探究式教學中實驗“引導”的適切性芻議

汪　序

所謂探究式教學一定是以問題情景或認知沖突為起點的,“問題情景或認知沖突”在探究式學習中的重要性,主要體現在它對學生是否合適,故問題情景的創設應該由教師在備課時精心設計,同一個問題可以設置多個探究的角度,并且在教學實踐中還需要根據實際情況不斷地改進。在化學學科中,重要的環節之一就是實驗,那么通過實驗的“現象觀察”、“現象解釋”和“引導得出結論”是探究性實驗教學的關鍵之處。

一、探究式教學中實驗的作用

探究式教學的模式有很多種,如“實驗引入、原理分析、理論指導、實驗驗證、知識運用”或“假設→實驗→探究→結論”等模式。由此可見實驗在其中的重要性是不容質疑的。學生不僅要在教師的引導下觀察實驗現象、進行實驗操作,還要通過現象發現問題,并能挖掘出本質的內容,進而解決問題;學生不僅要在教師的指導下完成實驗,還要培養自己能設計有關的實驗方案;學生不僅要在教師的引導下學會處理信息,還要培養自己獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力。

在幾年的教學中,體會到原來許多驗證性的實驗都能用探究的方式進行。大多數探究的過程需要實驗來支持,也就是說,實驗是研究問題的主要手段。化學實驗產生出可以探究的問題,又能提供給學生感性材料,而實驗不一定難做或復雜,關鍵是教師如何運用、引導和重組,同時也需要教師和學生共同進行實驗創新(包括方案、原理和裝置),并引導學生對觀察到的現象進行本質分析和探究,從而完成對某個知識的認知,或對某個概念的建立,這是學生探究過程也是學習過程,從感性到理性的上升過程。

二、探究式教學過程中“引導”的程度

探究活動肯定需要教師的引導,這是毫無疑問的,但問題是需要教師什么樣的引導,怎樣把握“引導”的程度呢?

1.要把握“引導”的度,就應先理解“引導”。引導不是告訴,應是提示。如果把答案告訴他們,就不能發揮探究的功能,就失去了探究的意義和價值。同時引導也不應是“控”,而應是“放”。教師要處理好“控”與“放”的關系,該控的時候,要控制好;該放的時候,要放充分。在化學教學中如何體現“放控”?凡是學生經過討論或實驗、調查能夠弄清楚的地方,就要放;凡是放開后學生無法探究(超出了學生的可接受能力)的地方,就要控。

2.要把握好“引導”的度,就應做好充分備課,把握課堂教學時間。在課堂教學時間有限的情況下,哪些教學內容讓學生自己探究,哪些內容要教師給出相關信息或啟發講授,哪些內容教師直接講授,這個問題需要教師課前仔細斟酌。特別是對于學生已有的經驗基礎,或學生已經達成的共識,不要再占用時間進行專門的探究活動。對一些學生自己探究起來非常困難,又不是關鍵或重要的教學內容,不要在上面花費較多的時間。

3.要把握好“引導”的度,就應抓住最佳教學時機。在探究式教學的實驗討論過程中,教師要融入探究活動中,及時給予必要的幫助和輔導。當學生的認識出現迷惑不解時,教師要及時掌握他們哪里有認識的障礙,糾正學生的錯誤認識,給學生正確的指導。必要的時候,教師還可以讓學生暫停探究,對存在的較為普遍的問題進行及時評價反饋,這是教師探查學生情況的良好時機。一旦錯過良機,不但不能取得好的教學效果,而且往往會擾亂學生的思路,導致教師牽著學生鼻子走的局面,使學生陷入被動接受的境地。

4.要把握好“引導”的度,就應多創設適宜的教學情景。引發學生思考,要給學生為自己的想法或假設尋找證據的機會,進行同伴間的交流活動,尤其是要給學生機會闡釋自己的見解和為自己的觀點進行辯護。

5.要把握好“引導”的度,就應幫助學生抓住探式教學過程中的重難點。在探究式教學過程中往往會出現學生不會記筆記或難于下筆的情形,這主要是由于探究式教學知識點比較分散,重難點知識難以集中體現。因此,要求教師在教學時更要及時地對知識進行梳理,同時培養學生抓住重難點的能力。

三、探究式教學中的實驗案例

案例1:鈉與水的反應

[引言]同學們,請你們推測一下,金屬鈉可能具有怎樣的化學性質?你的依據是什么?

[學生討論]可能性質較活潑,具有較強的還原性。因為根據鈉原子的結構,極易失去最外層的一個電子,故作此推測。

[教師活動]事實果真如此嗎?現將金屬鈉投入水中,并引導學生從三個方面思考:①觀察并描述現象;②推測產生這些現象的原因可能是什么?③可以體現金屬鈉的哪些物理性質和化學性質。

[實驗現象]①金屬鈉浮在水面上;②鈉熔化成銀白色光亮的小球;③熔融的鈉塊四處作無規則運動,有“嘶嘶”的聲響,鈉塊逐漸變小,最后消失;④向反應后的溶液中滴加酚酞,溶液顯紅色。

這是整個實驗的現象,需要學生和教師共同探討,才可以對鈉的性質有比較完整和正確的認識。否則就是屬于為觀察而觀察的實驗,意義不大。所以教師此時應不斷地引導學生往正確的方向思考,并運用已有的知識,對實驗事實進行分析推理,學生之間可以互相交流自己的結論。

[學生討論,教師提示]現象①表明鈉的密度比水小,教師此時可以進一步引導,提出鈉可以保存在煤油中這一事實,學生就可以綜合得出結論:鈉的密度大于煤油的密度而小于水的密度;現象②說明鈉的熔點低,但是這樣分析并不完整,教師反問:是否熔點低就一定可以熔化呢?有沒有其它條件必須滿足呢?學生很快回答,該反應放熱。通過這樣分析,可以使學生得到完整考慮問題的鍛煉,一個現象的背后往往有多種原因共同決定;現象③是鈉塊的運動,說明鈉受到了外力,許多學生猜測有氣體生成,但是在推測是何種氣體時,意見很不統一,有的認為是氫氣,有的則保留意見,教師此時也不宜馬上說出結論,因為氣體的推測又可以設計探究活動,引導學生自己分析并得出結論。同時可以向學生展示推測未知物質的方法和思考的角度,遠比直接呈現結論要好得多,學生受到的啟發更大;現象④是酚酞由無色變成紅色,可以肯定產物中有堿性物質生成,因為反應物是鈉與水,可以肯定該堿性物質就是氫氧化鈉。

但是以上的分析是片段的、零散的,無法系統揭示鈉與水反應的實質。可以進一步設計探究活動,引導學生分析產生的氣體是何種氣體,用什么方法可以證明,理論方法和實際方法均可以。這樣的問題拋出后,學生的思路很廣闊。

[學生討論]學生甲認為在反應Na+H₂O→NaOH+?中,Na的化合價是升高的,根據氧化還原的知識,必定有元素的化合價要降低,O元素已經最低價-2價,不可能再下降,所以只有H元素的化合價會降低,生成氫氣。學生乙認為在反應Na+H₂O→NaOH+?中,H₂O中的H和O的個數比是2:1,而NaOH中的H和O的個數比是1:1,說明有H元素多余,那么產物中必定是含有H元素的氣體,也就是氫氣。學生丙認為剛才的僅僅是推測,最有說服力的是做實驗驗證。

這三位學生的回答,正好揭示了理論推理和實驗論證的雙重思考方法,也正是探究活動中必須具有的素質。綜上所述,得到結論:鈉和水反應生成氫氣和氫氧化鈉。

上述過程表明,諸多實驗事實經過分析比較、抽象、歸納、綜合及判斷推理等一系列復雜思維活動,才得到結論,學生經過教師適切的引導并經歷這一分析過程,可以從“感性認識”加工成“理性認識”。提高了探究性思維的質量,學生的思維角度和方式得到了鍛煉和提高,“鈉和水的反應”的實驗就是一個高效的探究性實驗,發揮了實驗應有的作用。

案例2:氯水的成分與性質

[演示實驗一]觀察塑料瓶中的氯氣,向瓶中加入一定量的蒸餾水,用力振蕩,觀察現象。

[思考與交流] 加入一定量的蒸餾水后,塑料瓶發生變形,說明氯氣的量減少了。那么,氯氣是一個簡單的物理溶解過程呢,還是與水反應的化學變化呢?或是兩者兼而有之呢?如何證明你的結論呢?

這樣的問題拋出之后,學生基本沒有反應,但是隱約知道要檢驗是否有新的物質生成,卻沒有下手的方向。于是教師就必須進一步有目的地引導。

[引導]可供選擇的藥品:硝酸酸化的AgNO₃溶液 、NaHCO₃固體、新制氯水。那么,這些藥品能否給你提供一些猜測的方向呢?

經過這樣的引導之后,很多學生設計出了自己的方案,其實質是相同的,都知道檢驗溶液中是否存在H⁺和Cl^-。

[學生探究實驗]

1.在潔凈的試管中加入少量的碳酸氫鈉粉末,再加入2mL的氯水,振蕩試管。

現象及結論:固體溶解,試管中產生氣泡。說明氯水中含有H⁺。

2.在潔凈的試管中加入幾滴硝酸酸化的硝酸銀溶液,再向試管中加入2mL新制氯水。

現象及結論:產生白色沉淀。說明溶液中含有Cl^-。

[說明]氯氣溶于水,發生了化學反應。且溶液中存在H⁺和Cl^-。

但是氯氣溶于水除了有化學反應外,也是存在物理變化的,那么怎樣讓學生能自己體會到呢?于是教師提出下面的問題,學生肯定是有些莫名其妙的,于是就產生了認知沖突,明明已經證明是有化學變化的,怎么還有物理變化呢?什么意思呢?

[設問]根據前面的實驗,我們可以確定Cl₂和H₂O發生了反應,并且生成了H⁺和Cl^-,那么這個反應有沒有特別的地方呢?

[學生觀察實驗]教師展示一瓶新制氯水,讓學生觀察。

現象及結論:氯水顯淡黃綠色,且有刺激性氣味。

[提問]為什么會顯黃綠色呢?黃綠色是誰的顏色?說明什么問題?

[學生]黃綠色是氯氣的顏色。說明氯水中含有Cl₂。

[追問]明明已經發生了反應而且水肯定是過量的,怎么還有氯氣多余呢?

對于這個問題,學生是沒有辦法回答的,于是正好很順利地提出“可逆反應”的知識。在探究性教學中,需要有知識的直接呈現,但是這并不意味著直接介紹,需要教師在設計時創設適當的問題情景來自然帶出概念。

[講解]像這種反應物和生成物同時存在的反應,稱為可逆反應,我們用“?葑”來連接。

氯氣溶于水,既有化學反應,又有物理變化。

氯氣和水的反應已經了解了大半,但還有一個重要的知識,就是有關“次氯酸”的內容。怎樣能把知識講透,但又不是簡單的介紹,以及怎樣在探究的過程中引導學生分析問題和培養設計實驗的能力呢?

[設問]讓我們從化合價的角度來分析這個反應:H₂O+Cl₂?葑HCl+?,Cl₂→Cl^-化合價是降低的,根據氧化還原的知識,化合價有降低,就必然有升高。那么,會是什么元素的化合價升高呢? “?”又將代表什么物質呢?該物質又有怎樣的性質呢?

[學生探究實驗]在潔凈的小燒杯中加入一小片紅色紙條,再向小燒杯中滴加2mL新制氯水,蓋上玻璃片。

現象:紅色紙條褪色。說明氯水有漂白性。

[設問]1.使紅色紙條褪色的物質是什么呢?

2.能否說明一定就是“?”代表的物質具有漂白性呢?為什么?

3.你認為還應該補充什么實驗,才可以進一步得出結論?

因為氯水是混合物,存在的微粒很多,使紅色紙條褪色,表現出的是整體性質。所以必須對氯水中的主要微粒逐一進行驗證,才能得出結論。這樣的目的是讓學生明白,化學實驗簡單現象的背后,原因是復雜的,要敢于質疑。經常這樣思考,學生就會自己有所感悟,面對后面所學的知識,就會輕松應對。

有了思考的方向,那么怎樣設計實驗證明呢?氯水中已經證明存在的微粒有:Cl₂、H₂O、H⁺、Cl^-。所以必須逐一驗證它們是否具有漂白性。特別注意,氯氣與水會反應,所以必須使用干燥的氯氣進行實驗,這樣既讓學生有思考必須嚴密的意識,還借機說明干燥的氯氣沒有漂白性。

應該補充下列幾組實驗:

1.將有色紙條放入收集有干燥氯氣的試管中;

2.將有色紙條放入盛有蒸餾水的試管中;

3.將有色紙條放入盛有鹽酸的試管中。

現象及結論:均沒有顏色的變化,說明干燥氯氣、蒸餾水、鹽酸都沒有漂白性!

[說明]我們可以肯定“?”代表的物質具有漂白性。

[介紹]氯氣與水部分發生了化學反應,生成了鹽酸和具有漂白作用的物質——次氯酸(HClO)

HClO的性質和用途:①次氯酸是弱酸②不穩定,在光照下易分解③次氯酸具有強氧化性,因此,能殺死水中的病菌起到消毒作用和漂白作用。

用途:自來水多用氯氣來殺菌消毒。

[小結]現在對上述分析和探究做一個簡單的歸納。并介紹OH-和 ClO-的由來。

新制氯水中的成分有三分子: Cl₂、HClO、H₂O;四離子: H⁺、OH- 、Cl^-、ClO-。

設計幾個小實驗,既是考試中經常出現的,也是對上述知識的鞏固。

[思考]:1.氯水呈酸性(H⁺) ,還能用什么方法來檢驗其酸性呢?

2.請你推測其對應的現象,并解釋。

現象及結論:無論是石蕊指示劑,還是pH試紙,均為先變紅后褪色。

通過在探究式教學中開展“實驗”中的“引導”活動,教師與學生互相作用、互相促進、共同提高。一方面,教師要在引導過程中不斷思考、琢磨,提高自身的教學、科研水平;另一方面,學生在教師的引導下積極思維、熱烈討論,在探究活動的過程中獲得成就感,激發了他們學習的熱情,而且還把探究精神和創新意識延續到課外,從而提高了學生的綜合素質。