针对普通高中学生实际，全面优化实验探究教学

摘  要  针对普通高中学生实际，对课堂实验教学中的关键问题——探究式教学进行探讨。阐述了对例证性实验教学与探究性实验教学的理解，明确地指出当前化学教学实验教学中要处理好例证性实验和探究性实验的关系，要将例证性实验适当改变成探究性实验接着从四个方面介绍了对优化实验探究教学的思考与探索。
关键词  普通高中学生   实验教学   探究性实验   例证性实验
 
 化学教学中的实验通常被分为“验证性实验”和探究性实验两类。所谓“验证性实验”是指让学生在已经知道结果及过程的基础上进行实验操作，以强化某些认识为目的的实验。其实，把这类实验称为“验证性实验”并不恰当，称为“例证性实验”则比较准确。[ 吴俊明等．科学教育基础．北京：科学出版社，2008．139]这是因为，实验是科学探究的基础，科学研究中的实验主要是对研究对象的某些认识或者假说进行验证。化学教学中的探究性实验也常常要对假设进行验证。显然，科学研究中的验证性实验，以及化学教学中探究性实验中的验证，跟化学教学中的所谓“验证性实验”是截然不同的，必须避免把它们混为一谈。
 “例证性实验”准确地明示了实验的目的和功能，它以实例证明传授内容，注重的是探究结果（事实、概念、理论），而不是探究的过程，传授的知识和科学过程分离，而且与实验发生的背景无关。例证性实验的教学模式通常是“告诉——验证——应用”，学生们用实验验证学习的原理、概念性质或者规则、过程，这种“照方抓药”模式是高度固定化的。目前，在高中化学课本中所涉及的学生实验绝大部分仍是例证性实验，不利于学生的主动探究学习。
 化学教学中的探究性实验通过实验来回答学生感兴趣的问题，激发学生的好奇心，培养科学探究能力，是一种具有参与性和体验性，并且在教师指导下展开的活动。探究性实验的教学模式一般是“发现问题——提出课题——实验探究——形成结论”。它跟科学研究中的实验活动比较接近，要对某些假说或认识进行检验。在这类实验活动中，学生通过自主地参与获得知识的过程，可以形成科学概念，养成一定的探究能力以及探索未知世界的积极态度。
 我校是一所普通高中，学生的学习基础不是很好，学习能力明显不如重点中学的同学，作为老师，是无法选择也不应该选择学生的，我们有责任将所有的学生都培养成社会需要的人才。这就要求我们老师能有意识地在课堂教学中渗透能力的培养过程，培养学生正确的、科学的思维方式和科学品质。考虑到学生现有的学习水平，在高三化学实验复习教学中，我不是一味机械地重复旧知识，而是将高中教材中的有关例证性实验适当修改，对“例证性实验”与“探究性实验”进行整合，采用引导探究式的教学模式，努力使学生在原有的认知基础上再上一个台阶，在巩固“双基”的基础上，提升能力。
 通过实践我感到，要全面优化，才能真正使探究性实验体现出它的价值。为此，有这样几点需要注意：
 1. 创设好诱人的实验探究情境，充分发挥学生的主体作用
 高中教材为我们提供的学生实验往往着眼于单层次、单侧面的实验内容，因而有着较大的局限性和单调性。进入高三实验复习阶段，为了达到让学生会学、会做、能创新的目的，有必要对实验内容进行适当的拓展和补充，积极创设问题情境，形成探索的氛围，使实验过程成为师生共同参与的“研究”过程，尽量让学生多层次、全方位地认识化学原理，并渗透科学思想，启迪学生科学的化学研究方法。为此，要从实验涉及的知识和学生的生活经验、经历中去提出让学生探究的问题，重视问题的开放性，创设情境引导学生设计实验去探究、证明。
 课例：高三定量实验复习课《铜片与浓硫酸反应后余酸物质的量的测定》
【情境引入】——发现问题
 取6.4 g 铜片和0.2mol浓硫酸放在圆底烧瓶中
共热，直到反应完毕，最后发现烧瓶中还有铜片剩余。
 从化学方程式的系数看，根据投入的铜片和硫酸的量，应该是恰好完全反应，那为什么铜片不能全部溶解呢？
【追问】这个实验结束后，烧瓶里的溶液中可能存在哪些微粒？
【提出课题】能不能运用定量实验测定的三种方法设计实验方案，测出铜片与浓硫酸反应后剩余硫酸的物质的量？
【提示】铜片与浓硫酸的反应是很复杂的，硫酸的浓度不同，可能会发生很多副反应。
【学生讨论、交流】——设计方案
① 如何测量 m（剩余Cu片）
② 如何测量m (SO2)（讨论：用液体吸收剂还是固体吸收剂好？）
③ 如何测量n(Cu2+) → m(CuO)
④  如何测量n (SO42-) → m(BaSO4)  (讨论加BaCl2 还是加Ba(OH)2好？)
⑤ 如何测量V(SO2)
⑥ 如何测量n(H+)→ V(H2)（讨论：用怎样的金属好？）
⑦ 如何测量n(H+)→ V(NaOH) ……
 在学生讨论的基础上，教师归纳，然后细化每种方法，并进一步引导学生总结、升华，巩固、提升学生对定量实验设计三类方法的认识。象这样开放性的探究主题，通过多类知识联系、多种实验方案的设计，能让学生的创新思维的多向性得到充分发挥，综合能力不断提高。
 学生作为学习的主体，在教学中应充分体现出来，实验教学也是这样，应该鼓励学生自己观察、思考、提问，设计合理的实验步骤并进行操作，同时注意引导学生间相互帮助、相互协作，共同体验科学探究的乐趣，才能体现探究学习的成效。
 2. 创设好和谐的实验探究氛围，注重学生间的合作和交流
 在教学实践中，民主、和谐的探究学习氛围可以使学生的学习主动性提高，学生的思维也显得特别活跃。所以，营造积极的课堂学习氛围，努力创设“教师-学生”及“学生-学生”之间民主、平等、自由、宽容和谐的学习氛围，让学生消除探究学习过程中的恐惧心理，有心理安全感，全身心投入学习探索与创造之中，是实验探究的前提。在学生做实验进行探究的过程中，教师在教室里四处走动，与各小组进行交流，倾听学生的问题和想法，不时评价学生的探究进程并确定适合学生的下一步学习计划。教师要相信每一位学生都是天生的探索者，保护、支持学生的兴趣，尊重学生的观点和思维，尊重学生在探究活动中的个性发现。在平等、自由的氛围下，学生的探究意识才能被激活，使探究成为自身发展的一种需求，只有这样提高探究的有效性才成为可能。
 交流与合作是科学学习的重要途径，对普通中学的学生尤为重要。通过交流与合作，可以使学生贡献出经验和发挥各自的优势，共同完成单个学生无法完成的复杂任务。在整个探究过程中，教师必须在引导学生独立探究的基础上，重视引导学生开展讨论和交流活动。教师在指导学生进行探究性学习的过程中切不可直接提供给学生实验时所需要的仪器以及实验的方法、步骤，而要引导学生开展讨论和交流活动，使学生发表自己的探究成果和方法、倾听他人的探究经验，并进行客观的比较和鉴别，从不同的角度改进，提高认识，克服独立探究中的片面性和局限性，正确理解所获得的知识。只有协调的合作行为，才能真正达成科学探究的目的。
 3. 给予学生充足的探究时间，确保实验探究有效
 很多时候，我们教师为了保证课堂的完整性，探究活动尚未完成就喊停。学生刚进入探究关键阶段，教师就急于要整理材料，致使探究成了一个形式，匆匆地走过场。这样的探究怎么能培养出学生的科学探究精神呢？在课堂中，教师要减少不必要的讲解时间，把课堂时间的支配权给学生，给学生以充足的时间沉浸在科学活动中，让他们感受“研究”是一件快乐的事，只要学生愿意，就应为他们适当延长探究时间。
 不同的探究实验需要的时间是不同的。参与同一个实验，每一个学生所需的时间不相同，在这个环节上教师要多关注进度慢的学生，及时帮助他们解决疑难，同时又注意引导速度快的学生及时整理实验结果，凝炼对研究过程的体验和结果。更重要的是，在教学时间有限的情况下，要精心选择探究内容，使其能起到“举一反三”作用。
 4. 搞好探究性实验和例证性实验优化和整合
 4.1 例证性实验的改进：增加问题的探究性、开放性
 对于象我校这样基础较薄弱的高三学生来说，教师不能以为学生能力有限，不能开展探究式学习、不会自主学习、难以达成教学目标而放弃对学生能力培养的每一个契机和载体。采用低水平的反复习题操练来提高高考的成绩，其实就忽视了以学生发展为本。对于知识要求和能力要求较高的教学内容，教师要通过逐步增加问题的探究性、开放性，并且选用合适的教学方法，兼顾两者的落实。
 课例：高三复习Fe3＋、Fe2＋的转换
片段1. 通过设计简单实验：(1)证明Fe3+有氧化性   (2)证明Fe2+有还原性
提供可选药品试剂有：FeCl3溶液、FeSO4溶液、KSCN溶液、KI溶液、Zn粉、Fe粉、Cu粉、淀粉溶液、CCl4溶液、氯水、酸性KMnO4溶液
片段2 综合运用, 拓展提高
 如何通过设计简单实验，比较Fe3+、Br2、I2的氧化性强弱
       提供实验药品和试剂：FeCl3溶液、Fe SO4溶液、KSCN溶液、KI溶液、CCl4溶液、溴水、NaBr溶液
片段3 回归生活，学以致用
家用“84消毒液”的主要成分是：NaClO，如何用今天所学到的铁的化合物的性质设计实验证明84消毒液具有强氧化剂？
 高三复习时，我把实验手册上原有的例证性实验进行改编，增加了实验操作的开放性和探究性，让学生在原有的认知基础上，通过设计原理正确、过程简单、操作方便、现象明显的化学实验，经历科学探究的过程，从中发现规律，感悟探求和掌握知识的一般方法。作为教师，我们要创造机会，把握每一个培养学生能力的途径，充分利用好教材，让学生通过主动学习，积极思维，获取知识，培养能力。
 4.2 探究性实验的优化：分层次分解，注意教学内容的渗透、落实
 为了同样达到高三化学教学最后一轮复习的要求，既落实高考考纲知识的要求，同时又提升学生的能力，对于《铜片与浓硫酸反应后余酸物质的量的测定》这样较高要求的定量实验设计的复习课，我采用“问题驱动——引导探究”教学模式，以“问题驱动”作为切入点，精心设置问题，适时引导，层层设疑，把大问题化为小问题，驱动学生参与到课堂探究活动中来，从而推动课堂教学的进行，来达成“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”的三维教学目标。实践证明，针对我校学生选用这样的教学模式是有效的。
 我在这次教学设计中采用了“分层次分解”的设想：先根据实验目的和定量实验设计的思路确定实验原理，初步形成一些实验方案，建立每种方案的大致框架（此时的方案仅涉及把实验目的量转化成可测量、实验原理等，这是第一层次），再兼顾定量实验的三种方法，从中选取比较有代表性的四种方案，细化讨论（其中涉及主要实验步骤、仪器的选择、装置连接顺序、药品的选用、误差分析、数据处理等，这是第二层次），最后根据学生自身参与体验的过程，升华本堂课讨论的问题（定量实验设计的原则和需考虑的因素，这是第三层次）。
 分层次递进分解学习的做法是为了降低学生的思维难度，同时也指引思维方向。达到第二层次，对于学生的化学实验观察和已有知识的运用都提出了较高的要求，达到第三层次对学生的学习方法和学习能力提出了更高层次的要求。课堂教学实践反映，同学对这样分层次递进的学习方式能够接受和应对，既能将原有的实验基础知识进行复习和巩固，同时也能体验自己设计简单实验方案的学习快乐过程，克服实验设计的畏难情绪，提高对实验学习的自信心。
 在进行验证性实验的教学时，不能为了让学生探究，而置教学内容于不顾，要注意结合实验教学的内容，结合自己学生的实际情况合理安排和引导学生进行实验探究。在进行实验探究之后，要及时组织学生对实验结果、现象和数据进行分析，讨论和组内、组间的交流。
 4.3 两类实验相互配合，适度整合
 实验探究式学习是强调学生自主积极投身其中的学习方式。与传统的例证性实验比较，探究性实验能大大提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生的创造思维能力；能让学生真正成为学习的主人，体现教师的“导”为学生的“学”服务这一现代教学理念；还能将学生的认知活动与非智力品质的发展联系起来，是提高化学教学质量和学生科学素养的重要手段。因此在化学实验教学过程中应大力倡导探究式学习的研究与实践。但是，探究性实验花费的时间比较多，而例证性实验耗费的教学时间比较少，而且可以培养学生的实验操作、数据处理等技能。把两者适当地整合，有利于更好地促进学生发展。
 课例：高三复习氯水的酸性和漂白性
 A.例证性实验：（演示实验或学生实验）
 向稀NaOH溶液中滴加酚酞溶液，溶液变为红色，再逐滴滴加新制的氯水，溶液红色逐渐变浅并褪去。在上述溶液中再加入NaOH溶液后不能变红色。说明氯水表现出漂白性，由于漂白而使有色物质褪色。
 B. 探究性实验：
 向稀NaOH溶液中滴加酚酞溶液，溶液变为红色，再逐滴滴加新制的氯水，溶液红色逐渐变浅并褪去。设计实验解释产生此现象的原因。将相关药品放在实验台上，供学生选择，让学生自由实验。
 C. 整合案例：
 提出问题：向稀NaOH溶液中滴加酚酞溶液，溶液变为红色，再逐滴滴加新制的氯水，溶液红色逐渐变浅并褪去。产生现象的原因有哪些？如何验证？
 学生讨论形成假设：甲同学认为是氯水中的酸中和了NaOH；乙同学认为是氯水表现出漂白性，由于漂白而使有色物质褪色。
 设计实验方案：
 在上述溶液中再加入NaOH溶液，如果溶液又变红色，则甲的观点正确，如果溶液不变红色，则乙的观点正确；或在上述溶液中再加入酚酞溶液，如果溶液又变红色，则乙的观点正确，如果溶液不变红色，则甲的观点正确；
 学生实验操作，验证假设，形成结论。
 这个题目虽然多次给学生讲过，也采用过多种方法。第一种方法学生是被动的接受知识，虽然操作了实验，但缺少全面思考问题的过程，对知识只是靠观察现象来记忆。第二种方法，我也曾在班级试用过。由于学生学习能力有限，因此课堂上只有小部分学生能达成目的，大部分学生却由于思维分析的局限，在教师完全放开的情况下，无所适从。第三种方法是我试验下来最适合我校学生的。先验证，后探究。而探究的方法，是由学生共同探讨，理论引导，形成假设，找到方法，实验证实，得出结论。
 经过整合后的探究能帮助学生寻找解决问题的突破口，找到解决问题的方法，注重思维的过程和思维的发散性，培养学生一种善于思考的品质。
 
主要参考文献
1．张长江.中学化学教学技术指导.上海：上海教育出版社，2005
2. 王  苹.重视实验教学促进学生化学学习.化学教学,2008（6）
3. 汪习雄.实验探究应成为复习课的重要“抓手”. 化学教学,2008（4）