化學(xué)探究性實驗教學(xué)的困境與突破

吳晗清　韓蓉　趙冬青

摘 要化學(xué)探究性實驗是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神的重要渠道。而實踐中存在教師觀念偏差、知識與能力二元對立，學(xué)生問題意識淡薄、實驗操作能力欠缺，以及相關(guān)教學(xué)制度阻滯等困境。基于實踐問題的深度解剖，本文指出可以從三個渠道實現(xiàn)瓶頸的突破：課內(nèi)限定式探究性實驗的挖掘、課內(nèi)生成式探究性實驗的利用以及課外體驗式探究性實驗的開發(fā)。

關(guān)鍵詞化學(xué)教學(xué) 探究性實驗 課程資源開發(fā) 科學(xué)素養(yǎng)

探究性教學(xué)的思想很早就有萌芽。孔子曾說“不憤不啟，不悱不發(fā)。舉一隅不以三隅反，則不復(fù)也”。蘇格拉底也常常采用提問的方式，促使學(xué)生進(jìn)行深度的思考，自己主動建構(gòu)并獲得知識，他強(qiáng)調(diào)教師應(yīng)是“不以知識授予別人，而是使知識自己產(chǎn)生的產(chǎn)婆”。近代杜威提出了“反思五步說”，即將探究分為情景、問題、假設(shè)、推理、檢驗等五個過程[1]，他進(jìn)一步以此為基礎(chǔ)創(chuàng)立了“問題教學(xué)法”。所謂探究性教學(xué)，就是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生以類似或模擬科學(xué)家研究的方式進(jìn)行的學(xué)習(xí)活動。其具備以下幾個特點：首先是開放性，給予學(xué)生更多的機(jī)會去確定研究課題；其次是真實性，聚焦在教學(xué)過程中遇到的真實問題上，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力；最后是過程性，學(xué)生要完整經(jīng)歷選題、制定計劃到實施、撰寫報告及交流成果等一系列過程，讓學(xué)生獲得綜合的探究體驗。

一、化學(xué)探究性實驗教學(xué)的實踐困境

探究性教學(xué)不僅要有利于學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本方法，加深對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識，發(fā)展創(chuàng)新精神和實踐能力；而且要有利于學(xué)生形成科學(xué)的自然觀和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，更深刻地認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)和社會之間的相互關(guān)系，樹立可持續(xù)發(fā)展的思想。因此，需要強(qiáng)化科學(xué)探究意識，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，在實踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。然而在實際的教學(xué)過程中出現(xiàn)了很多的問題，主要體現(xiàn)在以下三個方面。

1.教師觀念的偏差

筆者在調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，被訪教師主要有以下三類觀點：第一類，排斥探究性教學(xué)。認(rèn)為“有高考壓著，學(xué)生哪里有時間進(jìn)行探究啊，沒時間也沒精力”，缺乏對探究價值的認(rèn)知。第二類，心有余而力不足。認(rèn)為“課時太緊張了，我們只好在課堂授課中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行書本知識的探究，盡量避免一味灌輸”。第三類，認(rèn)知理解偏差。認(rèn)為“為跟上新課改的潮流，將探究作為選修課，但還是要以學(xué)業(yè)為主”。基礎(chǔ)教育長期以來理念與實踐嚴(yán)重背離，大多數(shù)教師將知識與能力、素質(zhì)與應(yīng)試二元對立起來[2]。能力培養(yǎng)與知識學(xué)習(xí)應(yīng)該是相輔相成而非互相排斥的，應(yīng)讓學(xué)生在知識構(gòu)建的過程中達(dá)成真實的科學(xué)素養(yǎng)。

2.學(xué)生問題意識淡薄，操作程序機(jī)械

愛因斯坦曾謙遜地說“我沒什么特殊才能，不過喜歡尋根刨底的追究問題罷了”[3]。在學(xué)習(xí)過程中的不斷質(zhì)疑、提出問題，對于能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。而學(xué)生的思維方式往往受到限制，尋求標(biāo)準(zhǔn)答案、走捷徑成了大多數(shù)學(xué)生的一種慣性，從而阻礙了探究性教學(xué)的開展。以北京某中學(xué)的化學(xué)探究性實驗“粉筆上綻放的奇葩”為例，它巧妙地利用粉筆作為反應(yīng)容器，將“鋁熱反應(yīng)”微型化、趣味化、節(jié)約化。在實驗中要求學(xué)生自己動手在粉筆中央挖一個小槽，作為鋁熱劑反應(yīng)發(fā)生的場所。在教師沒有明確具體挖槽的要求時，看似簡單的操作，然而大多數(shù)學(xué)生卻無從下手。長期“照單抓藥”式的驗證實驗，已經(jīng)讓學(xué)生失去了問題意識和思考習(xí)慣。

3.實驗儀器及藥品不足，課時安排緊張

首先，實驗素材及設(shè)備不充分。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常會有教師提到因為實驗藥品不夠，而造成實驗課程開展的停滯[4]。有時會遇到幾個班級同時上實驗課，由于儀器緊缺，不得不兩個小組共用一套實驗器材的情況，使得實驗?zāi)康碾y以達(dá)到，實驗效果較差。其次，課程安排不合理。很多學(xué)校將化學(xué)開放性實驗作為選修課程，最終上課的學(xué)生僅有十分之一左右，導(dǎo)致探究和應(yīng)試兩張皮，理念與實踐分家。

二、化學(xué)探究性實驗教學(xué)困境的突破

根據(jù)實際教學(xué)中真實情況的反映，并結(jié)合探究性教學(xué)的應(yīng)然價值，筆者認(rèn)為，學(xué)生探究能力的形成與發(fā)展應(yīng)該循序漸進(jìn)。學(xué)生在沒有接受基本理念與操作的訓(xùn)練之前，是不可能獨立從事探究性學(xué)習(xí)的，因而仍需要教師的大力指導(dǎo)，它的開展應(yīng)該遵循由“扶”到“放”的過程。我們認(rèn)為走出當(dāng)前探究性教學(xué)的實踐困境主要有以下三個渠道。

1.課內(nèi)限定式探究性實驗的挖掘

課內(nèi)限定式是指探究的內(nèi)容及方法主要圍繞教材知識進(jìn)行，旨在讓教師能充分利用教材與課堂，即不浪費時間與精力去單獨開展探究性課程，也能讓探究性教學(xué)更好地融入到課堂中。這種教學(xué)方式主要有以下兩種途徑。

（1）在趣味教學(xué)的基礎(chǔ)上，將驗證性實驗轉(zhuǎn)化為探究性實驗

當(dāng)前人教版高中化學(xué)必修1、必修2教材中的驗證性實驗共有24個。這些實驗內(nèi)容大多數(shù)都將詳盡的實驗步驟給出，主要是驗證教材中給予的陳述性知識，缺少問題意識、缺少發(fā)現(xiàn)、沒有激情、沒有思考，只剩繁雜知識點的記憶。例如，人教版九年級化學(xué)下冊教材中，在學(xué)習(xí)酸堿中和反應(yīng)時，設(shè)計了一個簡單的氫氧化鈉與鹽酸的反應(yīng)，并加入酚酞觀察現(xiàn)象，這個實驗可以充分驗證出酸遇堿會發(fā)生中和反應(yīng)，但是由于在反應(yīng)之前就設(shè)定加入酚酞，導(dǎo)致所有的實驗步驟都沒有任何探究的意蘊(yùn)，這樣的實驗教學(xué)如果可以加以改進(jìn)，將會收到更好的效果。

案例：H教師設(shè)計了一個“秘密情報”的故事情景。

二戰(zhàn)期間，為了傳遞秘密信息，德國士兵在一張白紙上，用某種無色溶液寫上所要傳遞的機(jī)密內(nèi)容，然后將其送至目的地。接收密碼的士兵在紙的表面噴上另一種無色溶液，紙上便會立刻出現(xiàn)紅色字跡而顯現(xiàn)出密碼。（學(xué)生歡呼）當(dāng)?shù)玫角閳蠛螅勘枰獨У糇舟E，便再噴上另一種無色溶液，紅色字跡便即刻消失。（學(xué)生亢奮）

這樣學(xué)生不僅主動獲得了酸堿中和反應(yīng)、指示劑變色等科學(xué)知識，更重要的是激發(fā)了學(xué)生的好奇心和對化學(xué)神秘感的高度興趣，從而水到渠成地培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力。

（2）深挖教材中不充分的內(nèi)容，合理探究

教材中有很多知識蜻蜓點水，或者是解釋較為模糊的情況，教師應(yīng)該抓住這些模棱兩可的點，引導(dǎo)學(xué)生主動探究。例如，學(xué)習(xí)高中化學(xué)必修一“過氧化鈉的性質(zhì)”時，人教版教材設(shè)計了這樣的實驗：把水滴到過氧化鈉試管中，立即用帶火星的木條放在試管口，檢驗生成的氣體，并向反應(yīng)后溶液中加入酚酞，酚酞變成紅色，而紅色會立刻消失。但原因少有討論。教師就應(yīng)該深挖教材中的不充分內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生及時探究。

案例：過氧化鈉與水反應(yīng)后，為何變紅的酚酞會褪色？

學(xué)生假設(shè)：假設(shè)1：生成濃度較高的氫氧化鈉，且反應(yīng)放熱，從而使其褪色。假設(shè)2：反應(yīng)物過氧化鈉具有漂白性。假設(shè)3：生成了具有漂白性物質(zhì)過氧化氫。

方案設(shè)計：

針對假設(shè)1的實驗方案：配制飽和的氫氧化鈉溶液，即濃度最高。滴加酚酞，并改變溫度，實驗結(jié)果為過程中一直沒有紅色出現(xiàn)。因為酚酞的變色域pH為8.2～10.0，當(dāng)pH>10，即濃氫氧化鈉時超過變色域，酚酞不會變紅[5]。

針對假設(shè)2的實驗方案：通過觀察，即可發(fā)現(xiàn)過氧化鈉已經(jīng)反應(yīng)完全。

針對假設(shè)3的實驗方案：（1）先檢驗溶液中是否含過氧化氫。加入二氧化錳，發(fā)現(xiàn)生成了氧氣，表明含有。（2）檢驗過氧化氫是否具有漂白性。取少量氫氧化鈉溶液于試管中，加入酚酞后變紅，再加入過氧化氫發(fā)現(xiàn)紅色立即褪去。

實驗結(jié)論：過氧化鈉與水反應(yīng)，生成的氫氧化鈉遇酚酞變紅；由于反應(yīng)還生成了過氧化氫，溶解在溶液中漂白了變紅的酚酞，從而褪色。

2.課內(nèi)生成式探究性實驗的利用

在教學(xué)過程中往往會出現(xiàn)很多的異常事件，比如實際的實驗現(xiàn)象與預(yù)設(shè)不相符。課內(nèi)生成式就是以這些異常現(xiàn)象為培養(yǎng)學(xué)生探究能力的切入口，抓住學(xué)生的好奇心，將突發(fā)的狀況轉(zhuǎn)化成探究的問題。這種課內(nèi)生成式的問題往往直接來源于課內(nèi)基本知識，但是它的解決需要學(xué)生查閱相關(guān)資料、運(yùn)用多重思維、設(shè)計實驗方案、分析得出結(jié)論等等，從而在這個復(fù)雜的系列探究中，形成綜合的研究能力。

案例：為什么鹽酸不能溶解氧化鋁？

教學(xué)情境：講解氧化鋁的兩性。演示實驗：在裝有氧化鋁粉末的試管中，滴加鹽酸，然而卻觀察不到氧化鋁有明顯的溶解現(xiàn)象。教師重復(fù)實驗幾次都未曾成功。

問題提出：為什么鹽酸沒有溶解氧化鋁呢？

探究1：“可能是鹽酸有問題吧？”教師引導(dǎo)學(xué)生檢驗，某學(xué)生拿起一瓶石蕊溶液，滴幾滴于鹽酸試管中，出現(xiàn)了紅色現(xiàn)象，表明鹽酸沒有問題。探究2：“氧化鋁是不是有問題？”教師思考片刻說：“氧化鋁是我昨天在試劑店買來的，今天第一次用哦，應(yīng)該不會過期的。”

課內(nèi)生成式探究問題：“為什么鹽酸不能溶解氧化鋁，這就是今天的作業(yè)，請大家回去仔細(xì)查閱資料，分析原因。”最后發(fā)現(xiàn)，不能溶解的原因是氧化鋁有多種變體，最常見的是α-Al2O3、γ-Al2O3。其中α-Al2O3的熔點高，它是通過高溫?zé)茪溲趸X得到的，一般不溶于酸或堿中；但γ-Al2O3可溶于酸或堿。而市售的氧化鋁往往為α-Al2O3，因此出現(xiàn)了課內(nèi)的“異常”現(xiàn)象。

突發(fā)性事件恰恰為精彩的教學(xué)生成提供了可能。該教師利用這一生成式的問題，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了探究的情境，激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心，使其感受到了化學(xué)的神奇魅力。教師通過意料之外的問題解決，不僅促進(jìn)了學(xué)生知識的獲得、情感的滿足以及和諧的成長，更重要的是自身得到了進(jìn)一步的升華。

3.課外體驗式探究性實驗的開發(fā)

課外體驗式基于前兩種形式，在學(xué)生已經(jīng)具備基本的探究能力時，超越教材中的教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生感興趣的主題、生活中有趣的問題與社會緊密聯(lián)系的話題等進(jìn)行自主探究。從選題到探究過程都以開放的形式，由學(xué)生自行設(shè)計，教師主要起診斷、評價等作用。如學(xué)習(xí)酯類物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)時，其中一個重要的反應(yīng)就是皂化反應(yīng)。“皂”是我們生活中非常重要的用品，學(xué)生可以根據(jù)學(xué)過的知識進(jìn)行嘗試性的皂類生產(chǎn)。

案例：我們居然可以自制香皂！

學(xué)生在學(xué)習(xí)完皂化反應(yīng)后，非常驚訝地發(fā)現(xiàn)居然可以自制生活中每天都接觸到的香皂。根據(jù)自身的興趣，以香皂的制作為探究課題，設(shè)計了一套完整的實驗過程，經(jīng)教師修訂，實驗方案如下：（1）制皂基本原料：植物油、氫氧化鈉、酒精、各種香料。（2）皂化反應(yīng)：植物油溶解到酒精里，然后加一定量的氫氧化鈉溶液攪拌，加熱。（3）檢驗皂化程度：取出幾滴試樣放入試管，加入蒸餾水，靜置若有分層現(xiàn)象，則皂化不完全。（4）鹽析：粘稠液倒入熱的飽和食鹽溶液中，攪拌，靜置，肥皂便鹽析上浮，用紗布過濾。（5）入模與成型：將液態(tài)肥皂倒入各種模具，加入不同的香料。通風(fēng)，放置數(shù)周，然后脫模成型供自用。

在課外體驗式的探究中，學(xué)生進(jìn)行大膽嘗試，既建構(gòu)了相應(yīng)的學(xué)科知識，又鍛煉了自己的實踐能力，從而形成了良好的探究習(xí)慣。有研究表明，絕大多數(shù)的學(xué)生對于生活中的化學(xué)問題感知還是較為膚淺的，雖然他們認(rèn)同化學(xué)與生活息息相關(guān)，但當(dāng)舉出具體的生活案例時，卻僅局限于一兩個眾人皆知的生活常識，并且大多數(shù)學(xué)生并不能運(yùn)用已有的學(xué)科知識，分析解決真實的生活問題[6]。

一言以蔽之，探究性學(xué)習(xí)方式能夠改善學(xué)生對于科學(xué)及學(xué)習(xí)的態(tài)度，相較于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，學(xué)生更加容易對科學(xué)產(chǎn)生興趣、樂于探究，對學(xué)習(xí)持有更加積極的態(tài)度[7]。探究性學(xué)習(xí)關(guān)注的不止是知識、能力，更多的是態(tài)度、精神。因此，化學(xué)探究性實驗教學(xué)應(yīng)該融入到每堂課中，讓學(xué)生在探究中學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、建構(gòu)知識，形成扎實的綜合性科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 吳晗清，馬薇.化學(xué)實驗教學(xué)原則新探[J].教學(xué)與管理，2013（7）.

[3] 陸紹閔.中外名人成功的啟迪[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[4] 吳晗清.高中化學(xué)實驗教學(xué)實踐癥結(jié)與對策探析[J].中國教育學(xué)刊，2013（2）.

[5] 北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室等.無機(jī)化學(xué).上冊[M].北京：高等教育出版社，2002.

[6] 吳晗清.肖美超.聯(lián)系生活的化學(xué)教學(xué)研究[J].化學(xué)教學(xué)，2016（4）.

[7] Gibson H L，Chase C.Longitudinal impact of an inquiry based science program on middle school students' attitudes toward science[J].Science Education，2002，86（5）.

【責(zé)任編輯 郭振玲】