新課程背景下探究式實驗教學的實踐研究

楊伏勇

摘 要： 隨著新課程改革的不斷推進，探究式實驗教學在激發(fā)學生學習興趣、發(fā)揮學生學習的主觀能動性、引導(dǎo)學生體驗科學探究的一般過程和提高學生學習能力等方面具有獨特的優(yōu)勢，因而在化學教學中的地位日益突出。本文以魯科版普通高中課程標準實驗教科書化學2第2章第3節(jié)《化學反應(yīng)的利用》的第2課時“化學反應(yīng)為人類提供能量”的教學為例，探索如何有效運用探究式實驗教學模式開展課堂教學。

關(guān)鍵詞： 探究式實驗教學 有效應(yīng)用 原電池 工作原理

高中化學新課程標準[1]在課程的基本理念中提出“通過以化學實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學研究的過程，激發(fā)學生學習化學的興趣，強化科學探究的意識，促進學習方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力”。探究式教學是新課程理念倡導(dǎo)的一種先進的教學模式。而化學作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，探究式實驗教學由于其獨特的優(yōu)越性在化學教學中具有舉足輕重的地位。在探究式實驗教學中，學生是學習的主體，在教師的引導(dǎo)下，學生發(fā)現(xiàn)問題，進行相關(guān)猜想或假設(shè)，進而設(shè)計實驗方案開展探究，最后解決問題。這種模式下的教學，實現(xiàn)了學習結(jié)果和學習過程的并重，學生在獲得知識與技能的同時，也體驗和了解了科學探究的過程和方法，有助于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和科學價值觀的樹立。在新課程背景下，如何因地制宜，有效地開展探究式實驗教學，增強教學效果，是一線教師需要研究的一個課題。本文以“化學反應(yīng)為人類提供能量”一節(jié)的教學實踐為例，探索探究式實驗教學在教學實踐中的有效應(yīng)用。

一、教材分析和教學要求

本節(jié)教材內(nèi)容承接本章第1節(jié)中的有關(guān)化學反應(yīng)中能量釋放的問題，同學們已經(jīng)知道，化學反應(yīng)可以把物質(zhì)內(nèi)部的能量以其他能量的形式釋放出來，但他們不知道應(yīng)如何實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。通過本節(jié)教學，重點解決“化學能是如何轉(zhuǎn)化成電能”這一問題，同時讓學生了解化學能在人類生產(chǎn)生活實際中的重要利用價值。

高中化學新課程標準[1]對本節(jié)內(nèi)容的要求是：舉例說明化學能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系及其應(yīng)用，用生活中的材料制作簡易電池。《福建省普通高中新課程教學要求·化學》[2]提出本課題的教學目標是：通過制作簡易原電池實驗，以銅鋅原電池為例簡單分析原電池的工作原理。

二、教學環(huán)節(jié)及評析

本節(jié)課的教學設(shè)計基于探究式實驗教學的一般模式，以“發(fā)現(xiàn)問題—提出假設(shè)—設(shè)計實驗，開展探究—分析討論，得出結(jié)論—遷移應(yīng)用，能力提升”為主線，構(gòu)建以學生探究活動為主、教師引導(dǎo)點撥為輔的教學模式。

1.發(fā)現(xiàn)問題。

教學設(shè)計思路：

【創(chuàng)設(shè)問題情境】利用電腦投影報紙上的一篇新聞《大霧鎖海，港口航線亂了節(jié)奏》，引出海面上的導(dǎo)航燈。圖片展示我國首創(chuàng)的一種廣泛應(yīng)用于航海標志燈中的裝置。使用方法：在沒有外來電源的情況下，只要把該裝置放入海水中數(shù)分鐘，所連接的燈泡就會發(fā)出長效、耀眼的白光。結(jié)構(gòu)分析：該裝置主要由兩種材料鐵鉑合金網(wǎng)（接觸空氣）和金屬鋁組成。

【提出問題】該裝置是如何實現(xiàn)燈泡發(fā)光的呢？

評析：問題情境的創(chuàng)設(shè)是實施探究式實驗教學的首要步驟。“學起于思，思源于疑”，通過問題情境，可以激發(fā)學生進行思考，在問題的驅(qū)動下學生會有較高的積極性開展探究活動。教師在實際教學中，要充分考慮教學內(nèi)容的特點和學生已有的認知水平，選取適當?shù)乃夭模ㄈ缟a(chǎn)生活實際、科學史實、科學前沿等）為背景創(chuàng)設(shè)情境。通過預(yù)設(shè)的問題，引導(dǎo)學生圍繞目標主題展開下一步探究，進而解決問題。在本節(jié)教學中，筆者利用發(fā)生在學生身邊的新聞作為素材創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)學生思考，激發(fā)學生探究欲望。

2.提出假設(shè)。

教學設(shè)計思路：

【問題探討】在教師的引導(dǎo)下，學生圍繞上述問題分小組進行討論。最后，師生共同梳理出可能的原因：燈泡發(fā)光說明有電能產(chǎn)生，由能量守恒定律可知電能在這里只可能是化學能轉(zhuǎn)化而來的。鉑合金網(wǎng)、金屬鋁兩種金屬材料接觸到海水時，它們之間可能有一定的化學作用，從而實現(xiàn)化學能向電能的轉(zhuǎn)化。

評析：問題的提出，必然引起學生的好奇和揣測，促使學生積極思考，進而提出可能的假設(shè)。在此過程之中，由于學生的知識積累和生活經(jīng)驗不足，教師要從大方向上進行適當?shù)囊龑?dǎo)，使學生提出的假設(shè)在預(yù)設(shè)的探究范圍之內(nèi)。在本節(jié)教學中，在教師適當?shù)囊龑?dǎo)下，通過小組討論，對上述裝置產(chǎn)生電能的原因進行合理預(yù)測，為下一步實驗方案的設(shè)計做好準備。

3.設(shè)計實驗，開展探究。

教學設(shè)計思路：

評析：實驗方案的設(shè)計是探究性教學的核心部分，因為方案設(shè)計的好壞直接影響探究過程和結(jié)果的好壞。學生在設(shè)計實驗方案時應(yīng)該具有一定的自主性，只有這樣，才能更好地發(fā)揮學生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。學生通過各種可能的方案設(shè)計，進一步開展探究活動，從中尋找最佳答案，更深刻地體驗科學探究的過程。當然，由于學生自身的認知特點，教師必須對學生實驗方案的設(shè)計進行適當?shù)募s束，即應(yīng)該是“具有最適度的不確定性”，既給予學生一定的探究空間，又不能讓學生的探究脫離實際，失去可行性。筆者在此處，通過給予的器材和藥品對學生實驗方案的設(shè)計加以限制，同時留有較大的探究空間，引導(dǎo)學生在此框架之下設(shè)計出四種不同的方案，進而開展實驗探究。

4.分析討論，得出結(jié)論。

教學設(shè)計思路：

【小組討論】在學生分組實驗的基礎(chǔ)上，針對各組實驗的現(xiàn)象進行小組討論，在教師的引導(dǎo)下進行總結(jié)。

【實驗總結(jié)】方案一、二、四電流計的指針沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明沒有電流產(chǎn)生。方案三中，電流計的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明產(chǎn)生了電流；同時，可以看到銅片上產(chǎn)生大量氣泡，說明銅片上有反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)生了氣體，該氣體應(yīng)該是氫氣；鋅片上也有少量氣泡，產(chǎn)生的氣體應(yīng)該也是氫氣。

【提出問題】

（1）方案三中的兩個金屬材料和方案一、二有什么不同？方案三和方案四的不同之處又在哪里？

（2）銅片上有氫氣產(chǎn)生，說明發(fā)生了怎樣的反應(yīng)？

（3）電子的定向移動形成電流，導(dǎo)線上傳遞的電子來自于哪里？鋅片上發(fā)生了怎樣的反應(yīng)？

（4）外電路導(dǎo)線通過傳遞電子而導(dǎo)電，燒杯中的溶液呢？

【小組討論】根據(jù)老師設(shè)置的問題進行小組討論，教師選取小組進行匯報，在教師的引導(dǎo)下得出相關(guān)問題的答案。

【解決問題】相較于方案一、二，方案三中兩種金屬材料的金屬活動性不同，燒杯中的溶液對比方案四是一種電解質(zhì)溶液，具有導(dǎo)電性；銅片上氫氣的生成，應(yīng)該是溶液中的氫離子在銅片表面得電子被還原成氫氣；導(dǎo)線中傳遞的電子應(yīng)該來自于鋅片，鋅失電子被氧化成鋅離子，失去的電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到銅片上。溶液中的離子通過定向移動而導(dǎo)電，陽離子移向銅片，陰離子移向鋅片。

評析：透過現(xiàn)象看本質(zhì)，在教師的引導(dǎo)下，學生對實驗現(xiàn)象及由現(xiàn)象衍生出的相關(guān)問題進行小組討論、爭辯，在一系列的思維活動之中自主構(gòu)建主體知識。在此過程中還充分培養(yǎng)了學生的學習和合作解決問題的能力。為了引導(dǎo)學生對實驗現(xiàn)象進行全面剖析，進而達到我們設(shè)置探究實驗的目的，教師有必要圍繞實驗中產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象設(shè)置相關(guān)問題，引領(lǐng)學生挖掘蘊含在實驗現(xiàn)象中的學科本體知識，從而更好地達到探究目的。在本節(jié)教學中，通過對實驗現(xiàn)象及由此衍生出的4個問題的探討，學生在問題的引導(dǎo)下，在解決問題的過程中逐步構(gòu)建起原電池的基本模型：活動性不同的兩個電極通過導(dǎo)線連接，插入電解質(zhì)溶液，對各電極發(fā)生的反應(yīng)有了初步的認識，為后續(xù)的原電池工作原理的分析和自主設(shè)計簡單原電池奠定了基礎(chǔ)。當然在探究過程中，學生觀察到鋅片上也有氣體產(chǎn)生（原電池理想模型中鋅片不應(yīng)該有氣體產(chǎn)生），教師及時肯定學生的實驗現(xiàn)象，培養(yǎng)學生尊重實驗事實的科學態(tài)度。對于其現(xiàn)象的分析待原電池工作原理學習之后，作為一個實驗生成性問題再拋給學生討論解決，這樣能夠更好地加深學生對原電池工作原理的認識，讓學生對科學探究的過程有了更為深刻的了解。

5.遷移應(yīng)用，能力提升。

教學設(shè)計思路：

【教師活動】結(jié)合上述探究實驗的分析，引入原電池的定義。

【動畫模擬】學生通過觀察銅鋅原電池微觀模擬動畫，結(jié)合上面的實驗探究，分析該銅鋅原電池的工作原理。

【問題解決一】同學們，通過上面知識的學習，你們知道海水電池中燈泡是如何發(fā)光的嗎？

【師生活動】小組合作討論并回答，教師點評和總結(jié)。

【問題解決二】在上述探究實驗中，鋅片上產(chǎn)生氫氣的可能原因是什么？

【師生活動】小組合作討論并回答，教師點評和總結(jié)。

【研究性學習課題】利用家中現(xiàn)有的物品，試著做一個原電池裝置。設(shè)計完成后，請你用數(shù)碼相機拍下裝置照片，帶回學校和其他同學分享實驗成果，交流制作心得。

評析：通過探究性實驗的開展，學生構(gòu)建了原電池的基本模型。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合原電池微觀動畫模擬突破了本節(jié)課的難點：原電池的工作原理的分析。學以致用，解決了課前提出的問題，首尾呼應(yīng)，既鞏固了所學知識，又鍛煉了學生解決問題的能力。研究性學習，作為一種學習方式，和課內(nèi)學習相比，它不受課堂時間和空間的限制，學生有更多的自主性和選擇性。在本節(jié)教學中，研究性學習課題的布置，讓學生回歸生活，利用課下時間進一步開展原電池的探究實驗活動，既及時鞏固了課堂所學知識，又進一步鍛煉了學生的知識應(yīng)用、動手、創(chuàng)新等能力。

三、教學小結(jié)

在本節(jié)課的教學中，筆者首先以學生身邊發(fā)生的新聞作為背景創(chuàng)設(shè)問題情境，以引入本節(jié)課的探究主題。緊接著在教師的引導(dǎo)下，學生分組開展實驗探究，在實驗中學生逐步突破本節(jié)的教學重難點，從而完成本節(jié)課的知識建構(gòu)。作為一節(jié)市級公開課，從實際教學效果來看，在整節(jié)課中，學生有較高的學習積極性和探究欲望，課堂氛圍活躍，整個教學過程能充分體現(xiàn)“以學生為主體，以教師為主導(dǎo)”的新課程理念。

作為一種教學模式，探究式實驗教學在課堂教學中的實踐應(yīng)用，教師必須把握住幾個關(guān)鍵點。首先就是探究的問題要緊緊圍繞本節(jié)課的教學內(nèi)容，并且要充分考慮學生的已有認知水平而設(shè)置，具有針對性。其次，就是實驗中要充分體現(xiàn)學生探究的自主性和過程性，讓學生切身體會科學探究的一般過程。再次，教師作為引導(dǎo)者，在探究過程中要適當給予學生一定的指導(dǎo)和鼓勵，幫助他們順利完成實驗探究，引導(dǎo)他們在此過程之中掌握知識、技能和方法。學無止境，教也同樣沒有止境。如何把探究式實驗教學更好地開展下去，更好地服務(wù)日常教學，還有待老師們不斷探索和總結(jié)。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[2]福建省普通高中新課程實驗工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.福建省普通高中新課程教學要求·化學[M].福州：福建教育出版社，2008：8.