羅隹瑤，王曉軍，李秋艷

(江蘇師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》提出的核心素養(yǎng)之一“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”，要求學(xué)生認(rèn)識科學(xué)探究是進行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實踐活動；能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題；能從問題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計探究方案，運用化學(xué)實驗、調(diào)查等方法進行實驗探究；勤于實踐，善于合作，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新[1]。這就要求教師在教學(xué)過程中轉(zhuǎn)換角色，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，形成具有自身風(fēng)格的能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性的化學(xué)教學(xué)藝術(shù)。

傳統(tǒng)教育中的化學(xué)實驗，主要是以教師講授為主，實驗為輔，還多為驗證性實驗，對探究性實驗運用不多，忽視了學(xué)生探究學(xué)習(xí)的過程[2]。根據(jù)新課改的要求，教師應(yīng)設(shè)計合理有效的探究性實驗教學(xué)內(nèi)容，充分調(diào)動學(xué)生對未知事物的好奇心和求知欲，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。那么教學(xué)中要如何發(fā)揮學(xué)生的主動性，使化學(xué)實驗充滿探究性呢？如何進行教學(xué)設(shè)計才能反映出課程標(biāo)準(zhǔn)的素養(yǎng)要求呢？因此本課題對探究式教學(xué)模式的化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計進行研究。

1 探究式化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計思路

科學(xué)的方法論和認(rèn)識論以及科學(xué)觀是學(xué)生進行探究學(xué)習(xí)的基本出發(fā)點。學(xué)生要以發(fā)展和辯證的眼光來看待科學(xué)，在探究學(xué)習(xí)中，教師要教育學(xué)生充分尊重現(xiàn)有知識，同時又要讓學(xué)生明白科學(xué)知識的真正實質(zhì)，科研史上的重大發(fā)現(xiàn)，理論的形成和發(fā)展是各種假說不斷被提出、證實和證偽的過程。探究學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)主要有皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論、建構(gòu)主義理論、布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論等。教育學(xué)里的很多教育理念和教育思想，例如終身學(xué)習(xí)理論、多元智力理論，也為探究學(xué)習(xí)的研究奠定了深厚的理論基礎(chǔ)[3]。

在教學(xué)理論的指導(dǎo)下，接下來選擇教學(xué)模式。教學(xué)模式可以定義為一種在某些思維理論或教學(xué)理論的指導(dǎo)下設(shè)定的具有一定的結(jié)構(gòu)而且相對穩(wěn)定的學(xué)習(xí)活動框架。國內(nèi)外的教育學(xué)者按照不同的角度將其分為不同的種類，那么在探究式化學(xué)實驗教學(xué)中可以采用哪種教學(xué)模式呢？

杜威的“做中學(xué)”教學(xué)模式，“做中學(xué)”注重面向全體學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣和探究意識，主要有四個步驟：創(chuàng)設(shè)情境、學(xué)生假設(shè)、實驗驗證、交流討論。拋錨式教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決問題的能力，主要有五個教學(xué)環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情境、拋錨定題、自主探究、交流討論、意義建構(gòu)。發(fā)現(xiàn)教學(xué)模式，以布魯納的發(fā)現(xiàn)教學(xué)思想為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)教學(xué)模式的主要教學(xué)環(huán)節(jié)包括：提出問題、提出假設(shè)、分析整理、得出結(jié)論。此外還有學(xué)習(xí)循環(huán)模式、問題驅(qū)動模式、微項目式教學(xué)模式等，都適合于探究式實驗教學(xué)[4]。

根據(jù)以上分析，我們知道探究式教學(xué)注重學(xué)生的參與，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的新型教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生開發(fā)思維、自主探究，引導(dǎo)學(xué)生將理論與實際相結(jié)合，提高自我分析問題、解決問題的能力。所以我們在進行教學(xué)活動設(shè)計時，應(yīng)選擇合適的教學(xué)模式，使課堂效益發(fā)揮到最大。實驗探究教學(xué)的基本流程可以概括為：提出問題，猜想與假設(shè)，制定計劃，進行實驗，收集證據(jù)，解釋與討論，反思與評價，表達與交流。

2 探究式化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計方案

化學(xué)教學(xué)設(shè)計是依據(jù)教學(xué)理論、學(xué)習(xí)理論，對教學(xué)過程的各要素進行科學(xué)、合理的優(yōu)化安排。可分為課程、學(xué)段、單元和課時教學(xué)設(shè)計四個層次。以課時教學(xué)設(shè)計為例，探究式化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計，主要包括學(xué)情分析、學(xué)習(xí)任務(wù)分析，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)分析，確定教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重難點，選擇合適的教學(xué)模式及教學(xué)方法，重點進行教學(xué)過程設(shè)計，最終形成課時教學(xué)設(shè)計方案，簡稱教案。同時要注意教案與教學(xué)課例的區(qū)別，教案是教師還未上課時，進行備課而寫成的教學(xué)設(shè)計方案，一般要寫明教師活動、學(xué)生活動、設(shè)計意圖等，不需要記錄學(xué)生所說的話。而教學(xué)課例是教師上完課之后為進行教學(xué)反思與交流而寫就的課堂教學(xué)實錄，要詳略得當(dāng)?shù)挠涗浗處熍c學(xué)生的對話及活動。

2.1 探究式化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計案例一

以人教版高中化學(xué)必修第二冊實驗活動7“化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素”為例[5]，探究式課時教學(xué)設(shè)計方案如下。

2.1.1 實驗教學(xué)目標(biāo)

(1)理解并鞏固化學(xué)反應(yīng)速率的概念，探究反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

(2)體驗控制變量法在化學(xué)實驗中的應(yīng)用。

(3)理解改變反應(yīng)條件可以調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的速率。

2.1.2 教學(xué)過程設(shè)計

教學(xué)環(huán)節(jié)(1)濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

教師引入：復(fù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率的概念，介紹硫代硫酸鈉與酸的反應(yīng)，向硫代硫酸鈉溶液中加入稀硫酸，生成的硫使溶液變渾濁。

Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O

問題的提出：反應(yīng)物濃度、溫度對反應(yīng)速率有何影響？

學(xué)生提出假設(shè)：濃度越大，反應(yīng)速率越大，溫度越高，反應(yīng)速率越大。

教師引導(dǎo)：如何驗證假設(shè)？

學(xué)生設(shè)計實驗：依據(jù)所給的實驗用品，學(xué)生設(shè)計實驗，首先探究反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響。

教師引導(dǎo)：通過測定溶液出現(xiàn)渾濁的時間不同，確定反應(yīng)速率的快慢。講解具體的操作，用黑色記號筆在白紙的適當(dāng)位置畫“+”，要求粗細(xì)、顏色深淺一致。將帶“+”的白紙襯在試管的背部，以硫代硫酸鈉溶液與稀硫酸溶液混合時開始計時，至濁液將“+”剛剛覆蓋完全為止，記錄反應(yīng)時間，判斷反應(yīng)速率的大小。

學(xué)生進行實驗：根據(jù)設(shè)計方案，學(xué)生實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)。

學(xué)生交流討論：得出結(jié)論：反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快。

教學(xué)環(huán)節(jié)(2)溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

學(xué)生設(shè)計實驗：依據(jù)所給的實驗用品，學(xué)生探究反應(yīng)物溫度對反應(yīng)速率的影響。

教師引導(dǎo)：教師講解注意事項，兩支試管中的溶液要分別恒溫5分鐘左右，然后繼續(xù)操作。

學(xué)生實驗：根據(jù)設(shè)計方案，學(xué)生進行實驗，比較兩支試管出現(xiàn)混濁的快慢，記錄實驗數(shù)據(jù)。

學(xué)生交流討論：得出結(jié)論：反應(yīng)物溫度越高，反應(yīng)速率越快。

設(shè)計意圖：通過提出問題，引發(fā)學(xué)生思考，并提出個人的假設(shè)，然后引導(dǎo)學(xué)生通過所給實驗藥品，進行實驗設(shè)計，通過證據(jù)推理，驗證自己的假設(shè)，然后同學(xué)互相交流討論，得出結(jié)論，使學(xué)生體驗實驗探究的流程與方法。

2.2 探究式化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計案例二

以蘇教版高中化學(xué)必修第二冊“化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化”單元，學(xué)生必做實驗“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”為例[6]，探究式課時教學(xué)設(shè)計方案如下：

2.2.1 實驗教學(xué)目標(biāo)

(1)通過銅鋅稀硫酸原電池探究活動，發(fā)展證據(jù)推理、模型建構(gòu)能力，提升科學(xué)探究能力。

(2)運用原電池模型，認(rèn)識原電池工作原理、反應(yīng)本質(zhì)與能量變化、組成要素，發(fā)展對化學(xué)理論模型的認(rèn)識水平。

(3)基于原電池模型，開展探究活動，認(rèn)識化學(xué)學(xué)科價值，增強社會責(zé)任感、創(chuàng)新意識。

2.2.2 教學(xué)過程設(shè)計

教師引入：前面我們已經(jīng)學(xué)過，化學(xué)能可以和熱能相互轉(zhuǎn)化，那么化學(xué)能可以和電能相互轉(zhuǎn)化嗎？早在200多年前，就有一位偉大的物理化學(xué)家伏打?qū)崿F(xiàn)了化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化。接下來我們就體驗一次科學(xué)探究的過程。首先請同學(xué)們利用老師給大家提供的試劑和材料完成以下實驗。并思考化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的必要條件是什么。

學(xué)生實驗一：把一片鋅片和一片銅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯里，觀察實驗現(xiàn)象。

學(xué)生實驗二：把一片鋅片和一片銅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯里，觀察實驗現(xiàn)象。

學(xué)生觀察：鋅片表面有大量氣泡，鋅片逐漸溶解，銅片表面無現(xiàn)象。并嘗試寫出反應(yīng)的離子方程式。

學(xué)生實驗三：將實驗二中的鋅片和銅片用導(dǎo)線連接起來，觀察實驗現(xiàn)象。

學(xué)生觀察：鋅片表面仍有較多氣泡，銅片表面也開始生成氣泡。

教師引導(dǎo)：鋅片表面仍有氣泡，是由于鋅片與稀硫酸反應(yīng)速率較快引起的，原因會在后面進一步解釋?？茖W(xué)探究的第一步就是提出問題，銅表面生成的是哪種氣體？

學(xué)生假設(shè)并驗證。

教師提出問題：經(jīng)驗證該氣體是氫氣，那么請同學(xué)們思考，氫氣是銅和稀硫酸反應(yīng)生成的嗎？

學(xué)生假設(shè)并驗證。

教師繼續(xù)提出問題：通過稱取反應(yīng)前后鋅片的質(zhì)量來確定是鋅片和稀硫酸發(fā)生了反應(yīng)，所以銅片表面的氫氣不是銅和稀硫酸反應(yīng)生成的。那么導(dǎo)線的作用是什么？

學(xué)生假設(shè)并驗證。

學(xué)生實驗四：將實驗3中的導(dǎo)線中間連接一個靈敏電流計。觀察到靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)，通過指針偏轉(zhuǎn)的方向說明是鋅失去電子通過導(dǎo)線傳遞到銅片上，形成電流。故氫離子在銅片上得電子，生成氫氣。

教師總結(jié)：科學(xué)探究的最后一步就是得出結(jié)論，像這種可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱為原電池。鋅片表面出現(xiàn)較多氣體，原因是多方面的，鋅片不純，鋅片內(nèi)部會形成很多微電池，鋅片本身與酸發(fā)生較快的化學(xué)反應(yīng)等都會導(dǎo)致表面產(chǎn)生較多氣體。后面我們會進一步學(xué)習(xí)設(shè)計雙液電池，就可以解決這個問題。

教師提問：現(xiàn)在我們知道化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能需要由原電池來完成，你能總結(jié)出構(gòu)成原電池的必要條件有哪些嗎？

學(xué)生總結(jié)：需要電解質(zhì)溶液；需要形成閉合回路；電極材料活潑性需要不同。

設(shè)計意圖：通過四個學(xué)生實驗，一步步的引導(dǎo)學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)組成原電池的必要條件，每一個實驗的進行，都有其特定的目的存在，不斷的進行實驗，不斷的發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，做出假設(shè)，設(shè)計新的實驗，驗證我們的假設(shè)，這正是探究式實驗的必要流程。

3 結(jié) 語

新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)學(xué)生進行探究式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，注重探究性化學(xué)實驗在提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的重要作用，這就要求我們在教學(xué)中要轉(zhuǎn)變思想，從如何教轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾我詫W(xué)生為中心學(xué)去發(fā)現(xiàn)問題、探究問題，反思學(xué)生實驗?zāi)芰Σ粡姷脑蚝卧冢鯓油ㄟ^合適的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實踐，大面積提高教學(xué)質(zhì)量，提高化學(xué)演示實驗、探究實驗的教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的動機和興趣。探究式教學(xué)的基本流程可以概括為：提出問題，猜想與假設(shè)，制定計劃，進行實驗，收集證據(jù)，解釋與討論，反思與評價，表達與交流。當(dāng)然并非所有的實驗教學(xué)，都適合使用探究式教學(xué)模式，教師在實踐教學(xué)中要學(xué)會根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的年齡特征和教師自身的特點，選擇能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)模式，遵循正確的教學(xué)觀，克服單一教學(xué)模式的局限，綜合運用各種教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)策略，在模仿中進行創(chuàng)新，努力鉆研課程標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)計思想及實施建議，努力創(chuàng)設(shè)與生活相關(guān)的真實問題情境，做好教材分析，學(xué)情分析，制定合理的教學(xué)目標(biāo)，精心做好教學(xué)過程設(shè)計。在課堂教學(xué)中注重引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、探疑，幫助學(xué)生提高分析問題和解決問題的能力，真正實現(xiàn)由學(xué)科知識到能力素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。