基于探究式教學模式的化學實驗教學設計研究*

羅隹瑤，王曉軍，李秋艷

(江蘇師范大學化學與材料科學學院，江蘇 徐州 221116)

《普通高中化學課程標準(2017版)》提出的核心素養(yǎng)之一“科學探究與創(chuàng)新意識”，要求學生認識科學探究是進行科學解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應用的科學實踐活動；能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題；能從問題和假設出發(fā)，依據(jù)探究目的，設計探究方案，運用化學實驗、調查等方法進行實驗探究；勤于實踐，善于合作，敢于質疑，勇于創(chuàng)新[1]。這就要求教師在教學過程中轉換角色，以學生為主體，教師為主導，形成具有自身風格的能夠激發(fā)學生創(chuàng)造性的化學教學藝術。

傳統(tǒng)教育中的化學實驗，主要是以教師講授為主，實驗為輔，還多為驗證性實驗，對探究性實驗運用不多，忽視了學生探究學習的過程[2]。根據(jù)新課改的要求，教師應設計合理有效的探究性實驗教學內容，充分調動學生對未知事物的好奇心和求知欲，提升學生的化學學科核心素養(yǎng)。那么教學中要如何發(fā)揮學生的主動性，使化學實驗充滿探究性呢？如何進行教學設計才能反映出課程標準的素養(yǎng)要求呢？因此本課題對探究式教學模式的化學實驗教學設計進行研究。

1 探究式化學實驗教學設計思路

科學的方法論和認識論以及科學觀是學生進行探究學習的基本出發(fā)點。學生要以發(fā)展和辯證的眼光來看待科學，在探究學習中，教師要教育學生充分尊重現(xiàn)有知識，同時又要讓學生明白科學知識的真正實質，科研史上的重大發(fā)現(xiàn)，理論的形成和發(fā)展是各種假說不斷被提出、證實和證偽的過程。探究學習的理論基礎主要有皮亞杰的認知發(fā)展理論、建構主義理論、布魯納的發(fā)現(xiàn)學習理論等。教育學里的很多教育理念和教育思想，例如終身學習理論、多元智力理論，也為探究學習的研究奠定了深厚的理論基礎[3]。

在教學理論的指導下，接下來選擇教學模式。教學模式可以定義為一種在某些思維理論或教學理論的指導下設定的具有一定的結構而且相對穩(wěn)定的學習活動框架。國內外的教育學者按照不同的角度將其分為不同的種類，那么在探究式化學實驗教學中可以采用哪種教學模式呢？

杜威的“做中學”教學模式，“做中學”注重面向全體學生，培養(yǎng)學生的科學興趣和探究意識，主要有四個步驟：創(chuàng)設情境、學生假設、實驗驗證、交流討論。拋錨式教學模式，旨在培養(yǎng)學生運用所學知識解決問題的能力，主要有五個教學環(huán)節(jié)：創(chuàng)設情境、拋錨定題、自主探究、交流討論、意義建構。發(fā)現(xiàn)教學模式，以布魯納的發(fā)現(xiàn)教學思想為基礎，發(fā)現(xiàn)教學模式的主要教學環(huán)節(jié)包括：提出問題、提出假設、分析整理、得出結論。此外還有學習循環(huán)模式、問題驅動模式、微項目式教學模式等，都適合于探究式實驗教學[4]。

根據(jù)以上分析，我們知道探究式教學注重學生的參與，倡導以學生為主體，教師為主導的新型教學模式，鼓勵學生開發(fā)思維、自主探究，引導學生將理論與實際相結合，提高自我分析問題、解決問題的能力。所以我們在進行教學活動設計時，應選擇合適的教學模式，使課堂效益發(fā)揮到最大。實驗探究教學的基本流程可以概括為：提出問題，猜想與假設，制定計劃，進行實驗，收集證據(jù)，解釋與討論，反思與評價，表達與交流。

2 探究式化學實驗教學設計方案

化學教學設計是依據(jù)教學理論、學習理論，對教學過程的各要素進行科學、合理的優(yōu)化安排?？煞譃檎n程、學段、單元和課時教學設計四個層次。以課時教學設計為例，探究式化學實驗教學設計，主要包括學情分析、學習任務分析，依據(jù)課程標準及相關分析，確定教學目標及教學重難點，選擇合適的教學模式及教學方法，重點進行教學過程設計，最終形成課時教學設計方案，簡稱教案。同時要注意教案與教學課例的區(qū)別，教案是教師還未上課時，進行備課而寫成的教學設計方案，一般要寫明教師活動、學生活動、設計意圖等，不需要記錄學生所說的話。而教學課例是教師上完課之后為進行教學反思與交流而寫就的課堂教學實錄，要詳略得當?shù)挠涗浗處熍c學生的對話及活動。

2.1 探究式化學實驗教學設計案例一

以人教版高中化學必修第二冊實驗活動7“化學反應速率的影響因素”為例[5]，探究式課時教學設計方案如下。

2.1.1 實驗教學目標

(1)理解并鞏固化學反應速率的概念，探究反應物濃度、反應溫度對化學反應速率的影響。

(2)體驗控制變量法在化學實驗中的應用。

(3)理解改變反應條件可以調控化學反應的速率。

2.1.2 教學過程設計

教學環(huán)節(jié)(1)濃度對化學反應速率的影響

教師引入：復習化學反應速率的概念，介紹硫代硫酸鈉與酸的反應，向硫代硫酸鈉溶液中加入稀硫酸，生成的硫使溶液變渾濁。

Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O

問題的提出：反應物濃度、溫度對反應速率有何影響？

學生提出假設：濃度越大，反應速率越大，溫度越高，反應速率越大。

教師引導：如何驗證假設？

學生設計實驗：依據(jù)所給的實驗用品，學生設計實驗，首先探究反應物濃度對反應速率的影響。

教師引導：通過測定溶液出現(xiàn)渾濁的時間不同，確定反應速率的快慢。講解具體的操作，用黑色記號筆在白紙的適當位置畫“+”，要求粗細、顏色深淺一致。將帶“+”的白紙襯在試管的背部，以硫代硫酸鈉溶液與稀硫酸溶液混合時開始計時，至濁液將“+”剛剛覆蓋完全為止，記錄反應時間，判斷反應速率的大小。

學生進行實驗：根據(jù)設計方案，學生實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)。

學生交流討論：得出結論：反應物濃度越大，反應速率越快。

教學環(huán)節(jié)(2)溫度對化學反應速率的影響

學生設計實驗：依據(jù)所給的實驗用品，學生探究反應物溫度對反應速率的影響。

教師引導：教師講解注意事項，兩支試管中的溶液要分別恒溫5分鐘左右，然后繼續(xù)操作。

學生實驗：根據(jù)設計方案，學生進行實驗，比較兩支試管出現(xiàn)混濁的快慢，記錄實驗數(shù)據(jù)。

學生交流討論：得出結論：反應物溫度越高，反應速率越快。

設計意圖：通過提出問題，引發(fā)學生思考，并提出個人的假設，然后引導學生通過所給實驗藥品，進行實驗設計，通過證據(jù)推理，驗證自己的假設，然后同學互相交流討論，得出結論，使學生體驗實驗探究的流程與方法。

2.2 探究式化學實驗教學設計案例二

以蘇教版高中化學必修第二冊“化學能與電能的轉化”單元，學生必做實驗“化學能轉化為電能”為例[6]，探究式課時教學設計方案如下：

2.2.1 實驗教學目標

(1)通過銅鋅稀硫酸原電池探究活動，發(fā)展證據(jù)推理、模型建構能力，提升科學探究能力。

(2)運用原電池模型，認識原電池工作原理、反應本質與能量變化、組成要素，發(fā)展對化學理論模型的認識水平。

(3)基于原電池模型，開展探究活動，認識化學學科價值，增強社會責任感、創(chuàng)新意識。

2.2.2 教學過程設計

教師引入：前面我們已經(jīng)學過，化學能可以和熱能相互轉化，那么化學能可以和電能相互轉化嗎？早在200多年前，就有一位偉大的物理化學家伏打實現(xiàn)了化學能和電能的轉化。接下來我們就體驗一次科學探究的過程。首先請同學們利用老師給大家提供的試劑和材料完成以下實驗。并思考化學能轉化成電能的必要條件是什么。

學生實驗一：把一片鋅片和一片銅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯里，觀察實驗現(xiàn)象。

學生實驗二：把一片鋅片和一片銅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯里，觀察實驗現(xiàn)象。

學生觀察：鋅片表面有大量氣泡，鋅片逐漸溶解，銅片表面無現(xiàn)象。并嘗試寫出反應的離子方程式。

學生實驗三：將實驗二中的鋅片和銅片用導線連接起來，觀察實驗現(xiàn)象。

學生觀察：鋅片表面仍有較多氣泡，銅片表面也開始生成氣泡。

教師引導：鋅片表面仍有氣泡，是由于鋅片與稀硫酸反應速率較快引起的，原因會在后面進一步解釋。科學探究的第一步就是提出問題，銅表面生成的是哪種氣體？

學生假設并驗證。

教師提出問題：經(jīng)驗證該氣體是氫氣，那么請同學們思考，氫氣是銅和稀硫酸反應生成的嗎？

學生假設并驗證。

教師繼續(xù)提出問題：通過稱取反應前后鋅片的質量來確定是鋅片和稀硫酸發(fā)生了反應，所以銅片表面的氫氣不是銅和稀硫酸反應生成的。那么導線的作用是什么？

學生假設并驗證。

學生實驗四：將實驗3中的導線中間連接一個靈敏電流計。觀察到靈敏電流計的指針偏轉，通過指針偏轉的方向說明是鋅失去電子通過導線傳遞到銅片上，形成電流。故氫離子在銅片上得電子，生成氫氣。

教師總結：科學探究的最后一步就是得出結論，像這種可以將化學能轉變成電能的裝置稱為原電池。鋅片表面出現(xiàn)較多氣體，原因是多方面的，鋅片不純，鋅片內部會形成很多微電池，鋅片本身與酸發(fā)生較快的化學反應等都會導致表面產(chǎn)生較多氣體。后面我們會進一步學習設計雙液電池，就可以解決這個問題。

教師提問：現(xiàn)在我們知道化學能轉化成電能需要由原電池來完成，你能總結出構成原電池的必要條件有哪些嗎？

學生總結：需要電解質溶液；需要形成閉合回路；電極材料活潑性需要不同。

設計意圖：通過四個學生實驗，一步步的引導學生探究發(fā)現(xiàn)組成原電池的必要條件，每一個實驗的進行，都有其特定的目的存在，不斷的進行實驗，不斷的發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，做出假設，設計新的實驗，驗證我們的假設，這正是探究式實驗的必要流程。

3 結 語

新課程標準倡導學生進行探究式學習、合作學習，注重探究性化學實驗在提高學生科學素養(yǎng)方面的重要作用，這就要求我們在教學中要轉變思想，從如何教轉變?yōu)槿绾我詫W生為中心學去發(fā)現(xiàn)問題、探究問題，反思學生實驗能力不強的原因何在，怎樣通過合適的教學設計、教學實踐，大面積提高教學質量，提高化學演示實驗、探究實驗的教學效果，提高學生學習化學的動機和興趣。探究式教學的基本流程可以概括為：提出問題，猜想與假設，制定計劃，進行實驗，收集證據(jù)，解釋與討論，反思與評價，表達與交流。當然并非所有的實驗教學，都適合使用探究式教學模式，教師在實踐教學中要學會根據(jù)教學目標和教學內容，根據(jù)學生的年齡特征和教師自身的特點，選擇能夠激發(fā)學生學習興趣的教學模式，遵循正確的教學觀，克服單一教學模式的局限，綜合運用各種教學模式、教學方法、教學策略，在模仿中進行創(chuàng)新，努力鉆研課程標準中的設計思想及實施建議，努力創(chuàng)設與生活相關的真實問題情境，做好教材分析，學情分析，制定合理的教學目標，精心做好教學過程設計。在課堂教學中注重引導學生質疑、探疑，幫助學生提高分析問題和解決問題的能力，真正實現(xiàn)由學科知識到能力素養(yǎng)的轉化。