探究式教學(xué)法在化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐和應(yīng)用

王成冠

課程改革的實(shí)效性從根本上取決于課程的實(shí)施環(huán)節(jié)。近年來,化學(xué)教學(xué)改革積累了不少成功的經(jīng)驗(yàn),但就總體而論,化學(xué)教學(xué)中重教輕學(xué)、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的問題仍沒有得到根本解決,教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體地位脫節(jié)的現(xiàn)象還較嚴(yán)重。新課程標(biāo)準(zhǔn)和教材突出了對(duì)學(xué)生素質(zhì)的全面培養(yǎng),強(qiáng)調(diào)學(xué)生親歷觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、查閱、合作、設(shè)計(jì)、競(jìng)賽、討論和撰寫等各種有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng),以獲得體驗(yàn)、建構(gòu)知識(shí)和發(fā)展能力;突出了教學(xué)的個(gè)性化、多樣化、綜合化,尤其是在教學(xué)方法上,強(qiáng)調(diào)了科學(xué)探究。筆者在平時(shí)的教學(xué)過程中,對(duì)探究式教學(xué)模式進(jìn)行了實(shí)踐,成文如下。

探究式教學(xué)法教學(xué)可用下面的循環(huán)式流程圖表示。

一、整合信息,設(shè)置情境,營(yíng)造有利于探究教學(xué)的環(huán)境

教師提供預(yù)先精心設(shè)計(jì)的具有誘惑性的問題材料或其他感性材料,使學(xué)生在欲答不能、欲罷不休的狀態(tài)下產(chǎn)生期盼的心理,繼而大腦開始興奮,思維開始激活并啟動(dòng)。學(xué)生因此而自發(fā)地進(jìn)入探索和研究的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的模擬階段。

教師可根據(jù)教材中的現(xiàn)成結(jié)論和化學(xué)史上發(fā)現(xiàn)此結(jié)論的過程,按科學(xué)研究的思路,將教材的內(nèi)容加以改造和編制使其成為學(xué)生逐步學(xué)習(xí)和探索的一種途徑。具體方法如下。

1. 還原

教師通過一定的語言敘述(如化學(xué)史介紹)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)等手段營(yíng)造一種氛圍,使學(xué)生“回歸”到課本中的結(jié)論得出以前的那種狀態(tài),也就是與科學(xué)家剛開始研究的那種狀態(tài)一樣。把學(xué)生帶到科學(xué)發(fā)現(xiàn)的年代,使學(xué)生感受與科學(xué)家當(dāng)時(shí)同樣的“刺激”。教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生由一個(gè)被動(dòng)的接受者角色變?yōu)橹鲃?dòng)探索和研究的“小發(fā)明家、小科學(xué)家”的角色。這一角色變換非常重要,學(xué)生與當(dāng)時(shí)科學(xué)家的心理狀態(tài)越接近,獲得相近成果的可能性就越大?，F(xiàn)行教材大多省略了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷史情境,教師應(yīng)將化學(xué)知識(shí)重新納入一定的歷史情境之中,將課本知識(shí)還原為發(fā)現(xiàn)這一知識(shí)的歷史過程。

2. 縮短

化學(xué)發(fā)現(xiàn)往往是經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的歷史歲月,教師應(yīng)將化學(xué)發(fā)現(xiàn)的漫長(zhǎng)過程加以濃縮剪輯,使其成為一條捷徑,讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)走完科學(xué)家多年才走完的路程。

3. 平坡

將坡度較陡的原發(fā)現(xiàn)過程通過設(shè)置臺(tái)階使坡度減緩,讓學(xué)生跳幾跳就能摘到果子。

4. 精簡(jiǎn)

科學(xué)發(fā)現(xiàn)大多經(jīng)歷了曲折的過程,有的甚至在一定時(shí)期內(nèi)誤入迷途。教師應(yīng)盡量對(duì)這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中的非主流因素予以精簡(jiǎn),也可適量留有一些思維岔道,借以訓(xùn)練學(xué)生的思維品質(zhì)和心理素質(zhì)。

二、循序漸進(jìn),逐步深入,開展探究活動(dòng)

這一階段是探究教學(xué)法的中心階段,教師逐步引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)發(fā)現(xiàn)的開始(發(fā)現(xiàn)問題或提出問題)走向科學(xué)發(fā)現(xiàn)的結(jié)束(解決問題或得出結(jié)論)。學(xué)生是探究教學(xué)法的主體,學(xué)生通過積極主動(dòng)的研究來獲取知識(shí);教師是探究教學(xué)法的主導(dǎo),發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維偏差,隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和糾正,將學(xué)生的思維引入科學(xué)研究的“正路”。引導(dǎo)學(xué)生探究的方法很多,下面略舉兩例。

1. 重現(xiàn)化學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)

對(duì)于一些化學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)案例,經(jīng)過教師的預(yù)處理在課堂上讓學(xué)生重新演繹一次。例如“元素周期表”“苯的分子結(jié)構(gòu)”等的教學(xué)就可用此法。

案例1:“元素周期表”的教學(xué),重現(xiàn)歷史上門捷列夫的“化學(xué)獨(dú)人紙牌游戲”。

史實(shí)介紹:門捷列夫?qū)υ胤诸愃捎玫摹把芯颗c試探”方法是一種被稱作“化學(xué)獨(dú)人紙牌游戲”的方法。他把當(dāng)時(shí)已知的63種元素的相對(duì)原子質(zhì)量、主要性質(zhì)以及化合物的化學(xué)式寫在一張厚紙片上,一種元素一張紙片,然后進(jìn)行比較和排列。

課堂操作:讓學(xué)生課前準(zhǔn)備18張硬紙卡片,在介紹原子序數(shù)等概念后,要求學(xué)生設(shè)計(jì)1~18號(hào)元素的“元素卡”,“元素卡”形式(示例)如下:

要求學(xué)生將“元素卡”按原子序數(shù)由小到大的順序排列成橫行,觀察最外層的電子數(shù)、主要化合價(jià)的變化情況,學(xué)生就可以得出:每經(jīng)過一定數(shù)目的元素,元素性質(zhì)的變化又會(huì)出現(xiàn)與前面元素相似的性質(zhì)變化,也就是呈現(xiàn)周期性變化。得出元素周期律及其實(shí)質(zhì)后,再要求學(xué)生將“元素卡”按一定規(guī)律進(jìn)行分類排列,并說明排列的依據(jù)和理由,這樣就引導(dǎo)學(xué)生得出“元素周期表”。

2. 模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)的思路

有時(shí)課本中的知識(shí)在化學(xué)史上不一定有相應(yīng)的發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的案例,在這種情況下教師可將課本知識(shí)根據(jù)科學(xué)發(fā)明或發(fā)現(xiàn)的某種思路進(jìn)行設(shè)計(jì)和編制,讓學(xué)生對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的思路進(jìn)行模擬。

案例2:在“鐵的鈍化”的教學(xué)中,為了讓學(xué)生親眼“看見”鐵表面的鈍化膜,可模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)的另一重要思路:提出問題→對(duì)問題進(jìn)行分析→實(shí)驗(yàn)事實(shí)→科學(xué)抽象→得出結(jié)論。

(1)提出問題:在濃H2SO4中被鈍化的鐵表面是否真的存在一層氧化膜?

(2)對(duì)問題進(jìn)行分析:①如果鐵的表面沒有氧化膜,必能從銅鹽溶液中置換出銅;②鈍化后的鐵,如果表面有一層氧化膜,必不能從銅鹽溶液中置換出銅;③如果鈍化后的鐵,僅是表面生成一層氧化膜,則將表面氧化膜破壞后,內(nèi)層的鐵必能從銅鹽溶液種置換出銅。

(3)實(shí)驗(yàn)事實(shí):根據(jù)上述分析,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下:取一鐵片用砂紙打磨至光亮浸入濃H2SO4中約10分鐘(可在課前完成)。取出洗凈,在鐵片上滴幾滴CuSO4溶液,再在鐵片上覆蓋一張浸潤(rùn)C(jī)uSO4溶液的濾紙,用鋒利的小刀劃破濾紙,在鐵片上留下劃痕,過一段時(shí)間取下濾紙發(fā)現(xiàn)劃痕呈紅色。

(4)科學(xué)抽象:對(duì)上述實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行抽象概括。

(5)得出結(jié)論:鐵遇濃H2SO4被鈍化,表面生成一層致密的氧化膜。

三、反思提高,鍛煉思維,養(yǎng)成評(píng)估的好習(xí)慣

探究過程是否科學(xué)合理,得出的結(jié)論是否正確,要經(jīng)過反思評(píng)估來檢驗(yàn)。評(píng)估的過程是檢查和思考探究計(jì)劃的嚴(yán)密性、證據(jù)收集的周密性、解釋的科學(xué)性并對(duì)結(jié)論的可靠性作出評(píng)價(jià)的活動(dòng)。因?yàn)槿鄙僭u(píng)估環(huán)節(jié)并不影響結(jié)論的得出(探究活動(dòng)的結(jié)論有時(shí)可能不科學(xué)甚至錯(cuò)誤)和探究報(bào)告的完成,所以往往不引起學(xué)生的重視。其實(shí),對(duì)所做工作進(jìn)行評(píng)估的習(xí)慣和意識(shí)是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分,是科學(xué)探究中必不可少的環(huán)節(jié)。只有適時(shí)地評(píng)估反思、去偽存真,才能保證科學(xué)探究過程的正確性以及結(jié)論向真理靠近。

但是,學(xué)生常常不知道如何去進(jìn)行評(píng)估,因此教師需在具體的方法上對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。一般來說可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。(1) 根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷和推理。如:與已知正確結(jié)論相矛盾,數(shù)據(jù)本身存在缺陷,推理過程的邏輯錯(cuò)誤,實(shí)驗(yàn)存在問題或證據(jù)的來源不可靠等。(2)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和生活常識(shí)進(jìn)行評(píng)估。(3)通過集體或與他人的合作去檢查計(jì)劃的疏漏、不足,以便共同提高。如通過討論、答辯、互查等方式。

案例3:在進(jìn)行普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》(蘇教版)專題2課題1“鋁及其化合物的性質(zhì)”的教學(xué)中,學(xué)生根據(jù)教材的實(shí)驗(yàn)要求 “將一塊擦去氧化膜的鋁片放入2mL0.5mol·L-1CuSO4溶液中,觀察鋁片表面的現(xiàn)象”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期差距較大:前半分鐘無明顯現(xiàn)象;1分鐘后鋁片表面有極少量氣泡;5分鐘后鋁片表面有少量氣泡逸出,邊緣有少量紅色物質(zhì)析出。

事后組織學(xué)生對(duì)這一異常現(xiàn)象進(jìn)行了討論:從實(shí)驗(yàn)預(yù)期現(xiàn)象→實(shí)際現(xiàn)象原因討論→設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)方案→新實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象→現(xiàn)象原因再討論→結(jié)論。

(1)實(shí)驗(yàn)預(yù)期現(xiàn)象:鋁片表面有大量紅色物質(zhì)析出,并可能有氣泡逸出(Cu2+水解)。

(2)實(shí)際現(xiàn)象原因討論:通過討論大家認(rèn)為可能是鋁片表面的氧化膜未擦去。

(3)新實(shí)驗(yàn)方案:將鋁片浸在NaOH溶液中直至有大量氣泡產(chǎn)生,然后將鋁片取出用蒸餾水沖洗干凈后,將其浸入到2mL0.5mol·L-1CuSO4溶液中。

(4)新實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:前半分鐘無明顯現(xiàn)象;1分鐘后鋁片表面有極少量氣泡,邊緣有極少量紅色物質(zhì)析出;5分鐘后鋁片表面有少量氣泡逸出,邊緣有少量紅色物質(zhì)析出。

(5)現(xiàn)象原因再討論:有同學(xué)說:“可能是其他原因,我曾在一道題目中看到,相同的鋁片與同H+離子濃度的鹽酸和硫酸反應(yīng),反應(yīng)速率不一樣,鋁片與鹽酸反應(yīng)快。所以,會(huì)不會(huì)與SO42-、 Cl-離子有關(guān)呢?”大家七嘴八舌地討論起來。

(6)將一塊擦去氧化膜的鋁片放入2mL0.5mol·L-1

CuCl2溶液中。

(7)半分鐘后有大量紅色物質(zhì)析出,并有大量氣泡產(chǎn)生,且反應(yīng)不斷加快,溶液幾近沸騰,1分鐘后鋁片反應(yīng)殆盡,試管中析出大量蓬松的紅色物質(zhì)。

(8)結(jié)論:鋁片與銅鹽溶液反應(yīng)的速率、現(xiàn)象與SO42-、Cl-等陰離子有關(guān)。(至于到底如何影響,還可做進(jìn)一步探究)

評(píng)估是科學(xué)探究的一個(gè)重要環(huán)節(jié),而評(píng)估的意識(shí)是一種重要的科學(xué)品質(zhì)。因此,在探究活動(dòng)之外的其他教學(xué)活動(dòng)中也應(yīng)該體現(xiàn)評(píng)估的意識(shí),如平時(shí)作業(yè)中,解題之后應(yīng)檢查反思解題的過程、整理解題的思路、總結(jié)解題的方法等。

四、信息遷移,應(yīng)用提高

學(xué)習(xí)者獲取知識(shí)、完善自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu),整合遷移環(huán)節(jié)是不可少的。教師要再創(chuàng)教學(xué)情境,啟發(fā)學(xué)生整合知識(shí),反思探究過程和方法;變換問題角度與方式,將結(jié)論遷移運(yùn)用于不同的場(chǎng)合,增強(qiáng)思維的發(fā)散與集中,以達(dá)到認(rèn)知完全的意義建構(gòu)。將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于問題解決的過程,可以通過練習(xí),也可以通過解決某個(gè)生產(chǎn)生活中的具體問題,以便所學(xué)知識(shí)能更牢固地納入學(xué)生自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)之中。同時(shí),這一階段也是對(duì)能力進(jìn)一步強(qiáng)化的階段。教師可以再創(chuàng)一個(gè)學(xué)生力所能及的與課堂中的“模擬過程”相近的探索情境,讓學(xué)生參與設(shè)計(jì)、探究,以使學(xué)生能夠靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

案例4:在學(xué)習(xí)了Fe3+和Fe2+的性質(zhì)后,對(duì)“市場(chǎng)上缺鐵性貧血的補(bǔ)血?jiǎng)┑某煞帧边M(jìn)行了探究。其過程是:信息遷移→提出觀點(diǎn)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案→實(shí)驗(yàn)事實(shí)→完善知識(shí)建構(gòu)。

(1)信息遷移:Fe3+能與SCN-反應(yīng)顯紅色;而Fe2+不能,但Fe2+能被氯水、硝酸、過氧化氫等氧化劑氧化成Fe3+。

(2)提出觀點(diǎn):觀點(diǎn)1:補(bǔ)血?jiǎng)┑某煞菔荈e3+;觀點(diǎn)2:補(bǔ)血?jiǎng)┑某煞菔荈e2+。

(3)實(shí)驗(yàn)方案:取適量補(bǔ)血?jiǎng)┡涑扇芤汉?滴入幾滴KSCN溶液。若顯紅色,則為Fe3+;若不顯紅色,再滴加少量氯水或稀硝酸等氧化劑,溶液顯紅色,則為Fe2+。

(4)實(shí)驗(yàn)事實(shí):補(bǔ)血?jiǎng)┑某煞质荈e2+。

(5)完善知識(shí)建構(gòu):在將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際生活問題的同時(shí),也加深了對(duì)Fe3+和Fe2+的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的理解。

總之,探究式教學(xué)法注重在過程中獲得新知和發(fā)展能力,注重收集證據(jù)及由證據(jù)到結(jié)論的推理與思維,注重交流合作,注重形成性評(píng)價(jià)和學(xué)生自我評(píng)價(jià)。這種教學(xué)方法符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,從形象思維到邏輯思維,從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí),它更強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)的過程,通過學(xué)生的親身體驗(yàn)來掌握概念和規(guī)律。在探究活動(dòng)中,學(xué)生情緒飽滿,求知欲旺盛,課堂氣氛活躍,積極性、主動(dòng)性得以充分發(fā)揮,有利于發(fā)展學(xué)生的個(gè)性,開發(fā)學(xué)生的潛能。