逍遥学能 2016-01-17 10:13
新一轮基础教育课程改革正如火如荼地进行，作为此次课程改革的突破口——科学探究，正被广大实践新课程的教师自觉地接受并实施于课堂教学中。新的化学课程强调科学探究是一种重要而有效的学习方式，同时又将科学探究作为义务教育阶段化学课程的重要学习内容。也正是因为科学探究对发展学生的科学素养具有不可替代的作用，在实施化学探究性教学中，由于教师对科学探究的过程及本质的理解不到位，致使课堂探究效率低下，失去了课堂教学应有的活力。主要表现在，创设情景是为情景而情景；课堂上学生不会主动提出问题；综合运用知识设计实验方案解决问题的能力还有待进一步提高；探究之后，没有留下足够的时间让学生充分反思和感悟，体验探究的过程和方法。那么，化学课堂教学中如何实施有效探究呢？
一、新课程标准下课堂教学实施有效探究的涵义
1、课堂教学的有效性
课堂教学的有效性指的是什么？余文森教授从专业的角度进行了通俗的阐述：“通俗地说，课堂教学的有效性是指通过课堂教学活动，学生在学业上有收获，有提高，有进步。具体表现在：学生在认知上，从不懂到懂，从少知到多知，从不会到会；在情感上，从不喜欢到喜欢，从不热爱到热爱，从不感兴趣到感兴趣。”而对于“课堂教学的有效性有哪些标准？余教授认为，“课堂教学的有效性特征（或表现）可以列举很多，但最核心的一点是看学生是否愿意学、主动学以及怎么学、会不会学”。可见，每个学生都参与教学活动是实施有效教学的前提，学生有无进步或发展是教学有没有效益的唯一指标。
2、有效探究
对照课堂教学的有效性，课堂实施有效探究的涵义是指创设有意义的学习和生活情景，让学生积极主动地发现问题，选择课题，设计方案，通过自主性探究，收集和处理信息，研究和讨论，求得问题解决，也让学生有更多的机会主动地体验探究过程，在知识的形成、建构、联系、应用过程中养成科学的态度，获得科学的方法，形成创新的意识，提高创新的能力，在“做科学”的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力。所以，有效探究中“愿意学、主动学”的前提就是看课堂上能否激发学生的探究兴趣，从探究情景中能否提出有价值的问题，有了问题，就有了继续探究下去的欲望；有效探究中的“怎么学、会不会学”关键看探究过程中科学思想和科学方法的领悟和运用，有了科学的思想和科学的方法，探究才会如鱼得水，如虎添翼，取得成功。因此，探究性教学就是着重培养学生科学思维的方法，培养学生的思维能力、分析综合能力和解决实际问题的能力。
3、探究的要素
一个完整的探究包含八个要素，即提出问题，猜想与假说、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价和表达与交流。对于初中学生来讲，课堂上开展的探究往往只涉及到其中的几个要素。笔者对课堂探究的教学流程进行了简化，其流程如下：
二、创设情景，是课堂教学实施有效探究的前提
在课堂教学中，问题总是伴随一定的情景而产生。教师通过创设一种有一定难度、有明确目标、需要学生做出一定努力才能完成学习任务的情景，使学生处于一种急切想要解决所面临的疑难问题的心理困境中，由此引发学生的认知冲突，产生强烈的探究愿望，激活学生的思维，从而创造性地解决问题。情景创设的有效与否，关系到能否将学生的视力“聚焦”，能否将学生的思维“聚变”，直接影响到学生对课堂所学内容的兴趣和后续学习的动力。
例如，在学习人教版《原子的构成》这一课题时，由于微观粒子看不见，摸不着，加之这部分教学内容又没有实验，学生缺乏感性知识，学生很难建立起对原子构成的微观认识。但我们还是可以和学生一道查阅资料，循着科学家对原子构成探究的历程，从科学家探索物质构成的史实中体会科学探究的过程和方法，以加强教学的直观性。增强学习化学的兴趣，同时也增强课堂内容的趣味性。
案例1：史料探究——原子的微观构成
投影出示用“α粒子轰击金箔”的文字介绍和图片说明
【文字情景】
人们为揭示原子结构的奥秘，经历了漫长的探究过程。1897年汤姆生发现电子并提出类似“西瓜”的原子模型，汤姆生认为，原子就像一个大西瓜，里面分散着许多西瓜子，其中西瓜子是带负电的电子，西瓜肉是正电的物质，电子镶嵌在原子里面。1911年卢瑟福等人为探索原子的内部结构又进行了下面的实验：用一束带正电的、质量比电子大得多的高速运动的α粒子轰击金箔，发现：
①大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向；
②一小部分α粒子改变了原来的运动方向；
③有极少数α粒子被反弹了回来。
【图示情景】
当学生阅读完上述情景材料后，我惊喜地看到，有的学生已开始“交头接耳”，不时从学生嘴里蹦出这样或那样的问题。
（设计意图：当上述探究情景展现在同学们面前时，刺激学生的思维，激发他们的探究欲望，学生内心的思维活动一定会处于一种积极的思考状态，一定会有许多的“为什么？”在头脑中形成，并努力寻求这些问题的解答。同时，让同学们体会到，科学家探究原子构成的过程，就是对科学真理不断探索的过程，也是对真理不断修正完善的过程。）
教学反思：
（1）课堂教学中，“知识需要溶入情景之中，才能显示出活力和美感。”余文森教授对课堂教学情景的创设有他独到的理解，精妙地诠释了知识和情景二者之间“相依为命”的关系，也让我感受到了教学过程中教学情景创设的重要性。这也正是新课程所提倡的要努力创设生动活泼的教学情景，为实施有效探究提供情景素材。
（2）创设学习情景可以增强学习的针对性，有利于发挥情感在教学中的作用，激发学生的兴趣，使学习更为有效。在创设学习情景时，应力求真实、生动、直观而又富于启迪性。
（3）化学课堂情景的创设离不开真实有效这个原则，脱离了这个原则，创设情景就会变成为情景而情景，创设情景就会流于形式。此外，还要注意到要使学生充分理解所创设情景，使情景更贴近学生的认知结构和心理特点，了解他们的探究所需，让他们读有所惑，惑有所思，思有所悟，悟有所得。
三、提出问题，是课堂教学实施有效探究的核心
《化学课程标准》指出：在教学中，教师要善于引导学生从真实的情景中主动发现和提出问题，有针对性地展开讨论，提出解决问题的思路，通过积极的探究最终解决问题，使学生的认识逐步得到发展。
“提出一个问题比解决一个问题更重要”，提出一个有价值的问题反映了学生对事物思考的深度和广度，是衡量学生思维能力的重要标准，反映了学生在思维活跃性、深刻性、独立性和创造性方面的差异。科学探究始于问题的形成，有了问题才能进行探究。我国古代教育鼻祖孔子说：“疑是思之始、学之端”，宋代学者陆九渊也说：“为学患无疑，疑则有进，小疑则小进，大疑则大进。”都阐明了发现和提出问题的重要性。在探究性学习中，问题的形成是科学探究的起点，不仅决定学习的内容，而且决定研究的方向，同时还决定了科学探究的出发点和最终归宿。
如对案例1《探究原子的构成》，问题尽可能由学生自主提出，老师追问、补充。最后教师将学生的问题进行归纳整理，提炼后形成如下问题群：
假设原子真如汤姆生“西瓜”模型，α粒子轰击金箔后会是什么样的结果？
为什么绝大多数α粒子能够顺利穿过金箔，畅通无阻，而只有极少数被反弹回来？
这极少数α粒子碰到了很大的阻力还是很小的阻力？
这种阻力会是来自质量很小的“西瓜子”（电子）吗？
这样小的原子核却能把轰击它的高速“子弹”（α粒子）反弹回来，这说明了什么呢？
金原子原子核的质量相对α粒子的质量是很大还是很小？
如果你是卢瑟福，发现了这一出人意料的现象后，你对汤姆生“西瓜”原子模型会作怎样的修正？……
再如笔者2007年在武汉参加湖北名师课堂教学测评时，只提前半天抽签决定上课内容，我抽到的上课内容是《碱的复习课》，由于武汉市上的是《科学课》，也不知道教材对这一部分知识讲到什么程度，学生的学习状况是怎样的，心中没底，忐忑不安。在上午半天的备课准备中，我准备了两套方案，重点都放在碱的化学性质上。一种方案是传统式的教学，即与同学们一道回顾碱的四条通性，再根据性质巩固相应的化学方程式。另一套方案是以核心知识NaOH为载体，以实验探究为手段，围绕NaOH暴露在空气中所产生的一系列问题展开探究，将碱的性质不露痕迹地巧妙地融合其中。前者循规蹈矩，平平实实，驾轻就熟，可以说是尽在自己的掌握中；后者推陈出新，将探究引入课堂，通过问题铺垫、问题辐射、方案设计、规律总结、提炼升华，使课堂结构紧凑，问题探究层层深入。经过对比，笔者最终确定了以《NaOH溶液变质的再探究》为上课课题。上课在教室进行，不允许使用多媒体，以保证课堂教学的原汁原味。
案例2：NaOH溶液变质的再探究
【情景引入】
教师在黑板上画两个烧杯，分别盛有NaOH溶液和Ca(OH)2溶液。
【问题铺垫】
（1）敞口放置在空气中的NaOH、Ca(OH)2溶液过一段时间后会出现什么现象？
（2）为什么会出现这种现象？写出有关反应的化学方程式。
（3）由此说明实验室在贮存NaOH、Ca(OH)2溶液时应注意什么？
【问题辐射、递进】
（4）对于上述现象，我还有几个要探究的问题：
问题① ；
问题② ；
问题③ ；
……
学生很快就对（1）（2）（3）问作出了回答，并写出了化学反应方程式：
2NaOH+CO2==Na2CO3+H2O Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O。
（设计意图：通过问题情景的呈现，学生运用所学知识可以很快地对第一、二两个问题作出解答。这两个简单问题是铺垫性问题，设计这两个问题的目的是打开学生的思路，启发学生的思维，让学生睁开慧眼，从这两个对比实验中发现问题：NaOH溶液中没有明显的实验现象，怎么知道NaOH和CO2确实发生了化学反应呢？这样的教学设计实现了由教师引导提问到自主开放提问再到自主开放探究的过程。）
当进行到第（4）个问题时，同学们讨论的焦点基本上都集中到了这杯“脸不改色”的NaOH溶液上。正是因为没有明显现象，NaOH溶液的“主动留白”就为同学们的探究留下了思维的空间，也为同学们探究问题的提出提供了思考的素材，为同学们在“留白”处谱写探究的乐章、绘出探究的音符有了展示个性、一显才华的机会。课堂上，同学们针对这杯溶液提出的问题确实很多，但受课堂教学时间和形式的限制，不可能问问都探究，我有意识对问题进行了取舍并简洁地呈现在黑板上。（我擦掉了盛石灰水的烧杯，只留下了我们本节课“焦点访谈”的主角——NaOH溶液。）
笔者最终确定的四个具有探究价值的问题是：
（1）放置在空气中的氢氧化钠溶液是否变质？
（2）如果变质，变质后生成了什么物质？
（3）是全部变质还是部分变质？
（4）变质后的氢氧化钠溶液如何提纯？
（设计意图：单从知识和技能上讲，这些问题涉及到的知识内容相当丰富，且都是初中化学中学生需要掌握的核心知识，如非金属氧化物CO2与碱的反应；碱的化学性质、碳酸盐的化学性质（与酸、与碱、与盐的反应）、含CO32－的盐的检验方法；涉及到的实验操作有过滤等。对这些知识的综合运用反映了学生知识掌握的程度和应用知识解决实际问题能力的高低。为后续进一步的探究提供了“知识和技能”上的支撑。由于是复习课，所以课堂的容量很大。上述教学情景简洁明了，探究问题一目了然。由于问题源于学生学习的实际，学生自然很感兴趣，而且每个学生都想用自己的方法来证明这瓶暴露在空气中一段时间后仍“无动于衷”的溶液，究竟发生了怎样的变化，生成了什么物质，如何检验该物质的存在？等一系列探究的问题便顺理成章地在课堂上生成。）
教学反思：
在课堂有限的时间里，教师如何把握探究问题的有效性呢？什么样的问题才是有价值的问题？探究问题的提出是否有效，关键是看学生对提出的问题是否感兴趣，能否让学生产生“打破砂锅问到底”、一探究竟的“钻劲”，是否积极主动地参与到问题的解决活动中来，是否能有效地激发学生的思维。具有挑战性和递进性的问题恰好是课堂教学中引发探究最常提出的问题。
（1）问题提出的挑战性。
学生要解决的化学问题应该具有一定的挑战性，而挑战性的问题应该具有一定的思维深度、广度和力度。才能真正使探究不流于形式，使探究从浅表层次向纵深发展。以学生现有的认知结构和思维水平为基点，紧扣新旧知识的结合点和运用知识解决实际问题的生长点来设计和提出问题，使问题符合学生的“最近发展区”。这样的问题最具诱惑力和挑战性，最具有探究价值。问题过易或过难，对大多数学生来说都不会有太大的收获。上述案例中第三个问题“是全部变质还是部分变质？”就极具挑战性，此问在第（2）问的基础上只需检验溶液中是否还有未变质的NaOH即可，但此问因学生对物质性质的不熟悉很有可能使自己设计的方案出现漏洞，甚至掉进陷阱。
（2）问题提出的递进性。
课堂提问不能太多，问题太多会让学生抓不住要探究的主要问题，由于课堂教学是一种在教师指导下的问题解决、知识构建、能力培养的过程，课堂教学的有序推进也必然依赖于课堂教学中所产生的递进性问题。在化学教学中，培养和发展学生科学探究能力，必须有意思地培养学生质疑、提问的能力。教师通过设置问题情景，引导学生自己提出系列问题，教师再将这些问题进行集中、筛选、提炼、优化，由易到难，形成课堂上具有探究价值的递进问题，使得后续的探究有明确的目标和内容。案例2《碱的复习课》一课的四个递进性问题由浅入深、由易到难，让学生从已知的某一知识点出发，引导学生逐步对主题内容进行探究，循序渐进地使学生的思维向纵深方向发展，最终达到融会贯通、问题解决的目的。实际上，真正的学生探究活动的整个过程都是由问题引导的，学生提出问题能力的培养可以贯穿于探究活动的始终。
四、设计方案，是课堂教学实施有效探究的保障
设计方案，是科学探究中重要的一环。开展探究性教学，我们会经常遇到方案的设计，它要求探究者从操作的角度把猜想与假设具体化、程序化，为科学探究的具体实施作出规划。
如上述探究案例2中对第一个问题的提出，对“放置在空气中的氢氧化钠溶液是否变质？”进行适当的问题解析，实际上就是要验证敞口放置的NaOH溶液中除了溶质NaOH外，是否还有其它溶质存在，并不需要确切地知道变质后的溶液中具体含有什么物质（实际上是Na2CO3，由于验证Na2CO3的方法有多种，具有开放性，学生思考的角度不同，所用的试剂不同，就会形成不同的设计思路，找到不同的解决方法。
【我的设计】
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实验步骤 |
实验现象 |
实验结论 |
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方案1 |
取少量放置在空气中的氧氧化钠溶液于试管中，滴加稀盐酸（或稀硫酸） |
有气泡产生 |
该氢氧化钠溶液已变质 |
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方案2 |
加入Ba(OH)2 [ 或Ca(OH)2] |
生成白色沉淀 | |
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方案3 |
加入BaCl2[或Ba(NO3)2或CaCl2 或Ca(NO3)2] |
生成白色沉淀 |
（设计意图：以NaOH溶液是否变质作出猜想，紧紧围绕酸、碱、盐的化学性质设计实验方案来验证猜想。上述方案的设计主要体现了Na2CO3的三条化学性质，分别从Na2CO3与酸、与碱、与盐反应产生气泡或沉淀来确认NaOH溶液的变质。）
再如对问题（3）“是全部变质还是部分变质？”同学们讨论后形成的方案设计：
【我的设计】
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实验步骤 |
实验现象 |
实验结论 |
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①取少量样品于试管中，加入足量的BaCl2溶液[或CaCl2溶液或Ba(NO3)2溶液或Ca(NO3)2溶液……](可图示)
②过滤，在滤液中滴加几滴无色酚酞溶液 |
①生成白色沉淀
②酚酞溶液变红
[或酚酞溶液不变红] |
氢氧化钠部分变质
[或氢氧化钠全部变质] |
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①同上
②过滤，在滤液中滴加氯化铁溶液[或滴加硫酸铜溶液、硫酸镁溶液……] |
产生红褐色沉淀 [产生蓝色沉淀、白色沉淀……]
[或不产生红褐色沉淀……] |
氢氧化钠部分变质
[或氢氧化钠全部变质] |
（设计意图：考查学生设计实验时思维的全面性和严密性。由于碳酸钠溶液也呈碱性，所以，直接加入酚酞溶液来检验碱的存在是不可行的。在此问题的探究中，选择合适的试剂显得尤为重要，如果选择不当很可能会得出一个相反的结论。设计核心问题解决活动，让学生进行创新与实验设计。其中有的设计，学生根据已有的知识和经验就可以解决，但有的设计，必须全面分析，综合考虑，探索新的解决办法。这样的活动，有利于调动学生积极、主动地投入到智力活动中，通过他们亲自思考设计实验，既培养了动手、动脑解决问题的能力，又培养了发散思维能力和创新设计能力。）
教学反思：
探究课堂上进行实验方案的设计，难度不能太大，步骤不能太多。实验方案的设计应根据所学的知识设计合理、可行、简便的实验方案，再经过缜密的实验和细致的观察，从而找出有力的证据，为自己的假设或猜想提供佐证或者做出合理的解释。因此在进行实验探究之前教师有必要对学生的设计过目，只要不涉及到实验安全等危险后果的，教师不要过多干预和修改学生方案。在复习课教学中，我们要尽可能地设计一些综合较强的实验，让学生在探究巩固旧知、学习新知、培养实验设计的能力。
五、反思感悟，是课堂教学实施有效探究的目的
实验探究是化学课堂上最有魅力的一招。积极开展科学探究活动，对于改变学生的学习方式和教师的教学模式具有重要意义。通过科学探究，可以使学生在获得化学知识和技能的同时，受到科学方法的训练，体验探究的乐趣，形成和发展探究能力。在探究中，要重视对学生进行科学方法的教育。教师要深入研究教材，提炼教学内容中的某些方法要素，并在在教学设计中予以渗透，让学生在探究活动中感悟科学方法、提炼科学方法、应用科学科学方法。这就要求在课堂上，学生自主探究之后，应当安排时间让学生之间互相交流，汇报各自的探究过程和结果，反思自己的探究历程，发现自己与他人的长处及存在的不足，并加以改进，为学生的内涵发展和可持续发展打下了良好的基础。
如在案例1《探究原子的构成》提出问题充分讨论后，可以采取以小组为单位进行汇报交流。
【反思交流】
生1：根据信息①，极薄的金箔，竟让高速运动的大多数α粒子畅通无阻地通过，证明原子不是实心的球体，内部有“广阔”的空间。
生2：由信息②还能证明金原子核所带电荷种类与α粒子相同，否则二者就会相互吸引；又能证明金原子核所带电荷数远大于α粒子，否则偏转的就不会是α粒子，而是金原子核。
生3：由信息③有极少数α粒子被弹回，证明了原子核的存在，但占原子极小的体积，否则大部分α粒子不能畅通无阻地通过；同时证明金原子核的质量远大于α粒子的质量，否则金原子核将有被α粒子弹出的可能。
生4：我觉得汤姆生西瓜模型虽然不正确，但是卢瑟福正是以此模型作为研究对象，通过实验敢于质疑前人的成果，提出了新的原子结构模型，汤姆生的工作是奠基性，而卢瑟福的工作则是开拓性的。
……
【归纳总结】通过通过交流，帮助学生形成对原子结构的下列认识：(1)原子核很小，原子内部有很大的空间；（2）原子核带正电，α粒子途经金原子核附近时，受到斥力而改变了运动方向；(3)金原子核质量比α粒子大得多，α粒子碰撞到金原子核时被弹了回来。据此，我们可以画出α粒子轰击金原子核的结构示意图（如上图）。
教学反思：
（1）通过上述史料探究所建立起来的对原子结构的认识，不是教师强加给学生的，而是通过实验探究学生自己得出的，如果没有经过这样的充分的讨论与交流，反思与总结，学生对原子构成就不会有这样深刻的体验和认识。所以，要重视和充分挖掘课本上化学史料的探究价值以及它所蕴含的思想方法，课堂探究往往会收到意想不到的教学效果。
（2）利用情景素材，挖掘情感因素，渗透情感态度与价值观的教育。如案例1教师还要启发学生思考：如果没有汤姆生所做工作的基础，卢瑟福就不可能提出新的原子结构模型（即核式结构）；同样，如果没有卢瑟福对实验的精妙设计，不依据实验事实进行批判和创新性科学思考，也就不会成就这项伟大的发现。要让学生深刻领悟到科学研究，需要创新思维，要勇于挣脱前人留下的错误观念的束缚，突破原有的认识限制，大胆探索，敢于质疑，不懈努力，才能有所新发现。
再如在探究案例2《NaOH溶液变质的再探究》中，渗透了科学研究的方法，如怎样验证物质是否变质的思路方法；物质检验的思路方法；除杂的一般原则和方法：除杂试剂的选择方法、设计对比实验的方法等。这些方法性的知识渗透在上述四个问题的解决过程中，贯穿了探究过程的始终。上完这节课后，笔者形成了如下板书：
（设计意图：笔者对这四个问题的板书，是想给同学们一个清晰的知识脉络和基本的探究思路。如对问题（1）的探究板书得比较详细具体，分析相当透彻，从学生提出问题到引导学生对问题的解析，使问题在呈现方式上指向更加明确，猜想更有针对性，作出猜想的依据也就更有说服力。在设计方案时，着重要求同学们从操作、现象和结论上予以正确描述。在（1）问探究的最后，学生们对探究的过程再进行反思交流，从中感悟方法：如对易与空气中成分反应的物质，应该密封保存；证明物质变质的方法可采用对比实验，分别取可能变质和未变质的物质（或配成溶液），加入某种试剂，如出现与未变质的物质不同的实验现象，即可证明原物质已变质；等等。这样的反思和感悟不是简单的某一种具体的方法，而是带有很强的抽象概括的成分，提炼出来的方法可以对此类型的探究起到很强的指导作用。接下来对问题（2）（3）（4）的探究，在问题（1）的探究启发下，学生的思维空间迅速打开，探究活动得以顺利进行。）
令人感到欣慰的是，实际授课中，同学们争先恐后的举手发言和对方法的感悟证明了问题提出的有效性和可探究性。
教学反思：
反思与感悟是学生探究过程中一个不可或缺的重要环节，任何探究活动我认为都必须要经历此阶段，才会使一堂课探究得有深度、有品味。有时我们在听课时，课堂上探究热热闹闹，精彩的设计方案一个接一个，让听课者应接不暇，但我认为这都只是个案，很多教师探究完了就完了，并没有考量这层出不穷的方案中，彰显的除了学生的智慧，究竟还蕴含有哪些探究的方法、规律？教师就那么遗憾地缺少“捅破一层纸”的功力。下课后，我们有时问学生，这节课你学到了什么？绝大多数的回答都是具体知识层面的，而对方法性知识的回答廖廖无几。所以建议老师们能对课本上典型的探究案例先进行认真的教学设计，全面理解其探究的真实意图，充分挖掘其所隐含的方法要素。
结语：对课堂教学实施有效探究的理性思考，我们可以发现，创设情景，是课堂教学实施有效探究的前提；提出问题，是课堂教学实施有效探究的核心；设计方案，是课堂教学实施有效探究的保障；反思感悟，是课堂教学实施有效探究的目的。化学教师有责任和义务真正让探究性的课堂充满探究的乐趣，让探究过程迸出智慧的火花，闪耀智慧的光芒，真正让探究少一点形式，多一点实效。