设计有价值的科学探究教学

摘要：传统的教学与新课程理念的教学之大不同主要体现在科学探究的教学上。笔者通过具体详细的实例阐述了科学探究的教学设计过程必须具有目的性、情境性、可行性、拓展性等特征，才是真正促进学生发展的教学，是生本教学。
　　关键词：科学探究教学；目的性；情境性；可行性；拓展性

　　传统的教育由于对个人的认识重视不够，使得科学教育往往是在基于“空白头脑”假设或“教师主导”假设的前提下进行的。于是有了“满堂灌”、“接受式”、“教师主宰课堂”的教学，学生只是被动地接受。
　　而建构主义学习观认为，学生的学习并不是知识由外到内的输入过程，而是学生主动地将新的信息、观念与适当的已有知识经验联系起来，通过新、旧经验之间反复的、双向的相互作用积极建构自己的知识并赋予知识以意义的过程。这种过程是能动的、深刻的，是一个与情境联系紧密的自主的操作过程。
　　因此，在科学探究的教学过程中，我们要帮助学习者找到学习过程中的“已有知识经验”和“新知识”之间的缺口，促使学生调整内部认知结构，从而有效地帮助他们进行“主动建构”。
　　这就要求我们在教学过程中必须进行精心设计，真正成为学生学习过程中的领路人、引导者。目前，在我们的教学过程中，并不是所有的探究都是有价值的。那么，什么才是有价值的探究？笔者在多年的教学过程中，体会出有价值的科学探究教学必须具有以下几个特征：１．目的性；２．情境性；３．可行性；４．拓展性。
　　一、科学探究教学需要增强目的性
　　［案例１］ 人教版第三单元课题２《分子和原子》教学片段
　　教师演示：浓氨水滴到酚酞溶液中。
　　学生：观察并记录实验现象（酚酞变红色）。
　　教师讲解：氨水可以使酚酞变红色，是氨水的一种性质。
　　教师演示：分子运动的烧杯实验（教材插图所示）。
　　学生：观察实验现象（罩在大烧杯内的酚酞溶液逐渐变成红色）。
　　教师提出问题：酚酞溶液遇到氨水才能变成红色，而烧杯中的酚酞溶液没有遇到氨水，为什么也能变成红色？
　　学生：ａ烧杯内滴入酚酞要过一会儿才能变色与ｂ烧杯无关；
　　学生：大烧杯中可能存在某种物质，与ａ烧杯中的溶液接触，使其变色；
　　学生：烧杯ｂ中的浓氨水会挥发，可能是它使ａ中的溶液变色。
　　……
　　教师：对！就是烧杯ｂ中的浓氨水挥发，氨分子运动到ａ烧杯中，是酚酞溶液变红色了。
　　教师：请同学们把本探究实验的现象记录在书上。
　　教材中安排本次探究，目的在于让学生认识分子的特性，形成微粒观，而培养学生的分析、推理能力和想象力，要达成上述目标的最好形式则是开展实验探究。在探究教学中，虽然不主张每个活动学生都要严格遵循提出问题、猜想与假设、制定计划和设计实验等完整的探究步骤，但是教师对科学探究的涵义、要素、基本模式等应该有比较深刻的认识，从课堂实际来看，教师在这方面比较欠缺。如不明确“氨水使酚酞变红色”这一实验在探究中的地位，如学生没有充分体验“氨水刺激性气味”，难以联想到氨分子能够运动，这使得猜想与假设的环节难以有效组织和实施。由此教师只是机械地执行教材，泛泛而“探”，最终结果学生只是知道了两个实验事实及一个分子运动的结论，观念的培养、能力的提高可能成为一句空话。上述案例，也可以反映出教师没有深入地钻研教材，没有较好的领悟教材编写者的的意图，教学的目的性不强。
　　二、探究问题设计需要呈现情境性
　　［案例２］人教版第九单元课题２《溶解度》一节教学片段
　　片段一：课前预习，让学生走进生活
　　教师事先布置了与学习内容密切联系的几项任务：（１）在家烧一壶开水，观察沸腾前的现象。（２）准备开水和冷水各一小杯，试试哪一杯中溶解的蔗糖多？在两杯开水中分别溶解食盐和蔗糖，哪种溶解得多？（３）打开一瓶雪碧，仔细观察所发生的变化？
　　片段二：知识运用，联接生活现象和生活问题
　　本节内容学习完后，设计了如下面向生活的问题：（１）我国有许多盐碱湖，湖水中溶有大量的氯化钠和纯碱，那里的农民冬天捞碱，夏天晒盐，试用你学过的知识说明其中的道理。（２）夏天，阵雨来临前，鱼塘里的鱼常出现“浮头现象”，这是为什么？假如你承包了鱼塘，该怎么办？（３）被汗水浸湿的衣服晾干后，为什么常出现白色斑迹？用什么办法可以洗去？
　　新课程标准指出，我们的化学教学应该注意从学生已有的经验出发，让学生在熟悉的生活情境中学习新的知识和技能，感受化学的重要性，了解化学与日常生活的密切联系，提高对化学的学习兴趣，逐步学会分析和解决与化学有关的一些简单的实际问题。简言之，化学教学应以生活为本。片段一引导学生有目的的接触生活，可以使学生获得丰富的感性认识，真正认识到知识其实来源于生活，增强对科学的感悟和理解，同时在实践中积累相关经验，萌生相关问题，如烧水时看到水中有大量气泡，就会产生这样的想法：为什么温度升高，这些气体在水中就会“待”不住了等等问题，这些问题成为深入学习的动力。片段二运用化学知识来解释生活中的某些现象、解决生活中碰到的问题，不仅可以提高学生解决实际问题的能力，同时也使学生意识到他们正在学习的化学知识的真正价值，增强学习知识和技能的信心和动力。本案例中教师注重引导学生用化学知识去观察生活、思考生活，自觉应用化学知识分析、处理简单的生活问题，让化学真正走入学生的生活，提高了学生的化学素养。
　　［案例２］人教版第九单元课题１《溶液的形成》第二课时
　　创设情景：向烧杯（底部粘有一小木块）中注入半杯水，加入三药匙ｎａｏｈ并不断搅拌。
　　观察现象：小木块脱落。
　　讨论与交流：可能是ｎａｏｈ加入水中溶解时，溶液的温度升高，使烧杯底部的石蜡熔化，因而木块掉下来了。
　　产生疑问：是不是所有的物质溶解时，溶液的温度都会升高？物质溶解时，溶液的温度为什么会升高？
　　活动与探究一：溶解时的吸热或放热现象
　　学生：阅读教材，明确活动目标、实验用品。
　　设计实验方案：（１）取三只烧杯，各注入１００ ｍｌ水，用温度计测量水的温度。（２）将两药匙ｎａｃｌ、ｎｈ４ｎｏ３、ｎａｏｈ分别加入上述三只烧杯中，搅拌至固体完全溶解，测量溶液的温度。（３）用手背小心触摸三只烧杯的外壁，有什么感觉？（４）计算溶解前后液体温度的变化，填入表中。
　　分析：溶解时温度发生改变的原因。
　　活动与探究二：尽可能利用生活中的用品对下列问题任选一个进行探究。
　　设想一种实验方案验证ｎａｏｈ溶于水时大量放热。
　　设想一种实验方案验证ｎｈ４ｎｏ３溶于水时大量吸热。
　　设想一种实验方案既能验证ｎａｏｈ溶于水时放热，又能验证ｎｈ４ｎｏ３溶于水吸热。
　　……
　　在大多数教师的教学过程中，这部分内容一般采取验证性的教学策略，实验的目的仅在于理解所学知识，学生处于被动接受的地位。案例中，教师借助趣味实验创设教学情境，引起他们的好奇心，激发起学习的动机，使他们积极参与到假设、实验、解释、交流、拓展的探究环节中，经历了知识的产生过程，改变了他们的学习方式，了解了科学探究的基本过程和方法。正如苏霍姆林斯基所说：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望感到自己是一个发现者、研究者和探索者。”

　　三、探究过程设计需要落实可行性
设计具有可行性的探究过程，也就是要符合学生的实际能力。教学过程中如果遇到超过学生实际能力的问题，可以把原课题分成若干小块，这样便于操作，问题的研究更能落到实处。
　　［案例３］人教版初中化学第三单元课题２《分子和原子》教学片断
　　师：演示实验—品红在水中的扩散
　　师：温度越高，分子运动越快，请同学依据这个原理把上述实验做个简单的改动，证明分子的运动随着温度的升高而加快。
　　生：可以用两杯等量的水，一杯是室温下的水，一杯是热水，同时放入等量的品红固体，观察品红扩散的现象。
　　（值得注意的是：这位学生在这里用了两次“等量”，一次“同时”）
　　师：这个同学的方法非常好，请问你设计这个实验的原理是什么？
　　生：物理学中我们学习过“控制变量法”……
　　在上述案例中，教师很好地利用了学生的“已有知识经验”——初中物理已经教过的一些方法，有效地解决了化学教学中对比实验设计的一个难点，培养了学生思维的缜密性。
　　古人云：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。探究的价值在于：知识的结论是教师直接“给”的，还是经过真正的“引导”由学生自己得出来的。“给”永远只能是死的知识，而“导”却能激发活的源泉。关键在于我们怎么去教，如何去导。教师习惯于直接“给”知识，已成为一种惯性。事实上，贯穿于学生的任何一个学习过程，都可以是一个探究的过程。教师应关注学习的结果，但更重要的是要关注学习的过程。
　　四、探究结果设计需要走向拓展性
　　新课程要求我们，让学生在“做科学”的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力。这就需要我们在设计探究教学的时候，要设计一些具有开放性的问题。成功的探究课堂能给人留下值得思考的东西，使学生更深刻地感受到化学学科思想的内涵，进一步激发学习化学的热情。
　　［案例４］ 人教版第二单元课题３关于“催化剂”的概念教学
　　在安排学生分组实验时，设计了以下５个对比实验：（１）部分实验小组只加热过氧化氢溶液；（２）部分实验小组在过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰；（３）部分实验小组在过氧化氢溶液中加入少量硫酸铜溶液；（４）教师演示将加热制取氧气后的混合物溶于水，过滤分离得二氧化锰，然后另取过氧化氢溶液，加入少量过滤得到的二氧化锰。（５）教师演示加热氯酸钾和二氧化锰的混合物，然后设疑：有的化学反应对生产、生活不利，如钢铁的腐蚀，食物的变质等，我们可以采取什么办法？学生马上联想到可以利用某种“催化剂”减慢其化学反应的速率。最后师生共同归纳催化剂特点。
　　学生在学习“实验室用过氧化氢溶液制取氧气”的实验中形成“催化剂”的概念，但在实际的教学反馈中我们发现效果并不理想。常会出现以下错误：“二氧化锰是催化剂，催化剂就是二氧化锰”，“所有催化剂都是加快化学反应速率的”，“过氧化氢分解只能用二氧化锰作催化剂”。本案例中教师通过设置了多组对比实验，学生自然就领悟到：二氧化锰和硫酸铜溶液都加快了过氧化氢的分解，反应后化学性质都没有改变，在这一特定的反应中起了催化作用，再加上教师的引导、归纳，学生通过实验、观察、分析、比较、综合、类推等方法，学生就能完整地掌握“催化剂”这一概念的内涵和外延。
　　建构主义理论认为，学习是在先前经验的基础上进行的，当学习者面临新现象、新问题时，就会根据情境中的线索，调动头脑中事先准备好的多方面、多层次的先前经验。
　　［案例５］人教版第七单元课题２ 《燃烧和热量》教学片段
　　实验演示：镁和稀盐酸的反应
　　观察现象：（１）产生大量气泡。（２）有“水雾”？有“烟”？
　　探究一：生成的是何种气体？
　　学生猜想：可能是氢气，可能是氧气。
　　学生争辩：大多认为是氢气。
　　收集证据：（１）实验：点燃的木条伸入试管内，该气体能燃烧。
　　（２）事实：参加反应的是ｍｇ和ｈｃｌ。
　　得出结论：生成的气体是氢气，并推理相关化学方程式。
　　探究二：是“雾”还是“烟”？
　　收集证据：再做６个相同的实验，每组传递下去。（要求注意观察试管壁上的现象和手的感觉。）
　　学生交流：试管壁上有水珠，手感觉发烫。
　　学生解释：（略）
　　得出结论：由于该反应放出了大量热，溶液中的水形成了水蒸气。因此，这是一个放热反应。
　　 《化学反应中的能量变化》的教学内容，教材安排了“镁和稀盐酸”的实验，旨在让学生通过实验让学生知道“化学反应中伴随的能量变化”这一事实。该实验的设置，教材的要求明显是比较低的，教师源于教材、高于教材的创设，基于以下两点的考虑。首先，本课时难度不大，整体思维含量不高，如果按部就班，课堂气氛略显沉闷，学习积极性也不是很高。若能充分利用学生的最近发展区设置问题，则会对学生产生一定的挑战，调动了学生思考的积极性，在强烈的求知欲支配下，学生的思维时而发散（如猜想环节），时而收敛（如“探究一”，通过实验和事实来得出结论），时而推理（如“探究二”，学生得出结论就是一种合情推理），学生的情绪始终是高涨的，处处闪烁着理性思维的光芒，有效地促进学生智力的发展。
　　本案例中，学生猜想是“烟”，就是生活经验的负迁移；猜想是氢气，则缘于知识经验，学过的气体就那么几种，灵活点的学生再根据质量守恒定律就更有把握了；能正确推理写出专业性很强的化学方程式，那更得具备扎实的基础知识；“探究二”中结论的得出，更大程度上依赖于生活经验和已有的物理知识。
　　综上所述，我们设计的科学探究教学必须建立在学生的已有知识和生活经验基础之上，而不能是空中楼阁。这就需要教学过程中教师要融入自己的知识和智慧，对教材进行个性化的解读与深度挖掘，渗透了基础知识、浸润了科学方法、调动了情感，教学的内在价值才能得到充分提升。教学过程中教师要充分挖掘实验资源，改变实验“照方抓药”式的设计，多些反思和改造，提升实验的功能，使学生在获得知识丰富的同时，学习兴趣、探究意识、思维能力、科学方法同时都得到了培养。

　　参考文献
　　［１］中华人民共和国教育部．全日制义务教育化学课程标准［ｍ］．北京：人民教育出版社，２００１