開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)的原則

【摘 要】結(jié)合實(shí)例說(shuō)明，開(kāi)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)必須遵循科學(xué)性、懸念性、可行性、安全性、主體性和實(shí)用性等原則。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)實(shí)驗(yàn) 探究活動(dòng) 原則

所謂實(shí)驗(yàn)探究就是指在未知結(jié)果的情境中，教師引導(dǎo)學(xué)生采用實(shí)驗(yàn)手段，圍繞某個(gè)問(wèn)題通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、分析現(xiàn)象、得出結(jié)論并對(duì)結(jié)果進(jìn)行交流的一種學(xué)習(xí)方式。在倡導(dǎo)多樣化學(xué)習(xí)的今天，我們的課堂既不能充滿(mǎn)實(shí)驗(yàn)探究，也不能沒(méi)有驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)和接受式學(xué)習(xí)，因此開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)必須遵循一些基本的原則。

一、科學(xué)性原則

科學(xué)性是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的首要原則，就是指探究所采用的實(shí)驗(yàn)必須符合科學(xué)規(guī)律，不能違背科學(xué)原理，即原理科學(xué)、裝置合理、操作規(guī)范，這樣得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論才可能是可靠的。

例如，一位教師在引導(dǎo)學(xué)生探究“二氧化碳不燃燒、不支持燃燒、密度比空氣大”的性質(zhì)時(shí)，采用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置。其實(shí)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理是違背科學(xué)的，因?yàn)槎趸疾皇亲杂傻貎A倒下來(lái)的，而是借助于氣體發(fā)生裝置里較大的壓強(qiáng)壓下來(lái)的。筆者把二氧化碳換成密度比空氣小的氮?dú)庾鰧?duì)比實(shí)驗(yàn)，同樣出現(xiàn)下面的蠟燭火焰先熄滅、上面的蠟燭火焰后熄滅的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

再如，一位化學(xué)教師在設(shè)計(jì)“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”活動(dòng)時(shí)，竟然“用木炭和氫氧化鈉溶液代替紅磷和水”，這是想當(dāng)然地認(rèn)為“木炭在空氣中燃燒全部生成二氧化碳”；其實(shí)，當(dāng)木炭在空氣中燃燒時(shí)，不僅生成二氧化碳，隨著密閉容器里氧氣濃度變小，還會(huì)生成大量的一氧化碳，氫氧化鈉溶液顯然不能吸收一氧化碳。所以，這個(gè)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的氧氣體積分?jǐn)?shù)會(huì)明顯小于1/5。

二、懸念性原則

實(shí)驗(yàn)探究的問(wèn)題對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)必須是他們未知領(lǐng)域的知識(shí)（如方法、裝置、操作和結(jié)果等至少有一部分是未知的），這樣才能與科學(xué)家的研究經(jīng)歷相似，即問(wèn)題要充滿(mǎn)懸念性。

例如，大多數(shù)同仁在“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)中都采用實(shí)驗(yàn)探究法，但筆者發(fā)現(xiàn)如果按照實(shí)驗(yàn)探究法的程序進(jìn)行本課題的教學(xué)，在“猜想”環(huán)節(jié)幾乎所有的學(xué)生都會(huì)給出“反應(yīng)前后質(zhì)量不變”的猜想。出現(xiàn)這種情況的原因很簡(jiǎn)單：學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)就已經(jīng)知道了實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，就連剛打開(kāi)課本的學(xué)生也從課題上一目了然地知道“質(zhì)量守恒定律”。既然學(xué)生已經(jīng)知道了“反應(yīng)前后質(zhì)量守恒”，那就沒(méi)有必要去創(chuàng)設(shè)探究的情景（不如就按照驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)開(kāi)展教學(xué)），因?yàn)闆](méi)有懸念的探究是虛假的探究，明知故探無(wú)異于做戲。

順便說(shuō)一點(diǎn)，出現(xiàn)上述虛假探究與教材的編寫(xiě)有直接的關(guān)系。因?yàn)楝F(xiàn)行教科書(shū)正文里對(duì)知識(shí)的表述大都是完整的，有關(guān)的規(guī)律、原理等都沒(méi)有布白，這樣雖然便于學(xué)生自主性學(xué)習(xí)，但卻不利于學(xué)生探究性學(xué)習(xí)。

三、可行性原則

開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)應(yīng)充分考慮教學(xué)、學(xué)生、裝備等實(shí)際情況。如實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的次數(shù)要充分考慮學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)，不宜過(guò)多（完整的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)以每學(xué)年3-4次為宜）；有關(guān)的實(shí)驗(yàn)用品在學(xué)校的裝備中應(yīng)有充分的保證，最好在日常生活中也能找到代用品；探究的選題要充分考慮學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、認(rèn)知規(guī)律和年齡特點(diǎn)等。

例如，一位化學(xué)教師在“碳的化學(xué)性質(zhì)”的教學(xué)中，為了體現(xiàn)新課程理念、倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)方式，他要求學(xué)生分組探究“木炭還原氧化銅”（在設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，學(xué)生再動(dòng)手實(shí)驗(yàn)）。在初中化學(xué)教材中，要求學(xué)生初步學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置就是“實(shí)驗(yàn)室制取氧氣”和“實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳”這兩種。這位教師要求學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，該從哪里入手呢？學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)間不長(zhǎng)，根本不具備設(shè)計(jì)這類(lèi)實(shí)驗(yàn)裝置所需要的知識(shí)、技能和思維原型，這個(gè)不符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的探究活動(dòng)，實(shí)在讓學(xué)生勉為其難。

另外，探究“木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)裝置”也沒(méi)有懸念，因?yàn)楸竟?jié)教材上就有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)裝置（這不是明知故探嗎）；更沒(méi)有什么價(jià)值，因?yàn)檎n程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的要求很低（魯教版、滬教版、仁愛(ài)版化學(xué)教材就沒(méi)有安排這一內(nèi)容）。

四、安全性原則

探究性實(shí)驗(yàn)一般難度較大，而我們的學(xué)生大多動(dòng)手少、經(jīng)驗(yàn)少。因此，探究性實(shí)驗(yàn)必須安全可靠、性能穩(wěn)定，用藥量少、污染性小。如果涉及危險(xiǎn)性操作或使用有毒藥品，教師還應(yīng)在實(shí)驗(yàn)方案中詳細(xì)說(shuō)明注意事項(xiàng)。

例如，一位化學(xué)老師認(rèn)為課本上“白磷燃燒前后質(zhì)量測(cè)定”的實(shí)驗(yàn)不易操作，于是他在引導(dǎo)學(xué)生“探究化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系”時(shí)要求學(xué)生將白磷更換為火柴頭，并放入封閉的試管里加熱。我們知道，火柴頭上的藥品主要是氯酸鉀、二氧化錳和三硫化二銻等（一般不含磷），當(dāng)加熱火柴頭時(shí)，三硫化二銻會(huì)首先燃燒產(chǎn)生氣體，同時(shí)燃燒放出的熱量又使氯酸鉀分解放出氧氣，進(jìn)而使燃燒更劇烈。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了大量的氣體，所以試管極可能發(fā)生爆炸?。ㄔ瓉?lái)的滬教版初中化學(xué)教材就有“加熱試管中的火柴頭”的爆炸實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)已取消。

五、主體性原則

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的主體是學(xué)生，因此教師在當(dāng)好學(xué)習(xí)活動(dòng)的參與者、促進(jìn)者、組織者和引導(dǎo)者的基礎(chǔ)上，尤其要設(shè)法創(chuàng)造條件，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂(lè)于探究、勤于動(dòng)手、善于合作，從而使學(xué)生獲得各種有益的體驗(yàn)，同時(shí)發(fā)展科學(xué)探究的能力。

例如，在完成課本上鋼鐵生銹的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，可以引導(dǎo)學(xué)生課外探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

首先，師生共同回憶課本上“測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理（磷快速燃燒消耗氧氣，同時(shí)生成固體產(chǎn)物），進(jìn)而引申出適合學(xué)生課外探究使用的藥品應(yīng)該是無(wú)毒（防止中毒和污染環(huán)境）、反應(yīng)速率不要太快（避免實(shí)驗(yàn)時(shí)手忙腳亂）、生成物是固體（瓶?jī)?nèi)能出現(xiàn)負(fù)壓進(jìn)而引起水的倒流）；再結(jié)合剛學(xué)習(xí)的鋼鐵生銹知識(shí)不難發(fā)現(xiàn)，使用家中的食品脫氧劑（含有鐵粉、氯化鈉和活性炭）最合適。

然后，學(xué)生參考“磷燃燒法測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實(shí)驗(yàn)裝置，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師審核、完善，同時(shí)提出實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。

接下來(lái)，學(xué)生在家（或?qū)嶒?yàn)室）動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)墻報(bào)、博客、QQ群等形式，交流成果、討論困惑、分享成功；教師及時(shí)評(píng)價(jià)，學(xué)生自評(píng)、互評(píng)。

上述活動(dòng)測(cè)量出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能不太準(zhǔn)確，但是學(xué)生親身經(jīng)歷了知識(shí)的形成過(guò)程，因此深化了基礎(chǔ)知識(shí)，訓(xùn)練了實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)了科學(xué)素養(yǎng)。

六、實(shí)用性原則

科學(xué)技術(shù)來(lái)自社會(huì)，服務(wù)人類(lèi)。實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)要引導(dǎo)學(xué)生靈活應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，從而體現(xiàn)學(xué)以致用，呈現(xiàn)實(shí)用價(jià)值。這就要求探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要從學(xué)生身邊的問(wèn)題入手，這樣才能使實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)更具實(shí)踐價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

例如，在“二氧化碳的性質(zhì)”教學(xué)中，筆者適時(shí)演示了如下的實(shí)驗(yàn)：將燃著的蠟燭分別伸入CO2體積分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%的空氣中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)蠟燭火焰在CO2體積分?jǐn)?shù)為15%的空氣里才慢慢熄滅。此時(shí)學(xué)生即知“不能用教科書(shū)上推薦的燈火試驗(yàn)法檢驗(yàn)CO2的有害濃度”。接下來(lái)他們聯(lián)系二氧化碳的性質(zhì)，猜想出檢驗(yàn)二氧化碳有害濃度的三種可能方法（石灰水檢驗(yàn)法、石蕊試液檢驗(yàn)法、小動(dòng)物檢驗(yàn)法），又設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)逐一驗(yàn)證，終于發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)二氧化碳有害濃度的簡(jiǎn)便方法是“石灰水檢驗(yàn)法”。

上述探究活動(dòng)不僅拓展了課本知識(shí)，尤其培養(yǎng)了學(xué)生的安全意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

總之，實(shí)驗(yàn)探究是科學(xué)教學(xué)中重要的學(xué)習(xí)方式，我們一線(xiàn)教師要勇于實(shí)踐、適時(shí)開(kāi)展，從而促進(jìn)學(xué)生掌握學(xué)科知識(shí)、形成實(shí)驗(yàn)技能、增強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)、提高創(chuàng)新能力。

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（作者單位：江蘇省徐州市西苑中學(xué)）