化學實驗教學中科學探究能力的培養

郝蘊英

化學課程標準的課程目標以提高學生的科學素養為主旨。科學探究活動能使學生主動地獲取化學科學知識,體驗科學過程與運用一定的科學方法,能更好地理解科學的本質,有助于形成一定的科學探究能力以及科學態度、情感與價值觀,發展創新精神和實踐能力。可見學習化學的一個重要途徑是科學探究,實驗是科學探究的重要手段和載體。科學探究包括提出問題、猜想與假設、制訂計劃、進行實驗、搜集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流等多種要素。如何在實驗教學中有效培養學生的探究能力是每一位化學教師義不容辭的責任。

1 創設情境,培養學生發現問題、提出問題的能力

1.1 鼓勵學生從日常生活中發現和提出問題例如“燒不壞的手帕”,根據學生的經驗,衣物之類的物品遇火易燃燒,明明看到手帕在熊熊燃燒,怎么火焰熄滅后,手帕卻完好無損呢?“紫色蘿卜汁染成的小花滴加食醋變紅”,紫色小花為什么會變紅呢?這些問題學生輕輕松松就可以提出來,而且有利地激發了學生學習化學的濃厚興趣和強烈的求知欲。

1.2 營造和諧氣氛,鼓勵學生大膽質疑在創設問題情境的基礎上,鼓勵學生大膽想象、質疑、勇于求異,主動發現和提出問題。對敢于質疑的學生給予及時肯定和表揚,努力建立一種平等、信任、理解的新型師生關系,營造一種民主、和諧、寬松、自由的課堂教學氣氛,讓學生消除思想障礙,敢于質疑。讓問題成為學生感知和思維的對象,使學生在問題中求知,在問題中發展,不斷提高發現和提出問題的能力。

1.3 化學新課程中所倡導的化學實驗問題,應“有探究價值”所謂探究價值,是指化學實驗問題一定要滿足化學實驗教學的主體——學生——發展科學探究能力的需要,對提高學生的科學素養具有重要的意義和作用。所以,教師在設計實驗探究問題時主要考慮學生主體的需要,還要考慮學校是否具有實驗探究的條件。

2 適度引導,培養學生的猜想與假設能力

猜想與假設是實驗探究能力的構成要素,是制訂計劃的重要依據,也是學生創新能力的重要體現。所謂假設,是指根據一定的實驗事實和證據,運用已有的科學理論,充分發揮思維的想象力和創造力,對所要解決的問題提出的一種初步設想。當所要探究的問題確定以后,學生自然要思考如何解決問題。這時,學生就要從大腦中回憶或提取與所要解決的問題有關的經驗和知識,對解決問題的思路或切入點等進行綜合思考,并提出一些初步的設想,這些初步的設想就是假設。

案例1 二氧化碳能否與水反應

在學習二氧化碳能否與水反應的性質時,由于學生在日常生活中沒有這方面的知識積累,所以讓學生在知識儲備不足的情況下獨立提出猜想與假設是有一定困難的,這時就需要教師適度的引導。

筆者在溶有二氧化碳的水中滴加紫色石蕊溶液,讓學生觀察紫色石蕊溶液顏色變化情況。結果紫色石蕊溶液變紅,于是反問學生紫色石蕊溶液為什么變紅,到底是液體中的哪些物質使紫色石蕊變紅。引導學生分析:溶有二氧化碳的水中滴加紫色石蕊溶液后,假設物質之間沒有發生化學反應,液體中一共有幾種物質?它們分別是什么物質?學生非常容易地得出液體中含有3種物質,分別是水、二氧化碳、紫色石蕊。這時候再提問到底是液體中的哪種物質使紫色石蕊變紅,學生就可以輕松說出自己的猜想:1)可能是水使紫色石蕊變紅;2)可能是二氧化碳使紫色石蕊變紅;3)也可能是二氧化碳與水反應生成的新物質使紫色石蕊變紅。

在教學的過程中,可通過具體的實驗探究活動,使學生認識猜想與假設的重要性,體會到猜想與假設是化學實驗學習的重要且具體的學習方式;通過創設生動活潑的實驗教學情境,在實驗探究的氛圍中,自然而然地引發學生的想象力,引導學生主動、大膽地對所探究的問題進行猜想與假設;注意發揮實驗探究小組的作用,使每一名學生在小組內都有提出猜想與假設的機會,都能對別人的猜想與假設發表個人的看法,這樣的交流與論證有利于學生取長補短、開闊思路。

3 合理啟發,培養學生設計實驗的能力

制訂計劃是科學探究能力的構成要素之一,在化學實驗教學中體現這一要素,就是有目的、有計劃地發展學生的化學實驗設計能力,根據一定的化學實驗目的和要求,運用有關的化學知識與技能、科學過程與方法,對化學實驗的儀器、裝置、步驟和操作方法所進行的一種規劃。化學實驗設計對于發展學生的科學探究能力、提高他們的科學素養具有重要意義。在設計探究性實驗時,要注意幾條原則:1)科學性的原則,所設計的實驗應該符合科學道理,不能憑空捏造;2)對照性的原則,要設計一個對照性的實驗,要想這個實驗更能夠說明問題,一定要有正反2個方面的實驗;3)等量性的原則,所設計的實驗中的平行反應、試劑的取用應該是等量的;4)單因子的變量原則,對某個實驗的影響,會有很多的因素,實驗正是要人為控制條件,使眾多變量中只能有一個因素是變量,其余幾個是一樣的。

案例2 設計實驗證明二氧化碳能與水反應

取4朵被石蕊溶液染成紫色的小花。第一朵小花噴稀醋酸;第二朵小花噴水;第三朵小花直接放入盛滿二氧化碳的集氣瓶中;第四朵小花噴上水后,再放入盛滿二氧化碳的集氣瓶中。觀察4朵花的顏色變化。

案例3 鐵銹蝕

通過有關鋼鐵銹蝕造成經濟損失資料的收集,由學生自主提出問題:1)如何防止鋼鐵生銹?2)鋼鐵為何會生銹?學生依據日常鋼鐵生銹的經驗及已有的化學知識,提出以下可能假設:1)鋼鐵銹蝕是鐵與空氣中氧氣作用的結果;2)鋼鐵銹蝕是鐵與空氣中水分作用的結果;3)鋼鐵銹蝕是鐵與空氣中氧氣與水分共同作用的結果。分組,由學生討論后,設計實驗方案驗證假設。

某組學生設計的方案:1)在第一支試管中放一枚鐵釘,注入蒸餾水,不要浸沒鐵釘,使鐵釘與空氣和水同時接觸;2)在第二支試管中放入一枚鐵釘,注入剛煮沸的蒸餾水至浸沒鐵釘,然后在水面上注入一層植物油,使鐵釘只與水接觸;3)第一支試管用酒精燈烘干,放入一枚干燥、潔凈的鐵釘,用橡皮塞塞緊試管口,使鐵釘只與干燥的空氣接觸。

一段時間后,學生觀察分析,得出結論:鋼鐵在潮濕的空氣中容易生銹。收集資料并交流討論,提出鋼鐵防銹的合理建議。

總之,實驗教學中的科學探究是一種重要的學習方式,也是義務教育階段化學課程的重要內容,對發展學生的科學素養具有不可替代的作用。積極開展科學探究活動,對于改變學生的學習方式和教師的教學模式具有重要意義。通過科學探究,可以使學生在獲得化學知識和技能的同時,受到科學方法的訓練,體驗探究的樂趣,形成和發展探究能力。

(作者單位:河北省唐山市第十二中學)