蠟燭及其燃燒產(chǎn)物的探究

基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)設(shè)計(jì)-以“蠟燭及其燃燒產(chǎn)物的探究”為例一、研究背景衡陽(yáng)市中考試題已經(jīng)連續(xù)多年出現(xiàn)考查組合裝置實(shí)驗(yàn)探究的題目，這類題型往往出現(xiàn)在試卷的第30題或31題。組合裝置實(shí)驗(yàn)探究題目分值大、難度高，如何提高學(xué)生解決這類問(wèn)題的能力，如何通過(guò)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，是教師們?cè)趶?fù)習(xí)備考中需要突破的重難點(diǎn)。教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究專題復(fù)習(xí)時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)困惑∶學(xué)生通過(guò)復(fù)習(xí)后很難提升方法與技能，教師講過(guò)的題目會(huì)做，換一道題時(shí)又無(wú)從下手。造成這一現(xiàn)象的原因主要有兩個(gè)，一是教師在復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)探究專題時(shí)只是就題講題，并沒有引導(dǎo)學(xué)生將這類題目建立解題思維模型。學(xué)生再遇到類似的題目時(shí)，由于缺少結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí)，所以無(wú)法生成解決方案。二是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的一般流程不熟悉，面對(duì)題目中的陌生情境內(nèi)心會(huì)感到害怕，無(wú)法快速?gòu)念}干中提取出解題的關(guān)鍵信息。思維建模就是對(duì)思維過(guò)程建立模型，從而使繁復(fù)的思維形態(tài)或方法外顯并簡(jiǎn)約化的過(guò)程。思維建模的主體是學(xué)生，如果教師能在復(fù)習(xí)時(shí)給學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生在情境下自主探究，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力，建構(gòu)解決此類問(wèn)題的策略，就可以很好地解決以上問(wèn)題。筆者以"蠟燭及其燃燒產(chǎn)物的探究"為例進(jìn)行教學(xué)，很好地解決了以上問(wèn)題，具體過(guò)程如下。二、設(shè)計(jì)思路蠟燭是初中化學(xué)中常見的物品，這節(jié)課以蠟燭及其燃燒產(chǎn)物作為探究的對(duì)象。學(xué)生對(duì)蠟燭非常熟悉，用它創(chuàng)設(shè)情境可以讓學(xué)生很快融入其中，激起探究欲望。并且應(yīng)用這個(gè)情境還可以把水蒸氣、一氧化碳和二氧化碳三種氣體的檢驗(yàn)，化合物中碳、氫元素的定量測(cè)定整合到課程中，以上都是初中化學(xué)中極為重要的實(shí)驗(yàn)方法。思維模型的主體是學(xué)生，要充分發(fā)揮學(xué)生的主體性、能動(dòng)性。整節(jié)課通過(guò)創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境，以問(wèn)題解決為驅(qū)動(dòng)力，讓學(xué)生進(jìn)行自主探究。學(xué)生通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案等過(guò)程，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)探究的一般流程，了解實(shí)驗(yàn)探究的一般方法，培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)探究的思維模型，從而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和學(xué)科素養(yǎng)。教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如圖1所示。三、教學(xué)過(guò)程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖教師∶（展示蠟燭燃燒的動(dòng)畫）蠟燭是我們熟悉的物品，伴隨著我們度過(guò)了許多有趣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課這節(jié)課我們?nèi)匀灰韵灎T為對(duì)象，開啟一段探索之旅。探究1∶探究蠟燭燃燒的產(chǎn)物。教師∶蠟燭燃燒的產(chǎn)物是什么?學(xué)生1∶二氧化碳和水。學(xué)生2∶一氧化碳、二氧化碳和水。教師∶我們需要檢驗(yàn)一氧化碳、二氧化碳和水蒸氣。請(qǐng)大家思考每種氣體的檢驗(yàn)方法、三種氣體的檢驗(yàn)順序，設(shè)計(jì)檢驗(yàn)方案。學(xué)生們通過(guò)交流討論，設(shè)計(jì)出如圖所示兩種實(shí)驗(yàn)方案教師∶針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵點(diǎn)，提出以下問(wèn)題∶（1）檢查裝置氣密性，裝藥品后接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)操作是什么?目的是什么?（2）無(wú)水硫酸銅和澄清石灰水能否互換位置?為什么?（3）為什么要先檢驗(yàn)二氧化碳再檢驗(yàn)一氧化碳?（4）方案一中的澄清石灰水和灼熱的氧化銅能否互換位置?你的理由是什么?教師∶檢驗(yàn)物質(zhì)時(shí)需要注意哪些問(wèn)題?學(xué)生1∶注意防止物質(zhì)之間的相互干擾。例如，先檢驗(yàn)水蒸氣再檢驗(yàn)其它氣體，先檢驗(yàn)二氧化碳再檢驗(yàn)一氧化碳。學(xué)生2∶注意安全問(wèn)題，防止爆炸，防止污染空氣。一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣是初中化學(xué)的核心物質(zhì)，這幾種氣體的檢驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)探究題中?？嫉闹R(shí)點(diǎn)，掌握它們的檢驗(yàn)方法是解決實(shí)驗(yàn)探究問(wèn)題的必備能力。學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中通過(guò)討論、生生互評(píng)形成思維的碰撞，能夠進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，初步掌握常見氣體的檢驗(yàn)方法。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提出問(wèn)題，進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生思考。學(xué)生通過(guò)思考、討論、交流這些問(wèn)題，逐漸形成系統(tǒng)有序的化學(xué)思維過(guò)程，初步體驗(yàn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知在實(shí)驗(yàn)探究中的作用，建構(gòu)物質(zhì)檢驗(yàn)的方法，提高解決綜合問(wèn)題的能力。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)檢驗(yàn)物質(zhì)時(shí)的基本策略，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。探究2∶探究蠟燭中碳?xì)湓氐馁|(zhì)量比。教師∶如何測(cè)定蠟燭中碳、氫元素質(zhì)量，進(jìn)而求出它們的質(zhì)量比?教師∶請(qǐng)大家認(rèn)真分析蠟燭燃燒的反應(yīng)物和生成物，我們可以借助什么思想求出一定質(zhì)量的蠟燭中碳、氫元素的質(zhì)量?學(xué)生1∶用化學(xué)反應(yīng)中元素守恒的思想。蠟燭燃燒生成的二氧化碳中碳元素的質(zhì)量等于參加反應(yīng)的蠟燭中碳元素的質(zhì)量，生成的水中氫元素的質(zhì)量等于參加反應(yīng)的蠟燭中氫元素的質(zhì)量學(xué)生2∶如果燃燒不完全，生成一氧化碳怎么辦?學(xué)生3∶可以用氧化銅將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。教師∶請(qǐng)大家根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生們通過(guò)交流、討論設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)方案，在分析各自優(yōu)缺點(diǎn)后最終選擇方案如圖所示。教師∶請(qǐng)大家將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整并列出蠟燭中碳?xì)湓刭|(zhì)量比計(jì)算式。實(shí)驗(yàn)步驟∶（1）稱量裝置B、裝置C的質(zhì)量，連接儀器，檢查裝置氣密性。（2）關(guān)閉K3，打開K，、K2，通入一段時(shí)間氧氣，排空氣。（3）打開K3，關(guān)閉K2，點(diǎn)燃酒精燈。（4）待硬質(zhì)玻璃管中的反應(yīng)結(jié)束，熄滅酒精燈，繼續(xù)通入氧氣至裝置冷卻到室溫，關(guān)閉K1。（5）稱量反應(yīng)后裝置B、裝置C的質(zhì)量。教師∶你覺得在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有哪些需要注意的細(xì)節(jié)?可以用問(wèn)題的形式提出來(lái)，考考其他學(xué)生。學(xué)生1∶點(diǎn)燃酒精燈前為什么要先排出原裝置內(nèi)的空氣?學(xué)生2∶裝置B和裝置C能否互換位置，為什么?學(xué)生3∶步驟（3）中為什么不關(guān)閉K1?學(xué)生4∶反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)通氧氣的作用是什么?學(xué)生5∶如果沒有裝置D對(duì)測(cè)量結(jié)果有什么影響?教師∶在進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常需要在實(shí)驗(yàn)前后向裝置內(nèi)通入某種氣體，這樣操作的目的有哪些?學(xué)生∶思考并回答。歸納總結(jié)見表1。在教師引導(dǎo)探究的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)交流討論、相互評(píng)價(jià)，學(xué)習(xí)定量實(shí)驗(yàn)探究的一般方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的化學(xué)思維，建構(gòu)定量實(shí)驗(yàn)探究思維模型，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)探究能力。教師：通過(guò)今天的學(xué)習(xí)請(qǐng)大家小結(jié)實(shí)驗(yàn)探究的一般方法。學(xué)生：討論交流。教師歸納總結(jié)如圖所示：四、教學(xué)反思創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生在給定的情境中自主探究，改變了以往就題講題的復(fù)習(xí)模式，讓學(xué)生在自主探究中習(xí)得方法，建構(gòu)思維模型，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。在教師創(chuàng)設(shè)的情境中，學(xué)生圍繞主題進(jìn)行多個(gè)探究活動(dòng)，通過(guò)這種方式可以將零散的化學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法聯(lián)系起來(lái)，幫助學(xué)生將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行再構(gòu)建，提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。研究近幾年的中考試題，我們發(fā)現(xiàn)命題部分