探究性实验设计教学的基本原则和实施方法

探究性实验设计教学应该体现探究性学习的所有特点，同时又要体现化学的实验科学的特征，为此，探究性实验设计教学应该围绕学生的主动学习和创新能力发展构建其原则，在实施中围绕问题及其解决设计学生的学习程序，并以此规定教师的教学组织程序。最后，教学的完成在表观上以完成设计为标志，但在本质上应该以学生全程体验学习过程和获得探究能力的发展为标志。

一、探究性实验设计教学的基本原则

由于探究性实验设计模式的组织实施除了遵循探究性教学的一般性原则，如主动性、探究性、实践性等原则以外，还应该遵循以下原则。

1.主体性原则

探究性实验设计关注学生自主进行设计，要彻底摒弃教师控制学生的学习过程的传授式做法，把学习的主动权交给学生。教师要给学生充分探究的机会，让学生面对设计任务与原有知识和方法技能产生联想，提出解决方案，并实施方案进行验证。因此，教师应该重视课堂教学中能否引起学生对自身发展的关注，能否激发起学生的发展热情，在这个意义上，不仅教师要关注学生体验和发展，放手学生自主学习，更要引导学生关注自己的体验和发展。

2.探究性原则

教师必须改变传统的知识呈现方式，给学生提供隐藏有学习目标、学习信息的背景资料，为学生创设将实验设计任务与原有认知水平）联系起来的学习情景，将学生置于一种问题（包括问题的解决）状态，让学生接触解决未知教学内容的一切材料，在开放的情景中体验、决断和操作。

3.实践性原则

要贯彻“学中用，用中学，学用一体”的思想，教师必须停止说教和唱独角戏，将学生的一切学习活动外化为可感知、可操作的现实事物之中，如鼓励学生将想法表达出来、组织学生进行演示和讲解等，让学生在实践中体验，在体验中升华认识，并且通过外化的实践活动，降低实验设计的抽象性，同时降低学习难度。

4.和谐性原则

实验设计的探究任务应该经过教师的精心设计，所有引发探究和促进探究的课堂情景应该既与学习任务的解决相一致，又与学生的原有知识结构相和谐，该情景既相对于原有水平有一定的差距或矛盾，又保证学生通过探究有解决的可能性。

5.表现性原则

由于原理选择、方案设计和探究实践必须让学生来实施，模式要求学生个体、小组进行探究后，向其他学习成员展示自己的观点，将自己的探究以一定的形式表现出来，而不再是教师直接告知学生可以或应该怎么做，即提倡每位学生具有参与和表现的热情，教师则为之创设必要的时空环境。

6.延缓判断原则

由于实验设计是一项不断完善的过程，学生可能由于经验和方法的欠缺而提出一些不理想甚至错误的设想，也可能出现多个不同的但可以实施的方案，这时教师不应过早做出评判，应给学生留有充分的思考和探究空间。特殊情况下还可以让学生尝试其错误方案，通过“试错”获得新知。

二、实施方法

1.模式流程

探究性实验设计教学过程按照探究教学的基本程序设计，具体程序如下。

（1）原理探究

原理探究是指从化学反应、化学计算等角度对实验进行理论上探

讨，主要解决完成实验任务的理论问题。进行相关原理探究时，一般经历以下三个阶段：

任务定向，即教师通过一定的情景引发问题，展示实验设计任务，确定整堂课的学习方向。

复现展示，即通过任务定向，将学生引导到对相关化学原理的思考，学生面对待解决的任务，产生解决的欲望之后，便会自然而然地与大脑中已有的认知产生合理联想，并进行筛选，此时教师应该尽量给学生一定的表现和展示的时空，让学生通过陈述、板书等形式把自己的思考展现出来。

选择判断，即待同学们展示出有代表性的原理思考结果之后，组织同学们对各原理进行评价，判断其合理性和可行性，最后选择出可行的原理，为下一步的探究做好准备。

（2）方案设计

学生选择出可行的实验原理之后，教师不能直接给出肯定或否定的判断，也不必提示实验方案，应该由学生根据原理进行实验设计，将抽象的化学原理与实际的实验任务结合起来。设计实验方案一般采取将学生进行分组，每组选择上一步中确定的可行原理进行设计，完成设计之后，每组选派代表将本组的设计方案进行展示和讲解，其他同学提出疑问和指出缺漏，最后，大家选择出可行的方案。注意，一项探究性实验设计的任务，允许有多个可行性方案。

（3）实验验证

前面两步是理论上的设计，该设计是否科学，还有待实验来验证，因此，探究性实验设计的教学必须有实验验证的阶段。这一阶段往往也采用分组实施的方式进行，有条件的学校可以采取个体独立实验进行。在实验验证中，教师要事先估计到学生可能出现的实验方案，从而准备好可能需要的仪器、试剂和用品。每组学生可以自主选择自己认为合理的方案进行实验。在实验过程中，教师要提醒学生不仅注意操作，更要做好记录，获得足够的信息，以便对实验设计进行评价。最后，根据实验结果和记录分析实验结果，得出对该方案的评价。并提出解决和改进办法。

(4)目标建构

目标建构是许多教师组织教学时容易忽略的一个环节，其实，这个环节对于学生认识的升华至关重要。因为前面三个环节，表面上看似乎已经完成了任务，其实，大多数学生是还停留在一种感性体验和表面、零碎的认识上，对于任务本身还需要形成整体认识，对于探究性实验设计还需要形成方法和技能上的建构。一般情况下，探究性实验设计教学中的目标建构应该包括两个方面，一是对任务本身从原理、试剂、仪器、步骤、操作等的全面回顾和归纳，另一方面，还要根据本次探究中出现的问题和成功的经验，归纳出解决该类问题的基本思路。

2.组织实施

(1)组织条件

在实验室里，课前应该为学生准备一些可能用到的仪器和药品，也可以提供实验设计空白表单作为导航。教室里还应准备一台实物投影仪，以便将学生设计的方案投影到前台屏幕上进行展示点评。由于是学生实验课，除了任课教师外，实验员教师应该辅助学生的课堂探究。

（2）教学设计

教师应该在课前进行充分的估计，以便准确预测学生中需要提供条件。主要分析以下几个方面的问题：学生完成此实验方案设计的知识基础；如何创造有利于学生得到创新发展的情景；学生可能产生的判断、疑问和困难；学生可能需要的仪器和药品等。