非實驗探究教學法

魯名峰

探究性課堂教學就是模擬科學研究的一般程式、為學生提供材料（文字、數據或實驗器材）、通過學生的自主探究和分工合作發現問題、提出假設、進行探究、得出結論的課堂教學。以實驗為手段的探究課堂教學模式已日趨成熟，而以物質結構理論為內容的探究課堂教學，因其內容的非實驗驗證特性及高科技手段在教學中不能使用的特點，使本類探究課堂教學還處于不斷探索之中。本文作者經過一輪多新課程的教學實踐得出：探究性課堂教學也能以閱讀和思辨的方式進行，并初步建構了以物質結構理論為內容的探究課堂教學的基本模式，在教學中取得了良好效果。

1． 知識不僅是經驗的結果

《普通高中新課程標準》把培養學生的科學素養放在教育的中心地位，強調通過模擬科學家進行科學研究的過程進行探究性學習，在注重獲取知識結果的同時更重視探求知識的過程。以實驗為特征的化學學科是踐行課標理念的良好載體，但新教材中有許多內容不是學生通過普通中等基礎類學校實驗條件所能進行實驗探究的，有些知識也不是能夠進行實驗驗證的，如軌道雜化、化學鍵、晶體類型等。

按傳統觀念，探究是實驗的“專利”。這來源于人們關于知識產生過程的認識誤區——知識是經驗的歸納。關于知識的起源，墨子有三說：親知（來自認識者親身經驗），聞知(來自權威的傳授)，說知（來自推論的知識）；羅素亦有三說：一為個人直接體驗所得的知識，二為通過他人間接體驗所得的知識，三為內省所得的知識。這兩位大哲學家跨越時空驚人相似地把知識概括為三類。事實上，第一類和第二類知識都叫經驗的知識，第三類知識叫推論的知識，前兩者是經驗（實踐的或實驗的經驗）的歸納，后者是經驗的衍生。所以從知識的起源上可以把知識概括為經驗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驗的直接知識，還沒有人能通過什么先進的儀器看到原子中電子到底以何種軌跡運動。但是，雜化軌道理論很好地解釋了甲烷的四面體構型和氨氣分子的三角錐形，這個理論應當是科學的知識。

因此，模擬科學研究的過程進行探究性課堂教學和指導學生進行探究性學習，可根據知識產生的背景不同以實驗探究方式進行，也可以思辨和閱讀探究的方式進行。

2． 思辨與閱讀探究課堂教學模式

（1）思辨與閱讀探究課堂教學模式的基本結構和意義

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行的：發現問題，建立假設；思辨證明或證偽，查閱資料證明或證偽；歸納總結，得出結論；演繹推理，形成理論。與此對應，以物質結構理論為內容的探究性課堂教學基本模式如下：“給出材料，聯想質疑→提出問題，建立假設→探究學習，證明假設（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，得出結論→演繹探究，遷移運用。” 該模式的基本理念是：基于知識形成的建構主義思想，提供學生與他們原有經驗相聯系的材料，模擬科學研究的一般程序，引導學生在探究過程中發現問題、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學生的科學探究方法和探究性學習能力，進而培養學生的科學素養和創新能力。該模式在實施過程中可以收到以講為主要手段的傳統教學方式所不能企及的良好效果：通過討論和交流，可以培養學生的分工合作精神；通過表述可以鍛煉學生的語言表達能力；通過查閱資料可以訓練學生的閱讀能力及加工處理信息的能力。

（2）教學案例——原子晶體探究教學案例

［聯想與質疑］

上表為第二周期元素單質晶體的熔點數據，觀察這些數據你發現了什么問題？

[問題與假設]

硼和碳元素單質晶體的熔點表現出特殊性，不是以前學過的分子晶體，碳原子會以何種方式結合呢？學生經過熱烈討論，聯系原有知識，建立了諸多假設，具代表性的有如下五種：

假設1：碳原子間沒有化學鍵，在碳的晶體中，碳原子采取最緊密堆積方式；

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

假設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，構成一條條長鏈狀分子；

假設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，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的大Л鍵；

假設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鍵，共價鍵向空間伸展形成空間立體網狀結構的晶體。

[思辨證明或證偽]

學生針對五種假設，在分組討論后交流如下討論結果：

假設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，熔點比氖的還要低，這與碳單質的高熔點不符。

假設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，常溫下應當為氣體。

假設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，但事實上，這種高熔點的碳單質非常堅硬，是塊狀而不是絲線狀。

假設4成立，因為要使該晶體熔化就要打斷每個碳原子的三個化學鍵，還要打斷遍布整個平面網的大JI鍵，這需要很大的能量，它的熔點將必然很高，這與給定數據相符。這種結構的晶體將可能有如下性質：因層間不存在化學鍵，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，電子在網內可自由移動，該晶體應當有單向導電性。

假設5成立，這樣形成的分子是一個空間網狀結構的晶體，要從晶體中取掉一個碳原子，同時得打斷四個化學鍵，熔點和硬度當很大，這與表中數據相符。

[查閱資料證明或證偽]

學生匯報討論結果時，我對他們的思維激情給予了高度贊揚，但我沒有對匯報的內容給予肯定或否定評判。為了使學生進一步弄清自己的假設及對假設的分析是否正確，我指導學生開始閱讀探究。

[歸納總結，得出結論]

通過閱讀教材和教學參考資料,學生基本明確了上述假設的真假及對假設分析的正誤,也弄清了原子晶體的概念。學生通過填寫學案中原子晶體的概念內涵、物理特性、熔沸點比較等內容，獲得了關于原子晶體的系統知識。在學生看來，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，還感受了成功的內心體驗。

[演繹探究，遷移運用]

金剛石中最小的碳環是幾元環？你知道每個環平攤幾個碳原子嗎？學生對這個問題一時回答不了，課堂教學進入演繹探究階段。我一邊放映金剛石結構模型的flash模擬動畫，一邊給每個學習小組發了一個具有多個晶胞的金剛石球棍模型，讓學生仔細觀察并展開討論，課堂出現了第二次高潮。在學生弄清金剛石的結構后，我告訴學生：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的富于梯度的課堂練習。課堂教學在學生的回顧總結和提問答疑中結束。

非實驗探究教學法能很好地體現新課程理念，有利于培養學生的各種能力和科學素養，值得提倡和推廣。但也可能出現高耗時低效率，不可濫用，要結合教材內容特點和學生的實際情況，決定是否實施思辨與閱讀探究性課堂教學。對于一些沒有必要進行探究教學的物質結構理論知識，傳統的講述來得更直接、明了和精確。

責任編輯潘孟良