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1、新课程标准下，开展探究性化学实验教学的实践与探索摘 要 新课程强调以学生的身心素质发展为目的教育思想。积极开展以实验为基础的探究活动,实施探究性化学实验教学,不仅是实验操作方式上的改变，更重要的是从鼓励参与、强调过程、突出开放的教学情境中，促使学生积极融入，主动探究，联系实际解决问题，从而培养学生的创造潜能。选择以实验为基础的研究课题，克服了注入式教学弊端,通过以探究为主的学生活动，便于培养学生的创新精神和实践能力。关键词 新课程 探究 化学实验 创新能力化学是一门以实验为基础的自然学科，实验是中学生获取化学经验知识和检验化学知识的重要手段，是提高科学素质的重要内容和途径，贯穿中学化学教学的全
2、过程。这符合新课程强调的以学生的身心素质发展为目的教育思想。我区围绕“探究性化学实验”这个中心进行了为期三年的研究，对探究性化学实验教学有了一些体会，并取得了明显的效果。一、课题的提出，实验是化学学科的重要特征。化学实验对全面提高学生的科学素养有着极为重要的作用，它有助于激发学生学习化学的兴趣，通过创设生动活泼的教学情景，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的科学思维，培养学生的科学态度和价值观。探究性化学实验中，学生要运用所学化学理论知识，自主设计实验方案、按规程进行操作、观察实验现象、记录实验结果、处理分析实验数据、对实验结果进行理论解释等等。所以，通过以探究为主的学生活动，便于培养
3、学生的创新精神和实践能力。旧教材的特点是知识系统性强，内容较多，涉及的理论知识较深，但探究性的少，学的知识不够灵活；为此如何培养学生的探究能力已成为新教材实践中的关键问题，能不能尽快寻找到一种能被广大师生所接受、离现行课堂教学距离较近且广泛推广的学习模式，值得我们去探讨。以教材为载体，以实验为途径，在探究性学习过程中培养学生的创新精神和实践能力，是此课题目的之所在。二、探究性化学实验的教学原则1体现实验的基础性化学实验对全面提高学生的科学素养有着极为重要的作用。我们要求教师教学尽可能用实验来展开，把实验作为提出问题、探究问题的重要途径和手段，使学生亲自参与实验；帮助学生理解和掌握化学知识和技能
4、，引导学生根据实验事实或实验史实，运用实验方法论来探究物质的本质及其变化规律；注重创设问题情境，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，充分发挥学生的实验能动性，培养学生的科学态度和价值观。2凸显学生的主体性学生是探究实验教学的主体，要想有效地实施探究化学实验教学,就必须增强学生的主体意识，充分发挥他们的主观能动性。为此，教师首先要注意激发和培养学生的探究兴趣,这是充分发挥学生的主观能动性的重要前提和基础；其次，要为学生提供更多的机会,如变变验证性实验为探究性实验、改实验习题为当堂分组实验、增加探索性实验等，让学生亲自动手进行探究；再次，教师应充分调动学生主动参与探究学习的积极性，引导学生通过
5、实验、观察、调查、资料收集、阅读、讨论、辩论等多种方式，在提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等活动中，使学生始终处于积极的探索之中，增进对科学探究的理解，发展科学探究能力。3强调教学的探究性科学教学的探究性是“作为探究的科学”和“作为探究的教学”两者相结合的必然产物。科学教学过程也应当看作是一种探究过程，也正是在探究的过程中蕴含着教育的本质。学生探究能力的形成和发展是一个逐步提高、持续进步的过程。在日常教学中以各校的备课组为基本单位，深入研究教材，提炼教学内容中的某些方法要素，并在教学设计中予以渗透，让学生在探究活动中体验科学方法的运用，能根
6、据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化；能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理；能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律”，并通过探究活动“发现学习和生产、生活中有意义的化学问题，并进行实验探究”。 实验探究活动是化学科学创新的基础。4注重“三维教学目标”在探究过程的统一性传统的化学教学片面强调知识和技能目标，忽视了全面提高学生的科学素养。为此，要领会课程改革的思想，贯彻本标准的具体要求和建议，必须把培养学生学习化学的兴趣、提高科学素养放在首要的位置。在制订教学目标以及实施教学时，要全面考虑“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态
7、度与价值观”三方面的课程目标。三、探究性化学实验教学策略和教学模式在化学教学中提倡和鼓励学生通过化学实验进行探究性学习，要充分挖掘化学实验在探究性学习中的功能，鼓励学生对实验现象的观察和分析，对实验装置的设计，对反应条件的控制，对反应机理的研究。发挥化学实验在探究性学习中创设问题情境、验证假设或猜想等环节中的作用，研究开发探究性实验，引导学生通过实验去发现和探究解决问题的方法，在化学实验中培养学生的科学素质，实现学生的学习方式由被动接受式学习向主动探究性学习的根本转变。探究性实验的程序类似科学研究的程序和方式，其程序、功能和目标如下图所示：程序三维目标情景与问题建立假设发现问题验证假说总结交流
8、搜集资料迁移创新创设情景明确目标实验探究获得结论发现新知发展能力过程与方法反思与感悟功能探究性实验教学大致可分为三个阶段：发现问题解决问题总结交流。经过“提高实验基本操作能力”、“掌握实验研究的方法”、“培养学生创新意识”、“学到知识”几个步骤，逐步达到质的飞跃，它归宿点是三维目标的实现。根据科学研究的一般过程和具体的教学内容的特点,我们认为,探究的化学实验教学模式主要有如下两种模式：化学实验问题化学实验事实科学抽象科学结论交流与应用化学实验问题提出化学假设科学结论验证化学假设交流与应用模式是探究性化学实验教学的基本模式，“化学实验问题”是学生进行探究的根源，是学生通过实验要解决的问题；“实验
9、事实”既可以是学生在实验中看到的实验现象，也可以是从书本上或其他媒体获得的间接事实。然后学生根据以前所掌握的知识，利用这些知识对实验现象进行讨论、探究，从而得出结论，进行应用。教师要根据教学重点设计实验，提出富有启发性的问题，引导学生积极思维，如将课本中的验证性实验转化为探究性实验（如示例）。高中必1和必2及选4和选5中很多元素化合物知识、化学概念、定律、原理等都可以通过此模式来获得。模式中的“实验事实”，既包括学生直接从实验中获得的直接实验事实，又包括从书本上或其他媒体获得的间接事实。模式通过实验论证推断的合理与否，这样可以提高学生的学习的积极性、主动性和创造性；验证包括实验验证和理论验证，
10、其中实验验证是最直接、最可靠、最有力的方式。这种探究性实验，融合了化学知识、技能和方法，表现出了一定的新颖性、综合性和开放性。可作为优生学课外活动的素材，如“活动与探究”、 “科学探究”和“家庭小实验”等内容。在实验探究过程中，学生遇到的或许是一个简单的问题，但要求通过多种途径去研究，体现思维的开放性和综合性（如示例）；也可以将教材中出现的实验问题及为解决教学中的难点而增加的实验设计为探究性实验（如示例）。示例 高中化学选修5有机化学基础中苯酚化学性质的教学片段：过程教学活动发现问题曾经学过的水、乙醇均含有羟基，均可以与钠反应，那么苯酚是否也可与钠发生置换反应，产生氢气；是否能象酸中的氢发生电
11、离呢？实验事实取少量的苯酚于试管中，加热融化后加入一小块钠，发现钠和苯酚也可以反应；在苯酚的水溶液中加入石蕊，观察石蕊是否变红；取少量的苯酚固体于试管中，加入浓的氢氧化钠溶液，观察苯酚是否溶解。科学抽象酚羟基中的氢原子也具有一定的活性，也可以被活泼金属置换、且具有弱酸性。科学结论乙醇属于非电解质，其羟基氢原子尽管具有一定的活性，但不能发生电离；酚羟基具有弱酸性，可以微弱地电离，说明苯环活化了羟基。交流应用有机物基团之间有可能相互影响，如曾经学过的甲苯当中，苯环活化了甲基，使其能被酸性高锰酸钾氧化，甲基也活化了苯环，使甲基在苯环上邻对位的氢易被取代，可以生成2,4,6-三硝基甲苯。那么在苯酚中既
12、然苯环活化了羟基，羟基也有可能活化苯环。通过进一步对苯酚溶液和浓溴水的实验研究表明，酚羟基确实也活化了苯环。此例探究性实验表明：在化学教学过程中,老师要注意教材的内容的前后关系，巧妙在学生已有知识的基础上找到新知识的生长点，充分挖掘实验在教学中的探究功能、实践功能和化学知识的直接生成功能，让学生在学习中体验到创造和成功和喜悦，从而实现对学生三维目标的达成。 2. 运用模式 示例 必读1第三章金属及其化合物第二节学完铝的重要化合物后，讨论制备氢氧化铝的途径片段：过程教学活动提出问题如何制备氢氧化铝？提出假设可溶性铝盐溶液与少量弱碱（NH3H2O）反应至与过量弱碱（NH3H2O）反应；弱碱（NH3
13、H2O）与少量可溶性铝盐溶液反应至与过量铝盐溶液反应；可溶性铝盐溶液与少量强碱（NaOH溶液）反应至与过量强碱（NaOH溶液）反应；强碱（NaOH溶液）反应与少量可溶性铝盐溶液反应至与过量铝盐溶液反应。建构假说如果用能生成氢氧化铝，那么能用向可溶性铝盐溶液中加入弱碱（NH3H2O）制备；如果用能生成氢氧化铝，那么能用向弱碱（NH3H2O）中加入可溶性铝盐溶液制备；如果用能生成氢氧化铝，那么能用向可溶性铝盐溶液中加入强碱（NaOH溶液）制备；如果用能生成氢氧化铝，那么能用向强碱（NaOH溶液）中加入可溶性铝盐溶液制备。实验探究在装有适量AlCl3溶液的试管中逐滴滴加稀NH3H2O溶液并至过量；
14、在装有适量稀NH3H2O溶液的试管中逐滴滴加AlCl3溶液至过量； 在装有适量AlCl3溶液试管中，逐滴滴加NaOH溶液至过量；在装有适量NaOH的试管中，逐滴滴加AlCl3溶液到过量。通过实验观察发现，实验中都生成了白色氢氧化铝，生产的白色氢氧化铝最终都溶解了。得出结论学生经过分析以后得出结论:制取氢氧化铝最好的方法是用可溶性铝盐和弱碱溶液反应制得。总结应用两性氢氧化物Al(OH)3，在常温下它既能与强酸，又能与强碱反应。但是制取Al(OH)3要用可溶性铝盐和弱碱溶液反应制得，是因Al(OH)3可溶于强碱溶液，它不溶弱碱。Al33NH3H2OAl(OH)33NH4 Al(OH)3OHAlO2
15、2H2O整个实验过程让学生自由、主动独立地探究，使学生成为探究的主体。示例 初中上册第六单元的家庭小实验鸡蛋壳的主要成份的教学片段：过程教学活动创设情境复习：含CO32-的化合物能与酸发生反应产生使澄清的石灰水变浑浊的气体二氧化碳。发现问题实验：鸡蛋泡在食醋中，蛋壳能慢慢变软，而且鸡蛋会在装有白醋的玻璃杯中出现上浮与下沉的现象。提出假设鸡蛋壳的主要成份为含有CO32-的化合物。寻找证据含CO32-的化合物能与酸发生反应产生使澄清的石灰水变浑浊的气体二氧化碳。CO2既不燃烧，也不支持燃烧。实验探究取一只鸡蛋放入白醋中，并用表面涂有澄清石灰的玻璃片盖住，观察现象。取一只鸡蛋放入白醋中，待瓶中出现较
16、多气泡时，将燃着的木条伸到瓶子上方，观察现象。观察现象鸡蛋壳表面产生大量气泡，该气体能使澄清的石灰水变浑浊。燃着的木条熄灭。得出结论产生的气体为二氧化碳，从而说明鸡蛋壳的主要成份为含有CO32-的化合物。探究反思此实验在教材中以家庭小实验的形式出现，因为家中没有澄清的石灰水，所以学生成实验实验观察澄清水变浑浊的现象较为困难，所以进行实验观察鸡蛋表面的气泡和燃着木条熄灭，更容易确定气体为CO2，从而得出鸡蛋壳的主要成份为含有CO32-的化合物的结论。在此实验中观察鸡蛋上浮与下沉的情况也将成为本实验的乐趣，而且当鸡蛋壳与醋酸充分反应后可以清晰地看到蛋黄在鸡蛋中的运动，可以说是其乐无穷啊！拓展应用将
17、鸡蛋放入可口可乐中会出现同样的现象吗？这又是为什么呢？初、高的“家庭小实验”是对课堂演示实验的补充和延伸，有助于培养学生善于发现问题，解决问题的能力，有利于帮助学生发现身边的化学，由于它们与课堂教学内容同步，也对知识的理解和巩固起到促进作用。教师一定要给予足够的重视，帮助或指导学生去完成。模式和在发挥学生的实验能动性、培养学生能力的作用程度是有区别的。以假说及其验证为主要内容的模式（如示例和示例），由于要求学生要大胆地进行想像和推测，发表自己的见解，同时也让学生证实了自己猜想的是与非，从而丰富了学生的想象力，扩展了知识视野，提高了创新思维能力，增强了科学协作精神和探究气氛，有效培养了学生的科学
18、素养。因而更有利于培养学生的创新能力。四、实验研究的效果1. 学生的创新精神和实践能力得到提高。在课题研究课中，我们发现，在实验方案设计中学生积极讨论，善于总结归纳小组意见，自主学习能力有了飞跃式的提高；在实验探索时，他们能与学习伙伴认真合作，相互帮助，善于观察，体现出良好的探究精神、创新意识和实践能力，表现出学习化学浓厚的兴趣；总结归纳时，能善于倾听，理解他人发言，他们普遍有独立的思想，敢于质疑问难，发表意见；在教师的点拨下，善于总结学习经验，表现出很强的表达能力。在全国初高中化学竞赛中，我区获奖人数在天津是名列第一，其中有5人在国际奥林匹克化学大赛中夺得了2枚金牌、2枚银牌和1枚铜牌；我区
19、的中高考成绩连年名列天津市前茅。2. 教师的业务素质获得了长足的发展。自课题研究以来，课题组成员的教育观念不断更新：教师角色地位由“权威”转变为学习指导者、学生的合作者；在教学过程中，由原先的单向灌输转变为多向传递反馈；从原先只注重学生的智育转变为注重以人为本，全面发展。观念的更新带来了工作的动力。三年来，通过课题研究，在市级以上刊物上累计公开发表或获奖的有25篇，其中有6篇论文获全国一等奖，18篇获天津市一等奖。课题组多人在市级以上教学大赛中获奖，如苏华庆老师的教学示例苯酚和赵琳杰老师的示例铝的重要化合物分获全国高中优质课评比一二等奖；6人次在天津市第十届化学实验教学创新评比中获一等奖，如李
20、莉蓓老师的一个异乎寻常的冷胀热缩的现象-关于“熵”的实验设计。3、积累了大量成功的案例。课题实施过程中，我们十分注重研究资料的收集和整理。掌握了大量缺乏经验一手探究性学习资料和翔实生动的探究案例。已整理汇编成册的有学生实验探究报告集、教师探究性实验案例集、教师探究性实验论文集、优秀课例影像等。这既是学生研究成果的充分展示，同时也是教师课题实验成果的有力证明。五、探究性化学实验教学的几点思考1开展探究性实验教学的关键重点在于教师教学观念的转变。教师要努力成为探究性学习的组织者、激励者和引导者，要做好先行者和实践者；要把科学探究带入课堂，使学生真正成为学习的主人；要把“学科文本课程”的教学过程转变
21、为关注“学生体验课程”的教学过程。这样可以起到较好的探究效果，较大限度地引起学生的探究欲望。2探究性教学的立足点是学生现有的知识水平，问题是探究实验的起点，而学生现有的知识水平决定了起点的高低。根据“最近发展区”理论，教师提出的问题难易程度要适中，要略高于学生现有的认知水平，又要源于原有的认知水平，使学生“跳一跳能再摘到桃子”。3引导学生通过多种途径进行科学探究。化学实验是探究性学习的重要途径，但并非是惟一的途径。有些内容用探究性学习并不一定需要通过化学实验来进行，特别是对学生具有较多知识背景的内容和物质微观结构的学习更是如此。如学生对原子结构模型提出质疑，我们无法通过实验进行探究，但可以通过
22、化学史料，沿着科学家的研究足迹，去想象、去思考。有些内容的探究性学习可以通过包括化学实验在内的多种途径来进行。因此，在化学教学中，要根据学生的实际情况、具体学习内容和学校的教学条件等，引导学生科学、合理地选择科学探究的途径。4教师要善于捕捉课堂教学过程中的“非预设性因素”，课堂上探究的问题有两种，一种是既定的，另一种是生成的。生成性的问题是随着教学过程的开展而产生出来的，教师要善于在课堂教学的各个环节中捕捉问题，抓住契机，及时调整或改变预设的计划，使教学活动在教师、学生的思想和教学内容的不断碰撞中展开、创造性的火花不断迸发、新的学习需求、方向不断产生，学生在这个过程中兴趣盎然，认识和体验不断加
23、深，思考和感悟时有形成，因此造就了这堂课的生命力。这样化学实验的创造性和探究性便充分显示出来。5新教材中没有设立“学生实验”“教师演示实验”，只有“实验”、 “活动与探究”、“科学探究”、“实践活动”、“家庭小实验”和“思考与交流”等栏目。因此化学教师应具有整合实验意识，哪些实验需在课堂上演示，哪些实验需分组实验，哪些实验需学生在课下进行等均应心中有数。上述实验中的那些验证性实验可转化为学生分组合作的探究性实验。提倡高中学生完成课本的“实践活动”内容，让实验在教学中发挥最大的作用，为提高学生的化学素养服务。这样不仅可以激发学生的积极性和主动性，而且又能够在实验过程中锻炼学生的实验操作能力，发展学生思维，更能培养学生的科学态度和创新意识。总之，这是化学教学中实施素质教育和培养学生可持续性学习能力的一项有益的尝试。主要参考文献：1中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准（实验）M. 北京：人民教育出版社，20062郑长龙. 化学实验及其教学改革探究的化学实验教学J.中学化学教与学，2002，1 3郑长龙. 化学实验及其教学改革能动的化学实验教学J.中学化学教学参考，2001，124宋心琦，有关化学实验改革的想法与建议J.化学教育，2001，3
