基于“真探究”的科學(xué)探究專(zhuān)題教學(xué)

楊寶權(quán)　王月

摘要：科學(xué)探究不僅是一種研究方法，也是一種學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)科學(xué)探究能力貫穿于人的終身發(fā)展過(guò)程。“神奇的VC泡騰片”教學(xué)設(shè)計(jì)立足于嘗試將九年級(jí)的探究教學(xué)與“真實(shí)有意義”的情景結(jié)合起來(lái)，并讓學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)，凸顯探究活動(dòng)的真實(shí)，從而激發(fā)興趣、激活知識(shí)，體現(xiàn)價(jià)值，使學(xué)生觸摸到化學(xué)課堂的真實(shí)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；真探究；VC泡騰片；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2017）08-0075-04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.08.025

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》將科學(xué)探究列為課程內(nèi)容的五個(gè)一級(jí)主題之首，并對(duì)九年級(jí)學(xué)生的科學(xué)探究能力提出明確要求[1]，實(shí)驗(yàn)探究題就是對(duì)這些要求的落實(shí)與考查，是中考的必考題型。因此，對(duì)科學(xué)探究題進(jìn)行專(zhuān)題教學(xué)是中考總復(fù)習(xí)階段的重要課題，筆者以“神奇的VC泡騰片”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探討在科學(xué)探究教學(xué)中如何將形式探究轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)探究，并隨之提升學(xué)生的思維能力。

一、教學(xué)理念

科學(xué)探究既是一種學(xué)習(xí)的方式也是學(xué)習(xí)的內(nèi)容和目標(biāo)，因此，使用探究學(xué)習(xí)的方式來(lái)進(jìn)行科學(xué)探究專(zhuān)題學(xué)習(xí)是本節(jié)課的必然選擇，即科學(xué)探究的八要素——提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制訂計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評(píng)價(jià)、表達(dá)與交流——不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)分析的對(duì)象也是教師組織教學(xué)過(guò)程的依據(jù)。課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“科學(xué)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，必須讓學(xué)生親身經(jīng)歷豐富的探究活動(dòng)”，同時(shí)也建議“探究的問(wèn)題可源于實(shí)際生活” ，這構(gòu)成了“真探究”的基本內(nèi)涵。所謂的“真探究”一方面是指探究的問(wèn)題應(yīng)該來(lái)自于學(xué)生的生活接觸，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用化學(xué)視角觀察生活；另一方面則是指探究活動(dòng)的主體是學(xué)生，學(xué)生在活動(dòng)中完成探究的內(nèi)容，變“紙上談兵”為“兵棋推演”或“實(shí)戰(zhàn)演練”。總之，“真探究”就是學(xué)生自主、合作地對(duì)具體事例中真實(shí)有意義的問(wèn)題進(jìn)行探究，從而激發(fā)興趣、激活知識(shí)，體現(xiàn)價(jià)值，使學(xué)生觸摸到化學(xué)課堂的“真實(shí)”。學(xué)生在“真探究”中將學(xué)科知識(shí)和基本技能進(jìn)行內(nèi)化、學(xué)科素養(yǎng)化，繼而使其學(xué)業(yè)（學(xué)科知識(shí)和學(xué)科技能）和人格（認(rèn)真冷靜的學(xué)習(xí)態(tài)度）得到成長(zhǎng)，是對(duì)長(zhǎng)遠(yuǎn)的教學(xué)有效性的追求[2]。

二、教學(xué)分析

1. 學(xué)習(xí)目標(biāo)：

①鞏固二氧化碳的性質(zhì)與檢驗(yàn)；鞏固pH試紙的使用方法。

②了解科學(xué)探究的一般過(guò)程，知道解科學(xué)探究題的常規(guī)思路。

③知道混合物中物質(zhì)含量的測(cè)定方法，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)方案和提升裝置改進(jìn)能力。

④感受化學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)自主、合作、探究的精神。

2. 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：

科學(xué)探究的基本思路；物質(zhì)含量的定量測(cè)定原理及裝置的作用。

3. 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：

如何完善數(shù)據(jù)測(cè)定的精確度。

三、設(shè)計(jì)思路

基于以上思考和分析，教學(xué)中設(shè)置了真實(shí)的情景——神奇的VC泡騰片作為學(xué)生探究學(xué)習(xí)的對(duì)象。VC泡騰片是日常生活中常見(jiàn)的營(yíng)養(yǎng)素補(bǔ)充劑，對(duì)其的探究一方面體現(xiàn)了化學(xué)知識(shí)的真實(shí)性和應(yīng)用性；另一方面熟悉的背景可降低探究過(guò)程的理解難度。從推介VC飲料切入課題，利用學(xué)生配制飲料的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察、分析現(xiàn)象的成因并定性探究氣體的成分，這不僅是實(shí)驗(yàn)探究的內(nèi)容，也為下面的定量探究方案討論作了有效的鋪墊；根據(jù)二氧化碳?xì)怏w的成因分析，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)——定量探究碳酸氫鈉的含量，圍繞學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇組織學(xué)生分析討論實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而形成完整的實(shí)驗(yàn)裝置，引導(dǎo)學(xué)生理解各個(gè)儀器的作用。具體過(guò)程如圖1所示。

四、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)1：我們會(huì)生活——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境

師：夏天到了，老師向大家推薦一種營(yíng)養(yǎng)功能飲料——VC補(bǔ)充飲料。維生素C在人體中的作用是什么？

生：（回答略 ）

師：維生素C的主要作用是提高免疫力，可防治壞血病，預(yù)防癌癥、心臟病、中風(fēng)，保護(hù)牙齒和牙齦等。同學(xué)們想喝嗎？

生：（齊答）想！

師： 心動(dòng)不如行動(dòng)！下面我們就來(lái)制作VC營(yíng)養(yǎng)飲料。現(xiàn) 在我們看到的就是某品牌的VC泡騰片（圖2），每個(gè)小組的表面皿上都有幾顆泡騰片（注意不能直接放入口中）。

[設(shè)計(jì)意圖]利用學(xué)生熟悉的、與學(xué)習(xí)主題相關(guān)的事物創(chuàng)設(shè)情境，使化學(xué)課堂凸顯“真實(shí)而有意義”不僅有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、讓學(xué)生“用愉悅的心情學(xué)習(xí)有趣的化學(xué)”[1]；而且有利于課堂內(nèi)容的展開(kāi)，制作VC營(yíng)養(yǎng)飲料——引出了后續(xù)的探究。

環(huán)節(jié)2：我們會(huì)分析——定性研究

（學(xué)生小組活動(dòng)1）取一顆VC泡騰片放入燒杯中，然后向其中加入礦泉水。觀察現(xiàn)象并品嘗味道，完成表格。

已知：【主要成分】維生素、檸檬酸、碳酸氫鈉、菊粉、調(diào)味料、甜蜜素、糖精鈉、核黃素、不含麩質(zhì)和乳糖。

師：燒杯中因?yàn)檫€有檸檬酸，所以呈酸味。請(qǐng)同學(xué)們測(cè)定溶液的酸堿度。

（學(xué)生小組活動(dòng)2）使用pH試紙測(cè)定溶液的pH值。

師：剛才同學(xué)們認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中生成的氣體是二氧化碳，能肯定嗎？

（學(xué)生小組活動(dòng)3）小組討論實(shí)驗(yàn)方案并用提供的儀器完成實(shí)驗(yàn)，全班按下表交流探究結(jié)果。

[設(shè)計(jì)意圖]“化學(xué)來(lái)源于生活，高于生活”。從生活的現(xiàn)象中提煉出問(wèn)題并尋求化學(xué)知識(shí)進(jìn)行解釋?zhuān)M(jìn)一步能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這是九年級(jí)化學(xué)課程的基礎(chǔ)性要求。此環(huán)節(jié)不僅意在夯實(shí)學(xué)生的基本能力，而且通過(guò)酸堿度、二氧化碳?xì)怏w的產(chǎn)生等定性的分析為下一環(huán)節(jié)定量研究搭設(shè)合適的臺(tái)階。

環(huán)節(jié)3：我們愛(ài)探究—— 定量研究

師：從剛才同學(xué)們實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，二氧化碳是泡騰片中檸檬酸與碳酸氫鈉相互反應(yīng)生成的。下面我們一起來(lái)測(cè)定VC泡騰片中NaHCO3的含量。

（學(xué)生小組活動(dòng)4）請(qǐng)各小組根據(jù)已經(jīng)掌握的知識(shí)內(nèi)容，討論如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定VC泡騰片中NaHCO3的含量（注意：只要表述清楚利用什么操作生成什么物質(zhì)，然后測(cè)量什么量）。

（全班交流）（教師著重引導(dǎo)）①為什么不需要或需要向泡騰片中加酸？②怎么確定碳酸氫鈉完全反應(yīng)？

師：同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的原理大致相同：取一定質(zhì)量的VC泡騰片樣品（該樣品中無(wú)其它碳酸鹽），加入足量蒸餾水，測(cè)定產(chǎn)生氣體的質(zhì)量（或測(cè)定產(chǎn)生氣體的體積，又利用此條件下氣體的密度，計(jì)算得到氣體的質(zhì)量），進(jìn)而計(jì)算出樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量。化學(xué)上稱(chēng)之為氣化法。

（學(xué)生小組活動(dòng)5）選擇圖4（預(yù)先已分別打印在相同的紙片上） 中的一個(gè)或若干個(gè)作為實(shí)驗(yàn)的裝置，并進(jìn)行組合。

（全班交流）

1、分別將組合的裝置用磁鐵展示在黑板上。

2、 明確儀器的作用， 評(píng)析實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，以及如何補(bǔ)充。

師：請(qǐng)完成下列練習(xí)。

[練習(xí)]根據(jù)完整的實(shí)驗(yàn)裝置圖，回答問(wèn)題。

（1）D、E、F、B裝置的作用分別是什么？

（2）反應(yīng)前后鼓空氣的目的？

（3）該實(shí)驗(yàn)取藥品10g，測(cè)得E裝置增重1.1g，計(jì)算該樣品中NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？

師：剛才我們利用測(cè)生成二氧化碳的質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)探究，那么如何測(cè)定其體積呢？

生：排水法。

（學(xué)生小組活動(dòng)6）選擇圖5中（預(yù)先已分別打印在相同的紙片上）的一個(gè)或若干個(gè)作為實(shí)驗(yàn)的裝置，進(jìn)行組合。

（全班交流）

1、 選擇一組裝置用磁鐵展示在黑板上。

2、 明確儀器的作用，評(píng)析實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，以及如何補(bǔ)充。

師：請(qǐng)完成下列練習(xí)。

[練習(xí)]根據(jù)完整的實(shí)驗(yàn)裝置圖，回答問(wèn)題。

（1） 導(dǎo)管a的作用是 ，如果沒(méi)有導(dǎo)管a則對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是 （填：偏大、偏小或不影響）；

（2）廣口瓶?jī)?nèi)原有的空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （填“有”或“沒(méi)有”）影響，植物油的作用是 。

[設(shè)計(jì)意圖] 科學(xué)探究從定性到定量是學(xué)生能力的躍升，而此過(guò)程卻不是一蹴而就的，不僅需要螺旋式的磨練，更在于學(xué)生主動(dòng)參與其中、從而積極的自我構(gòu)建。因此，筆者一方面著力于引導(dǎo)學(xué)生利用小組合作、交流討論等形式參與課堂，展現(xiàn)自我、收獲自我；另一方面，也選擇了匹配的習(xí)題對(duì)形成的探究能力與意識(shí)進(jìn)行強(qiáng)化與固化。

環(huán)節(jié)4：我們會(huì)應(yīng)用——變換角度

師：以上我們一起探究了泡騰片中碳酸氫鈉含量的多種測(cè)定方案，接下來(lái)同學(xué)們簡(jiǎn)單回顧一下剛才學(xué)習(xí)的要點(diǎn)，并運(yùn)用知識(shí)解決下列問(wèn)題。

[變式練習(xí)]小軍同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置。同學(xué)們觀看后一致認(rèn)可他的設(shè)計(jì)，并按照他的思路設(shè)計(jì)了以下步驟：

[實(shí)驗(yàn)步驟]

①連接裝置并檢查裝置氣密性；

②實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確稱(chēng)取1g泡騰片樣品 加入裝置B；

③記錄C中液面刻度（C為帶有刻度的玻璃管）；

④由A向B中滴加蒸餾水至足量；

⑤待B中不再有氣體產(chǎn)生并恢復(fù)至室溫后，記錄C中液面刻度，計(jì)算得到氣體的體積為55 mL （經(jīng)查，該氣體密度為1.997g/L）；

⑥計(jì)算二氧化碳的質(zhì)量。

[實(shí)驗(yàn)反思]

（1）小明同學(xué)認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)前要將泡騰片樣品磨成粉末狀，你認(rèn)為他的目的是 ；

（2）檢查該裝置的氣密性時(shí)，如圖準(zhǔn)備好裝置，在C、D兩管中裝好水且液面相平，提高D管， ，則氣密性良好；

（3）步驟3和步驟5中讀取氣體體積時(shí)要注意什么問(wèn)題？ ；

（4）小潔同學(xué)認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中最經(jīng)典的是連接儀器A和儀器B的橡膠管E，你認(rèn)為如果沒(méi)有橡膠管E，則會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生何種影響？ ；

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)同學(xué)們才發(fā)現(xiàn)由于粗心，小偉將植物油加到了D管的水面上，大家一致認(rèn)為由于該粗心將會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的泡騰片中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)產(chǎn)生誤差，你認(rèn)為該誤差是 （填“偏大”或“偏小”） ；

（6）化學(xué)老師看了他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后，對(duì)他們的設(shè)計(jì)方案和合作意識(shí)、探究精神都給予了很高的評(píng)價(jià)，并對(duì)他們進(jìn)行啟發(fā)：二氧化碳的質(zhì)量可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律，測(cè)反應(yīng)前后燒杯中剩余物質(zhì)的質(zhì)量之差來(lái)求得，于是他們又在燒杯中重新進(jìn)行了實(shí)驗(yàn) （裝置如圖），測(cè)定所得碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于實(shí)際值，其原因可能是 。

[設(shè)計(jì)意圖] 現(xiàn)行的科學(xué)探究能力的評(píng)價(jià)方式只有紙筆應(yīng)試——完成綜合探究題，因此，真正意義上的科學(xué)探究能力不只表現(xiàn)為具備了探究的思維與意識(shí)，還應(yīng)展現(xiàn)出對(duì)一般方式和規(guī)律的靈活運(yùn)用。因此“變換角度”在學(xué)生已經(jīng)初步掌握定量研究?jī)?nèi)容和方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提煉、強(qiáng)化一般性規(guī)律。

環(huán)節(jié)5：我們愛(ài)思考——回歸生活

1、我們已經(jīng)知道了泡騰片中大多成分的性質(zhì)，請(qǐng)?zhí)岢雠蒡v片應(yīng)如何儲(chǔ)存？

2、沖泡VC泡騰片時(shí)，能否用不銹鋼的杯子長(zhǎng)時(shí)間浸泡？

[設(shè)計(jì)意圖]回歸生活，學(xué)以致用——這是化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)落腳點(diǎn)，也是知識(shí)的價(jià)值所在。本環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)1相呼應(yīng)，也體現(xiàn)了化學(xué)知識(shí)“來(lái)源于生活，應(yīng)用于生活”的理念，突出課堂教學(xué)的整體感。

（課堂總結(jié)）經(jīng)過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你掌握了哪些知識(shí)和方法？

師：剛才同學(xué)說(shuō)得非常好。最后送給大家四句話：“生活無(wú)處不化學(xué)，實(shí)驗(yàn)探究手中握。交流合作同協(xié)力，身邊不再有迷惑。”

五、教后感悟

1.本節(jié)課以對(duì)VC泡騰片的定性到定量探究的知識(shí)內(nèi)在邏輯為主線，組織學(xué)生的活動(dòng)。從切入情境——制VC飲料，到觀察有氣泡，再將生成氣泡的驗(yàn)證和碳酸氫鈉的含量測(cè)定（兩種方案）有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，利用不斷生成的課堂資源將課堂教學(xué)層層推進(jìn)。在從定性探究向定量探究過(guò)渡時(shí)，筆者首先是促使學(xué)生理解了二氧化碳的來(lái)源，然后在討論中又著重提出了兩個(gè)問(wèn)題作為過(guò)渡，這不僅降低了定量思維的難度，而且讓整個(gè)過(guò)程融為一體，給人一氣呵成的感覺(jué)，這是本課設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)之一。此外，教學(xué)過(guò)程中有實(shí)驗(yàn)探究，有理論探究，有片段探究設(shè)計(jì)，也有探究性問(wèn)題討論，這樣的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了“探究無(wú)處不在，滲透在課堂全過(guò)程”的理念[3]，這也是本課設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)之二。

2.從方法論角度理解，探究是一種思想，一種教學(xué)理念，它不是“下面我們開(kāi)始探究之旅”的簡(jiǎn)單表述，它是師生的一種默契的交流，一種隱含在課堂教學(xué)深處的思維活動(dòng)的自然流淌[3]。本節(jié)課教學(xué)也契合著這樣的要求，體現(xiàn)了這種觀念，問(wèn)題的開(kāi)放、民主與包容的氛圍、學(xué)生全身心的參與，“模塊化”的探究板塊讓學(xué)生感受到“一個(gè)個(gè)堡壘”被攻克，“主線式”的探究設(shè)計(jì)讓學(xué)生感受到“知識(shí)融合打通”的駕馭之感。

3.科學(xué)探究不僅是一種研究方法，也是一種學(xué)習(xí)方式；不僅在九年級(jí)有具體的要求，在高一階段也有更高的要求，更貫穿于人的終身過(guò)程。因此，對(duì)于科學(xué)探究在不同的階段有層次不同的要求，在具體教學(xué)過(guò)程中，關(guān)鍵是要掌握一個(gè)合理的“度”，這個(gè)度就是課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和學(xué)生的認(rèn)知水平。對(duì)二氧化碳的定性探究是九年級(jí)的畢業(yè)要求，而通過(guò)測(cè)量二氧化碳的質(zhì)量（或體積）則應(yīng)屬升學(xué)要求，也是與高中學(xué)習(xí)銜接的重要內(nèi)容。總之，在本節(jié)課中體現(xiàn)了基礎(chǔ)性與發(fā)展性的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)，達(dá)成對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)要求“共同但有區(qū)別”落實(shí)的目標(biāo)。

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