非實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法

魯名峰

探究性課堂教學(xué)就是模擬科學(xué)研究的一般程式、為學(xué)生提供材料（文字、數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)器材）、通過學(xué)生的自主探究和分工合作發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、進(jìn)行探究、得出結(jié)論的課堂教學(xué)。以實(shí)驗(yàn)為手段的探究課堂教學(xué)模式已日趨成熟，而以物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論為內(nèi)容的探究課堂教學(xué)，因其內(nèi)容的非實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證特性及高科技手段在教學(xué)中不能使用的特點(diǎn)，使本類探究課堂教學(xué)還處于不斷探索之中。本文作者經(jīng)過一輪多新課程的教學(xué)實(shí)踐得出：探究性課堂教學(xué)也能以閱讀和思辨的方式進(jìn)行，并初步建構(gòu)了以物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論為內(nèi)容的探究課堂教學(xué)的基本模式，在教學(xué)中取得了良好效果。

1． 知識不僅是經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果

《普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)》把培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)放在教育的中心地位，強(qiáng)調(diào)通過模擬科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的過程進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，在注重獲取知識結(jié)果的同時更重視探求知識的過程。以實(shí)驗(yàn)為特征的化學(xué)學(xué)科是踐行課標(biāo)理念的良好載體，但新教材中有許多內(nèi)容不是學(xué)生通過普通中等基礎(chǔ)類學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件所能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的，有些知識也不是能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，如軌道雜化、化學(xué)鍵、晶體類型等。

按傳統(tǒng)觀念，探究是實(shí)驗(yàn)的“專利”。這來源于人們關(guān)于知識產(chǎn)生過程的認(rèn)識誤區(qū)——知識是經(jīng)驗(yàn)的歸納。關(guān)于知識的起源，墨子有三說：親知（來自認(rèn)識者親身經(jīng)驗(yàn)），聞知(來自權(quán)威的傳授)，說知（來自推論的知識）；羅素亦有三說：一為個人直接體驗(yàn)所得的知識，二為通過他人間接體驗(yàn)所得的知識，三為內(nèi)省所得的知識。這兩位大哲學(xué)家跨越時空驚人相似地把知識概括為三類。事實(shí)上，第一類和第二類知識都叫經(jīng)驗(yàn)的知識，第三類知識叫推論的知識，前兩者是經(jīng)驗(yàn)（實(shí)踐的或?qū)嶒?yàn)的經(jīng)驗(yàn)）的歸納，后者是經(jīng)驗(yàn)的衍生。所以從知識的起源上可以把知識概括為經(jīng)驗(yàn)的直接知識和推論的衍生知識兩類。如軌道雜化就是推論的衍生知識而不是經(jīng)驗(yàn)的直接知識，還沒有人能通過什么先進(jìn)的儀器看到原子中電子到底以何種軌跡運(yùn)動。但是，雜化軌道理論很好地解釋了甲烷的四面體構(gòu)型和氨氣分子的三角錐形，這個理論應(yīng)當(dāng)是科學(xué)的知識。

因此，模擬科學(xué)研究的過程進(jìn)行探究性課堂教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，可根據(jù)知識產(chǎn)生的背景不同以實(shí)驗(yàn)探究方式進(jìn)行，也可以思辨和閱讀探究的方式進(jìn)行。

2． 思辨與閱讀探究課堂教學(xué)模式

（1）思辨與閱讀探究課堂教學(xué)模式的基本結(jié)構(gòu)和意義

由理論到理論的衍生知識的研究活動，一般是沿著如下思路進(jìn)行的：發(fā)現(xiàn)問題，建立假設(shè)；思辨證明或證偽，查閱資料證明或證偽；歸納總結(jié)，得出結(jié)論；演繹推理，形成理論。與此對應(yīng)，以物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論為內(nèi)容的探究性課堂教學(xué)基本模式如下：“給出材料，聯(lián)想質(zhì)疑→提出問題，建立假設(shè)→探究學(xué)習(xí)，證明假設(shè)（第一階段思辨證明或證偽，第二階段閱讀證明或證偽）→歸納探究，得出結(jié)論→演繹探究，遷移運(yùn)用?！?該模式的基本理念是：基于知識形成的建構(gòu)主義思想，提供學(xué)生與他們原有經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系的材料，模擬科學(xué)研究的一般程序，引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，在形成基本理論知識的同時充分培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究方法和探究性學(xué)習(xí)能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。該模式在實(shí)施過程中可以收到以講為主要手段的傳統(tǒng)教學(xué)方式所不能企及的良好效果：通過討論和交流，可以培養(yǎng)學(xué)生的分工合作精神；通過表述可以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力；通過查閱資料可以訓(xùn)練學(xué)生的閱讀能力及加工處理信息的能力。

（2）教學(xué)案例——原子晶體探究教學(xué)案例

［聯(lián)想與質(zhì)疑］

上表為第二周期元素單質(zhì)晶體的熔點(diǎn)數(shù)據(jù)，觀察這些數(shù)據(jù)你發(fā)現(xiàn)了什么問題？

[問題與假設(shè)]

硼和碳元素單質(zhì)晶體的熔點(diǎn)表現(xiàn)出特殊性，不是以前學(xué)過的分子晶體，碳原子會以何種方式結(jié)合呢？學(xué)生經(jīng)過熱烈討論，聯(lián)系原有知識，建立了諸多假設(shè)，具代表性的有如下五種：

假設(shè)1：碳原子間沒有化學(xué)鍵，在碳的晶體中，碳原子采取最緊密堆積方式；

假設(shè)2：碳原子的電子排布為1s22s22p2,有兩個單電子，可以配對成鍵構(gòu)成雙原子分子，這些分子緊密堆積成晶體；

假設(shè)3：碳原子采取sp1雜化，雜化軌道“頭對頭”重疊成δ鍵，另兩個P電子所在原子軌道“肩并肩”重疊成大Л鍵，構(gòu)成一條條長鏈狀分子；

假設(shè)4：碳原子采取sp2雜化，雜化軌道“頭對頭”重疊形成δ鍵，每六個碳原子以單鍵形成了正六邊形的一張張網(wǎng)，每個碳原子未雜化的2P電子所在原子軌道“肩并肩”重疊形成覆蓋整個網(wǎng)的大Л鍵；

假設(shè)5：碳原子采取sp3雜化，雜化軌道“頭對頭”重疊形成δ鍵，每個碳原子形成四個共價(jià)鍵，共價(jià)鍵向空間伸展形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。

[思辨證明或證偽]

學(xué)生針對五種假設(shè)，在分組討論后交流如下討論結(jié)果：

假設(shè)1不成立，如果成立將形成如稀有氣體一樣的分子晶體，分子間作用力很小，常溫下為氣體，熔點(diǎn)比氖的還要低，這與碳單質(zhì)的高熔點(diǎn)不符。

假設(shè)2不成立，如果成立，將形成如氧氣晶體一樣的分子晶體，分子間作用力很小，常溫下應(yīng)當(dāng)為氣體。

假設(shè)3不成立，如果成立，其晶體將如聚乙烯一樣拉成很長的絲且有彈性，但事實(shí)上，這種高熔點(diǎn)的碳單質(zhì)非常堅(jiān)硬，是塊狀而不是絲線狀。

假設(shè)4成立，因?yàn)橐乖摼w熔化就要打斷每個碳原子的三個化學(xué)鍵，還要打斷遍布整個平面網(wǎng)的大JI鍵，這需要很大的能量，它的熔點(diǎn)將必然很高，這與給定數(shù)據(jù)相符。這種結(jié)構(gòu)的晶體將可能有如下性質(zhì)：因?qū)娱g不存在化學(xué)鍵，只存在分子間作用力，易克服，層間可滑動而有滑膩感；因電子屬整個大Л鍵，電子在網(wǎng)內(nèi)可自由移動，該晶體應(yīng)當(dāng)有單向?qū)щ娦浴?/p>

假設(shè)5成立，這樣形成的分子是一個空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，要從晶體中取掉一個碳原子，同時得打斷四個化學(xué)鍵，熔點(diǎn)和硬度當(dāng)很大，這與表中數(shù)據(jù)相符。

[查閱資料證明或證偽]

學(xué)生匯報(bào)討論結(jié)果時，我對他們的思維激情給予了高度贊揚(yáng)，但我沒有對匯報(bào)的內(nèi)容給予肯定或否定評判。為了使學(xué)生進(jìn)一步弄清自己的假設(shè)及對假設(shè)的分析是否正確，我指導(dǎo)學(xué)生開始閱讀探究。

[歸納總結(jié)，得出結(jié)論]

通過閱讀教材和教學(xué)參考資料,學(xué)生基本明確了上述假設(shè)的真假及對假設(shè)分析的正誤,也弄清了原子晶體的概念。學(xué)生通過填寫學(xué)案中原子晶體的概念內(nèi)涵、物理特性、熔沸點(diǎn)比較等內(nèi)容，獲得了關(guān)于原子晶體的系統(tǒng)知識。在學(xué)生看來，這種通過自己參與探究過程獲得的知識比聽教師講述獲得的知識更珍貴。學(xué)生在探究過程中既加深了對知識的理解，同時鍛煉了各種能力，還感受了成功的內(nèi)心體驗(yàn)。

[演繹探究，遷移運(yùn)用]

金剛石中最小的碳環(huán)是幾元環(huán)？你知道每個環(huán)平攤幾個碳原子嗎？學(xué)生對這個問題一時回答不了，課堂教學(xué)進(jìn)入演繹探究階段。我一邊放映金剛石結(jié)構(gòu)模型的flash模擬動畫，一邊給每個學(xué)習(xí)小組發(fā)了一個具有多個晶胞的金剛石球棍模型，讓學(xué)生仔細(xì)觀察并展開討論，課堂出現(xiàn)了第二次高潮。在學(xué)生弄清金剛石的結(jié)構(gòu)后，我告訴學(xué)生：如果把金剛石中的碳原子改成硅原子，就成了硅晶體；如果在硅晶體中每兩個硅原子間插入一個氧原子，就成了二氧化硅晶體。最后附以必要的循序漸進(jìn)的富于梯度的課堂練習(xí)。課堂教學(xué)在學(xué)生的回顧總結(jié)和提問答疑中結(jié)束。

非實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法能很好地體現(xiàn)新課程理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的各種能力和科學(xué)素養(yǎng)，值得提倡和推廣。但也可能出現(xiàn)高耗時低效率，不可濫用，要結(jié)合教材內(nèi)容特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)際情況，決定是否實(shí)施思辨與閱讀探究性課堂教學(xué)。對于一些沒有必要進(jìn)行探究教學(xué)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論知識，傳統(tǒng)的講述來得更直接、明了和精確。

責(zé)任編輯潘孟良