化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在培養(yǎng)學(xué)生探究性學(xué)習(xí)能力中的作用

汪揚(yáng)

科學(xué)研究是一種使學(xué)生體驗(yàn)探究過程和探究樂趣的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，是一種有效的學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)科學(xué)是要學(xué)生親自動(dòng)手做，而不是要?jiǎng)e人做給他們看的事情?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中能動(dòng)的實(shí)踐活動(dòng)，為學(xué)生創(chuàng)造了親身參與實(shí)踐的機(jī)會(huì)，具有獲知、激趣、求真、循理、育德等教育功能?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最高級(jí)形式，更是培養(yǎng)學(xué)生探究思維能力的重要手段。筆者結(jié)合課堂教學(xué)中幾個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的案例，簡(jiǎn)要談?wù)勅绾卧趯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的探究思維能力。

一、課堂上教師設(shè)計(jì)探究性小實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣

化學(xué)教學(xué)中有很多讓學(xué)生驚訝的化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或化學(xué)事實(shí)，這些新奇的事物刺激著學(xué)生，讓學(xué)生產(chǎn)生好奇心，從而再將這種好奇心轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)的興趣和進(jìn)一步探究的動(dòng)力。例如，講“碳的幾種單質(zhì)”一課，教師可設(shè)計(jì)如下一組小實(shí)驗(yàn)：（1）將冷的瓷盤罩在蠟燭火焰上方，利用蠟燭不完全燃燒產(chǎn)生的碳寫出一個(gè)“C”字；（2）用玻璃刀裁玻璃；（3）用石墨在紙上迅速畫出一張金剛石晶體模擬圖；（4）用石墨把電路接通，電燈泡亮了。

以上實(shí)驗(yàn)激起了學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生產(chǎn)生了“為什么”的懸念。為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生深層次探究的興趣，緊接著介紹“金剛石與石墨的異同”，教師又可講故事的方式描述三個(gè)事實(shí)：（1）17世紀(jì)意大利佛羅倫薩科學(xué)院的院士們?cè)谟^察金剛石怎樣反射陽光時(shí)，突然價(jià)值千金的金剛石變成一股青煙消失了，這出乎意料的變化把院士們弄得驚詫不已。以后，化學(xué)家們進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)，他們把金剛石放在充滿氧氣的密閉容器里燃燒，然后測(cè)定容器內(nèi)的生成物，發(fā)現(xiàn)竟然全部都是二氧化碳。（2）煤放在隔絕空氣的條件下很快加熱，使雜質(zhì)揮發(fā)，剩下的純炭就成了石墨。（3）1797年法國(guó)化學(xué)家談拉德做了一個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)，他稱取等質(zhì)量的金剛石和石墨，分別使之充分燃燒，結(jié)果得到了相等質(zhì)量的氣體，該氣體都能使澄清石灰水變渾濁。

在這堂課中，將有關(guān)碳單質(zhì)的有趣小實(shí)驗(yàn)和故事安排進(jìn)去，在知識(shí)教學(xué)中注意培養(yǎng)學(xué)生的興趣和對(duì)科學(xué)的情感，且小故事又再現(xiàn)了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程。這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生探索真理的科學(xué)態(tài)度有著重要的作用，大大激發(fā)了學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣。

二、改變傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的方法

我國(guó)傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)、學(xué)懂相關(guān)的知識(shí)和技能，教師往往是先講授理論知識(shí)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果與新知識(shí)作對(duì)應(yīng)比較，最后由教師作概括和總結(jié)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)的操作，記住儀器的名稱，學(xué)會(huì)觀察和記錄，學(xué)懂相關(guān)的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行合理的解釋。學(xué)生全都學(xué)會(huì)、學(xué)懂、記住，教學(xué)任務(wù)也就完成了，至于化學(xué)學(xué)科中的科學(xué)方法，以及為什么這樣做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是怎樣設(shè)計(jì)出來的，似乎很少引起師生的共同關(guān)注。

現(xiàn)代教學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，教學(xué)的方法應(yīng)該與思維的方法一致，思維過程與化學(xué)學(xué)科的探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程是相當(dāng)一致的，化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)以探究性實(shí)驗(yàn)為主。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)變演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)或邊講邊實(shí)驗(yàn)，變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)，盡量讓學(xué)生自己探索，得出結(jié)論。例如學(xué)生在做二氧化碳與石灰水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)用嘴通過吸管向澄清石灰水底部吹二氧化碳?xì)怏w而產(chǎn)生沉淀的過程，是一個(gè)反應(yīng)較慢的過程，而且發(fā)現(xiàn)吹入的二氧化碳?xì)怏w會(huì)很快地、無多大變化地溢出溶液表面。同學(xué)們由此聯(lián)想到一個(gè)問題：教材上為什么規(guī)定不能用排水集氣發(fā)來收集二氧化碳?xì)怏w呢？針對(duì)這一問題，有的學(xué)生就開始探索，他們查找了二氧化碳?xì)怏w在常溫下的溶解度等資料，并做了大量的對(duì)照性實(shí)驗(yàn)，如用排水法和排空氣法在同等條件下分別收集二氧化碳?xì)怏w，再比較收滿氣體所花的時(shí)間及所收集氣體的純度等。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，二氧化碳?xì)怏w不僅可以用排水法收集，而且收集的二氧化碳?xì)怏w更純、更快，從而更正書本上的結(jié)論。對(duì)于這種大膽質(zhì)疑，勇于探索并進(jìn)行科學(xué)探究的精神，教師應(yīng)大加鼓勵(lì)。由此可見，在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有一部分內(nèi)容可以設(shè)計(jì)成讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)真理、不斷更新知識(shí)、探求結(jié)果的過程，設(shè)計(jì)成有利于學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法、科學(xué)研究方法的過程，設(shè)計(jì)成有利于發(fā)展學(xué)生智能、培養(yǎng)學(xué)生探究精神及探索思維的過程。

三、鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，形成和發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究的能力

科學(xué)地選擇實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力是組成化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾蛩?，也是形成和發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力的重要手段。實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)步驟：（1）提出問題、選擇并明確研究課題；（2）對(duì)問題提出自己的假設(shè)，然后驗(yàn)證假設(shè)；（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)法讓預(yù)想的事人為的發(fā)生，以便于進(jìn)一步的觀察，對(duì)提出的問題進(jìn)行探索研究；（4）對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，探索研究；（5）對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)其實(shí)驗(yàn)的效果，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案是否具備一定的合理性。周密性、技巧性和可行性；（6）對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，使其更加完善、合理。

案例：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——CO■和Na■O■的反應(yīng)是否和水的存在有關(guān)。

教學(xué)過程：（1）教師提出探究課題，學(xué)生設(shè)計(jì)方案。課前教師將研究課題或?qū)W案發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生4人一組討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并將設(shè)計(jì)方案寫在投影膠片上供課堂討論用。（2）師生共同討論，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。課堂教學(xué)時(shí)，每組派代表通過投影膠片介紹本組設(shè)計(jì)思想實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、所用儀器和藥品。在代表發(fā)言時(shí)，要求每位同學(xué)積極思考，幫助其找出實(shí)驗(yàn)方案的不足之處，如有可能的話，最好能夠提出改進(jìn)方案，并借鑒別人的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化本組的設(shè)計(jì)方案。教師根據(jù)討論的情況，適時(shí)提出問題引導(dǎo)學(xué)生尋找合理方案，或提出自己的建議。（3）分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師解惑答疑。在課堂討論結(jié)束后，各組采用本組認(rèn)為合理的方案，共同實(shí)驗(yàn)、觀察、記錄、分析，得出可能的結(jié)論。教師幫助有困難的組完成實(shí)驗(yàn)。（4）報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論、分析、評(píng)價(jià)。待各組實(shí)驗(yàn)基本完成，教師要求各組同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，分析總結(jié)，得出可能的結(jié)論，并嘗試給出較為合理的解釋；然后各組代表發(fā)言，報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果；根據(jù)報(bào)告，大加評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)不足之處提出進(jìn)一步改進(jìn)的措施。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以其特有的魅力在探究性學(xué)習(xí)中占有重要地位，為學(xué)生形成探究性學(xué)習(xí)的方法，培養(yǎng)學(xué)生探究性思維能力提供條件。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過多種途徑進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，營(yíng)造良好的探究性學(xué)習(xí)氛圍。在通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出實(shí)驗(yàn)方案，充分肯定學(xué)生在提出方案過程中的主動(dòng)參與精神和探究意識(shí)。