新课程背景下探究式实验教学的实践研究

杨伏勇

摘 要： 随着新课程改革的不断推进，探究式实验教学在激发学生学习兴趣、发挥学生学习的主观能动性、引导学生体验科学探究的一般过程和提高学生学习能力等方面具有独特的优势，因而在化学教学中的地位日益突出。本文以鲁科版普通高中课程标准实验教科书化学2第2章第3节《化学反应的利用》的第2课时“化学反应为人类提供能量”的教学为例，探索如何有效运用探究式实验教学模式开展课堂教学。

关键词： 探究式实验教学 有效应用 原电池 工作原理

高中化学新课程标准[1]在课程的基本理念中提出“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学生学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力”。探究式教学是新课程理念倡导的一种先进的教学模式。而化学作为一门以实验为基础的学科，探究式实验教学由于其独特的优越性在化学教学中具有举足轻重的地位。在探究式实验教学中，学生是学习的主体，在教师的引导下，学生发现问题，进行相关猜想或假设，进而设计实验方案开展探究，最后解决问题。这种模式下的教学，实现了学习结果和学习过程的并重，学生在获得知识与技能的同时，也体验和了解了科学探究的过程和方法，有助于学生创新思维的培养和科学价值观的树立。在新课程背景下，如何因地制宜，有效地开展探究式实验教学，增强教学效果，是一线教师需要研究的一个课题。本文以“化学反应为人类提供能量”一节的教学实践为例，探索探究式实验教学在教学实践中的有效应用。

一、教材分析和教学要求

本节教材内容承接本章第1节中的有关化学反应中能量释放的问题，同学们已经知道，化学反应可以把物质内部的能量以其他能量的形式释放出来，但他们不知道应如何实现这种转化。通过本节教学，重点解决“化学能是如何转化成电能”这一问题，同时让学生了解化学能在人类生产生活实际中的重要利用价值。

高中化学新课程标准[1]对本节内容的要求是：举例说明化学能与电能的转化关系及其应用，用生活中的材料制作简易电池。《福建省普通高中新课程教学要求·化学》[2]提出本课题的教学目标是：通过制作简易原电池实验，以铜锌原电池为例简单分析原电池的工作原理。

二、教学环节及评析

本节课的教学设计基于探究式实验教学的一般模式，以“发现问题—提出假设—设计实验，开展探究—分析讨论，得出结论—迁移应用，能力提升”为主线，构建以学生探究活动为主、教师引导点拨为辅的教学模式。

1.发现问题。

教学设计思路：

【创设问题情境】利用电脑投影报纸上的一篇新闻《大雾锁海，港口航线乱了节奏》，引出海面上的导航灯。图片展示我国首创的一种广泛应用于航海标志灯中的装置。使用方法：在没有外来电源的情况下，只要把该装置放入海水中数分钟，所连接的灯泡就会发出长效、耀眼的白光。结构分析：该装置主要由两种材料铁铂合金网（接触空气）和金属铝组成。

【提出问题】该装置是如何实现灯泡发光的呢？

评析：问题情境的创设是实施探究式实验教学的首要步骤。“学起于思，思源于疑”，通过问题情境，可以激发学生进行思考，在问题的驱动下学生会有较高的积极性开展探究活动。教师在实际教学中，要充分考虑教学内容的特点和学生已有的认知水平，选取适当的素材（如生产生活实际、科学史实、科学前沿等）为背景创设情境。通过预设的问题，引导学生围绕目标主题展开下一步探究，进而解决问题。在本节教学中，笔者利用发生在学生身边的新闻作为素材创设问题情境，引发学生思考，激发学生探究欲望。

2.提出假设。

教学设计思路：

【问题探讨】在教师的引导下，学生围绕上述问题分小组进行讨论。最后，师生共同梳理出可能的原因：灯泡发光说明有电能产生，由能量守恒定律可知电能在这里只可能是化学能转化而来的。铂合金网、金属铝两种金属材料接触到海水时，它们之间可能有一定的化学作用，从而实现化学能向电能的转化。

评析：问题的提出，必然引起学生的好奇和揣测，促使学生积极思考，进而提出可能的假设。在此过程之中，由于学生的知识积累和生活经验不足，教师要从大方向上进行适当的引导，使学生提出的假设在预设的探究范围之内。在本节教学中，在教师适当的引导下，通过小组讨论，对上述装置产生电能的原因进行合理预测，为下一步实验方案的设计做好准备。

3.设计实验，开展探究。

教学设计思路：

评析：实验方案的设计是探究性教学的核心部分，因为方案设计的好坏直接影响探究过程和结果的好坏。学生在设计实验方案时应该具有一定的自主性，只有这样，才能更好地发挥学生的创造力，培养学生的创新思维。学生通过各种可能的方案设计，进一步开展探究活动，从中寻找最佳答案，更深刻地体验科学探究的过程。当然，由于学生自身的认知特点，教师必须对学生实验方案的设计进行适当的约束，即应该是“具有最适度的不确定性”，既给予学生一定的探究空间，又不能让学生的探究脱离实际，失去可行性。笔者在此处，通过给予的器材和药品对学生实验方案的设计加以限制，同时留有较大的探究空间，引导学生在此框架之下设计出四种不同的方案，进而开展实验探究。

4.分析讨论，得出结论。

教学设计思路：

【小组讨论】在学生分组实验的基础上，针对各组实验的现象进行小组讨论，在教师的引导下进行总结。

【实验总结】方案一、二、四电流计的指针没有发生偏转，说明没有电流产生。方案三中，电流计的指针发生了偏转，说明产生了电流；同时，可以看到铜片上产生大量气泡，说明铜片上有反应发生，产生了气体，该气体应该是氢气；锌片上也有少量气泡，产生的气体应该也是氢气。

【提出问题】

（1）方案三中的两个金属材料和方案一、二有什么不同？方案三和方案四的不同之处又在哪里？

（2）铜片上有氢气产生，说明发生了怎样的反应？

（3）电子的定向移动形成电流，导线上传递的电子来自于哪里？锌片上发生了怎样的反应？

（4）外电路导线通过传递电子而导电，烧杯中的溶液呢？

【小组讨论】根据老师设置的问题进行小组讨论，教师选取小组进行汇报，在教师的引导下得出相关问题的答案。

【解决问题】相较于方案一、二，方案三中两种金属材料的金属活动性不同，烧杯中的溶液对比方案四是一种电解质溶液，具有导电性；铜片上氢气的生成，应该是溶液中的氢离子在铜片表面得电子被还原成氢气；导线中传递的电子应该来自于锌片，锌失电子被氧化成锌离子，失去的电子经导线传递到铜片上。溶液中的离子通过定向移动而导电，阳离子移向铜片，阴离子移向锌片。

评析：透过现象看本质，在教师的引导下，学生对实验现象及由现象衍生出的相关问题进行小组讨论、争辩，在一系列的思维活动之中自主构建主体知识。在此过程中还充分培养了学生的学习和合作解决问题的能力。为了引导学生对实验现象进行全面剖析，进而达到我们设置探究实验的目的，教师有必要围绕实验中产生的实验现象设置相关问题，引领学生挖掘蕴含在实验现象中的学科本体知识，从而更好地达到探究目的。在本节教学中，通过对实验现象及由此衍生出的4个问题的探讨，学生在问题的引导下，在解决问题的过程中逐步构建起原电池的基本模型：活动性不同的两个电极通过导线连接，插入电解质溶液，对各电极发生的反应有了初步的认识，为后续的原电池工作原理的分析和自主设计简单原电池奠定了基础。当然在探究过程中，学生观察到锌片上也有气体产生（原电池理想模型中锌片不应该有气体产生），教师及时肯定学生的实验现象，培养学生尊重实验事实的科学态度。对于其现象的分析待原电池工作原理学习之后，作为一个实验生成性问题再抛给学生讨论解决，这样能够更好地加深学生对原电池工作原理的认识，让学生对科学探究的过程有了更为深刻的了解。

5.迁移应用，能力提升。

教学设计思路：

【教师活动】结合上述探究实验的分析，引入原电池的定义。

【动画模拟】学生通过观察铜锌原电池微观模拟动画，结合上面的实验探究，分析该铜锌原电池的工作原理。

【问题解决一】同学们，通过上面知识的学习，你们知道海水电池中灯泡是如何发光的吗？

【师生活动】小组合作讨论并回答，教师点评和总结。

【问题解决二】在上述探究实验中，锌片上产生氢气的可能原因是什么？

【师生活动】小组合作讨论并回答，教师点评和总结。

【研究性学习课题】利用家中现有的物品，试着做一个原电池装置。设计完成后，请你用数码相机拍下装置照片，带回学校和其他同学分享实验成果，交流制作心得。

评析：通过探究性实验的开展，学生构建了原电池的基本模型。在此基础之上，结合原电池微观动画模拟突破了本节课的难点：原电池的工作原理的分析。学以致用，解决了课前提出的问题，首尾呼应，既巩固了所学知识，又锻炼了学生解决问题的能力。研究性学习，作为一种学习方式，和课内学习相比，它不受课堂时间和空间的限制，学生有更多的自主性和选择性。在本节教学中，研究性学习课题的布置，让学生回归生活，利用课下时间进一步开展原电池的探究实验活动，既及时巩固了课堂所学知识，又进一步锻炼了学生的知识应用、动手、创新等能力。

三、教学小结

在本节课的教学中，笔者首先以学生身边发生的新闻作为背景创设问题情境，以引入本节课的探究主题。紧接着在教师的引导下，学生分组开展实验探究，在实验中学生逐步突破本节的教学重难点，从而完成本节课的知识建构。作为一节市级公开课，从实际教学效果来看，在整节课中，学生有较高的学习积极性和探究欲望，课堂氛围活跃，整个教学过程能充分体现“以学生为主体，以教师为主导”的新课程理念。

作为一种教学模式，探究式实验教学在课堂教学中的实践应用，教师必须把握住几个关键点。首先就是探究的问题要紧紧围绕本节课的教学内容，并且要充分考虑学生的已有认知水平而设置，具有针对性。其次，就是实验中要充分体现学生探究的自主性和过程性，让学生切身体会科学探究的一般过程。再次，教师作为引导者，在探究过程中要适当给予学生一定的指导和鼓励，帮助他们顺利完成实验探究，引导他们在此过程之中掌握知识、技能和方法。学无止境，教也同样没有止境。如何把探究式实验教学更好地开展下去，更好地服务日常教学，还有待老师们不断探索和总结。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[2]福建省普通高中新课程实验工作领导小组办公室.福建省普通高中新课程教学要求·化学[M].福州：福建教育出版社，2008：8.