基于素養(yǎng)為本實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)設(shè)計(jì)
---以《實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2 二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取與性質(zhì)》教學(xué)設(shè)計(jì)為例
摘要：以“學(xué)會(huì)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的模型、掌握實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的操作步驟、學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)其他實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置”為主線(xiàn)，圍繞“問(wèn)題引導(dǎo)與學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行的，聚焦學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展，問(wèn)題設(shè)計(jì)關(guān)注學(xué)生高階認(rèn)知，知識(shí)建構(gòu)注重學(xué)生自主能動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。學(xué)生通過(guò)合作交流、實(shí)驗(yàn)探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)，體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)既是化學(xué)科學(xué)發(fā)展的核心基礎(chǔ)又是化學(xué)教育的重要內(nèi)容和基本方法[1]，落實(shí)“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新”的化學(xué)核心素養(yǎng),切實(shí)提升了學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力[2]。
關(guān)鍵詞： 問(wèn)題引導(dǎo)與學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)裝置組裝設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念 培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)
1. 教學(xué)背景分析
1.1教材分析：人教2012課標(biāo)版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)125頁(yè)《實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2 二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取和性質(zhì)》[3]是在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)，是對(duì)初中化學(xué)常見(jiàn)氣體制備的總結(jié)，同時(shí)加深對(duì)二氧化碳性質(zhì)的理解，也是對(duì)高中化學(xué)諸多氣體制備的知識(shí)儲(chǔ)備，起著承上啟下的作用。
1.2學(xué)生信息：學(xué)生前面已學(xué)過(guò)氧氣和二氧化碳的制取和性質(zhì)，學(xué)生對(duì)于常見(jiàn)儀器比較熟悉，已經(jīng)具有一定的觀(guān)察能力、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰吞骄磕芰?。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新能力，在人教2012課標(biāo)版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)125頁(yè)《實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2 二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取和性質(zhì)》[3]稍作改進(jìn)，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)、動(dòng)手和合作交流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和科學(xué)探究與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。
1.3教學(xué)起點(diǎn)：通過(guò)第二單元課題3《制取氧氣》和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)1《氧氣的實(shí)驗(yàn)室制取與性質(zhì)》的學(xué)習(xí)，學(xué)生已具備制取氣體的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰A(chǔ)；通過(guò)第六單元課題2《二氧化碳制取的研究》、課題3《二氧化碳和一氧化碳》的學(xué)習(xí)，學(xué)生已初步具備二氧化碳制取和性質(zhì)的知識(shí)基礎(chǔ)，以及在實(shí)驗(yàn)方案的選擇和設(shè)計(jì)方面有一定的能力基礎(chǔ),但由于接觸實(shí)驗(yàn)不多，學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和科學(xué)探究環(huán)節(jié)等科學(xué)探究能力不足。
2.教學(xué)目標(biāo)：
2.1通過(guò)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生形成化學(xué)概念和知識(shí)，逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度,并形成轉(zhuǎn)化觀(guān)和守恒觀(guān)等化學(xué)學(xué)科核心觀(guān)念；并通過(guò)顯性化表述，體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)。
2.2通過(guò)發(fā)生裝置由反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件決定，及收集方法由氣體溶解性和密度決定，培養(yǎng)學(xué)生“變化觀(guān)念與平衡思想”學(xué)科素養(yǎng)。
2.3以“學(xué)會(huì)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的模型、掌握實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的操作步驟、學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)其他實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置”為主線(xiàn),培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。
2.4根據(jù)特定情境和具體條件下，選擇制訂合理解決問(wèn)題的方案，培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”的核心素養(yǎng)。
2.5通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中藥品的使用及合作探究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。
3.教學(xué)重難點(diǎn)：
3.1教學(xué)重點(diǎn)：
實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路和方法;設(shè)計(jì)多套實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置，并學(xué)會(huì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。
3.2教學(xué)難點(diǎn)：
用濃鹽酸制取干燥純凈二氧化碳和用排水法收集二氧化碳的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。
4.教學(xué)方法
自學(xué)指導(dǎo)法，討論法，實(shí)驗(yàn)法，探究法，情境教學(xué)法以及多媒體輔助教學(xué)法。
5.教學(xué)準(zhǔn)備
5.1儀器：錐形瓶、雙孔膠塞、長(zhǎng)頸漏斗、分液漏斗、導(dǎo)氣管、膠管、試管、單孔膠塞、U形管、廣口瓶、藥匙、酒精燈、火柴、試管夾、燒杯、氣球、雙階梯銅片、短蠟燭（2支）、膠塞、軟塑料瓶
5.2藥品：大理石、碳酸鈉、碳酸氫鈉、飽和碳酸氫鈉溶液、稀鹽酸，濃鹽酸、稀硫酸、濃硫酸、石蕊試液、蒸餾水、澄清石灰水、植物油（花生油）
5.3PPT課件
6.教學(xué)流程：
復(fù)習(xí)展示，引入新知 展示問(wèn)題，合作交流 實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng) 交流歸納總結(jié) 拓展內(nèi)化
6.1復(fù)習(xí)展示，引入新知(2分鐘)
【教師】平臺(tái)展示教材114頁(yè)2，3[3]
【學(xué)生】學(xué)生思考問(wèn)題，分組回答。
設(shè)計(jì)意圖：復(fù)習(xí)氣體發(fā)生裝置的選擇原理及裝置，培養(yǎng)學(xué)生“變化觀(guān)念與平衡思想”學(xué)科素養(yǎng)。
6.2展示問(wèn)題，合作交流（2分鐘）
【教師】問(wèn)題驅(qū)動(dòng)：
1.實(shí)驗(yàn)室為什么只用大理石（或石灰石）來(lái)制取二氧化碳？
2.實(shí)驗(yàn)室能否用排水法來(lái)收集二氧化碳？
3.在實(shí)驗(yàn)中需要干燥純凈二氧化碳，我們應(yīng)怎樣制??？
下面各組根據(jù)臺(tái)面上的儀器及藥品進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究。
【學(xué)生】全班學(xué)生分四組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)交流討論，回答。
學(xué)生回答：
1.因?yàn)檎n本說(shuō)用大理石（或石灰石）和稀鹽酸制取二氧化碳。
2.課本說(shuō)二氧化碳能溶于水，只能用向上排空氣法收集，不能用排水法收集二氧化碳？
3.用向上排空氣法收集二氧化碳。（教師提示：二所化碳中混有氯化氫氣體和水。）
學(xué)生討論后答案：先除去氯化氫氣體 ，后除去水。
設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)交流討論，激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的興趣和建構(gòu)知識(shí)，培養(yǎng)和提高化學(xué)學(xué)習(xí)能力。
6.3實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)（25分鐘）
【教師】教師巡視，指導(dǎo)學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)。
第一組
探究二氧化碳制取的藥品和驗(yàn)證能溶于水
討論：1.實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳藥品選用原則是什么？
2.怎樣證明二氧化碳能溶于水？
第二組
組裝多套二氧化碳實(shí)驗(yàn)制取裝置和驗(yàn)證水與二氧化碳反應(yīng)；
討論：1.組裝的發(fā)生裝置并說(shuō)明優(yōu)缺點(diǎn)？
2.實(shí)驗(yàn)室制取氣體時(shí)加入藥品原則是什么？
第三組
實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳并用排水法收集二氧化碳，用短蠟燭（2支）驗(yàn)證二氧化碳不能燃燒也不能支持燃燒；
討論：1.為什么二氧化碳能滅火？
2.用排水法收集氣體的條件是什么？
第四組
用濃鹽酸實(shí)驗(yàn)室制取干燥純凈二氧化碳，并檢驗(yàn)二氧化碳。
（平臺(tái)展示：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑）
問(wèn)題：用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳的原理是什么？
【學(xué)生分組探究活動(dòng)】教師巡視
探究一：
第一組:探究二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制取藥品和驗(yàn)證能溶于水，同學(xué)們進(jìn)行下面表1（見(jiàn)表1）、表2（見(jiàn)表2 ）探究實(shí)驗(yàn)：
表1 酸的選用（在石灰石或大理石中加酸）
能否產(chǎn)生CO2 | 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 | |
稀鹽酸 | ||
濃鹽酸 | ||
稀硫酸 |
圖注 最好選用（ )
表2 碳酸鹽的選用（和稀鹽酸反應(yīng)）
能否產(chǎn)生CO2 | 反應(yīng)快慢 | |
大理石或石灰石 | ||
碳酸鈉 | ||
碳酸氫鈉 |
圖注 最好選用（ ）
據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，生、生交流討論，分析歸納實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳藥品及反應(yīng)原理。大理石或石灰石和稀鹽酸,反應(yīng)原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生形成化學(xué)概念和知識(shí)，逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度,并形成轉(zhuǎn)化觀(guān)和守恒觀(guān)等化學(xué)學(xué)科核心觀(guān)念；并通過(guò)顯性化表述，體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)[5]。
探究二：組裝多套二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制取裝置和驗(yàn)證水與二氧化碳反應(yīng)
經(jīng)生生討論，學(xué)生設(shè)計(jì)如下發(fā)生裝置（見(jiàn)圖1 ）：
圖1 多套二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制取裝置
但末能用U型瓶組裝，但經(jīng)教師引導(dǎo)、生生討論，最后組裝如下圖：
圖2 多套二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制取裝置
實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)異常現(xiàn)象：加熱通入二氧化碳的石蕊試液試管中，試管的紅色不恢復(fù)紫色？師生交流討論，確定在實(shí)驗(yàn)室制取氣體時(shí)加入藥品應(yīng)適量，稀鹽酸不能太多。
設(shè)計(jì)意圖：以“學(xué)會(huì)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的模型、掌握實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的操作步驟、學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)其他實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置”為主線(xiàn),形成和發(fā)展探究能力，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。
探究三：實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳，用排水法收集二氧化碳，并驗(yàn)證二氧化碳能滅火實(shí)驗(yàn)。
學(xué)生組裝裝置如下：
圖3 實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳驗(yàn)證二氧化碳能滅火實(shí)驗(yàn)
但學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)上面先熄滅,師生交流討論分析原因？
設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生形成化學(xué)核心概念和知識(shí)，逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；聚焦學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展，問(wèn)題設(shè)計(jì)關(guān)注學(xué)生高階認(rèn)知，知識(shí)建構(gòu)注重學(xué)生自主能動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。
探究四：實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸制取干燥純凈二氧化碳并檢驗(yàn)二氧化碳實(shí)驗(yàn)
經(jīng)教師引導(dǎo)、學(xué)生討論，組裝如下實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖4）：
圖4 實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸制取干燥純凈二氧化碳并檢驗(yàn)二氧化碳實(shí)驗(yàn)
學(xué)生開(kāi)始直接把二氧化碳通入澄清石灰水中，不出現(xiàn)渾濁。經(jīng)師生交流討論，學(xué)生分析歸納得出：濃鹽酸有揮發(fā)性，生成的二氧化碳中混有氯化氫氣體，造成石灰水不變渾濁的原因。
并說(shuō)出用上面裝置的原因：先用濃鹽酸和石灰石制取二氧化碳，然后把二氧化碳通入飽和碳酸氫鈉溶液中，不僅可以除去氯化氫氣體，還可以產(chǎn)生二氧化碳。
設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)特定情境和具體條件下，選擇制訂合理解決問(wèn)題的方案，培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”的核心素養(yǎng)。
6.4交流歸納總結(jié)（2 分鐘）
【教師】要求每組學(xué)生結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)成敗分析，并分享實(shí)驗(yàn)成果。
【學(xué)生】 每組相互討論、歸納總結(jié)本節(jié)實(shí)驗(yàn)探究的收獲，學(xué)生代表發(fā)言。
設(shè)計(jì)意圖：提高創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)效性，多反思、多交流多總結(jié)的有效教學(xué)。
6.5拓展內(nèi)化（9分鐘）
【教師】教師出示練習(xí)并巡視，并與學(xué)生互動(dòng)，適當(dāng)指導(dǎo)。
【學(xué)生】學(xué)生課內(nèi)完成課內(nèi)內(nèi)化。
課內(nèi)內(nèi)化：
1．下列各圖（見(jiàn)圖5）所示裝置的氣密性檢查中，漏氣的是 。
A B C D
圖5 氣密性檢查
2. 某學(xué)生設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)室里制取二氧化碳的裝置（見(jiàn)圖6 ），說(shuō)出各裝置的優(yōu)、缺點(diǎn)？
A B C D E F
圖6 實(shí)驗(yàn)室里制取二氧化碳的裝置
3.同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖所示裝置來(lái)探究二氧化碳的制取和性質(zhì)(見(jiàn)圖7），下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的敘述正確的是( )
圖7 探究二氧化碳的制取和性質(zhì)
A．移動(dòng)粗銅絲能控制反應(yīng)的發(fā)生和停止 B．該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明二氧化碳的密度比空氣大
C．浸有紫色石蕊試液的棉花會(huì)變藍(lán) D．產(chǎn)生的二氧化碳可用生石灰干燥
4. (2016，青島)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探究的重要方式。某同學(xué)設(shè)計(jì)如下圖所示實(shí)驗(yàn)，探究二氧化碳的有關(guān)性質(zhì)（見(jiàn)圖8）。請(qǐng)?zhí)羁眨?/span>
圖8 探究二氧化碳的有關(guān)性質(zhì)
(1)實(shí)驗(yàn)1采用了科學(xué)探究中的控制變量法，該實(shí)驗(yàn)控制的變量是____________。
(2)實(shí)驗(yàn)1中干石蕊紙花噴水后放入二氧化碳中，觀(guān)察到的現(xiàn)象是_______________，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________。
(3)實(shí)驗(yàn)2是在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的創(chuàng)新改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，將二氧化碳緩慢通入豎直放置的玻璃管中，能觀(guān)察到第______________(填序號(hào))號(hào)棉球先變色，通過(guò)此現(xiàn)象可獲得關(guān)于二氧化碳的另外一條性質(zhì)是______________________。
5.下圖是實(shí)驗(yàn)室用碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳并驗(yàn)證其性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置圖（見(jiàn)圖9），試根據(jù)題目要求回答下列問(wèn)題：
圖9 實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳并驗(yàn)證其性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置圖
(1)儀器a的名稱(chēng)是_____________；裝置A中發(fā)生的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________，裝置C中觀(guān)察到的現(xiàn)象是_______________。
(2)裝置D中觀(guān)察到下層蠟燭先熄滅，上層蠟燭后熄滅，說(shuō)明_______________，它不能_______，也不能_______________。由此可知，二氧化碳在生活中可用于_______________ 。
(3)實(shí)驗(yàn)室用裝置E來(lái)收集二氧化碳時(shí)，二氧化碳應(yīng)從 ____________ (填“c端”或“d端”)通入。
【課外作業(yè)】學(xué)生課外完成課外內(nèi)化
課外內(nèi)化：
1.小紅同學(xué)想探究實(shí)驗(yàn)室中用石灰石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳后廢液中溶質(zhì)的成分，請(qǐng)你一同參與探究并回答問(wèn)題。
（提出問(wèn)題）廢液中的溶質(zhì)是什么物質(zhì)？
（作出猜想）小紅認(rèn)為廢液中溶質(zhì)只有CaCl2；你認(rèn)為還可能含有的溶質(zhì)是 （填化學(xué)式）。
（查閱資料）CaCl2溶液呈中性。
（實(shí)驗(yàn)與結(jié)論）①請(qǐng)你寫(xiě)出碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式 。
②分別取少量該廢液和CaCl2溶液加入到兩支試管中，并向其中分別滴入無(wú)色酚酞試液做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果兩支試管中溶液均無(wú)色，于是小紅認(rèn)為自己的猜想是正確的。
③你認(rèn)為小紅的實(shí)驗(yàn) （填“能”或“不能”）證明她的猜想，理由是 。
④如果要證明你的猜想是正確的，你可以選擇 （填字母）來(lái)代替酚酞試液。
A．石蕊試液 B．氫氧化鈉溶液 C．稀鹽酸 D．硝酸銀溶液
2.學(xué)生利用家中常用的用品，組裝實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的發(fā)生裝置。
7.【板書(shū)設(shè)計(jì)】
實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2 二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取與性質(zhì)板書(shū)設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)：
【1】王晶 中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)及教學(xué)研究 【M] 北京 北京師范大學(xué)出版社 2009.9（1025.1重印 ）1-4
【2】林崇德 21世紀(jì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的研究 【S】北京 北京師范大學(xué)出版社 2016
【3】王晶 鄭長(zhǎng)龍 義務(wù)教育教科書(shū) （九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)）[M] 北京 人民教育版社2012.113=115，125-126
【4】王晶 促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的化學(xué)課堂教學(xué)改革 【R】
【5】王晶 核心素養(yǎng)視域下的化學(xué)教材與教學(xué)研究 北京 人民教育出版社 2018.11 8
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