臻善课本“探究” 展开变式教学的方法

　科学课程的核心理念之一是突出科学探究. 科学课本中设置了许多探究活动，但其中的一些，由于课题篇幅、学生基础以及知识的循序渐进要求等原因，探究方案并不尽善尽美，探究内容并不完整全面，而历年科学中考中都有部分实验探究题源于课本却又高于课本。因此，在初三科学复习教学中，教师应充分挖掘课本中的“探究”，对其进行恰当的引申、拓展、臻善，进而实现变式教学，[1]这是提高复习效率的有效途径之一。
　　浙教版《科学》八年级下第61页《二氧化碳》中的活动：
　　4.用蓝色石蕊试液测被压扁的瓶中液体，显 色，说明此液体呈 性。
　　二氧化碳是学生继氧气之后比较系统地研究的第二种物质。关于二氧化碳的教学，《科学八年级下教学参考书》建议采用实验、阅读、讨论相结合的方式，重点放在课本安排的几个实验和组织学生讨论上，让学生通过自己动手实验，从实验现象的观察、分析中，归纳总结得出二氧化碳的性质。开始教学时，可以先介绍二氧化碳的实验室制法、收集方法（向上排空气收集法）、检验气体是否充满集气瓶的方法，再让学生观察教师的演示实验，然后让学生用课前收集准备好的二氧化碳进行实验。
　　此探究活动的编写意图只是针对新授课的知识、技能等目标与要求，也符合初二学生的认知水平。笔者认为课本对上述活动的安排只考虑了让学生认识二氧化碳的物理性质和化学性质，并没有进一步探讨实验室制取二氧化碳的药品选择和确定气体收集方法等充满培养学生科学探究思想的相关知识。在初三复习课中，随着学生知识的完善和能力的提升，科学教师可以增设这一目标，通过精选相应的变式练习，实现课本探究活动与中考试题的融合，以提升学生的科学素养。
　　一、实验室制取二氧化碳为什么选用石灰石
　　变式1 （2013·嘉兴中考）为研究实验室制取二氧化碳的速度与什么因素有关，科学兴趣小组的同学设计了如下实验方案：室温下在六个锥形瓶中分别加入A、B两种大理石各50克，然后加入等量的不同溶质质量分数的稀盐酸。记录表如下：
　　（1）由实验方案可知，他们除了在研究稀盐酸质量分数的影响外，还在研究 的影响。
　　（2）查阅资料得知，化学反应的速度与反应物间的接触面积有关。于是他们对上述方案进行了修改，使大理石的 也相同。
　　（3）为了准确比较CO2气体的产生速度，理论上可以测量收集相同体积气体所用的时间，也可以测量 。
　　【解析】 本题主要考查影响生成二氧化碳反应速度的因素，根据科学兴趣小组同学的实验方案，他们除了在研究稀盐酸质量分数对其的影响外，还在研究大理石种类对其的影响，并且由资料得知，反应物间的接触面积会影响化学反应的速度，所以要求大理石的颗粒大小（体积）也要保持相同；要准确比较CO2气体的产生速度，理论上可以测量收集相同气体所用的时间，也可以测量相同时间收集到的气体体积。
　　答案：（1）大理石的种类 （2）颗粒大小（体积） （3）相同时间收集到的气体体积
　　变式1主要探究稀盐酸质量分数、大理石的种类对产生二氧化碳气体速度的影响，其实该题还隐含了一个非常重要的知识，也是一个非常好的探究因素，即实验室为什么选用石灰石（或大理石）制取二氧化碳？现在的科学课本，只通过图2-55告诉学生实验室用石灰石（或大理石）制取二氧化碳气体，并没有阐述其原因。石灰石（或大理石）的主要成分是碳酸钙，碳酸盐跟酸起反应，一般都有二氧化碳生成。若选用可溶性的碳酸盐（如碳酸钠等），与酸反应速度过快，难以控制；若选用不溶性碳酸盐（如碳酸镁等），则其来源一般较少。石灰石（或大理石）与酸反应速度适中，其在自然界中的含量也极其丰富，且价格低廉。[2]所以，变式1更有助于学生完善知识结构，不仅解决了实验室为什么选用石灰石（或大理石）制取二氧化碳的问题，而且进一步探讨了稀盐酸质量分数等对制取二氧化碳速度的影响，不失为举一反三的好题。
　　二、实验室制取二氧化碳为什么最好选用稀盐酸
　　变式2 （2007·杭州中考）鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙。教师在课堂上做了个趣味实验，将鸡蛋放入盛有100毫升稀盐酸的烧杯中（鸡蛋的密度大于稀盐酸的密度），可以看到鸡蛋先下沉，一会又上浮，到液面时又下沉，如此反复。该实验中发生的化学反应方程式是 。浮力改变是鸡蛋下沉后又上浮的直接原因，而造成浮力改变的主要原因是 。除此主要原因外，引起浮力改变的原因还有 （假设在反应的过程中，鸡蛋、溶液体积和温度不变）。
　　小明对该实验很感兴趣，他也将同样的鸡蛋，放入实验室常见的酸溶液中，但见鸡蛋下沉后却并不上浮，你猜测这其中的原因可能是 ，或是 。
　　【解析】 本题主要从日常生活中的一个常见的现象入手，对浮力知识和化学方面的知识进行综合考查。鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙，与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，而鸡蛋浮力大小的改变主要与排开液体体积的改变有关，即碳酸钙与盐酸反应产生的小气泡附在鸡蛋壳表面，使鸡蛋排开的液体体积增大，导致浮力增大，鸡蛋上浮到液面，气泡破裂，体积减小，浮力也减小，因而又下沉。此外，鸡蛋浮力大小的改变也与溶液的密度改变有关，由盐酸变为氯化钙溶液，溶液密度增大。而小明的实验，既然鸡蛋放入酸中没有上浮，也可以从上浮原因的反面进行分析，如果酸的浓度较小，与碳酸钙反应产生的二氧化碳较少，鸡蛋所受的浮力小于所受的重力；此外，如果酸是硫酸，与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙会阻碍继续反应。
　　变式2通过小明实验的不成功，巧妙地引出一个重要的科学问题，即实验室制取二氧化碳时，为什么最好选用稀盐酸，这与实验室为什么选用石灰石制取二氧化碳一样在课本中都没有说明，这也是一个非常好的探究因素。如果用稀硫酸和石灰石（或大理石）反应，由于生成的微溶性固体硫酸钙覆盖在石灰石（或大理石）表面，使酸与石灰石（或大理石）脱离接触，导致反应太缓慢或停止，若要让反应能进行，则需考虑让反应物之间的充分接触，如选用石灰石（或大理石）粉末等。如果用硝酸与石灰石（或大理石）反应，由于硝酸不稳定，见光或受热易分解，制得的CO2中混有NO2和O2等杂质；如果用浓盐酸与其反应，由于浓盐酸具有挥发性，制得的CO2中混有氯化氢气体，选用稀盐酸 制得CO2气体则较为纯净。[2]
　　三、实验室能否用排水法收集二氧化碳气体
　　【解析】 本题主要考查二氧化碳的性质。在探究二氧化碳的溶解性时，为了避免杂质等影响，试剂瓶中加入的水应是蒸馏水；为了使二氧化碳充分溶解，应尽量缓慢地推动活塞；当向水中注入CO2气体体积达到120毫升时，红色油柱开始向上移动，说明200毫升水中最多能溶解120毫升二氧化碳，实验表明在该条件下，1体积水中能溶解二氧化碳的体积是：120毫升/200毫升=0.6。
　　答案：（1）A （2）使二氧化碳充分溶解 （3）0.6
　　变式3通过定量的方式探究了二氧化碳在水中的溶解能力，回答了实验室能否用排水法收集二氧化碳气体的问题。课本通过图2-57、2-56定性的说明二氧化碳溶于水、且二氧化碳的密度比空气大，只能采用向上排空气法的方式收集二氧化碳气体。通过本实验却发现在该条件下，1体积水中能溶解二氧化碳的体积为0.6（在标准状况下，1体积水也仅能溶解0.88体积的二氧化碳[3]），这个量并不大，此外还可通过二氧化碳在水中溶解快慢的实验，得出二氧化碳在水中溶解速率并不大，所以在实验室完全可以使用排水法收集二氧化碳，如果采用图乙方式收集效果则更佳。我们知道能用排水法收集的气体，一般不用排空气法收集，因为排水法收集的气体纯度高，而且还可以观察到气体何时集满。[4]
　　科学课本是课程专家、学科专家以及广大一线优秀科学教师集体智慧的结晶，是科学教师教学的基本凭借，也是学生自学的主要对象。但是，我们绝不能把科学课本当成是“圣经”、唯一的科学课程资源。在初三复习“科学探究”时，科学教师以课本为基础，通过创设新情境、新问题，臻善典型“探究”活动，开展有效性的变式教学，这不仅能使学生的学习“减负提质”，更能培养学生的求异创新能力。
　　参考文献：
　　[1] 王鹤新. 挖掘教材例题，开展变式教学[J]. 中学物理教学参考，2013（4）.
　　[2] 徐宜秋. 实验室制取二氧化碳若干问题释疑[J]. 数理化学习（初中版），2008（11）.
　　[3]张鹏云. 化学探究性实验设计的新视角[J]. 教学月刊·中学版（教学参考），2013（8）.
　　[4] 马逸群. 实验室制取二氧化碳3个问题的研究[J]. 实验教学与仪器，2010（1）.

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