓學生像科學家一樣參與，這使他們能夠?qū)λ麄兲剿鞯母拍詈涂茖W探索的性質(zhì)形成更豐富的理解。下面我就一次探究性實驗的教學，談談自己的體會。

一、 提出問題

為了引導學生對銅與濃硫酸的實驗進行改進，我先是給出了人教版2002審定通過的高中化學第一冊課本上的實驗裝置圖。為了讓學生對實驗缺點有更深刻的認識，我決定讓事實來說話——讓他們親自組裝儀器，加入藥品進行實驗。通過經(jīng)過仔細觀察與比較分析，他們對這個實驗提出了缺點：（1）二氧化硫有毒，排放到空氣中會污染環(huán)境，所以必須進行尾氣吸收。該裝置用浸有堿液的棉花吸收尾氣，有點過于理想化。由于棉花浸有的堿液量有限，所以極有可能導致二氧化硫氣體吸收不夠充分，從而向空氣中排放，污染環(huán)境。（2）二氧化硫在水中的溶解度較大，通常情況下1體積水能溶解40體積的二氧化硫，該裝置中直接將導管插入品紅溶液中，極有可能發(fā)生倒吸。（3）不易控制反應。

而2004年初審通過的普通高中課程標準實驗教科書化學第一冊給出的實驗裝置圖卻不一樣。這兩個實驗有一些不同。學生們通過比較，很快總結(jié)出它相對原來教材而言，有以下方面的改進：①用一根可抽動的長銅絲代替原來的銅片。這樣一來，可隨時抽出長銅絲而使反應停止，達到控制反應的目的。②裝有石蕊試液或品紅溶液的試管改為實驗者用試管夾夾持?？梢陨舷乱苿?，以防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生。

這是教科書進行的改進，這樣的改進是不是就很好呢？學生們這時露出懷疑的神色，課本上難道也有不足嗎？看到他們這樣的神情，我也沒有說什么，又一次讓他們動手實驗。當他們在教室里按照此裝置進行實驗時，結(jié)果發(fā)現(xiàn)還是有以下幾點不足：（1）無法解決或未考慮二氧化硫的擴散問題。實驗時，他們?yōu)榱耸宫F(xiàn)象更加明顯，加熱時間稍長了一些。結(jié)果兩位做實驗的同學是有苦難言，臺下的同學們則是捂住口鼻、咳嗽不止地看完實驗。有的還埋怨他們不是在做演示實驗，而是在“放毒”。（2）操作不是很方便，一個人難以控制好實驗的順利完成。而兩人同時做實驗，又顯得手忙腳亂、步調(diào)不一致?！半m說有利于培養(yǎng)我們的合作精神，但合作精神不一定需要這樣來培養(yǎng)吧!”這是他們的心聲。

二、分析問題

此時學生們已進入了“心憤憤”的時候，正是進行啟發(fā)的最佳時刻。于是我逐漸引導，激發(fā)和鼓勵他們敢于思考，敢于質(zhì)疑，敢于“異想天開”，應另辟蹊徑，多角度地進行求異思維。于是他們互相交流、評價，可不可以再做進一步改進？帶著這些問題，他們便投入到了對濃硫酸與銅反應實驗進行改進的探究活動之中。首先，他們對實驗要解決的問題提出假設，然后就各抒己見，紛紛提出自己的假設。

濃硫酸與銅反應的實驗現(xiàn)象有：銅絲變黑或溶解、溶液加水稀釋后顯藍色、產(chǎn)生無色刺激性的氣體、氣體能使石蕊試液變紅或品紅溶液褪色。實驗時，除了要使現(xiàn)象明顯外，重要的是要注意安全和防止二氧化硫的擴散。為了滿足這些要求，改進上述裝置的不足之處，他們動手設計實驗方案，并畫出了3套相應的實驗裝置圖。

三、解決問題

經(jīng)過理論分析和實驗的經(jīng)歷，他們認為濃硫酸與銅反應的實驗裝置在設計上應注意這幾點：（1）要能隨時控制反應的進行，避免演示已經(jīng)完成，反應還在發(fā)生。（2）要有尾氣吸收裝置，不能使二氧化硫擴散到空氣中，避免引起中毒或污染空氣。（3）檢驗或吸收二氧化硫時，要考慮到二氧化硫的溶解度較大，有可能發(fā)生倒吸現(xiàn)象。應設計防倒吸的安全裝置。（4）安全意識固然重要，但要圍繞演示實驗現(xiàn)象明顯這一主題。再來看看他們的改進方案。①改進方案一解決了二氧化硫的擴散和發(fā)生倒吸兩大問題。但是，這一方案不僅沒有考慮到控制反應進行的問題，而且在解決倒吸問題時也不全面。沒有考慮到二氧化硫通入到裝有石蕊或品紅溶液的試管時，發(fā)生倒吸的可能性也比較大。②改進方案二僅限于對發(fā)生裝置的改進。設想是利用分液漏斗滴加濃硫酸，以達到控制反應進行的目的。但是，圓底燒瓶底部容積太大，加進去的濃硫酸必須要浸沒銅片。這樣即使停止滴加濃硫酸，圓底燒瓶內(nèi)反應還在進行，仍會產(chǎn)生較多的二氧化硫，所以控制的效果肯定不會達到設想的目的。③改進方案三僅僅在老教材的實驗裝置上進行改進，利用可抽動的銅絲來控制反應的進行。但是，在檢驗二氧化硫的性質(zhì)時，有可能發(fā)生倒吸和二氧化硫擴散的問題，即沒有考慮安全問題。

為了驗證以上設計方案是否合理，設計出更加完善的改進裝置，他們在實驗室首先按照上述3套改進裝置進行具體的實驗探究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這3套改進裝置確實是各有所長、各有利弊，正如上面的分析一樣，沒有一套是比較完善的。然后，他們又對這3套改進裝置仔細分析、取長補短，再考慮到一些其他因素，設計出新的實驗裝置。實驗發(fā)現(xiàn)，這套新裝置用于演示濃硫酸與銅反應的實驗，不僅現(xiàn)象明顯，而且還可以控制反應的進行、防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生和避免有毒氣體的擴散，非常適合于在教室里做實驗。終于成功了，一個個都露出興奮的神色。還能有什么方法比這更有效地提高學生們學習的興趣嗎？

最后，我還引導他們分析與實驗證明，對其改進之處及解釋如下：①使用可抽動的螺旋狀銅絲，既可控制反應的進行，又由于銅絲呈螺旋狀，增大了與硫酸的接觸面積，加快了反應速度，縮短了反應時間。②利用類似于吸氣的相連的兩個試管來檢驗二氧化硫氣體的性質(zhì)，可以同時檢驗其漂白性和水溶液的酸性。前面的試管還可防止倒吸，避免冷的溶液倒吸入熱的試管，引起試管炸裂或液體飛濺現(xiàn)象的發(fā)生。③用倒扣的漏斗和NaOH溶液來吸收尾氣，吸收量大、吸收率高，基本上沒有氣體泄漏或擴散。

通過這次探究活動，學生們深刻體會到了“學無止境”“學以致用”“學無常師”的含義。對知識的學習和研究，永遠沒有完結(jié)的時候。只要你不斷地探索，總會有新的問題出現(xiàn)，而這些問題往往就在你的身邊。學習不僅要掌握課本知識，更要應用知識和掌握科學的研究問題的方法；不僅要善于發(fā)現(xiàn)問題，而且還要善于解決問題；不僅要以課本來指導自己的學習，而且要認識到教材介紹的知識，具有一定的階段性，要以批判的眼光來理解和拓展知識。

這種創(chuàng)新的實驗改進，從問題結(jié)論到方法，從具體到抽象，從已知到未知，從無序到有序，從激發(fā)創(chuàng)新熱情、挖掘創(chuàng)新潛能、發(fā)展創(chuàng)新思維到培養(yǎng)創(chuàng)新能力、養(yǎng)成創(chuàng)新精神，這就是創(chuàng)新實驗與研究性學習的全過程?？傊?，化學教育應以化學學科知識為載體，以促進人的發(fā)展為目的，使學生成為具有良好素質(zhì)，扎實的學科基礎知識，富有社會責任心，有創(chuàng)新意識與實踐能力，有合作精神，可持續(xù)發(fā)展的人才。

參考文獻：

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[2]崔相錄.中小學探究教學200例[M].北京:人民教育出版社,2004.

（珠海市灣仔中學）