探究——需要時間和耐心

　　義務教育階段化學課程中的科學探究，是學生積極主動地獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動，它涉及提出問題、猜想與假設(shè)、制定方案、實施方案、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論等要素。學生通過親身經(jīng)歷和體驗科學探究活動，激發(fā)化學學習的興趣，增進對科學的情感，初步形成科學探究能力。
　　在整個人教版九年義務教科書中共設(shè)置了21個“活動與探究”，其中絕大多數(shù)為不完整的探究活動，需要探究的問題、探究活動的具體方案已經(jīng)顯現(xiàn)出來，只需要學生按照教材上的預設(shè)方案進行實驗、觀察現(xiàn)象、分析現(xiàn)象并解釋得出結(jié)論。這樣的探究活動看起來是高效的，花的時間少，教師也容易控制課堂，但學生從探究活動中很難真正提高科學素養(yǎng)和活動探究能力。教學實踐表明，如果能根據(jù)探究活動的具體情況，盡可能地在實驗之前啟發(fā)和指導學生根據(jù)提出的問題自主的設(shè)計活動方案，這樣的“探究”顯然要比依照教材流程按部就班探究要花更多的時間和耐心，但能激發(fā)學生學習化學的興趣，同時還能更充分、更全面地培養(yǎng)學生的探究能力。
　　下面就兩個具體的實驗案例，談談個人的粗淺感悟，不當之處敬請指正。
　　
　　案例一
　　在人教版九年義務教科書中最具探究價值并能為學生提供開闊自主空間的活動探究當屬“鐵釘銹蝕條件的探究”。該探究活動貼近生活實際，學生由已有的生活經(jīng)驗已經(jīng)知道鐵制品在干燥的空氣中不易生銹，但在潮濕的空氣中容易生銹的事實，很容易提出問題：鐵釘生銹的條件是什么？也不難根據(jù)問題作出猜想和假設(shè)：①鐵生銹與氧氣有關(guān)②鐵生銹與水有關(guān)③鐵生銹既與氧氣有關(guān)，又與水有關(guān)。根據(jù)教材提供的材料和實驗方案，學生是很容易“設(shè)計實驗”證明鐵釘銹蝕的條件，通過實驗學生很順利證實了猜想③是成立的。這樣的探究活動從提出問題、作出假設(shè)、制定計劃到實施計劃得出結(jié)論，每個環(huán)節(jié)一個都不缺少，而且節(jié)省時間，效率很高。但回頭反思一下，不難發(fā)現(xiàn)，學生只是作了一個驗證實驗，很難學到科學探究的方法，也難以形成科學探究能力。筆者認為在整個探究活動中，由作出假設(shè)到制定出實驗方案才是探究活動中的核心。而這個也正是我們初中學生最難學會的。我在教授“金屬資源保護”前一個星期就與同學們開展了鐵釘銹蝕條件的探究，在整個探究活動中學生不知道教材中的實驗設(shè)計，那么，怎樣才能指導學生設(shè)計實驗方案來驗證作出的假設(shè)呢？我想到在初一和初二的生物課里有很多的生物探究實驗，能不能參照生物課程里的探究實驗進行知識遷移呢？我決定嘗試一下。在八年級生物上冊里有個“探究種子萌發(fā)的外界條件”的活動，對種子萌發(fā)的外界條件提出的假設(shè)同學們記得很清楚：①水②空氣③水和空氣，而對鐵釘生銹條件提出的假設(shè)為①水②氧氣③水和氧氣，兩種假設(shè)非常相似。于是我建議同學們模仿“探究種子萌發(fā)的外界條件”的實驗計劃來制定“探究鐵釘銹蝕條件”實驗方案。同學們很有興趣，參照生物教材很快設(shè)計出了實驗方案如圖一所示：
　　同學們用茶杯代替燒杯，用筷子代替玻璃棒，在家里進行了實驗，每天晚上回去觀察實驗現(xiàn)象，一個星期后，大家?guī)砹嗽诳曜由系蔫F釘，都發(fā)現(xiàn)中間的鐵釘銹蝕最嚴重，而最上面的和最下面的鐵釘也生了銹，只是銹少了許多，根據(jù)現(xiàn)象同學們很難搞清引起鐵釘生銹的條件到底是水、氧氣還是水和氧氣的共同作用，于是我引導同學們注意現(xiàn)象的不同：為什么中間的鐵釘生銹最嚴重，而空氣中或水中的鐵釘生銹較少呢？經(jīng)過討論，同學們終于明白了：鐵釘生銹不僅要有氧氣，還要有水，中間的鐵釘既與水接觸，又與氧氣接觸。最上面鐵釘雖只接觸空氣，但空氣中有水蒸氣。最下面鐵釘雖只接觸水，但一般水中溶有空氣，因此這兩根鐵釘也生了銹。顯然這個實驗方案設(shè)計不嚴密，不能驗證鐵釘只與水接觸或只與空氣接觸時，會不會生銹？對此，同學們有點兒失望。我及時鼓勵大家說：科學探究不可能一帆風順的，辦法總是有的，讓我們一起來分析分析，重新設(shè)計實驗方案吧！通過分析得知，剛才實驗的三支鐵釘處在同一個大環(huán)境中，這一次我們可以把它們分開來，想辦法讓第一支鐵釘只與“純凈的”水接觸，第二支鐵釘只與“干燥的”空氣接觸，第三支鐵釘既與水接觸，又與空氣接觸?，F(xiàn)在關(guān)鍵是怎樣獲得純凈的水和干燥的空氣，同學們積極討論，很快有同學提出應該用蒸餾水，不能用一般的自來水，與鐵釘接觸的空氣只要放入食品干燥劑就可以吸取水蒸氣，我及時肯定了同學們的想法，接著又提問道：浸有鐵釘?shù)恼麴s水能不能與外界的空氣接觸？用食品干燥劑除去水蒸氣的空氣要不要與外界空氣隔絕？經(jīng)過討論，很快同學們作出了全面正確的回答，最后一致同意將不易密封的燒杯改用試管，設(shè)計出與教材相似的實驗方案如圖二所示。
　　同學們也理解了即使用蒸餾水也要用“經(jīng)煮沸迅速冷卻的蒸餾水”的理由。又經(jīng)過了一個星期，我與同學們再來看實驗結(jié)果，完全達到了我們預期的目的。
　　
　　案例二
　　教材中有些演示實驗，也可以穿插探究內(nèi)容，引導同學們積極思考，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。如教材“探究燃燒條件”的演示實驗：該實驗方案學生很難設(shè)計出來，只能由教師講解并演示，但是由于白磷燃燒產(chǎn)生大量白煙污染室內(nèi)空氣，教材要求在通風櫥中進行，而一般的學校并不具備這樣的條件，怎么辦呢？實驗前，我發(fā)動大家積極思考解決的方法。很快有同學說可以用一個儀器把燒杯罩起來，不讓煙跑出去。在同學們的啟發(fā)下，我想到了用玻璃鐘罩罩住燒杯，實驗如圖三所示，果然實驗演示后，鐘罩內(nèi)彌漫了濃煙，里面什么也看不清了，而鐘罩外面一絲白煙也沒有，實驗取得了成功，同學們臉上露出了微笑，但遺憾的是：濃煙過了較長時間才慢慢褪去，等到看清銅片時，發(fā)現(xiàn)不僅銅片上的白磷燃燒了，紅磷也燃燒掉了，而熱水中的白磷沒有燃燒。由于實驗時鐘罩內(nèi)白煙濃厚，同學們未能觀察到紅磷何時開始燃燒的？如果想看清紅磷何時燃燒的，那就不能用鐘罩罩住，這樣又會污染室內(nèi)空氣。這時我及時提出，同學們根椐以上現(xiàn)象我們能初步得出燃燒的條件，那為什么著火點較高的紅磷也能燃燒呢？經(jīng)過較長時間的討論，有一個小組的同學提出了他們的想法：熱水的溫度的確不足以讓銅片上的紅磷燃燒的，銅片上著火點較低的白磷先燃燒，產(chǎn)生大量的熱，由于鐘罩的作用，熱量不能擴散到空氣中，使鐘罩內(nèi)銅片溫度急劇上升，達到了紅磷的著火點，所以紅磷就開始燃燒了。我心中不由一陣驚喜，同學們的分析真透徹啊，同學們“長大了”。于是我趁熱打鐵，引導同學們思考：教材上的實驗方案雖經(jīng)我們改進，污染的問題解決了，但銅片上的白磷和紅磷都燃燒了，違背了該實驗方案的設(shè)計初衷，沒有達到預期的實驗目標。能不能重新設(shè)計方案，讓銅片上的白磷、紅磷和熱水中的白磷分處于不同的“小環(huán)境”中，改成試管實驗。
　　
　　分組討論：先在紙上進行實驗設(shè)計，最后我與同學們合作交流各自的觀點，設(shè)計出如圖四所示的實驗裝置。甲試管內(nèi)放一小粒用濾紙吸去表面水的白磷，用膠塞塞緊；乙試管內(nèi)放一小粒紅磷，也用膠塞塞緊；丙試管內(nèi)放熱水，再向熱水中投入一小粒白磷，三支試管同時放入盛有熱水大燒杯中。同學們很快發(fā)現(xiàn)，甲試管中的白磷燃燒了，產(chǎn)生的白煙充滿了試管，而乙試管、丙試管中的紅磷和白磷沒有燃燒，然后再向丙試管內(nèi)通入氧氣，如圖五所示，由于試管口徑小，通入的氧氣更容易與熱水中的白磷接觸，白磷在熱水中劇烈燃燒起來，現(xiàn)象十分明顯，而教材中用燒杯盛熱水做此實驗如圖六所示，由于燒杯空間大，通入的氧氣流不易接觸到白磷，白磷在水中不易燃燒。同學們看到了完全符合設(shè)計要求的實驗現(xiàn)象，特別是“水中生火”現(xiàn)象十分明顯，臉上不由露出了喜悅的表情，實驗成功了。雖然改進后的實驗方案與一些報導相似，但對于同學們來講，一切都是嶄新的，他們能在老師的引導下，通過自已的分析、思考，經(jīng)厲激烈的思想火花碰撞，有過困惑、迷茫，更有過失敗和痛苦，難道我們不該為他們?nèi)〉玫男⌒〕晒Χ炔蕟?？也許他們今天對實驗的小小改進說不定就能鑄就明天的輝煌啊！
　　要得出這兩個探究活動的結(jié)論都不難，按通常的探究程序兩節(jié)課可以“保質(zhì)保量”完成教學任務，但這種只求探究之名，而無探究之實的探究課，同學們又能學到什么呢？也許最多只知道了兩個結(jié)論而已，同學們將失去太多太多的思考啊。上面兩個案例，同學們從最簡單的實驗設(shè)計開始，通過修改、完善實驗方案，雖然比原定實驗花掉了幾倍的時間，但它極大地培養(yǎng)了同學們的科學素養(yǎng)和工作耐心，讓他們充分認識到，科學研究不可能一帆風順，成功總是在不斷創(chuàng)新和完善后才能獲取，同時同學們也能從探究活動中真正享受到了成功的喜悅。
　　
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