化学探究学习教学实施的研究

摘要：认为化学探究教学实质上是一种模拟性的化学研究活动，提出化学探究教学可以从以下几个方面着手进行：问题情境设计；探究性提问；探究性讨论；探究性演示；课堂辩论活动；探究性实验；信息技术对化学探究教学的支持等。

关键词：化学；探究学习；教学实施

文章编号：1005－6629(2010)11－0029－05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

探究教学理论要转化为教学实践，须解决好探究教学的实施问题，需要通过诸如问题情境设计、提问、演示、讨论、实验、学习环教学方法、课堂辩论活动和利用信息技术支持等途径来完成。

1 化学探究教学的实施

1.1化学探究教学活动的问题情境设计

探究教学是以解决问题的形式出现，那么在有意义的探究教学中，教师首先就必须把教学内容巧妙地转化为问题情境。因此，创设探究教学活动情境的策略为：①针对一定的教学目标，力求使探究始于真实和接近学生所处的真实环境（自然、生活和社会的环境）。②情境中隐藏着可能被学生发现的问题，给学生发现问题和提出质疑的机会。同时还要使问题的难易程度适合全班同学的实际水平，以保证大多数学生在课堂上都处于思维活跃状态。③问题的情境设计和表述要有新颖性、奇特性、生动性、综合性、实践性和可探究性，以使问题有真正吸引学生的力量，从而产生积极的情感体验。④关注情境中“协商”过程的设计。协商有“自我协商”与“相互协商”，在此基础上再将两种协商结合起来，就能达到有效的会话和协作。⑤关注信息技术资源的应用。

案例：“海水资源的开发和利用”

用多媒体在屏幕上展示一望无垠的蔚蓝色的海洋，它以纳百川的博襟蕴藏了丰富的人类急需的资源，由教师引导，通过学生之间开展对话、交流和讨论，提出一些新问题：怎样合理有序地开采海底石油和天然气?若从海水中制得食盐、烧碱、氯气、漂白粉、镁、溴、钾、铀和重水及其化工产品有何方法？怎样开发潮汐发电和波浪发电?怎样用低成本的方法制取淡水和使用海水进行循环冷却?在海洋资源的开发利用中我们在环保方面应注意些什么等？

教师还可以适时提出中日间的以及我国与东南亚多国间的南沙群岛之争，其实质是海洋资源之争。强调和南沙群岛自古就是中国的领土，通过学生朗读“资料卡片”的形式介绍领海和海洋专属经济区等概念……以扩充学生的知识面。

这种特殊的地理和化学现象由于规模宏大、场景复杂、地域跨度大、时空概念强等特点，学生难以把握，很难想象如海水运动、波浪和潮汐发电、海底原油开采等动态的演化过程，而采用多媒体等手段创造其特殊情境，能让学生置身于其中进行探究和对话。把形象思维和抽象思维有机地结合起来，可使学生在研究这程中兴趣浓厚，主动开展探究。实施该形式的一般流程有四步：一是运用多媒体教学手段，创设问题情境；二是引导学生提出问题、分析和解决问题；三是通过对话交流，结合自身所拥有的生活经验（或经历）来验证所获得的结论；四是发现和提出新的问题。

2.2化学教学探究性提问

探究性提问是一种有助于学生进行化学探究学习的重要方法。它能激发和维持学生主动探索学习，积极进行发散思维。

案例：“水污染的秘密”

水力发电厂附近的河里，发现成千上万的鱼在非常短的时间内死亡，从鱼体表皮向外流血冒泡（通过计算机网络或多媒体展示有关图片）。死鱼包括斜齿鳊、河鲈和鲤鱼。河水看上去并无异味和怪味，把水样过滤后未发现有特别物质，表层也没有游浮物。造成鱼突然死亡的原因是什么？

教师引导学生进行异质分组，制订探究计划，并将有关资料制成课件，以图表的形式提供资料，包括：河水中各种物质的离子浓度，河里常见鱼可生存的最高温度，河水的pH值，水中氧气的溶解度曲线，河水每月最高温度和氧气溶解量，适合鱼生存的氧气浓度和温度情况等等。各小组讨论后认为，鱼的死亡与河水无关。那么，是什么原因造成鱼的死亡呢？化学探究进入高潮阶段，假若学生能迅速建立新假设，鱼亡与水压有关，就可使探究活动继续进入到下一阶段［1］。

在化学探究性提问的教学中，应注意以下几点：①教师应设法让更多的学生参与回答问题，或向全班学生提出难度适中的问题，或向某个学生回答之后让其他学生发表不同看法或分享某种观点，逐渐培养全体学生回答问题的兴趣和能力。②教师的提问要始于发散性、终于聚合式。即用发散式提问鼓励学生去积极思考、探究，用聚合式提问让学生得出某种结论。③教师的提问应事先经过精心设计，在探究各阶段提的问题，应是速进式的、有层次的、有节奏的、前后衔接和逐步深化的。④教师的提问要对学生的探究活动起到指导或引导作用、指出大致的探究方向或从哪个方面去着手探究。

2.3化学教学探究性讨论

探究性讨论是在教师指导和帮助下，学生以异质性编排小组的形式围绕某个问题，各抒己见、大胆假设，合作交流，从而相互启发，亲自发现知识，分析和解决问题的一种教学方法。小组成员以6-8人为宜，坐在彼此靠近的地方，这样既有利于每个成员发表自己的看法和听取他人的意见，又有利于他们观察各自的面部表情。探究性讨论并不是一项孤立的活动，讨论之前往往要先进行有关的实验或演示，学生的座位应围绕或靠近演示台或实验桌，以便学生对演示或实验进行观察，也方便学生自已动手或与教师进行配合。

20世纪中期“诱导探究”活动在美国兴起，这种探究性讨论其主要目的不在于向学生传授了多少化学知识，而在于让学生掌握解决化学问题的策略。这种探究设计要求学生像化学家那样参与解决问题。其设计模式为：①教师向学生呈现某个问题（这些问题可来源于化学杂志上所报导的实际化学研究）。②问学生将如何解决这些问题？③设计种种问题，为学生提供实验、假设、记录以及分析与综合数据的机会。④设计出研究的步骤，并在不同阶段插入额外的信息，以帮助学生逐步深入运用研究方法探究问题。⑤学生将自己设计的“诱导探究”与实际化学过程作对比，进行评价。

案例：“氨的催化氧化”

“氨的催化氧化”探索性实验涉及到多种高中化学重点知识，这一主题的研究过程衍生出了一系列的化工生产中的问题：如工程师怎么选择、制取催化剂？用量多少可使反应速度达到最佳？如何控制适宜的加热温度和受热面积？氨水的适宜浓度和用量是多少？如何增加反应物的转化率？如何检验产物等？你可否设计出方案来证实工程师的方法？以小组为单位，对设计方案的实验结果进行讨论？

教师引导学生讨论并得出：化学理论对化工生产中的各种工艺流程具有实质性的理论指导作用，它对于硝酸生产中原料的转化率、生产速度、反应条件的控制以及节能减排等都具有决定性的影响。另外，教师可以告诉学生，氮是组成生命的基本元素，蛋白质、脂肪中就含有这种元素，动植物的生长和发育要吸收含氮养料（只能吸收化合态的氮元素），氨、铵盐和硝酸盐都是含氮的肥料。

2.4化学教学探究性演示

所谓演示，是指教师根据课堂教学和学生学习的实际需要，恰当地运用形体、实物、标本、模型、图画、图表、幻灯、投影、录音、录像、计算机等进行实际表演和示范，把事物的结构、形态、变化过程等内容展示出来，给学生以直观感性的认识，指导学生观察、分析、总结和归纳的一种探究教学的行为方式。演示有教师演示、师生共同演示和学生演示等几种方式。

案例：学习“胶体”时，用多媒体演示：我们经常接触到各种各样的胶体：如硅酸溶液；各种颜色的玻璃；天空中的云和早晨的雾等。还可以边演示边提问：长江、黄河的入海处为什么会形成沙洲？豆腐是怎样做出来的？明矾为什么能够净化水等？这些现象都与今天要学习的胶体密切相关，到底什么是胶体？它有哪些重要的性质和应用呢？现在我们就开始来进行探究……。

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演示除了被用来展示某个事物或证实某个过程之外，还可被设计成实验，而且实际上演示通常与实验联系在一起。在实验课上，有些教师一改过去讲实验演示实验学生照猫画虎地做实验的方法，而是先给学生进行演示，在演示过程中教师提出一些有关的问题，但却要求学生自己寻找答案。探究性演示能引起学生的探究兴趣，激发学生在已有知识的基础上开展思考和分析，作出假设，学生对教师的提问的回答是一种有效的反馈活动。因此，教师要及时把握学生对演示的理解程度，并适时提出适宜的问题，引导学生发现演示所包含的概念或原理。

2.5化学课堂辩论活动

在探究教学实践中开展化学课堂辩论活动是探究教学改革的一大进步，将给学习方式的变革和教学方法的创新在操作层面上带来生机和活力。这种学习方式注重学生的全面发展与个性特点相结合，从而能提高学生的综合素质能力。辩论式教学法就是把与化学学科有关的、在理解上有异议的问题引入课堂，让学生经过独立思考和理解，形成自己独特的观点和立场，并和小组同学配合组成正方、反方和裁判方围绕同一辩题来开展辩论式学习。

案例：“大气中二氧化碳增多的功与过”的辩论

由发电厂、工厂及车辆行驶的化石燃料释放出来的二氧化碳日趋增多，加重了温室效应，使洋面上升和气候异常，给人类带来了灾难；而与此同时二氧化碳的增多又为植物的光合作用提供了足够的原料，是近年来农作物丰收和地球植被改善的主要原因之一。究竟这两种影响谁更重要，很难用几句话来评说。可将学生分为三组，第一组为“正方”，支持“大气中二氧化碳少些好”的观点，第二组为“反方”， 支持“大气中二氧化碳多些好”的观点，第三组为裁判方，对参辩的双方进行评价。要求参辩双方，查阅有关资料，搜集相关证据，阐明自己的观点，进行辩说和演示，并寻求理论支持。在各自准备的基础上，按表1填写好辩论提纲，并进行辩论。

让学生自己来主持和评论，也是非常有益的。裁判方需要倾听双方的陈述，作出客观和辩证的评价，既从历史的角度、事物本质的角度，又从化学发展的角度来认识“大气中二氧化碳增多”的问题，还要从双方辩论中的精神、技巧、思维、团队合作情况等来作出评价，这对全体学生都有教育的意义。

2.6化学教学探究性实验

所谓探究性实验，是指在教师的指导下，学生围绕某个问题独自进行实验、观察现象、分析结果、从中发现化学概念或原理、以获得知识、培养科学精神、科学态度和探究技能的一种教学方法。探究性实验不同于化学家的研究，它是在教学活动这一特定的条件下，让学生去体验人类能动认识客观世界的经历。探究性实验不仅要让学生意识到学习的结果，更着力于让学生去主动发现问题、探求和解决问题、掌握知识的形成过程。

案例：“哪一支蜡烛先熄灭”

在学习物质性质时，教师设置一个问题：将放在实验台上一长一短的两支蜡烛点燃后，用玻璃罩罩上，问哪一支蜡烛先熄灭，见图1所示。①先让学生讨论。②让学生带着疑惑做实验，发现长蜡烛先熄灭。③教师引导学生解释实验结果：（关键是看燃烧产物CO2气体是上升还是下降）。④查阅气体密度表。⑤推出蜡烛燃烧时产生CO2气体的温度比周围空气温度高得多，热气体上升，因此长的蜡烛先熄灭。⑥得出结论，温度会影响气体的密度。⑦有学生提出：玻璃罩的大小和蜡烛的长短程度是否影响问题答案？⑧教师表扬了这位学生，布置大家在课后作进一步的探究和讨论。

开展探究性实验应注意以下几点：①正确认识化学实验本身是化学理论构建的探索过程和必要的组成部分，是学生获得化学知识，培养探究意识和创新能力以及科学素养的有效途径。②正确处理电脑模拟实验与动手实验的关系。如一些无法演示、难度较大甚至有危险、有污染的实验，可通过计算机模拟实验来完成。但亲自动手做实验所带来的种种真实的情感、心理体验，师生在实验中以非语言形式进行的诸多思维启迪和精神交流等，都是电脑模拟实验所不具有的，我们应吸取二者的长处，发挥探究实验的最大功效。③既重实验结果更重实验过程，实验的探究性更多的是指过程，强调学生在实验过程中思考、动手，体验实验的成功和失败，培养探究意识、科学精神和科学方法，而非强调一定要取得多么重大的实验结果。④实验的任务和难度要适中，在选择探究问题时，一是学生运用所学知识和已有能力经过努力能够完成的；二是教师在指导学生选题的同时还要给予及时的启发和帮助。

2.7信息技术对化学探究教学的支持

探究式教学要求课题要贴近生活、自然。要遵循由自然到科学或由生活到科学再到社会的探究认知过程，这需要教师在教学中设置一定的情境，引导学生由生活、自然等出发去发现问题，去激发学习继续探究、努力解决问题的兴趣。信息技术创设的情境集文字、声音、图象、视频、动画等于一体，它能使抽象的模型具体化、复杂的结构简单化，甚至能形象生动地营造网络上虚拟现实，人性化地构化出实践的真实氛围。

案例：探究性课题“酒与乙醇”

① 教师设置情境、激发探究动机，用视频展示出一幕幕同学们十分熟悉的场面

酒是一种多情的精神载体，人们的种种郁闷忧伤、慷慨悲愤、兴奋激动、思念惆怅、亲人相逢、接风饯行、贺吉志喜，无一不把酒作为一种精神载体。敬酒的内涵由敬老仪式异化成了一种交际手段。据统计，我国近几年发生的交通事故中，酒后驾车的比例最高，长期饮酒的人，易对身体造成多种伤害等。

②教师引导学生检索与课题相关信息

对“酒”文化的研究，将拓展高中化学重点知识“乙醇”的学习。它包括医药、健康、饮食、交通、历史、诗歌、社会和工业等领域。教师引导学生关注：酒是怎样酿造出来的？酒对人体的医药作用和危害有哪些？人为什么会醉酒？怎样检验司机是否醉酒？酒精在工业上有哪些用途？在检索相关信息的启发下，学生先分小组讨论，然后集中发表自己的意见。

③提供交流与讨论的平台

探究学习的组织形式分为“个体探索”、“小组合作”和“沙龙”。通过人机交互、生生交互和师生交互等，来加强相互之间的协作学习。讨论平台的信息量大、涉及内容广，学生可提供课题相关的资料，诸如课题的内容、相关网址、参考书目等，供其他同学参考，避免相互之间的重复劳动。也可以自己课题的进展、研究的方法、取得的结论或自己尚未弄清楚的知识点等，希望与其他同学进行讨论。这种交互方式信息反馈周期短，内容有一定的针对性，讨论比较透彻和详尽。

支持饮酒的学生和反对饮酒的学生在网上进行激烈的辩论。

④教师在探究过程中的跟踪指导

为使探究深入进行，教师需适时积极的指导。如，能否对公众做些‘由于醉酒而引起的恶通事故’反映的调查；酒有着强大的文化与疏导功能，你同意这种说法吗？怎样预防由于过量饮酒而引起的恶性事故（如交通事故、酒后打架斗殴、寻衅滋事等）？大家还可看到，“酒风”从北刮到南，从民间到上层，从商场到官场，很多人为此付出了沉重的代价等。这种指导应当与评价结合起来，例如，在思想方法上防止绝对化，应当认识到中国酒文化的双刃性等。

⑤对探究教学评价的支持

网络学习平台可以实行对网站动态管理，在服务器的终端适时记录学生的相关信息，通过用户的注册、用户登录次数、讨论平台上发言次数的统计、登录网站历史的记录等，能够观察、了解学生学习的全过程和课题的进度。在网上，还可以让学生对探究过程和收获进行自我评价、同学之间的互评，也可选出一些较好的论文或“辩手”或协作好的小组，通过评价促进学生的发展。

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以上仅是将信息技术应用于探究教学的一种模式，由于教学目标、探究类型和内容的不同，应用信息技术的模式也是多种多样的。网络技术与化学课程学习的整合，突出表现在网络不是课程的全部，它起到的只是一种支撑的作用，学生需要自己做的实验还得做。学生也可以网上和网下相结合来观察发现问题，形成一种网络支撑下的自主探究式学习。

3结语

通过实践研究，人们认识到化学探究教学的实施相当复杂，涉及的因素众多。探究教学按师生所起作用的程度不同，可分为定向探究和自由探究。在定向探究教学中，让学生依据所提示的材料和探究步骤进行探究，从而使学生对化学的过程技能有所认识，并附带地获得某些化学概念。本文中介绍到的七种教学方式，大体上都属于定向探究。而自由探究要求学生独立地发现问题、形成假设、收集数据、作出结论，整个过程不仅费时，而且极容易出错，在课堂教学中较难使用自由探究。但应在课外的研究性学习中广泛地使用自由探究，如让学生在红领巾气象站研究天气，在生物园探究动物的习性，研究与人们周围生活有关的问题，把某些社会问题或大家想讨论的科技问题带到课堂上来等等。这样既有利于学生从定向探究转向自由探究，又有利于加强课内外的联系。探究教学按学生思维方式的不同，又可分为归纳探究与演绎探究。归纳探究是从个别或某类事例出发，经过探索得出一般结论的探究。例如，问题情境设计、探究性提问、探究性实验、化学辨论活动和信息技术对探究教学的支持等属于归纳探究。演绎探究是从一般到个别的思维方式或推理形式。例如，诱导探究、学习环等属于演绎探究。人们在进行探究教学研究时，也发现了它的一些不足之处：如教学进度缓慢、耗时、需要大量的教学材料和设备、课堂教学秩序“混乱”、仓促完成教学任务、探究本身具有模糊性难以实施、结果难以控制，再加上大多数测验重视对事实的记忆，而不太重视调查研究策略以及量的测验这种教育背景的存在，这些因素使得许多化学教师不太愿意采用探究教学方法。然而实践表明，教师运用这些教学策略和方法，只要指导思想正确，教学精力和时间投入合理，方法运用得当且全面，是可以大大地促进学生开展化学探究学习的。

教学是一项复杂的活动，化学探究教学更是如此。以上介绍的教学方法只是为教师设计探究教学活动提供了大致的框架和思路。还需要人们在探究教学理论的指导下，共同努力、大胆创新、系统深入的实践研究， 展示出丰富多彩、 风格各异的化学探究教学的方法和手段[2]。

参考文献:

[1]袁运开，蔡铁权.科学课程与教学论[M].杭州：浙江教育出版社，2003.229～275.

[2]陈峰.新课程物理课堂探究教学实施中的问题解决[J].课程・教材・教法，2005（11）：52～55.

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