王婷　沈理明　姚蘭

摘要：文章從化學、工程和技術(shù)相聯(lián)系的視角開展研究性學習活動的實踐研究。闡述了研究性學習活動的實踐目標、實踐過程、實踐案例以及實踐評價。

關鍵詞：化學；工程和技術(shù)；研究性學習活動；實踐研究

文章編號：1008-0546（2017）05-0063-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.020

化學、工程、技術(shù)本身就是相互聯(lián)系的，將化學學習與科學探究及工程設計的實踐融合起來，有利于學生以連貫的視角看待化學和工程[1]；將化學知識學習與應用有機結(jié)合起來，有利于形成科學系統(tǒng)的知識。怎么將化學、工程、技術(shù)聯(lián)系起來呢？筆者在組織學生開展化學研究性學習時，將實驗設計等方法引入了其中。筆者選取蘇州市某四星級高中高一年級學生為實踐對象，在綜合實踐活動課程中開展基于實驗設計等內(nèi)容的研究性學習活動的實踐研究。

一、實踐目標

第一，讓學生掌握實驗基本技能，初步掌握實驗設計方法； 第二，讓學生經(jīng)過實驗設計及實施、數(shù)據(jù)收集和分析等，經(jīng)歷探究過程，培養(yǎng)學生參與實驗探究的興趣； 第三，將知識與實踐聯(lián)系起來，將知識運用于實踐，同時在實踐中加深對知識的理解與深化；第四，培養(yǎng)學生的動手能力和思維能力，特別是創(chuàng)新思維能力和獨立思考的能力。

二、實踐過程

1. 實踐對象的選取

選取蘇州市某四星級高中高一年級學生為實踐對象。依據(jù)實驗能力的構(gòu)成要素編制《高一新生化學實驗能力測試》測試卷[2]， 通過測試選拔9名學生，分成四個化學研究性學習小組。每組成員2～3人，教師根據(jù)研究性活動中的實際需要進行人員的搭配和調(diào)整。每組推選一名組長，負責各項通知等協(xié)調(diào)性工作，協(xié)助研究性學習活動的順利進行。

選拔的學生已經(jīng)學習了蘇教版高中化學必修一以及必修二的相關知識；對化學研究性學習活動有興趣；但是探究能力水平有限，因此在研究內(nèi)容設計與安排上根據(jù)學生的實際情況，在活動初期給予學生一定的指導和幫助，讓學生熟悉要進行的研究性學習活動的流程。

2. 活動時間及活動內(nèi)容安排

活動時間兩個月，每周三下午第四課綜合實踐活動課程（一個半小時左右）和每周一午休時間進行研究性學習活動（半小時左右）。

依據(jù)研究性課題選題的原則和選題的來源，由教師確定以下四個課題供學生選擇。課題1：用黃金分割法研究高錳酸鉀與氯酸鉀混合物快速制備氧氣[3]；課題2：用正交試驗法確定銀鏡反應最佳條件；課題3：食品 SO2的檢測；課題4：手持技術(shù)繪制酸堿滴定曲線?；顒影才乓姳?。

3. 活動的實施步驟

（1）實驗前培訓，以開設講座的方式使學生了解每個課題的意義和一般方法。講座內(nèi)容由教師事先準備，以PPT形式呈現(xiàn)，每個課題開始之前均做相應的講座培訓。每周三進行一次講座培訓，下周三進實驗室進行實驗活動。

（2）依次公布化學研究性學習活動課題，學生自行制定實驗方案，大約一周時間。

（3）教師建立“我們的資料庫”。資料庫中提供學生所需要的研究的課題的資料和有效信息，指導學生搜集整理課題資料。

（4）師生共同商討實驗方案，確定最終實驗方案。每周一午休課題組會議討論并確定實驗方案細節(jié)，師生、各小組成員相互討論以完善最終實驗方案。

（5）次周進行實驗。由教師和實驗員準備實驗所需藥品、實驗器材，部分實驗學生自行組裝實驗裝置。

（6） 各小組依據(jù)所制定的實驗方案完成實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告。

（7）小組匯報。各小組撰寫實驗報告，并進行結(jié)題評價。

三、化學研究性學習活動實踐案例

1. 用黃金分割法研究高錳酸鉀與氯酸鉀混合物快速制備氧氣案例

（1）實驗原理：高錳酸鉀加熱分解生成氧氣，生成的產(chǎn)物之一二氧化錳催化氯酸鉀分解生成氧氣。

（2）實驗方案

稱取高錳酸鉀1g ，其分解生成的二氧化錳為0.275g。一般氯酸鉀與二氧化錳質(zhì)量比為1∶1至1∶10，則氯酸鉀質(zhì)量范圍為0.275g 至2.75g。

（3）實驗反思

第一，在實驗設計過程中，有對于黃金分割法沒有完全理解而導致計算過程繁瑣的現(xiàn)象，需引起重視。

第二，有小組在加熱高錳酸鉀和氯酸鉀混合物時未在導管放棉花，導致實驗不順利，應嚴格規(guī)范實驗操作。

第三，小組成員之間分工不明確，導致在活動過程中配合不緊密，影響實驗進度，應事先明確分工。

類似的還有用正交試驗法研究銀鏡反應最佳條件等案例[4]。

2. 食品中SO2的檢測案例

（1）原理和方法

二氧化硫和亞硫酸鹽類有氧化性，能有效抑制食品加工過程中的非酶褐變；利用其還原性和漂白性可以作為防腐劑，抑制霉菌和細菌的生長。所以二氧化硫又被稱為食品的“化妝品”，用于改善食品外觀，延長保質(zhì)期。常用的二氧化硫添加劑有亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉等。

一般來講，二氧化硫隨著食品進入體內(nèi)后生成亞硫酸鹽，并由組織細胞中的亞硫酸氧化酶將其氧化為硫酸鹽，通過正常解毒后最終由尿排出體外。因此，少量二氧化硫進入機體安全無害；但超量則會對人體健康造成危害。

在本次二氧化硫的快速檢測中采用滴瓶快速滴定法。該方法用碘液進行滴定，到達終點時，過量的碘與指示劑作用生成藍色復合物，根據(jù)碘標準溶液的消耗量計算出二氧化硫的含量。試劑的檢測范圍：0.0～1000.0mg/kg，參照國家標準GB2760-2014，二氧化硫≤0.1g/kg。

（2）對食品抽樣檢測二氧化硫殘留量

樣品取自某超市，共計6種12份。分別用兩個公司研制的產(chǎn)品進行二氧化硫的快速測定，結(jié)果如表3所示。

實驗結(jié)果：對樣品抽檢結(jié)果可見，所選白砂糖、麥片（薯類淀粉）、蜜餞樣品二氧化硫含量均未超出標準允許范圍。

3. 手持技術(shù)繪制酸堿滴定曲線案例

（1）實驗原理

手持技術(shù)（Hand-held Technology），即數(shù)字化手持技術(shù)實驗，又稱掌上實驗室（Lab In Hand），是由計算機和微電子技術(shù)相結(jié)合的新型數(shù)字化實驗手段，主要包括：數(shù)據(jù)采集器、傳感器、計算機及其配套軟件三個部分。手持技術(shù)集數(shù)據(jù)采集、分析于一體，具有便攜、直觀、實時、定量等特點。

由于酸堿中和滴定的全過程均是在溶液中進行的，溶液中pH值的變化隨著滴定過程的進行而發(fā)生變化。使用pH 傳感器檢測混合溶液在滴定過程中pH值的變化情況，并借助計算機以圖像形式顯示出來，即可得到酸堿中和滴定曲線。本實驗操作簡便、快捷、準確性高，因此廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究中，具有很高的使用價值。

（2）實驗體驗

學生運用手持技術(shù)，直觀地看到鹽酸滴定氫氧化鈉的中和反應過程中溶液pH的變化； 了解了滴定突躍，知道了酸堿指示劑的選用方法。

（3）反思

第一，學生在實驗中存在讀取溶液體積時視線沒有與凹液面平行等操作不規(guī)范，導致數(shù)據(jù)讀取有誤差。

第二，在使用pH傳感器時應事先讓學生閱讀使用說明書，以保證對實驗儀器的正確使用和保護。

四、實踐效果評價

整個活動結(jié)束后，對學生進行問卷調(diào)查，97.2%學生對本次研究性學習內(nèi)容感興趣； 52.4%學生能在科學基礎之上做出合理的假設、猜想； 73.7%學生能根據(jù)實驗目的，列出實驗所需器材和藥品，設計完整的實驗操作方案；76.9%學生能準確記錄實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行整理，并能評價數(shù)據(jù)的可靠性；80.6%學生能通過獨立或與他人合作計算、繪制表格等方式對所收集的數(shù)據(jù)進行分析；能在教師指導下或通過討論得出簡單、合理的結(jié)論，并能對結(jié)論做出合理解釋； 73.7%學生能獨立或與他人合作，能用書面或PPT等方式表述研究性學習活動過程和結(jié)果，能有自己的想法，能聽取他人意見；86.2%學生能積極主動參與到研性活動中去，能遵守實驗操作規(guī)范，愿意與他人進行有效溝通交流。

參考文獻

[1] 張穎之.美國科學教育改革的前沿圖景——透視美國K-12科學教育新框架[J].比較教育研究，2012，3：72-76

[2] 趙紅.高中化學探究性實驗教學策略的研究[D].蘇州：蘇州大學，2008：34-40

[3] 沈理明.化學實驗教學與研究[M].貴陽：貴州教育出版社，2004，7：33-40

[4] 王婷 沈理明等. 銀鏡反應實驗條件優(yōu)化的研究性學習活動及行為分析[J].化學教育，2015，21：20-21