探究型教学设计案例－《氯气与水的反应、氯水的成分》
敦化市第二中学
朴光海
所谓探究性学习是由学生在学习和社会生活情境中发现问题、选择课题、设计方案，通过自主探究，收集和处理信息，研究和讨论，求得问题解决，从而体验和了解科学探索过程，养成自主探究、创新的意识和习惯，形成和提高创新能力，建构知识积累和丰富直接经验的活动过程。义务教育阶段化学课程中的科学探究是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动，是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段化学课程的重要内容，对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。科学探究既作为学习的方式，又作为学习的内容和目标，它的实现必须让学生亲身经历和体验丰富的探究活动，从而激发化学学习的兴趣，增进对科学的情感，理解科学的本质，学习科学探究的方法，初步形成科学探究的能力。下面以“二氧化碳教学”为例，谈谈在化学课堂教学中，如何实施探究性学习活动。
新课程试验实施几年来，多数教师已经意识到，探究学习活动必须引导学生在“做科学”中学科学。“做中学”，做是为了学。“学科学”强调的是培养学生用科学方法学科学，注重培养问题意识，注重科学理论或知识的学习建构过程 ，掌握科学知识和技能、形成科学的概念。在学习活动中，理解什么是科学、初步了解怎样进行科学研究，培养探究意识，提高探究能力。但是，从目前中学的化学教学实践看，怎样把这些正确的认识落实到教学中，用以指导探究学习活动的设计和组织，还需要更多的实践，更深入的研究。
下面以高中《化学1》的教学中有关“氯气与水的反应、氯水的成分”内容的探究教学设计为例，做粗浅的讨论、分析。 探究活动设计1 该活动设计的程序是：
1．提出问题：氯气通入水中，得到氯水。氯水中含有哪些物质？氯气与水发生了什么反应？
2．指导学生闻、氯气、氯水的气味，从闻到的气味说明溶液中含氯分子； 3．组织学生进行实验，说明实验现象并得出相应的结论：
①向氯水中滴加浓碳酸氢钠溶液---观察现象（有气体放出）----写出反应的化学方程式，说明溶液中含氢离子；
②向氯水中滴加硝酸银溶液-----观察现象（有白色沉淀生成）------写出反应的化学方程式，说明溶液中含氯离子；
③向氯水中滴加品红溶液-----观察现象（品红褪色）-----说明溶液中含能使品红褪色的某种物质。
4．组织学生讨论，从以上现象可以知道氯水中含有哪物质？
5．教师小结，讲解氯水中含有的能使品红褪色的物质是次氯酸（HClO）。说明氯气溶解于水发生了以下反应：Cl2 + H2O === HCl + HClO
上述探究活动，包含了提出问题、学生的实验、讨论活动，指导学生从实验获得说明氯水成分的证据，得出问题的答案，完成了氯气与水作用实质的教学，学习了次氯酸的漂白性。从设计看，问题的提出（氯水中含有哪些物质）、解决问题的方法（进行的4项实验）都是教师提出的。问题和活动直接指向所要学习的内容：验证氯水中存在的几种成分，理解氯与水的作用实质。整个探究学习活动全是按教师预设的程序进行，学生问题意识的启迪，探究欲望的激发，归纳、推理的思维训练都比较欠缺。活动过程中学生几乎没有自己提出问题、主动思考、进行活动的机会，学习仍然处于比较被动的状态。
课堂教学的探究学习活动，探究的问题应该是学习的需要或学习过程中发现的问题，或来自学生生活与直接观察。课堂的探究学习活动需要教师的设计、组织和预设，也需要学生自己围绕学习的内容提出需要探究的问题。探究的核心活动，需要教师的组织、启发、指导和优化，更需要学生的主动参与。学生也可以提出或进行自己希望进行的活动。如果教师只是依据学习内容，按照科学探究的几个要素和一般过程设计组织探究活动，让学生按部就班进行实验操作、讨论，验证书本上的知识内容，就可能把“学生活动”变成“活动学生”，难以达到探究学习应有的效果，难以实现课程的三维学习目标。
探究活动设计2 设计和组织的学习活动如下：
1.观察与思考。观察氯气通入水的实验（有尾气处理装置）。从观察到的现象看，
你认为氯气能溶于水吗？说说你的理由。
2．问题与实验。你能设计一个简单实验证明氯气能溶于水吗？交流、讨论所提出的实验设计。
若学生提出了可行的实验方案，教师提出必要的改进意见后演示并进行评价。若学生未提出可行的实验方案，让学生观察教师设计的实验：用100mL针筒抽取80mL氯气,再抽取20mL水,振荡，观察发生的现象。引导学生说明现象，推理，得出结论。 3．小结，提出新的讨论问题。80mL氯气与20mL水,振荡，得到的溶液小于100mL，说明氯气能溶于水。得到的溶液称为氯水。可以闻到氯水有氯气的气味。氯水是否就是溶解在水中的氯气与水这两种物质的混合物？说说你的想法和理由。 4．根据同学的猜测、讨论，教师做简要归纳。并请学生观察如下实验，进一步思考、讨论问题3的答案。
把一小片干燥的红色布条，分成三段，分别置与氯气、氯水、水中，观察发生的变化。
5．讨论小结，提出进一步讨论的问题。实验证明氯水含有能使红色颜料褪色的物质，而氯气和水都不会使红色颜料褪色。这种物质是氯水中存在的新物质。可见氯水并不是溶解在水中的氯气和水这两种物质的简单混合物。人们研究得知，氯气溶解于水时，部分氯气可与水发生反应，生成一种称为次氯酸（HClO）的物质：Cl2 + H2O === HCl + HClO 次氯酸（HClO）有强氧化性，有漂白作用，可以漂白某些染料和有机色素。它还可以使一种红色颜料品红褪色（演示）。 按照氯气与水反应的研究结论，氯水中还应该存在盐酸。你能设计一个简单的实验检验氯水中存在的盐酸吗？和同学们讨论你的实验设想。
6．归纳讨论方案，并组织学生进行所提出的可行的下列实验：用石蕊试剂或用pH试纸检验氯水是否有酸性；试验氯水与碳酸氢钠溶液或锌粒的作用；试验氯水与硝酸银溶液的作用。
7．实验小结、质疑。正如大家从实验中发现的，氯水与硝酸银溶液作用生成白色氯化银沉淀，说明氯水中含氯离子。氯水与碳酸氢钠溶液有气体析出，可见氯水呈酸性。这两个实验可以说明氯水中存在的盐酸。
同学们也发现，紫色石蕊试液滴入氯水，溶液变红后却褪色了；用pH试纸测氯水，也发现试纸颜色变化有异常，锌和氯水反应放出气体的现象不太明显。该怎样解释这些现象？能依据这些否定氯水中存在的盐酸的结论吗？请大家讨论。
8．讨论小结、提出进一步研究的问题。氯气溶解于水，部分氯气和水发生了反应，生成盐酸和次氯酸。氯水显酸性，存在氯离子，支持了有盐酸生成的结论。由于反应同时还生成次氯酸，它能使石蕊和pH试纸中的酸碱指示剂漂白褪色，所以用它们检验氯水的酸性，不会有持久的红色显现。此外，实验还说明氯水中生成的酸的浓度较小。
人们还发现，氯水保存久了，其中的氯气和次氯酸却逐渐消失了，氯水最终变成很稀的盐酸。这又是为什么呢？
我这里有一装满氯水的烧瓶，倒置在水槽中，放了一段时间后发现烧瓶顶部有气体出现，现在把装置放到阳光下，请大家仔细观察，看看还能发现什么？想想为什么？并发表你的看法。
9．讨论小结。正如大家从实验观察中发现的，氯水中的HClO不稳定，能分解生成气体。进一步研究可以知道分解放出的是氧气，次氯酸转化为盐酸：2HClO == 2HCl + O2↑，光照可以加速它的分解。
与探究学习活动设计1一样，设计2也把教学内容作为探究学习的中心，探究活动也包括提出的问题、实验活动、讨论交流等环节。实践证明，设计2所设计的学习活动，无论对知识的理解、掌握，提高学生获取新知识能力、分析解决问题的能力，效果都较好。设计2围绕教学的中心内容，以氯气是否可溶于水，氯水中含什么成分，为什么用石蕊、pH试纸检验氯水的酸性有异常现象发生，为什么氯水长久放置会变成很稀的盐酸等问题，步步为营、层层深入，揭示了氯与水的反应实质、次氯酸的性质。设计的问题和实验能激发学生的探究欲望，能引发思考。无论学生或教师提出的问题，都在学生认识的最近发展区，是理解、掌握所要学习内容的关键点，学生也易于发表意见。设计2也更注重在活动中引导学生观察、思考，发表自己的看法，提出质疑。在预设的活动方案中，教师也为学生留出了提问、发表意见的时间和空间。
在课堂上完成设计2所花费的时间，让学生思考的问题都要比设计1多。对氯气在水中溶解、反应的问题，讨论也深刻得多。学习活动没有停留在实验活动的操作层面上，比较重视引发学生的认知冲突。例如，让学生面对氯气通入水中，有溶解也有化学反应的过程，面对用石蕊、pH试纸检验氯水酸性出现的异常现象，产生疑问，引起思考。学生在新的实验事实面前，通过思考，联系新旧知识，是自己的认识更全面，概念更明晰。进一步扩大、深化了对事物的认识，增进了对科学的理解。如果探究学习活动不能引发认知冲突，不能暴露学生的前概念，不关注学生的前概念中与科学概念不一致的问题，学生虽然表面上获得科学结论，但并没有转变自己原有的前概念，不利于学生理解科学的本质。
科学探究不能只强调通过做科学来培养学生科学探究技能，忽视通过学科学来促进学生建构科学知识，实现概念转变。“科学探究”也不仅仅只是为了帮助学生理解科学知识，不单是为了让学生通过动手更好地理解科学知识。用做科学的方式学习，要有利于实现前概念向科学概念的转变，深化对科学概念的理解，领悟科学方法和科学的本质。
设计2也不回避无法通过学生观察、实验得到知识或问题的答案。也不排除运用直接给学生介绍知识和前人研究结论的方法。但是，这需要在引发学生的问题意识和学习欲望为前提。设计2，没有让学生通过探究来了解能使有机色质褪色的物质是什么，也没有要求学生探究氯气和水发生了什么样的反应。因为这是学生的能力、水平达不到的。教师在学生需要解答问题时，适时做了简要介绍，并提出需要进一步探究的问题。
探究活动是科学研究的一种思维方式和活动，探究方法强调动手操作，重视资料分析归纳的过程，重视实证和经验，但不能替代获得新概念或知识的所有方法。如果不顾学生的水平和基础，事事都要探究，或者要求他们像科学家那样进行问题的研究，要求他们进行超越学生的认识水平和能力、包含科学探究的各种要素的繁难的探究学习，只能让教师本人和学生都对科学探究产生畏惧，不可能也不现实。如果探究活动中就一些学生无法用实验、归纳、推理得到结论的问题，利用一些似是而非的理由牵强附会的解释、“推理”，糊弄出结论来，不可避免地会让学生对科学和科学方法产生误解。设想，如果让学生从氯水能使红色布条褪色，直接“推理”得出其中含有次氯酸的结论来，再由此推出氯气和水发生的反应，还有“科学”可言吗？
要帮助学生在探究学习活动中领悟到科学是探究自然界的思考方式和探究方式。科学知识是人们在探究自然和社会的过程中，用真实证据验证假说，得出的结论。科学只有不断的质疑、验证，探究,才能逐渐逼近真理。
