新課程背景下探究式實驗教學的實踐研究

楊伏勇

摘 要： 隨著新課程改革的不斷推進，探究式實驗教學在激發學生學習興趣、發揮學生學習的主觀能動性、引導學生體驗科學探究的一般過程和提高學生學習能力等方面具有獨特的優勢，因而在化學教學中的地位日益突出。本文以魯科版普通高中課程標準實驗教科書化學2第2章第3節《化學反應的利用》的第2課時“化學反應為人類提供能量”的教學為例，探索如何有效運用探究式實驗教學模式開展課堂教學。

關鍵詞： 探究式實驗教學 有效應用 原電池 工作原理

高中化學新課程標準[1]在課程的基本理念中提出“通過以化學實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學研究的過程，激發學生學習化學的興趣，強化科學探究的意識，促進學習方式的轉變，培養學生的創新精神和實踐能力”。探究式教學是新課程理念倡導的一種先進的教學模式。而化學作為一門以實驗為基礎的學科，探究式實驗教學由于其獨特的優越性在化學教學中具有舉足輕重的地位。在探究式實驗教學中，學生是學習的主體，在教師的引導下，學生發現問題，進行相關猜想或假設，進而設計實驗方案開展探究，最后解決問題。這種模式下的教學，實現了學習結果和學習過程的并重，學生在獲得知識與技能的同時，也體驗和了解了科學探究的過程和方法，有助于學生創新思維的培養和科學價值觀的樹立。在新課程背景下，如何因地制宜，有效地開展探究式實驗教學，增強教學效果，是一線教師需要研究的一個課題。本文以“化學反應為人類提供能量”一節的教學實踐為例，探索探究式實驗教學在教學實踐中的有效應用。

一、教材分析和教學要求

本節教材內容承接本章第1節中的有關化學反應中能量釋放的問題，同學們已經知道，化學反應可以把物質內部的能量以其他能量的形式釋放出來，但他們不知道應如何實現這種轉化。通過本節教學，重點解決“化學能是如何轉化成電能”這一問題，同時讓學生了解化學能在人類生產生活實際中的重要利用價值。

高中化學新課程標準[1]對本節內容的要求是：舉例說明化學能與電能的轉化關系及其應用，用生活中的材料制作簡易電池。《福建省普通高中新課程教學要求·化學》[2]提出本課題的教學目標是：通過制作簡易原電池實驗，以銅鋅原電池為例簡單分析原電池的工作原理。

二、教學環節及評析

本節課的教學設計基于探究式實驗教學的一般模式，以“發現問題—提出假設—設計實驗，開展探究—分析討論，得出結論—遷移應用，能力提升”為主線，構建以學生探究活動為主、教師引導點撥為輔的教學模式。

1.發現問題。

教學設計思路：

【創設問題情境】利用電腦投影報紙上的一篇新聞《大霧鎖海，港口航線亂了節奏》，引出海面上的導航燈。圖片展示我國首創的一種廣泛應用于航海標志燈中的裝置。使用方法：在沒有外來電源的情況下，只要把該裝置放入海水中數分鐘，所連接的燈泡就會發出長效、耀眼的白光。結構分析：該裝置主要由兩種材料鐵鉑合金網（接觸空氣）和金屬鋁組成。

【提出問題】該裝置是如何實現燈泡發光的呢？

評析：問題情境的創設是實施探究式實驗教學的首要步驟。“學起于思，思源于疑”，通過問題情境，可以激發學生進行思考，在問題的驅動下學生會有較高的積極性開展探究活動。教師在實際教學中，要充分考慮教學內容的特點和學生已有的認知水平，選取適當的素材（如生產生活實際、科學史實、科學前沿等）為背景創設情境。通過預設的問題，引導學生圍繞目標主題展開下一步探究，進而解決問題。在本節教學中，筆者利用發生在學生身邊的新聞作為素材創設問題情境，引發學生思考，激發學生探究欲望。

2.提出假設。

教學設計思路：

【問題探討】在教師的引導下，學生圍繞上述問題分小組進行討論。最后，師生共同梳理出可能的原因：燈泡發光說明有電能產生，由能量守恒定律可知電能在這里只可能是化學能轉化而來的。鉑合金網、金屬鋁兩種金屬材料接觸到海水時，它們之間可能有一定的化學作用，從而實現化學能向電能的轉化。

評析：問題的提出，必然引起學生的好奇和揣測，促使學生積極思考，進而提出可能的假設。在此過程之中，由于學生的知識積累和生活經驗不足，教師要從大方向上進行適當的引導，使學生提出的假設在預設的探究范圍之內。在本節教學中，在教師適當的引導下，通過小組討論，對上述裝置產生電能的原因進行合理預測，為下一步實驗方案的設計做好準備。

3.設計實驗，開展探究。

教學設計思路：

評析：實驗方案的設計是探究性教學的核心部分，因為方案設計的好壞直接影響探究過程和結果的好壞。學生在設計實驗方案時應該具有一定的自主性，只有這樣，才能更好地發揮學生的創造力，培養學生的創新思維。學生通過各種可能的方案設計，進一步開展探究活動，從中尋找最佳答案，更深刻地體驗科學探究的過程。當然，由于學生自身的認知特點，教師必須對學生實驗方案的設計進行適當的約束，即應該是“具有最適度的不確定性”，既給予學生一定的探究空間，又不能讓學生的探究脫離實際，失去可行性。筆者在此處，通過給予的器材和藥品對學生實驗方案的設計加以限制，同時留有較大的探究空間，引導學生在此框架之下設計出四種不同的方案，進而開展實驗探究。

4.分析討論，得出結論。

教學設計思路：

【小組討論】在學生分組實驗的基礎上，針對各組實驗的現象進行小組討論，在教師的引導下進行總結。

【實驗總結】方案一、二、四電流計的指針沒有發生偏轉，說明沒有電流產生。方案三中，電流計的指針發生了偏轉，說明產生了電流；同時，可以看到銅片上產生大量氣泡，說明銅片上有反應發生，產生了氣體，該氣體應該是氫氣；鋅片上也有少量氣泡，產生的氣體應該也是氫氣。

【提出問題】

（1）方案三中的兩個金屬材料和方案一、二有什么不同？方案三和方案四的不同之處又在哪里？

（2）銅片上有氫氣產生，說明發生了怎樣的反應？

（3）電子的定向移動形成電流，導線上傳遞的電子來自于哪里？鋅片上發生了怎樣的反應？

（4）外電路導線通過傳遞電子而導電，燒杯中的溶液呢？

【小組討論】根據老師設置的問題進行小組討論，教師選取小組進行匯報，在教師的引導下得出相關問題的答案。

【解決問題】相較于方案一、二，方案三中兩種金屬材料的金屬活動性不同，燒杯中的溶液對比方案四是一種電解質溶液，具有導電性；銅片上氫氣的生成，應該是溶液中的氫離子在銅片表面得電子被還原成氫氣；導線中傳遞的電子應該來自于鋅片，鋅失電子被氧化成鋅離子，失去的電子經導線傳遞到銅片上。溶液中的離子通過定向移動而導電，陽離子移向銅片，陰離子移向鋅片。

評析：透過現象看本質，在教師的引導下，學生對實驗現象及由現象衍生出的相關問題進行小組討論、爭辯，在一系列的思維活動之中自主構建主體知識。在此過程中還充分培養了學生的學習和合作解決問題的能力。為了引導學生對實驗現象進行全面剖析，進而達到我們設置探究實驗的目的，教師有必要圍繞實驗中產生的實驗現象設置相關問題，引領學生挖掘蘊含在實驗現象中的學科本體知識，從而更好地達到探究目的。在本節教學中，通過對實驗現象及由此衍生出的4個問題的探討，學生在問題的引導下，在解決問題的過程中逐步構建起原電池的基本模型：活動性不同的兩個電極通過導線連接，插入電解質溶液，對各電極發生的反應有了初步的認識，為后續的原電池工作原理的分析和自主設計簡單原電池奠定了基礎。當然在探究過程中，學生觀察到鋅片上也有氣體產生（原電池理想模型中鋅片不應該有氣體產生），教師及時肯定學生的實驗現象，培養學生尊重實驗事實的科學態度。對于其現象的分析待原電池工作原理學習之后，作為一個實驗生成性問題再拋給學生討論解決，這樣能夠更好地加深學生對原電池工作原理的認識，讓學生對科學探究的過程有了更為深刻的了解。

5.遷移應用，能力提升。

教學設計思路：

【教師活動】結合上述探究實驗的分析，引入原電池的定義。

【動畫模擬】學生通過觀察銅鋅原電池微觀模擬動畫，結合上面的實驗探究，分析該銅鋅原電池的工作原理。

【問題解決一】同學們，通過上面知識的學習，你們知道海水電池中燈泡是如何發光的嗎？

【師生活動】小組合作討論并回答，教師點評和總結。

【問題解決二】在上述探究實驗中，鋅片上產生氫氣的可能原因是什么？

【師生活動】小組合作討論并回答，教師點評和總結。

【研究性學習課題】利用家中現有的物品，試著做一個原電池裝置。設計完成后，請你用數碼相機拍下裝置照片，帶回學校和其他同學分享實驗成果，交流制作心得。

評析：通過探究性實驗的開展，學生構建了原電池的基本模型。在此基礎之上，結合原電池微觀動畫模擬突破了本節課的難點：原電池的工作原理的分析。學以致用，解決了課前提出的問題，首尾呼應，既鞏固了所學知識，又鍛煉了學生解決問題的能力。研究性學習，作為一種學習方式，和課內學習相比，它不受課堂時間和空間的限制，學生有更多的自主性和選擇性。在本節教學中，研究性學習課題的布置，讓學生回歸生活，利用課下時間進一步開展原電池的探究實驗活動，既及時鞏固了課堂所學知識，又進一步鍛煉了學生的知識應用、動手、創新等能力。

三、教學小結

在本節課的教學中，筆者首先以學生身邊發生的新聞作為背景創設問題情境，以引入本節課的探究主題。緊接著在教師的引導下，學生分組開展實驗探究，在實驗中學生逐步突破本節的教學重難點，從而完成本節課的知識建構。作為一節市級公開課，從實際教學效果來看，在整節課中，學生有較高的學習積極性和探究欲望，課堂氛圍活躍，整個教學過程能充分體現“以學生為主體，以教師為主導”的新課程理念。

作為一種教學模式，探究式實驗教學在課堂教學中的實踐應用，教師必須把握住幾個關鍵點。首先就是探究的問題要緊緊圍繞本節課的教學內容，并且要充分考慮學生的已有認知水平而設置，具有針對性。其次，就是實驗中要充分體現學生探究的自主性和過程性，讓學生切身體會科學探究的一般過程。再次，教師作為引導者，在探究過程中要適當給予學生一定的指導和鼓勵，幫助他們順利完成實驗探究，引導他們在此過程之中掌握知識、技能和方法。學無止境，教也同樣沒有止境。如何把探究式實驗教學更好地開展下去，更好地服務日常教學，還有待老師們不斷探索和總結。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[2]福建省普通高中新課程實驗工作領導小組辦公室.福建省普通高中新課程教學要求·化學[M].福州：福建教育出版社，2008：8.