化学研究性学习案例

化学研究性学习案例

我们学生大多来自于农村，他们对周围的自然环境和农村生活较为熟悉，开展环境教育有良好的基础。在化学教材提供的内容的基础上，由教师创设问题情景，学生自主开展小课题研究，基本过程可以概括为：明确问题、选定课题—→制定研究计划—→开题论证—→课题实施—→课题结题—→成果鉴定与成果交流。化学研究课题包括实验探索类、调查研究类和科技创新类。在这里，以“铜与浓硝酸反应实验的改进”小课题研究为例，展示学生的研究过程。

（一）、课题的由来：

铜与浓硝酸的反应是人教版高二化学课本第一章第三节的内容。在教师演示过程中，学生提出一些疑问：按照教材的操作和装置，当铜与浓硝酸反应，导气管直接插入氢氧化钠溶液中，很容易发生倒吸；氢氧化钠溶液对二氧化氮气体的吸收有限，有污染空气的可能；二氧化氮尾气没有综合利用。基于此，教师组织学生开展研究性学习，以改进铜与浓硝酸的实验。

（二）、研究过程：

1、确定课题，成立课题组：

经过教师和学生的讨论，选定“铜与浓硝酸反应实验的改进”作为研究课题，着重解决二氧化氮尾气的吸收和利用问题。学生依据各自的个性特长自由结合，组成课题组（一般4人—8人），产生组长。

2、设计方案，撰写开题报告：

学生查阅大量资料，提出可以通过以下若干种途径改进实验装置：

方案一：利用注射器完成铜与浓硝酸反应的微型实验；

方案二：将铜与浓硝酸的反应和二氧化氮与水的反应结合，完成二氧化氮的喷泉实验；

方案三：使铜与不同浓度的硝酸反应，观察一氧化氮和二氧化氮之间的相互转化。……

以班为单位组织开题报告会，各课题组选派一位代表向老师和全班同学汇报，大家质疑提问，小组成员现场做答。指导教师根据开题报告和全班讨论的情况，对方案进行评价，并提出修改意见。

3、实验验证，开展研究：

学生设计实验方案，分组讨论后，确定实验装置和步骤，由教师认可后，进入实验室完成相关实验。学生的实验报告如下：

实验改进一（验证方案一）：

（1）用注射器吸取少量浓硝酸，用橡胶塞密封针头，翻转至针头向上，使浓硝酸与铜接触，开始反应。观察NO2的生成。

（2）翻转注射器至针头向下，使铜片与浓硝酸脱离开来，反应停止。

（3）将针管内液体排出，吸进少量水，振荡，看到气体由红棕色变为无色，说明NO2与H2O发生反应。

（4）实验结束后,吸入少量空气缓缓注射到氢氧化钠溶液中，处理余气，防止污染。

实验改进二（验证方案二）：

（1）向烧瓶中加入少量浓硝酸，并在靠近橡皮塞的长导管处缠上螺旋状铜丝。

（2）缓缓倒置烧瓶，下端连接一个盛有NaOH溶液的塑料瓶，如图所示装好仪器，铜与浓硝酸开始反应。

（3）当烧瓶内充满二氧化氮气体时，一只手堵住导气管管口，另一只手挤压塑料瓶，使少量水进入烧瓶，立即形成喷泉，并生成少量Cu(OH)2絮状沉淀。

图2 实验改进三（验证方案三）：螺旋状铜丝

矿泉水瓶（盛有NaOH溶液）图1

（1）向试管中加入一定量的碳酸钙固体，再加入过量的稀硝酸，并迅速盖上带铜丝和导管的橡皮塞。

（2）待空气排尽后，将铜丝插入到溶液中，此时可看到铜与稀硝酸反应产生无色NO气体。(如反应不明显，可稍加热)

（3）用注射器向试管内推入氧气，可看到无色NO气体变成红棕色的NO2气体。

图3

4、反馈评价，成果交流：

在学生自评、组间互评的基础上，综合考虑实验的可行性、科学性、安全性等方面因素，学生们认为第二种实

验方案比较好，主要优点是：它将铜与浓硝酸反应的实验、二氧化氮与水反应的喷泉实验巧妙地组合在一起，装置

简单，操作简便，现象明显，无污染，适于作为“家庭小实验”。

在完成了结题之后，我随机采访了几位学生。他们说：最初的时候，也曾担心自己是否能够胜任这种课题研究工作，会不会影响学习和考试成绩，……但经过几个星期的研究活动，他们渐渐地喜欢上化学了，在他们看来，化学知识显得非常有用和神奇。在进行研究性学习的过程中，小组成员也结成了凝聚力很强的团队，合作意识增强，能够互帮互助，取长补短，共同进步。