逆向策略在初中化學實驗探究活動中的應用

楊永勝

（福建省廈門市汀溪中學，福建 廈門 361100）

新時期，在教育教學領(lǐng)域發(fā)展中，教師應當順應時代發(fā)展形勢，積極探索新的教學方式。初中化學實驗探究活動是以解決問題為驅(qū)動的活動，逆向策略正是以探究為出發(fā)點和落腳點，運用逆向教學設(shè)計,引導學生積極思考探究活動方案，理順探究程序，提高初中化學實驗探究活動教學有效性,實現(xiàn)實驗探究活動教學目標。因此，對初中化學實驗探究活動教學中運用逆向教學設(shè)計的教學策略進行詳細探究意義重大。

一、初中化學實驗探究活動的概念

初中化學實驗探究是在化學教師指導下, 結(jié)合化學教學內(nèi)容，從化學學科或日常生活中提煉出需要解決的問題，引出問題任務,設(shè)計化學探究實驗方案，師生共同整合利用實驗資源，按照所設(shè)計的探究方案展開研究,借助化學實驗展開，師生共同研究學習，確定研究對象、認識研究對象,總結(jié)實驗性質(zhì)、結(jié)論,以及實驗與其他現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系,從而更好地理解和把握化學實驗的基本含義。

初中化學實驗探究活動的重要性不言而喻。通過實驗，學生可以親身參與其中，親手操作設(shè)備，觀察和記錄實驗現(xiàn)象，并分析得出結(jié)論。這不僅能夠提升學生的觀察力和分析力，還可以培養(yǎng)他們解決問題的技巧，同時也能增強他們的實驗探索和實驗設(shè)計的能力。通過實驗的反復實踐，學生可以更深刻地理解化學原理和概念，提高對化學學科的理解和興趣。因此，初中化學實驗探究活動對于學生的化學學習和科學素養(yǎng)的培養(yǎng)都起到了至關(guān)重要的作用。

二、逆向教學設(shè)計的概念

格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰在《Understanding by Design》一書中第一次正式提出了“逆向設(shè)計”這個術(shù)語。他們詳細搭建了逆向設(shè)計的三個步驟：第一步，設(shè)定學習目標；第二步，如何判斷是否達到了預設(shè)的學習目標；第三步，如何組織學習任務和教學方案。還通過設(shè)計實例，明確了逆向設(shè)計每一步的標準，并為使用者提供了整體框架。何曄、盛群力在《為促進理解而教——掌握逆向設(shè)計》中指出，逆向設(shè)計主張根據(jù)既定的目標與評價標準來選擇課程內(nèi)容并組織相應的教學活動，這是最有效的設(shè)計方法，教師若把逆向設(shè)計切實運用到教學實踐中去，可以幫助學生更好地實現(xiàn)預期的學習目標，進而實現(xiàn)深層次的理解。逆向教學設(shè)計是指從教學目標、學生的學習特點和實踐活動等出發(fā)，對教學過程進行精心規(guī)劃和設(shè)計的一種教學方法。

三、初中化學實驗探究活動逆向教學設(shè)計的意義

實驗探究活動的逆向教學設(shè)計方式，是先依據(jù)課程標準設(shè)定預期的學習目標，接著明確學生實現(xiàn)目標的證據(jù)，最后安排相關(guān)的教學活動。這種方式的優(yōu)勢在于促使教師關(guān)注課程標準，明確學習目標，并將教學評估整合到教學活動中，發(fā)揮評估的推動作用，真正實現(xiàn)教學評一體化。逆向教學設(shè)計相對于傳統(tǒng)教學設(shè)計是將評價前移，追求理解，但從邏輯上講是順向的、合理的。在初中化學實驗探究活動中，逆向教學設(shè)計可以幫助教師更好地解決實驗設(shè)計不合理的問題，解決為什么要進行實驗探究，選擇什么樣的方式方法進行實驗探究。通過逆向教學設(shè)計，教師可以提前制定好教學目標，并結(jié)合學生的實際情況，合理設(shè)計實驗內(nèi)容和程序，使學生在主動探究中體會探究的快樂，培養(yǎng)學生的探究方法和探究精神。

四、逆向策略在初中化學實驗探究活動中的應用

（一）理解為先，化被動為主動

實驗探究活動逆向教學設(shè)計要適合學生的學習順序和思維順序，貼合學生真實情境的學習活動，易于學生接受和理解。初中化學教材中，實驗探究活動絕大部分都是驗證式探究，如何激發(fā)學生主動探究的欲望，培養(yǎng)科學探究的精神，需要教師在實驗探究活動設(shè)計上進行策略調(diào)整，采用逆向教學設(shè)計理念，著重解決探究方案的選擇與設(shè)計。學生的主動性除了靠問題激發(fā)，最佳的體現(xiàn)就是思考為什么采用該方案。

例如，人教版九年級化學第五單元《化學方程式》課題1 的《質(zhì)量守恒定律》反應前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系的實驗探究。傳統(tǒng)探究會直接給出兩個方案，方案一：紅磷燃燒前后質(zhì)量的測定；方案二：鐵釘與硫酸銅溶液反應前后質(zhì)量的測定，通過實驗，觀察記錄，分析，得出實驗結(jié)果。并補充兩個實驗“鹽酸和碳酸鈉粉末反應前后質(zhì)量的測定”和“鎂條燃燒”，觀察稱量結(jié)果是否與預計一致，分析為何出現(xiàn)這樣的結(jié)果。逆向教學設(shè)計著重解決為什么會選擇這兩個方案。設(shè)計如下：

教師活設(shè)置一系列問1.物質(zhì)發(fā)生化動學生活動設(shè)計意圖題：學變化，質(zhì)量是否改變？怎么做出判斷？2.需要哪些儀器？3.到目前為止，我們學過的化學反應有哪些？4.選擇哪個反應來測量，為什么？實驗只做一次可以嗎？其他反應也是這樣嗎？再來一個更簡單的實驗測量一下。思考并回答：1.測出反應前總質(zhì)量和反應后總質(zhì)量。2.托盤天平。3. 汞和氧氣的反應，紅磷、木炭、硫磺、鐵絲和氧氣的反應、實驗室制取氧氣的三種方法，電解水，石灰石和稀鹽酸反應等。4.學生進行討論、分析。問題激發(fā)探究欲望，思考探究方法和探究方案的選擇。通過問題的設(shè)置，重走科學家的實驗探究之路，避免陷入驗證式探究、被動式探究。

引導學生分析什么樣的化學反應易于測量質(zhì)量，反應條件簡單，現(xiàn)象明顯，最好不產(chǎn)生氣體。符合要求最適合的就是紅磷燃燒前后質(zhì)量的測定。同時理順不選擇其他實驗的原因是實驗設(shè)計條件的苛刻。學生在思考的過程其實就是主動性探究實驗的前提。質(zhì)量守恒定律正是基于無數(shù)次的實驗得出來的規(guī)律，并不是假設(shè)質(zhì)量守恒，才去驗證。這樣的設(shè)計體現(xiàn)了學生學習活動的自主性，方案是基于多種因素考慮確定的，避免了硬塞給學生實驗方案，從而導致得到的結(jié)果缺乏說服力。像這樣追求理解的教學設(shè)計，符合科學探究的規(guī)律，有利于學生科學精神的培養(yǎng)。

（二）問題設(shè)計，體現(xiàn)探究層次

實驗探究是為了說明問題，問題的設(shè)置就顯得尤為重要。問題設(shè)置不好，探究就失去了意義。問題具有啟發(fā)性，探究方案的選擇才能落到實處。問題具有進階性，探究的欲望就會不斷被激發(fā)。問題具有發(fā)散性，科學思維的廣度可以得到提升。問題具有指向性，避免探究走向無意義的操作。

例如，人教版九年級化學探究水的組成實驗中，以水為對象進行研究。問題設(shè)置如下：我們怎么樣才能知道水的組成？同學們能想到的方法有哪些？物理方法？有沒有高精尖的設(shè)備可以直接看？化學方法？什么反應能生成水？水能分解嗎？學生回答就會五花八門，比如用顯微鏡觀察，用掃描隧道顯微鏡觀察，用手拍打，加熱，煮沸，燒烤，喝下去，電擊等等。設(shè)置的問題能引起學生的思考，能說出方法，哪怕是引起笑聲的方法，都說明學生已經(jīng)摸到了實驗探究的大門，已經(jīng)是探了，接下來就是分析能想到的方案的可行性，即在探究前確定方向，增加成功的可能性和探究的有效性。古往今來，古今中外的科學家都是從無數(shù)各種各樣的實驗中獲得真知。

（三）預判設(shè)計，完善探究程序

傳統(tǒng)實驗探究活動若出現(xiàn)實驗異常，才去查閱資料或者咨詢專家或者重復做實驗或者對異常進行思考，通常需要一段時間后才能解決該問題。逆向教學設(shè)計把該問題前置，在進行實驗探究之前，就已經(jīng)對該類現(xiàn)象做出了預判，并制定了應對的措施。充分準備了相關(guān)知識材料，能夠及時予以解決。這樣的設(shè)計體現(xiàn)了實驗探究活動的完整性，系統(tǒng)性，避免了碎片化，使知識結(jié)構(gòu)更加完善、豐滿。有利于學生獲得探究成功的喜悅，激發(fā)在化學學習上繼續(xù)保持探究的欲望。沒有預判設(shè)計，不關(guān)心細節(jié)現(xiàn)象的解釋，實驗探究容易走向死胡同，容易走向純粹為了探究而探究，最終扼殺學生的探究欲望，實驗教學走向唱獨角戲。

例如，在“分解過氧化氫制氧氣的反應中二氧化錳的作用”探究中，若出現(xiàn)帶火星的木條伸進試管中未復燃，則得到的結(jié)論是二氧化錳沒有加速過氧化氫的分解或者加速不明顯，該實驗重復多次也失去了意義，再探究二氧化錳的質(zhì)量和化學性質(zhì)也毫無必要。當然，我們不能說這樣的實驗就毫無探究價值，相反，探究價值只會更大，但是，這一節(jié)課預設(shè)的課程和目標就無法完成了，為了解決該問題，逆向教學設(shè)計提前做出了預判設(shè)計，可以很好地解決該問題。帶火星木條未復燃，一是產(chǎn)生氧氣濃度不夠，可能是過氧化氫稀釋的時候濃度太稀，也可能是二氧化錳儲存時間太久已經(jīng)變質(zhì)；二是產(chǎn)生的氧氣量太少或者混有太多的水蒸氣，可能是過氧化氫加入的量太少或者稀釋的時候濃度太高，反應放出大量的熱，試管里大部分是水蒸氣。當然，老師提前進行實驗測試，也能避免出現(xiàn)該類問題。但也有一些探究實驗，則不管有沒有提前測試，仍然會出現(xiàn)特有的一些現(xiàn)象。

再如，在探究“水的組成”電解水時，任意時間段觀察到的正負極氣體的體積比總是會有略微差異，怎么去解釋。雖然該現(xiàn)象不影響水由氫氧兩種元素組成這個結(jié)論，但是不對該現(xiàn)象進行解釋，就不利于對學生探究精神的培養(yǎng)。在教學設(shè)計上提前考慮，準備兩段話的資料卡片，展示氫氣的物理性質(zhì)和氧氣的物理性質(zhì)，引導學生通過氫氣難溶于水和氧氣不易溶于水來思考，得出電解水產(chǎn)生的氧氣有一部分溶解于水，故正極上得到的氣體的量少于理論值。

（四）評價前移，鞏固探究成果

在化學教學中，實驗探究是手段，不是目的。所有的探究最終都指向問題的解決以及一類問題的解決，從而使學生形成運用所學知識解決生活中出現(xiàn)的和化學有關(guān)的問題的能力。所以，在實驗探究活動結(jié)束后，及時進行遷移應用，鞏固探究成果顯得尤其重要。遷移應用也是評價任務的完成，評價任務貫穿在實驗探究活動過程中，對比實驗探究結(jié)束后的評價，它更加直接指向?qū)W習目標所反映的學習結(jié)果，有效完成了教學評一體化。

例如，在“反應前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系”實驗探究中，確定學習目標：1.通過測量紅磷燃燒以及鐵釘與硫酸銅溶液作用前后的質(zhì)量，對質(zhì)量守恒定律有初步的認識。2.用微粒模型準確地詮釋質(zhì)量守恒定律，并清楚地描述化學反應中質(zhì)量的變化。3.比較封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)，分析化學反應中“質(zhì)量不平衡”的情況出現(xiàn)的原因。評估任務的項目包括：1.學生需要統(tǒng)計紅磷燃燒前后相關(guān)物質(zhì)的質(zhì)量總和，剔除重復的物質(zhì)，從而得出反應物和產(chǎn)物的質(zhì)量總和是否相等。2.學生借助電解水球棍模型，以便從微觀視角理解質(zhì)量守恒原理。3.學生需能運用質(zhì)量守恒定律，研究化學反應中出現(xiàn)的“質(zhì)量不平衡”的假象。接下來師生共同完成實驗探究活動，并在活動中完成評價任務。任務追問“32 克硫磺和32 克氧氣恰好完全反應生成64 克二氧化硫，請問32 克硫磺和100 克氧氣反應可生成多少克二氧化硫”。學生通過對問題的解決，懂得質(zhì)量守恒定律中“參加”“生成”“質(zhì)量總和”在具體化學反應中的含義。

在間隔一段時間后對學生進行的測試中，采用逆向教學設(shè)計進行教學的一組成績明顯高于傳統(tǒng)設(shè)計教學組。可見，評價優(yōu)先并且在探究活動中完成，及時進行遷移應用，鞏固探究成果。學生學到的內(nèi)容不容易遺忘。知識、方法已經(jīng)內(nèi)化成能力，體現(xiàn)了實驗探究在化學學科上的魅力，體現(xiàn)了逆向教學設(shè)計的優(yōu)勢。

（五）引導反思，促進改進設(shè)計

教師根據(jù)教學要求進行探究實驗的過程中出現(xiàn)新的問題，應該積極引導學生進行實驗反思、評價與改進及再設(shè)計。探究無止境。在試驗階段給予學生適時的指引和支持，讓學生能在實踐中收獲豐富經(jīng)驗，體驗化學知識的樂趣，進而激發(fā)學生的思辯研究技能和實踐技巧。

例如，在“分子運動現(xiàn)象”實驗探究活動中，學生聞到了很強烈的氨味。傳統(tǒng)教學設(shè)計忽視了實驗探究活動中產(chǎn)生的氨味，沒有做任何處理或進行相關(guān)教學。逆向教學設(shè)計為了避免在化學實驗中產(chǎn)生化學藥品浪費和污染環(huán)境等問題，培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度，提升學生的社會責任意識，在做濃氨水的擴散實驗時，會設(shè)計引導學生思考怎么樣才能不聞到氨味。

改進思路：1 藥品用量。2 裝置密閉。3 液體注入方式。4 氨味消除。拆解前注入可以吸收氨氣的液體，一般用水即可或者注入飽和氯化鈉溶液。改進1：兩根干燥小試管用干燥短導管連接，通過兩根注射器的推拉來檢查裝置的氣密性，體現(xiàn)壓強和體積的變化關(guān)系。用兩根注射器分別吸取少量濃氨水和酚酞試液刺入橡皮塞注入兩根小試管，實驗現(xiàn)象明顯。改進2：采用注射器吸取少量濃氨水注入裝有噴灑酚酞試液紙花的礦泉水瓶底部，紙花秒變紅色。改進3：滴有三滴酚酞試液的裁好的濾紙裝在小試管中，試管口塞一團棉花，用注射器吸取少量濃氨水滴在棉花上，濾紙依次出現(xiàn)紅色圓點。

像這樣有改進的設(shè)計，學生能說出改進的方法，說明實驗探究活動已經(jīng)進入到了一個更高層次的水平。因為改進是建立在充分理解原有探究的基礎(chǔ)上，是對目標、過程的理解與升華。若能在課后引導學生動手做這些改進實驗，非常有利于培養(yǎng)學生實驗操作能力和動手能力，增強學科理解的能力，初步具備改變和改善物質(zhì)世界的能力。

五、結(jié)語

綜上所述，在初中化學探究實驗教學中，應當充分利用逆向教學設(shè)計，為未來化學學習奠定基礎(chǔ)。對此，應當采取理解為先的主動式探究；注重啟發(fā)性、進階性、發(fā)散性、指向性問題的設(shè)計；提前預判實驗異常或出現(xiàn)細微現(xiàn)象做出解釋；評價設(shè)計前移，及時進行遷移應用，鞏固探究成果；引導進行實驗反思、評價與改進及再設(shè)計。培養(yǎng)學生科學探究素養(yǎng)，強化學生科學探究精神，據(jù)此創(chuàng)新化學教學方式，提升化學教學質(zhì)量。