培养学生科学探究能力的路径探索

义务教育阶段化学课程以提高学生的科学素养为主旨，激发学生学习化学的积极性，帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，培养学生的科学探究能力，使学生获得进一步学习和发展所需要的化学基本知识和技能。我们认为可以从“学会模仿——学会对照——学会设计——学会评估”这个路径循序渐进地培养学生的科学探究能力。

一、学会模仿

社会学习理论创始人班杜拉认为，学习是通过观察模仿而产生的，人们的大量行为都是通过模仿而习得的。模仿学习是初中学生学会探究性实验的第一步。义务教育课程标准实验教科书九年级上册（修订本）一开始就推出模仿实验。

模仿环节教学过程是：演示——模仿——讨论——练习。首先教师指导学生学习，即提出实验问题，解决方案和要求，并且让学生预习课文，了解有关实验目的、实验内容、现象和结论等，然后进行演示操作；其次学生动手模仿做实验；最后教师和学生一起交流讨论实验结果，完成实验报告和作业。如探究镁带可燃性教学过程是：

1.提出问题：镁带有可燃性吗，如果有该如何验证？

2.进行假设：镁带有可燃性。

3.设计方案：镁带可燃性实验方案

①观察镁带的外观，了解的镁带颜色、状态是什么？并用砂纸打磨镁带，观察它的颜色有什么变化？

②用坩埚钳夹取一段打磨好的镁带，在酒精灯外焰加热。当镁带开始燃烧时，移到石棉网上方，让它继续燃烧，观察燃烧的现象和燃烧后产物的状态。

③进行实验时，教师先演示一遍，然后让学生模仿做实验。期间，教师在课堂上来回走动指导、纠正学生实验操作过程和步骤中存在的问题和错误。

④观察、记录时，要指导学生观察实验现象，及时纠正学生不准确的实验现象记录。

⑤分析、归纳，镁带燃烧生成了新物质，证实了猜想。

⑥交流、讨论，得出结论：镁带具有可燃性。

在教学中，学生要自觉模仿实验每一个过程，一边观察老师的演示实验，一边动手参与实验，一边分析思考实验现象得出实验结论，初步学会探究实验。

课后，布置学生做模仿镁带的性质，探究铝片、铁线、铜线与氧气反应的实验。布置学生思考：（1）为什么镁带能够在氧气中燃烧，而铝片、铁线、铜线不能在氧气中燃烧？这些实验说明了什么问题?（2）总结上述探究性实验的基本过程和方法。（3）比较上述几种金属和氧气反应的异同点。

在教学中，还要多布置一些家庭探究性、改进性实验的作业，让学生探究。多利用课文中的演示实验，验证性实验改成探究性实验，如《全日制义务教育课程课程标准（实验稿）》第12页列举了几例将课文有关演示实验，验证性实验改成探究性实验的案例，供学生动手学习模仿探究。

二、学会对照

对照试验是指两组或者两组以上实验中，除了一个变量因素不同外，其他因素都保持一致的实验。通常，对照实验分为实验组和对照组。设置对照实验能够找到影响实验的因素，排除其它无关变量对实验结果的影响，增加实验结果的可见度、可信度。对照试验是科学探究实验的基本方法，在教学中要加强指导。

1.要充分利用课本中对照实验，进行教学指导。要让学生分析实验中变量因素、不变因素，使学生渐渐学会设置对照组、实验组。如酒精灯火焰的焰芯、内焰、外焰温度对照实验，活泼金属与盐酸或者盐溶液反应测定金属活泼性顺序的对照实验等。

2.组织学生讨论对照类型和设置方法。如空白对照、自身对照、条件对照、相互对照等实验，使学生学会设置对照组、实验组。

3.多角度设计，提高实验的对照效果。如图A白磷、红磷自身对照实验。即实验组与对照组在同一对象上进行，即不另设对照组。已知白磷的着火点为40摄氏度，红磷的着火点为240摄氏度，按左图装置进行实验。回答下列问题。（1）此装置中铜片的作用是什么？（2）此实验装置中烧杯内的热水起到的作用有那些？（3）可观察到燃烧的主要实验现象是什么？通过控制温度的高低（着火点）和跟氧气接触两个变量，探究燃烧的条件。

三、学会设计

实验设计应考虑六个要素：实验目的、实验原理、实验用品以及装置、实验操作及规程、实验结果处理、实验程序。如铁生锈的探究性实验设计如下：

提出问题：由学生提出钢铁为什么会生锈？

实验假设：钢铁生锈与空气中氧气、水有关或者与空气中氧气、水分共同作用有关。

实验变量：空气中氧气、水。

实验方法：让铁钉跟空气中氧气、水接触，并观察发生的变化。

实验用品：仪器：试管、橡皮塞；用品：铁钉、蒸馏水、生石灰或无水氯化钙。

实验步骤：课前布置学生实验：让铁在干燥空气中，铁在蒸馏水中，铁在潮湿的空气中（有空气和水）与空气、水接触，观察三种实验现象。

实验记录：铁在潮湿的空气中（有空气和水）最容易生锈，在其它两种情况下不容易生锈。

实验结论：铁的生锈是铁与空气中氧气、水发生反应，生成铁的氧化物的过程。

通常，实验设计还可以让学生由实验目的，确定实验原理，选择实验用品，设计实验装置和步骤等程序进行分析思考。如实验室制取气体，可以根据反应原理、气体的性质，选择实验装置和气体的收集装置。要让学生多角度、多渠道、多方式练习实验设计，提高学生创新意识。

1.多角度设计鉴别实验。如利用家庭条件，区别厨房里精盐（食盐）和面碱（纯碱）的设计，写出几种区别方法（简要写出步骤、方法、现象、结论）。让学生运用尝味道、加食醋等方法进行探究，充分发挥了学生的想象力和创造力。

2.多渠道控制实验变量。在双氧水和二氧化锰制取氧气的实验中，当二氧化锰的用量不变的情况下，加入一定量不同浓度的双氧水试剂，放出氧气的速度是否一样，有什么规律？当双氧水的浓度和用量不变时，向试管中放入二氧化锰的用量不一样，放出氧气的速度和气体的量是否一样，为什么？使学生进一步认识催化剂的含义；认识不同浓度的双氧水分解速度不一样，初步建立化学反应速度的概念，初步理解变量控制的意义，增强对照意识。

3.多方式改进实验。布置学生开展改进实验的“活动与探究”实验。如，实验室制取二氧化碳的装置是：锥形瓶+分液漏斗+导管。让学生在实验目的、原理不变的情况下，更换反应仪器，使实验更简约合理。学生放开思维后，有的学生更换反应容器，用大试管、集气瓶代替锥形瓶；有的用长颈漏斗、针筒替代分液漏斗；有的用开关导管替代无开关导管等，学生通过对实验进行必要的增减、合理的拆分、科学的搭配，更加熟悉实验装置和实验步骤，体会各部分实验装置的作用，不断优化设计。

四、学会评估

在评估实验方案时，要引导学生对实验过程和结果进行分析讨论。判断过程是否合理，证据的收集是否准确，分析归纳、推理和结论是否正确，实验对照组设置是否合理，能否排除干扰，以减少实验误差，增加实验的可信度。具体从以下几方面评估实验方案。

1.体现科学性。实验原理、实验操作和方法与化学理论知识、化学实验方法相一致，实验设计符合科学思想和科学方法。如鉴别Cl-和SO42-，不能选用硝酸银做试剂，因为硫酸银微溶，氯化银难溶，两者用眼睛观察的视觉条件下是很难区分的。

2.体现可行性。实验手段、方法切实可行，选用的实验药品、仪器容易获得，同时还要符合学生的认知结构和个体差异。

3.体现简约性。采用简单装置、简约步骤和较少药品。例如，盐酸、氢氧化钠、氢氧化钙、氯化钠四种溶液的鉴别。有的学生采用紫色的石磊试液和饱和的碳酸钠溶液两步就完成鉴别；但是也有学生先用无色的酚酞试液，把氢氧化钠、氢氧化钙和盐酸、氯化钠分成2组，再对氢氧化钠、氢氧化钙以及盐酸、氯化钠分别鉴别，用三步完成鉴别。相比之下，选择前一种设计比较好。

4.体现主体性。要充分调动学生的积极性、主动性，发挥他们的才干，提高他们的探究能力。

5.体现安全性。选择污染少或零污染的实验方案和实验装置。尽量避免实验对人体和环境的危害，尽量采取有效防护措施，如使用密闭反应容器、加强废气的吸收利用、加强废液、废渣的回收利用，尽量减少环境污染，树立绿色环保意识。

总之，在探究性实验教学中，让学生从模仿开始，亲身经历和体验科学探究活动，激发学生学习兴趣，培养科学思维、情感和态度，理解科学的本质，从而初步形成科学探究能力，是义务教育阶段化学课程的重要内容，也是提高学生科学素养的重要方法，教学中要高度重视。