初中化學探究式學習的效果研究

摘 要：本研究以初中化學課程中的“水的電解實驗”為例，探討了探究式學習在化學教學中的應用效果.通過對比傳統教學方法和探究式學習方法發現，探究式學習能夠顯著提高學生的學習興趣、科學探究能力和對化學概念的理解深度.研究結果表明，探究式學習在培養學生的科學素養、批判性思維和實踐能力方面具有明顯優勢，為初中化學教學改革提供了有價值的參考.

關鍵詞：水的電解；探究式學習；教學效果；初中化學

中圖分類號：G632 ""文獻標識碼：A ""文章編號：1008-0333（2025）02-0130-03

收稿日期：2024-10-15

作者簡介：黃英，本科，中學一級教師，從事初中化學教學研究.

化學作為一門實驗科學，其教學過程中實驗探究的重要性不言而喻.然而，傳統的化學教學往往過于注重知識的傳授，忽視學生主動探究和實踐能力的培養.探究式學習作為一種以學生為中心的教學方法，強調讓學生通過自主探索、實驗操作和數據分析來構建知識體系.本研究選取初中化學課程中的“水的電解實驗”為切入點，旨在考查探究式學習在提升學生學習興趣、科學探究能力和概念理解方面的效果.

1 理論基礎與教學現狀

探究式學習理論源于建構主義學習理論，強調學生在學習過程中的主動性和創造性，它主張通過問題驅動、實踐操作和反思總結來構建知識體系[1].在化學教學中，探究式學習特別強調實驗探索的重要性，旨在培養學生的科學探究能力和批判性思維.當前初中化學教學面臨諸多挑戰：一方面，傳統的灌輸式教學方法難以激發學生的學習興趣和主動性；另一方面，有限的課時和繁重的考試壓力制約了探究式學習的深入開展.然而，隨著新課程改革的推進，探究式學習逐漸受到重視.“水的電解實驗”作為初中化學的經典內容，為實施探究式教學提供了理想的載體.

2 方法論與實驗設計

2.1 對象與樣本選擇

本研究選取某市兩所普通中學的八年級學生作為研究對象.采用分層隨機抽樣方法，從每所學校各選取兩個平行班級，共計200名學生參與實驗[2].參與學生的學習成績分布、性別比例和家庭背景等因素經過統計分析，確保實驗組和對照組之間不存在顯著差異.選取的教師均具有5年以上的教學經驗，并接受了為期兩周的探究式教學培訓.通過這種方式，確保樣本的代表性和實驗結果的可靠性.在實驗開始前，筆者對所有參與者進行了知情同意程序，并獲得了學校和家長的書面許可.

2.2 實驗方案

實驗采用準實驗設計，將學生分為實驗組和對照組.實驗組接受探究式教學，對照組采用傳統講授法.實驗周期為4周，每周2課時，總計8課時[3].實驗組的教學設計包括問題提出、實驗設計、數據收集、結果分析和結論討論等環節.具體實驗步驟如下：

（1）學生分組，每組4～5人；

（2）教師引導學生提出關于水的組成的問題；

（3）學生設計實驗方案并進行水的電解實驗；

（4）記錄和分析實驗數據；

（5）小組討論并形成結論；

（6）班級匯報和交流.

對照組則按照傳統方式，由教師講解實驗原理和步驟，學生按照指導完成實驗.

2.3 數據收集與分析方法

數據收集采用多元化方法，包括前測和后測問卷、課堂觀察記錄、學生實驗報告和半結構化訪談.前測和后測問卷用于評估學生的化學知識理解程度和科學探究能力，采用李克特五點量表設計[4].課堂觀察記錄由兩名經過培訓的觀察員完成，重點關注學生的參與度和互動情況.學生實驗報告用于評估其實驗設計能力和數據分析能力.訪談對象包括10%的學生和所有參與教師，深入了解他們對探究式學習的看法和體驗.質性數據通過主題編碼和內容分析進行處理，以補充量化數據的不足.

3 “水的電解實驗”探究式教學設計

3.1 教學目標

本教學設計旨在通過水的電解實驗，使學生達成以下目標.

（1）認識水的組成，理解水分子是由氫原子和氧原子構成的概念；

（2）掌握電解水的實驗方法，了解陰極產生氫氣、陽極產生氧氣的現象；

（3）培養實驗操作技能，包括實驗裝置的搭建、氣體的收集和檢驗；

（4）發展科學探究能力，包括觀察、推理、數據分析和結論形成；

（5）培養團隊協作精神和科學態度，包括嚴謹、求實的實驗作風[5].

這些目標的設定基于新課程標準的要求，同時考慮了學生的認知水平和探究能力的培養需求，為后續的教學活動設計提供了明確的方向指引.

3.2 實驗器材與步驟

實驗器材包括：直流電源（6～12 V）、石墨電極、U型管、導線、試管、集氣瓶、漏斗、橡皮塞、滴定管、硫酸鈉溶液（電解質）、火柴.實驗步驟如下.

（1）在U型管中倒入硫酸鈉溶液至2/3處；

（2）將兩根石墨電極插入U型管兩側，并用橡皮塞固定；

（3）在兩個試管中注滿硫酸鈉溶液，倒置于U型管兩側電極上方；

（4）連接直流電源，調節電壓至6～12 V；

（5）觀察并記錄兩個試管中氣泡的產生情況；

（6）待其中1個試管充滿氣體后，斷開電源；

（7）用火柴檢驗陰極產生的氣體，觀察現象；

（8）用帶火星的木條檢驗陽極產生的氣體，觀察現象.

教師需要提前準備好所有器材，并對實驗安全進行強調.

3.3 探究活動設計

探究活動設計采用“5E”模式：參與（Engage）、探索（Explore）、解釋（Explain）、擴展（Elaborate）和評價（Evaluate）.參與階段，教師通過問題“水是由什么組成的？”引發學生思考；探索階段，學生分組進行水的電解實驗，觀察并記錄現象；解釋階段，學生根據實驗現象推理水的組成，教師適時引導；擴展階段，學生討論電解水的應用，如制取氫氣和氧氣的工業方法；評價階段，學生撰寫實驗報告，進行自評和互評.整個過程中，教師扮演引導者和支持者的角色，鼓勵學生獨立思考和探究.活動設計注重培養學生的實驗技能、思維能力和科學素養，使學生在“做中學”的過程中深化對化學概念的理解.

4 研究結果與分析

4.1 學生學習興趣的變化

研究數據顯示，實驗組學生的化學學習興趣平均得分從實驗前的3.42顯著提升至4.18，增幅達22.2%；而對照組僅從3.38小幅上升到3.56，增幅為5.3%.兩組差異具有統計學意義（t=4.76，p＜0.001）.這種顯著差異主要源于探究式教學方法的特點.首先，學生從被動接受轉變為主動探索，在設計和操作實驗過程中獲得直接的成就感；其次，水的電解實驗現象直觀，學生可以清晰觀察到氣泡產生、氣體檢驗等過程，這種即時的實驗反饋強化了學習動機；再次，4～5人的小組合作模式促進了同伴間的交流與討論，活躍的課堂氛圍提高了參與度；最后，學生在實驗中擁有較大的自主權，可以根據自己的想法設計和驗證，這種自主性激發了持續的學習動力.研究數據中“我喜歡做化學實驗”這一項目得分從3.65顯著上升到4.52，充分反映了探究式教學在提升學生學習興趣方面的顯著效果.

4.2 科學探究能力的提升

實驗報告評分顯示，實驗組學生的平均得分從68.5提升到82.3，提高幅度達20.1%；而對照組僅從69.2上升到73.8，提高6.6%.數據差異顯著

（F=15.32，p＜0.001），這種顯著提升源于以下幾個關鍵因素：首先，探究式教學要求學生獨立設計實驗方案，在反復修改和優化方案的過程中，學生的邏輯思維和科學推理能力得到了有效訓練；其次，學生需要自主收集實驗數據，觀察記錄氣體產生速率、體積等定量指標，這種訓練直接提升了數據處理能力和科學思維水平；最后，小組討論和成果展示的過程鍛煉了科學交流與表達能力.值得注意的是“提出合理假設”這一關鍵指標的優秀率從35%大幅提升到72%，這一進步得益于探究式教學中反復進行假設—驗證的訓練過程，以及教師適時地引導幫助學生形成科學的思維方式.

4.3 化學概念理解的深度

前測和后測問卷數據顯示，實驗組學生的平均得分從62.7提升到85.4，增幅達36.2%；對照組從

63.1上升到72.6，增幅為15.1%.這種顯著差異（t=5.83，p＜0.001）反映了探究式教學在深化概念理解方面的獨特優勢：通過親身實驗觀察，學生將抽象的化學概念轉化為具體的實驗現象，加深了對水的組成的理解；在探究過程中，學生不是簡單記憶知識點，而是通過實驗設計、操作和討論，主動建構知識網絡.這一點從概念圖分析中得到驗證，實驗組學生的知識點平均連接數從6.2顯著增加到11.8，遠高于對照組從6.3到8.1的增長，特別是在“解釋水的電解過程”的開放式問題中，實驗組的完全正確率達到78%，而對照組僅為45%.這種差異源于學生在實驗過程中對反應機理的直觀認識和深入理解，以及探究式學習促進的知識內化過程.

5 結束語

該研究通過對“水的電解實驗”探究式教學的實踐，證實了探究式學習在初中化學教學中的積極作用.研究結果顯示，探究式學習不僅能夠提高學生的學習興趣和參與度，還能有效培養學生的科學探究能力和批判性思維.然而，實施探究式學習也面臨著諸如時間管理、教師引導技能等挑戰.未來的研究應進一步探索如何在更廣泛的化學教學內容中有效應用探究式學習，以及如何克服實施過程中的困難，從而為化學教育的改革與發展提供更多實證支持.

參考文獻：［1］ 葉文智.初中化學教學中生活化實驗設計與實踐研究[J].中學課程輔導，2024（28）：54-56.

[2] 陳曉琴.生活化情境在初中化學教學中的應用探索[J].讀寫算，2024（31）：166-168.

[3] 秦國斌.核心素養背景下初中化學自主探究教學模式研究[J].學周刊，2024（29）：50-52.

[4] 蒲曉華.聚焦核心素養培養的初中化學課堂教學策略[J].中學課程輔導，2024（27）：12-14.

[5] 高愛華.基于深度學習的初中化學單元教學設計與實施研究[J].試題與研究，2024（26）：138-140.

［責任編輯：季春陽］