初中化學研究性課堂教學的內涵與實施

盧天宇 艾進達

摘要：根據文獻追溯研究性教學的四個發展階段，厘清“研究性教學、研究性課堂教學、研究性學習”三者的關聯，從范式、空間、行為角色分工等視角解構研究性課堂教學的內涵。結合初中化學的學科特點，以“氧氣的實驗室制取與性質”一課為例，闡明初中化學研究性課堂教學的實施路徑。

關鍵詞：研究性課堂教學;初中化學;內涵;實施要點;氧氣的實驗室制取與性質

文章編號：1008-0546（2020）01-0010-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.003

一、研究性教學的四個發展階段

研究性教學是一種與傳統的授受式教學相對的創造性的教學理念，是一種集大成的教學模式，它涵蓋發現教學、問題解決教學、項目式學習等教學模式（見.圖1）。

研究性教學模式的形成主要經歷了四個發展階段。第一階段是始于19世紀末至20世紀初的美國，其主要代表人物有杜威、克伯屈、康茨等人。此時期的“研究性教學”，主要是為滿足工業化時代的需求和社會民主化的進程而興起，并受實驗科學的影響。其中，杜威提出的“問題探究”五步驟就是圍繞研究性問題展開研究性教學的理論依據。第二階段，布魯納提出的發現學習教學法。1961年，施瓦布在《探究式科學教學》報告中，試圖揭示探究過程的本質和特征，并力圖在教學過程中引進現代科學的成果，讓學生掌握學科結構，體驗“探究”的學習。探究性學習是研究性學習的主要方式之一。第三階段，項目教學法在歐美、日本等國家興起。法國在中小學課程改革過程中提出TIPE課程，即學生2或3人為一組，在教師指導下，借助多媒體信息技術等對學科知識進行探究，鼓勵學生介入學術前沿，強調學生獨立分析問題、解決問題的能力以及批判、反思和創新精神。項目教學法把研究性教學推向了課程化的發展，掀起了世界各地的課程改革風暴。第四個階段，由美國發起的STEAM教育，融合了Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Arts（藝術）與Maths（數學）五門學科，將獨立、分散的學科通過項目或主題活動等形式結合起來，促進學生培養從應試能力轉向全面發展的綜合素質提升，引導學生適應不斷發展的全球化社會。STEAM教育將國內研究性教學演繹成面貌全新的模式：研究載體鮮明、課程資源綜合、實踐本位突出等。

二、初中化學的研究性課堂教學的內涵

1.厘清“研究性教學、研究性課堂教學、研究性學習”

研究性教學和研究性學習是對立且統一的概念。研究性學習是在教師的研究性教學下學生學習的方式。兩者的差別主要體現在活動的主體不同，研究性學習的主體是學生，教師是引導者或者是促進者;而研究性教學的主體是教師，學生是探究者。“研究性教學、研究性課堂教學、研究性學習”三者的概念范疇示意如圖2。從學習場所上劃分，研究性教學主要包括課堂與課堂以外兩種形式，即研究性教學包括研究性課堂教學與研究性課外教學。

2.多視角豐富化學研究性課堂教學的內涵

義務教育階段的化學教育，要激發學生學習化學的好奇心，引導學生認識物質世界的變化規律，形成化學的基本觀念;引導學生體驗科學探究的過程，啟迪學生的科學思維，培養學生的實踐能力;引導學生認識化學、技術、社會、環境的相互關系，理解科學的本質，提高學生的科學素養。結合義務教育化學的課程性質，經過理論研究梳理，我們認為可以從范式、空間視角、行為角色分工等解構研究性課堂教學的內涵，初步從多視角下構建了研究性課堂教學的解構圖（如圖3）。

從范式的三要素來看，研究性課堂教學強調了教師的課堂主體地位，從教師視角設計研究性的“教”;聚焦的核心問題是如何設計與實施研究性的教與學;解題方式（即解決問題的方法）為引導學生以研究的方法主動獲取化學知識，并運用化學知識解決實際問題。

從空間視角看，初中化學研究性課堂教學就是讓課堂成為師生學科知識溝通、交流和探索的平等對話空間;成為教師展示自我知識經驗、智慧和人格魅力的學科講壇;成為學生自主學習、自覺探究和自由辯論的實驗室。

從行為視角看研究性課堂教學的角色分工，教師是研究性課堂教學內容的最初設計者，以課題研究式教學為例，包括研究內容、研究路徑等設計;同時兼任課堂組織者或實施者的角色。而學生最初是研究性課堂教學的學習者，進而變成思考者、發問者、研究者。教師隨著師生合作的深入，在課堂上也逐步從設計者與組織者，變成學習者、發問者、研究者。

從實施手段看，化學的研究性課堂教學主要以問題探究與主題探究為路徑。問題源自某個化學概念、某個化學實驗。例如，學生對溶液這一概念理解存在一些疑問：豆漿是溶液，還是乳濁液？空氣、合金可以看成是溶液嗎？學生對燃燒的概念也存在某些迷思問題：廣義的燃燒認為，燃燒需要的是助燃劑，CO2氣體也可以做Mg燃燒的助燃劑，為什么認為它不支持燃燒？主題則緊扣某類化學物質、某類現象、某類變化或規律。例如，學生在初學“物質是由分子、原子、或離子構成的”，對于物質是由微粒構成的，學生較難區分CO2、MgO、HgO等物質是由哪種粒子構成的。

三、初中化學研究性課堂教學的實施路徑

研究性課堂教學，強調在化學課堂上展開研究性的教與研究性的學，滿足學有余力的學生的個性發展需求。研究性課堂教學，可以是課堂上某個教學環節展開研究性教學，也可以是整節課都圍繞某些問題展開研究。我們從研究性課堂教學的“課堂模型、教學設計形式、設計實施模型”初步構建了實施路徑（見圖4）。下面，以人教版“實驗活動1氧氣的實驗室制取與性質”一課為例，介紹初中化學研究性課堂教學的實施。

1.分析教材與學情，以問題探究式為主線

“氧氣的實驗室制取與性質”為學生動手實驗課，學生在前面的課時中已從理論上學習了高錳酸鉀制取氧氣的原理與一般步驟（查、裝、定、點、收、離、熄）。本節的實驗目的是學習并鞏固實驗室制取氧氣的方法與操作，加深對氧氣性質的認識。從化學核心素養分析本節內容，宏觀辨識與微觀探析：通過氧氣的實驗室制取與性質實驗認識化學元素觀。變化觀念與平衡思想：通過高錳酸鉀制取氣體的過程理解氧氣性質。證據推理與模型認知：（1）通過實驗現象收集相關證據，推測物質的組成特點和性質;（2）通過學會高錳酸鉀制取氣體方法，歸納固體加熱制取氣體的實驗的認知模型;（3）通過氧氣的性質實驗初步建立物質分類認知模型。科學探究與創新意識：（1）初步學會高錳酸鉀制取氣體和氧氣性質實驗探究;（2）利用生活用品設計氣體收集的合理方案。科學精神與社會責任：體驗化學實驗操作技能在實際生產中的應用。

綜上，我們發現教材所設計的內容中涉及到“分析評價與創新創造”的高階學習內容極少，應該在此處加入適當的研究性教學。衡量問題是否值得開展研究性教學主要從三個方面著手：第一，是否有利于學生的化學核心素養的發展，即所研究的問題要緊扣化學學科的核心概念或核心方法;第二，能否促進學生的高階學習，發展學生的分析評價、創新創造等能力;第三，問題是否能在有限的課堂時間解決，適度拓寬課堂教學的深度，為后續的進階學習打下基礎。因此，該課的研究性問題主線可初步設計為：（1）深入理解催化劑的概念，生活中有哪些負催化劑;（2）探究H202溶液的催化劑;（3）研究H202溶液制取氧氣的反應與收集裝置;（4）研究氧氣的制取與性質一體化實驗裝置。值得注意的是，教師不能完全包辦研究性問題的主線，在設計研究性問題主線時要綜合往屆學情、當前學生學情，課前進行小問卷調查診斷學生的前概念及迷思概念。

2.提供研究工具，細化研究問題

工具原指工作時所需用的器具，后引申為達到、完成或促進某一事物的手段。在科學研究過程中，研究工具起到不可或缺的作用。為幫助學生有效地研究問題，提供的研究工具有：教師用書、中國知網（或知網文獻）、化學學科網站、化學微信公眾號、相關的實驗儀器與藥品等等。教師要提前指導學生如何選擇工具、使用工具。

學生分小組進行問題研究，可從以上四條問題主線中選擇其一，亦可另選符合要求的問題。各個小組圍繞所選的主線，細化研究的問題。例如，甲小組將“探究H2O2溶液的催化劑”具體細化為兩個探究問題：“氧化銅、氧化鐵、氯化鐵這三種物質能否作為H2O2溶液的催化劑”“不同催化劑（MnO2、CuO、CuSO4溶液等）對過氧化氫分解的催化速率的影響”。

乙小組結合文獻資料，把“研究氧氣的制取與性質一體化實驗裝置”細化為三步驟：（1）收集該實驗常見的一體化實驗裝置;（2）分析評價一體化裝置的優劣及改進思路;（3）制作一套一體化實驗裝置。教師在此過程中，要當好學生研究性學習的指導者、把關者、記錄者。

3.展開研究研討，展示研究成果

針對細化的問題，各個小組展開研究研討。例如，甲組學生對兩個問題分別提出猜想假設，設計實驗方案，進行實驗探究，記錄實驗現象，形成結論。乙組則按照步驟，收集了十多種一體化實驗裝置，記錄了成員們對裝置評價之后，動手制作了實物裝置。參照的模型與制作實物裝置見圖5。在研究成果展示中，發現丙組所選主線與甲組一樣，但是研究的具體問題卻又不一樣。丙組結合文獻，研究CuSO4溶液中究竟是Cu²⁺還是SO4^2-在起催化作用。顯然，這個研究點涉及溶液、離子等知識，遠超出了大部分學生所具備的認知水平。

展示研究成果主要采用兩種方式：課堂現場展示與研究成果小報。課堂現場展示一般是在課堂時間充裕的情況下，小組派代表上臺展示。而研究成果小報，主要包括“研究的問題、所用研究工具、解決問題的步驟、形成的初步結論”這四個項目，公布在班級的信息共享平臺，同時打印粘貼在教室的展示欄。定期對學生的研究性學習成果進行評比，可以激發學生的研究熱情，有利于研究性課堂教學的持續、良性發展。

四、反思與啟示

1.把握適度研究的尺度

在初中化學實施研究性課堂教學，我們主要嘗試在概念教學、實驗教學、復習課教學這三類課型展開實踐。教師們對如何把握研究性教學的尺度存在困惑。例如“燃燒與滅火”一課，關于燃燒的概念教學，僅需給10分鐘左右的研究學習時間，學生足以歸納總結出廣義與狹義的燃燒概念。在“氧氣的實驗室制取與性質”一課上，研究性教學所占的時間在10至15分鐘之間。在復習課上，以“探究潔廁靈主要成分、維C泡騰片的主要成分”為主題，研究性教學貫穿了整節課堂。由此可見，實施研究性教學要因“課”而異、因地制宜。開展研究性課堂教學，要避免陷入誤區：譬如，認為研究就是為了超前學習，在有限的課堂時間內大幅度地擴容課時的知識量與思維深度;研究就是為了標新立異，特意去挑選某些偏離義務教育化學核心知識與核心方法的問題。

2.重視研究工具的效能

研究性課堂教學實施初期，曾擔心需要較長的時間去培訓學生使用研究工具。后來發現，每個班級均有十多個學生對中國知網等研究工已具備較強的使用能力。緣何學生能夠發揮研究工具的效能？近幾年，深圳市教育局每年投入幾百萬元支持開展學生研究性課題，各中小學校高度重視學生的研究性學習。與此同時，深圳市政府配置的深圳圖書館電子數據資源，包括中國知網、維普等學術資源網站，學生通過深圳圖書館的圖書證即可免費使用知網等資源，為研究性教學提供了極大的便利。化學是以實驗為基礎的科學，實驗裝備是核心工具之一。然而，受限于公用物資采購程序，在化學實驗儀器、藥品資源的購置上遇到很多阻礙，導致研究性教學大打折扣。為了保障研究性教學的持續實施，我們正致力編撰適合區域使用的實驗裝備標準，為研究性教學提前做好裝備的申購與配置工作。