朱韶紅

設計有價值的科學探究教學

朱韶紅

（無錫市濱湖區(qū)教育研究發(fā)展中心江蘇無錫214071）

傳統的教學與新課程理念的教學之大不同主要體現在科學探究的教學上。筆者通過具體詳細的實例闡述了科學探究的教學設計過程必須具有目的性、情境性、可行性、拓展性等特征，才是真正促進學生發(fā)展的教學，是生本教學。

科學探究教學；目的性；情境性；可行性；拓展性

傳統的教育由于對個人的認識重視不夠,使得科學教育往往是在基于“空白頭腦”假設或“教師主導”假設的前提下進行的。于是有了“滿堂灌”、“接受式”、“教師主宰課堂”的教學,學生只是被動地接受。

而建構主義學習觀認為,學生的學習并不是知識由外到內的輸入過程,而是學生主動地將新的信息、觀念與適當的已有知識經驗聯系起來,通過新、舊經驗之間反復的、雙向的相互作用積極建構自己的知識并賦予知識以意義的過程。這種過程是能動的、深刻的,是一個與情境聯系緊密的自主的操作過程。

因此,在科學探究的教學過程中,我們要幫助學習者找到學習過程中的“已有知識經驗”和“新知識”之間的缺口,促使學生調整內部認知結構,從而有效地幫助他們進行“主動建構”。

這就要求我們在教學過程中必須進行精心設計,真正成為學生學習過程中的領路人、引導者。目前,在我們的教學過程中,并不是所有的探究都是有價值的。那么,什么才是有價值的探究？筆者在多年的教學過程中,體會出有價值的科學探究教學必須具有以下幾個特征：1.目的性；2.情境性；3.可行性；4.拓展性。

一、科學探究教學需要增強目的性

［案例1］人教版第三單元課題2《分子和原子》教學片段

教師演示：濃氨水滴到酚酞溶液中。

學生：觀察并記錄實驗現象（酚酞變紅色)。

教師講解：氨水可以使酚酞變紅色,是氨水的一種性質。

教師演示：分子運動的燒杯實驗（教材插圖所示)。

學生：觀察實驗現象（罩在大燒杯內的酚酞溶液逐漸變成紅色)。

教師提出問題：酚酞溶液遇到氨水才能變成紅色,而燒杯中的酚酞溶液沒有遇到氨水,為什么也能變成紅色？

學生：A燒杯內滴入酚酞要過一會兒才能變色與B燒杯無關；

學生：大燒杯中可能存在某種物質,與A燒杯中的溶液接觸,使其變色；

學生：燒杯B中的濃氨水會揮發(fā),可能是它使A中的溶液變色。

……

教師：對！就是燒杯B中的濃氨水揮發(fā),氨分子運動到A燒杯中,是酚酞溶液變紅色了。

教師：請同學們把本探究實驗的現象記錄在書上。

教材中安排本次探究,目的在于讓學生認識分子的特性,形成微粒觀,而培養(yǎng)學生的分析、推理能力和想象力,要達成上述目標的最好形式則是開展實驗探究。在探究教學中,雖然不主張每個活動學生都要嚴格遵循提出問題、猜想與假設、制定計劃和設計實驗等完整的探究步驟,但是教師對科學探究的涵義、要素、基本模式等應該有比較深刻的認識,從課堂實際來看,教師在這方面比較欠缺。如不明確“氨水使酚酞變紅色”這一實驗在探究中的地位,如學生沒有充分體驗“氨水刺激性氣味”,難以聯想到氨分子能夠運動,這使得猜想與假設的環(huán)節(jié)難以有效組織和實施。由此教師只是機械地執(zhí)行教材,泛泛而“探”,最終結果學生只是知道了兩個實驗事實及一個分子運動的結論,觀念的培養(yǎng)、能力的提高可能成為一句空話。上述案例,也可以反映出教師沒有深入地鉆研教材,沒有較好的領悟教材編寫者的的意圖,教學的目的性不強。

二、探究問題設計需要呈現情境性

［案例2］人教版第九單元課題2《溶解度》一節(jié)教學片段

片段一：課前預習,讓學生走進生活

教師事先布置了與學習內容密切聯系的幾項任務：（1)在家燒一壺開水,觀察沸騰前的現象。（2)準備開水和冷水各一小杯,試試哪一杯中溶解的蔗糖多？在兩杯開水中分別溶解食鹽和蔗糖,哪種溶解得多？（3)打開一瓶雪碧,仔細觀察所發(fā)生的變化？

片段二：知識運用,聯接生活現象和生活問題

本節(jié)內容學習完后,設計了如下面向生活的問題：（1)我國有許多鹽堿湖,湖水中溶有大量的氯化鈉和純堿,那里的農民冬天撈堿,夏天曬鹽,試用你學過的知識說明其中的道理。（2)夏天,陣雨來臨前,魚塘里的魚常出現“浮頭現象”,這是為什么？假如你承包了魚塘,該怎么辦？（3)被汗水浸濕的衣服晾干后,為什么常出現白色斑跡？用什么辦法可以洗去？

新課程標準指出,我們的化學教學應該注意從學生已有的經驗出發(fā),讓學生在熟悉的生活情境中學習新的知識和技能,感受化學的重要性,了解化學與日常生活的密切聯系,提高對化學的學習興趣,逐步學會分析和解決與化學有關的一些簡單的實際問題。簡言之,化學教學應以生活為本。片段一引導學生有目的的接觸生活,可以使學生獲得豐富的感性認識,真正認識到知識其實來源于生活,增強對科學的感悟和理解,同時在實踐中積累相關經驗,萌生相關問題,如燒水時看到水中有大量氣泡,就會產生這樣的想法：為什么溫度升高,這些氣體在水中就會“待”不住了等等問題,這些問題成為深入學習的動力。片段二運用化學知識來解釋生活中的某些現象、解決生活中碰到的問題,不僅可以提高學生解決實際問題的能力,同時也使學生意識到他們正在學習的化學知識的真正價值,增強學習知識和技能的信心和動力。本案例中教師注重引導學生用化學知識去觀察生活、思考生活,自覺應用化學知識分析、處理簡單的生活問題,讓化學真正走入學生的生活,提高了學生的化學素養(yǎng)。

［案例2］人教版第九單元課題1《溶液的形成》第二課時

創(chuàng)設情景：向燒杯（底部粘有一小木塊)中注入半杯水,加入三藥匙NaOH并不斷攪拌。

觀察現象：小木塊脫落。

討論與交流：可能是NaOH加入水中溶解時,溶液的溫度升高,使燒杯底部的石蠟熔化,因而木塊掉下來了。

產生疑問：是不是所有的物質溶解時,溶液的溫度都會升高？物質溶解時,溶液的溫度為什么會升高？

活動與探究一：溶解時的吸熱或放熱現象

學生：閱讀教材,明確活動目標、實驗用品。

設計實驗方案：（1)取三只燒杯,各注入100 mL水,用溫度計測量水的溫度。（2)將兩藥匙NaCI、NH4NO3、NaOH分別加入上述三只燒杯中,攪拌至固體完全溶解,測量溶液的溫度。（3)用手背小心觸摸三只燒杯的外壁,有什么感覺？（4)計算溶解前后液體溫度的變化,填入表中。

分析：溶解時溫度發(fā)生改變的原因。

活動與探究二：盡可能利用生活中的用品對下列問題任選一個進行探究。

設想一種實驗方案驗證NaOH溶于水時大量放熱。

設想一種實驗方案驗證NH4NO3溶于水時大量吸熱。

設想一種實驗方案既能驗證NaOH溶于水時放熱,又能驗證NH4NO3溶于水吸熱。

……

在大多數教師的教學過程中,這部分內容一般采取驗證性的教學策略,實驗的目的僅在于理解所學知識,學生處于被動接受的地位。案例中,教師借助趣味實驗創(chuàng)設教學情境,引起他們的好奇心,激發(fā)起學習的動機,使他們積極參與到假設、實驗、解釋、交流、拓展的探究環(huán)節(jié)中,經歷了知識的產生過程,改變了他們的學習方式,了解了科學探究的基本過程和方法。正如蘇霍姆林斯基所說：“在人的心靈深處,都有一種根深蒂固的需要,這就是希望感到自己是一個發(fā)現者、研究者和探索者。”

三、探究過程設計需要落實可行性

設計具有可行性的探究過程,也就是要符合學生的實際能力。教學過程中如果遇到超過學生實際能力的問題,可以把原課題分成若干小塊,這樣便于操作,問題的研究更能落到實處。

［案例3］人教版初中化學第三單元課題2《分子和原子》教學片斷

師：演示實驗—品紅在水中的擴散

師：溫度越高,分子運動越快,請同學依據這個原理把上述實驗做個簡單的改動,證明分子的運動隨著溫度的升高而加快。

生：可以用兩杯等量的水,一杯是室溫下的水,一杯是熱水,同時放入等量的品紅固體,觀察品紅擴散的現象。

（值得注意的是：這位學生在這里用了兩次“等量”,一次“同時”)

師：這個同學的方法非常好,請問你設計這個實驗的原理是什么？

生：物理學中我們學習過“控制變量法”……

在上述案例中,教師很好地利用了學生的“已有知識經驗”——初中物理已經教過的一些方法,有效地解決了化學教學中對比實驗設計的一個難點,培養(yǎng)了學生思維的縝密性。

古人云：“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”。探究的價值在于：知識的結論是教師直接“給”的,還是經過真正的“引導”由學生自己得出來的?！敖o”永遠只能是死的知識,而“導”卻能激發(fā)活的源泉。關鍵在于我們怎么去教,如何去導。教師習慣于直接“給”知識,已成為一種慣性。事實上,貫穿于學生的任何一個學習過程,都可以是一個探究的過程。教師應關注學習的結果,但更重要的是要關注學習的過程。

四、探究結果設計需要走向拓展性

新課程要求我們,讓學生在“做科學”的探究實踐中逐步形成終身學習的意識和能力。這就需要我們在設計探究教學的時候,要設計一些具有開放性的問題。成功的探究課堂能給人留下值得思考的東西,使學生更深刻地感受到化學學科思想的內涵,進一步激發(fā)學習化學的熱情。

［案例4］人教版第二單元課題3關于“催化劑”的概念教學

在安排學生分組實驗時,設計了以下5個對比實驗：（1)部分實驗小組只加熱過氧化氫溶液；（2)部分實驗小組在過氧化氫溶液中加入少量二氧化錳；（3)部分實驗小組在過氧化氫溶液中加入少量硫酸銅溶液；（4)教師演示將加熱制取氧氣后的混合物溶于水,過濾分離得二氧化錳,然后另取過氧化氫溶液,加入少量過濾得到的二氧化錳。（5)教師演示加熱氯酸鉀和二氧化錳的混合物,然后設疑：有的化學反應對生產、生活不利,如鋼鐵的腐蝕,食物的變質等,我們可以采取什么辦法？學生馬上聯想到可以利用某種“催化劑”減慢其化學反應的速率。最后師生共同歸納催化劑特點。

學生在學習“實驗室用過氧化氫溶液制取氧氣”的實驗中形成“催化劑”的概念,但在實際的教學反饋中我們發(fā)現效果并不理想。常會出現以下錯誤：“二氧化錳是催化劑,催化劑就是二氧化錳”,“所有催化劑都是加快化學反應速率的”,“過氧化氫分解只能用二氧化錳作催化劑”。本案例中教師通過設置了多組對比實驗,學生自然就領悟到：二氧化錳和硫酸銅溶液都加快了過氧化氫的分解,反應后化學性質都沒有改變,在這一特定的反應中起了催化作用,再加上教師的引導、歸納,學生通過實驗、觀察、分析、比較、綜合、類推等方法,學生就能完整地掌握“催化劑”這一概念的內涵和外延。

建構主義理論認為,學習是在先前經驗的基礎上進行的,當學習者面臨新現象、新問題時,就會根據情境中的線索,調動頭腦中事先準備好的多方面、多層次的先前經驗。

［案例5］人教版第七單元課題2《燃燒和熱量》教學片段

實驗演示：鎂和稀鹽酸的反應

觀察現象：（1)產生大量氣泡。（2)有“水霧”？有“煙”？

探究一：生成的是何種氣體？

學生猜想：可能是氫氣,可能是氧氣。

學生爭辯：大多認為是氫氣。

收集證據：（1)實驗：點燃的木條伸入試管內,該氣體能燃燒。

（2)事實：參加反應的是Mg和HCI。

得出結論：生成的氣體是氫氣,并推理相關化學方程式。

探究二：是“霧”還是“煙”？

收集證據：再做6個相同的實驗,每組傳遞下去。（要求注意觀察試管壁上的現象和手的感覺。)

學生交流：試管壁上有水珠,手感覺發(fā)燙。

學生解釋：（略)

得出結論：由于該反應放出了大量熱,溶液中的水形成了水蒸氣。因此,這是一個放熱反應。

《化學反應中的能量變化》的教學內容,教材安排了“鎂和稀鹽酸”的實驗,旨在讓學生通過實驗讓學生知道“化學反應中伴隨的能量變化”這一事實。該實驗的設置,教材的要求明顯是比較低的,教師源于教材、高于教材的創(chuàng)設,基于以下兩點的考慮。首先,本課時難度不大,整體思維含量不高,如果按部就班,課堂氣氛略顯沉悶,學習積極性也不是很高。若能充分利用學生的最近發(fā)展區(qū)設置問題,則會對學生產生一定的挑戰(zhàn),調動了學生思考的積極性,在強烈的求知欲支配下,學生的思維時而發(fā)散（如猜想環(huán)節(jié)),時而收斂（如“探究一”,通過實驗和事實來得出結論),時而推理（如“探究二”,學生得出結論就是一種合情推理),學生的情緒始終是高漲的,處處閃爍著理性思維的光芒,有效地促進學生智力的發(fā)展。

本案例中,學生猜想是“煙”,就是生活經驗的負遷移；猜想是氫氣,則緣于知識經驗,學過的氣體就那么幾種,靈活點的學生再根據質量守恒定律就更有把握了；能正確推理寫出專業(yè)性很強的化學方程式,那更得具備扎實的基礎知識；“探究二”中結論的得出,更大程度上依賴于生活經驗和已有的物理知識。

綜上所述,我們設計的科學探究教學必須建立在學生的已有知識和生活經驗基礎之上,而不能是空中樓閣。這就需要教學過程中教師要融入自己的知識和智慧,對教材進行個性化的解讀與深度挖掘,滲透了基礎知識、浸潤了科學方法、調動了情感,教學的內在價值才能得到充分提升。教學過程中教師要充分挖掘實驗資源,改變實驗“照方抓藥”式的設計,多些反思和改造,提升實驗的功能,使學生在獲得知識豐富的同時,學習興趣、探究意識、思維能力、科學方法同時都得到了培養(yǎng)。

［1］中華人民共和國教育部.全日制義務教育化學課程標準［M］.北京：人民教育出版社，2001

1008-0546（2011）04-0058-03

G632.41

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10.3969/j.issn.1008-0546.2011.04.028