化学探究性实验教学的困境与突破

吴晗清　韩蓉　赵冬青

摘 要化学探究性实验是培养学生实践能力和创新精神的重要渠道。而实践中存在教师观念偏差、知识与能力二元对立，学生问题意识淡薄、实验操作能力欠缺，以及相关教学制度阻滞等困境。基于实践问题的深度解剖，本文指出可以从三个渠道实现瓶颈的突破：课内限定式探究性实验的挖掘、课内生成式探究性实验的利用以及课外体验式探究性实验的开发。

关键词化学教学 探究性实验 课程资源开发 科学素养

探究性教学的思想很早就有萌芽。孔子曾说“不愤不启，不悱不发。举一隅不以三隅反，则不复也”。苏格拉底也常常采用提问的方式，促使学生进行深度的思考，自己主动建构并获得知识，他强调教师应是“不以知识授予别人，而是使知识自己产生的产婆”。近代杜威提出了“反思五步说”，即将探究分为情景、问题、假设、推理、检验等五个过程[1]，他进一步以此为基础创立了“问题教学法”。所谓探究性教学，就是在教师的指导下，学生以类似或模拟科学家研究的方式进行的学习活动。其具备以下几个特点：首先是开放性，给予学生更多的机会去确定研究课题；其次是真实性，聚焦在教学过程中遇到的真实问题上，培养学生解决实际问题的能力；最后是过程性，学生要完整经历选题、制定计划到实施、撰写报告及交流成果等一系列过程，让学生获得综合的探究体验。

一、化学探究性实验教学的实践困境

探究性教学不仅要有利于学生体验科学探究的过程，学习科学探究的基本方法，加深对科学本质的认识，发展创新精神和实践能力；而且要有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度，更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系，树立可持续发展的思想。因此，需要强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力。然而在实际的教学过程中出现了很多的问题，主要体现在以下三个方面。

1.教师观念的偏差

笔者在调研时发现，被访教师主要有以下三类观点：第一类，排斥探究性教学。认为“有高考压着，学生哪里有时间进行探究啊，没时间也没精力”，缺乏对探究价值的认知。第二类，心有余而力不足。认为“课时太紧张了，我们只好在课堂授课中引导学生进行书本知识的探究，尽量避免一味灌输”。第三类，认知理解偏差。认为“为跟上新课改的潮流，将探究作为选修课，但还是要以学业为主”。基础教育长期以来理念与实践严重背离，大多数教师将知识与能力、素质与应试二元对立起来[2]。能力培养与知识学习应该是相辅相成而非互相排斥的，应让学生在知识构建的过程中达成真实的科学素养。

2.学生问题意识淡薄，操作程序机械

爱因斯坦曾谦逊地说“我没什么特殊才能，不过喜欢寻根刨底的追究问题罢了”[3]。在学习过程中的不断质疑、提出问题，对于能力的培养至关重要。而学生的思维方式往往受到限制，寻求标准答案、走捷径成了大多数学生的一种惯性，从而阻碍了探究性教学的开展。以北京某中学的化学探究性实验“粉笔上绽放的奇葩”为例，它巧妙地利用粉笔作为反应容器，将“铝热反应”微型化、趣味化、节约化。在实验中要求学生自己动手在粉笔中央挖一个小槽，作为铝热剂反应发生的场所。在教师没有明确具体挖槽的要求时，看似简单的操作，然而大多数学生却无从下手。长期“照单抓药”式的验证实验，已经让学生失去了问题意识和思考习惯。

3.实验仪器及药品不足，课时安排紧张

首先，实验素材及设备不充分。调研发现，经常会有教师提到因为实验药品不够，而造成实验课程开展的停滞[4]。有时会遇到几个班级同时上实验课，由于仪器紧缺，不得不两个小组共用一套实验器材的情况，使得实验目的难以达到，实验效果较差。其次，课程安排不合理。很多学校将化学开放性实验作为选修课程，最终上课的学生仅有十分之一左右，导致探究和应试两张皮，理念与实践分家。

二、化学探究性实验教学困境的突破

根据实际教学中真实情况的反映，并结合探究性教学的应然价值，笔者认为，学生探究能力的形成与发展应该循序渐进。学生在没有接受基本理念与操作的训练之前，是不可能独立从事探究性学习的，因而仍需要教师的大力指导，它的开展应该遵循由“扶”到“放”的过程。我们认为走出当前探究性教学的实践困境主要有以下三个渠道。

1.课内限定式探究性实验的挖掘

课内限定式是指探究的内容及方法主要围绕教材知识进行，旨在让教师能充分利用教材与课堂，即不浪费时间与精力去单独开展探究性课程，也能让探究性教学更好地融入到课堂中。这种教学方式主要有以下两种途径。

（1）在趣味教学的基础上，将验证性实验转化为探究性实验

当前人教版高中化学必修1、必修2教材中的验证性实验共有24个。这些实验内容大多数都将详尽的实验步骤给出，主要是验证教材中给予的陈述性知识，缺少问题意识、缺少发现、没有激情、没有思考，只剩繁杂知识点的记忆。例如，人教版九年级化学下册教材中，在学习酸碱中和反应时，设计了一个简单的氢氧化钠与盐酸的反应，并加入酚酞观察现象，这个实验可以充分验证出酸遇碱会发生中和反应，但是由于在反应之前就设定加入酚酞，导致所有的实验步骤都没有任何探究的意蕴，这样的实验教学如果可以加以改进，将会收到更好的效果。

案例：H教师设计了一个“秘密情报”的故事情景。

二战期间，为了传递秘密信息，德国士兵在一张白纸上，用某种无色溶液写上所要传递的机密内容，然后将其送至目的地。接收密码的士兵在纸的表面喷上另一种无色溶液，纸上便会立刻出现红色字迹而显现出密码。（学生欢呼）当得到情报后，士兵需要毁掉字迹，便再喷上另一种无色溶液，红色字迹便即刻消失。（学生亢奋）

这样学生不仅主动获得了酸碱中和反应、指示剂变色等科学知识，更重要的是激发了学生的好奇心和对化学神秘感的高度兴趣，从而水到渠成地培养了学生的科学思维和探究能力。

（2）深挖教材中不充分的内容，合理探究

教材中有很多知识蜻蜓点水，或者是解释较为模糊的情况，教师应该抓住这些模棱两可的点，引导学生主动探究。例如，学习高中化学必修一“过氧化钠的性质”时，人教版教材设计了这样的实验：把水滴到过氧化钠试管中，立即用带火星的木条放在试管口，检验生成的气体，并向反应后溶液中加入酚酞，酚酞变成红色，而红色会立刻消失。但原因少有讨论。教师就应该深挖教材中的不充分内容，引导学生及时探究。

案例：过氧化钠与水反应后，为何变红的酚酞会褪色？

学生假设：假设1：生成浓度较高的氢氧化钠，且反应放热，从而使其褪色。假设2：反应物过氧化钠具有漂白性。假设3：生成了具有漂白性物质过氧化氢。

方案设计：

针对假设1的实验方案：配制饱和的氢氧化钠溶液，即浓度最高。滴加酚酞，并改变温度，实验结果为过程中一直没有红色出现。因为酚酞的变色域pH为8.2～10.0，当pH>10，即浓氢氧化钠时超过变色域，酚酞不会变红[5]。

针对假设2的实验方案：通过观察，即可发现过氧化钠已经反应完全。

针对假设3的实验方案：（1）先检验溶液中是否含过氧化氢。加入二氧化锰，发现生成了氧气，表明含有。（2）检验过氧化氢是否具有漂白性。取少量氢氧化钠溶液于试管中，加入酚酞后变红，再加入过氧化氢发现红色立即褪去。

实验结论：过氧化钠与水反应，生成的氢氧化钠遇酚酞变红；由于反应还生成了过氧化氢，溶解在溶液中漂白了变红的酚酞，从而褪色。

2.课内生成式探究性实验的利用

在教学过程中往往会出现很多的异常事件，比如实际的实验现象与预设不相符。课内生成式就是以这些异常现象为培养学生探究能力的切入口，抓住学生的好奇心，将突发的状况转化成探究的问题。这种课内生成式的问题往往直接来源于课内基本知识，但是它的解决需要学生查阅相关资料、运用多重思维、设计实验方案、分析得出结论等等，从而在这个复杂的系列探究中，形成综合的研究能力。

案例：为什么盐酸不能溶解氧化铝？

教学情境：讲解氧化铝的两性。演示实验：在装有氧化铝粉末的试管中，滴加盐酸，然而却观察不到氧化铝有明显的溶解现象。教师重复实验几次都未曾成功。

问题提出：为什么盐酸没有溶解氧化铝呢？

探究1：“可能是盐酸有问题吧？”教师引导学生检验，某学生拿起一瓶石蕊溶液，滴几滴于盐酸试管中，出现了红色现象，表明盐酸没有问题。探究2：“氧化铝是不是有问题？”教师思考片刻说：“氧化铝是我昨天在试剂店买来的，今天第一次用哦，应该不会过期的。”

课内生成式探究问题：“为什么盐酸不能溶解氧化铝，这就是今天的作业，请大家回去仔细查阅资料，分析原因。”最后发现，不能溶解的原因是氧化铝有多种变体，最常见的是α-Al2O3、γ-Al2O3。其中α-Al2O3的熔点高，它是通过高温烧制氢氧化铝得到的，一般不溶于酸或碱中；但γ-Al2O3可溶于酸或碱。而市售的氧化铝往往为α-Al2O3，因此出现了课内的“异常”现象。

突发性事件恰恰为精彩的教学生成提供了可能。该教师利用这一生成式的问题，为学生创设了探究的情境，激发了学生强烈的好奇心，使其感受到了化学的神奇魅力。教师通过意料之外的问题解决，不仅促进了学生知识的获得、情感的满足以及和谐的成长，更重要的是自身得到了进一步的升华。

3.课外体验式探究性实验的开发

课外体验式基于前两种形式，在学生已经具备基本的探究能力时，超越教材中的教学内容，根据学生感兴趣的主题、生活中有趣的问题与社会紧密联系的话题等进行自主探究。从选题到探究过程都以开放的形式，由学生自行设计，教师主要起诊断、评价等作用。如学习酯类物质化学性质时，其中一个重要的反应就是皂化反应。“皂”是我们生活中非常重要的用品，学生可以根据学过的知识进行尝试性的皂类生产。

案例：我们居然可以自制香皂！

学生在学习完皂化反应后，非常惊讶地发现居然可以自制生活中每天都接触到的香皂。根据自身的兴趣，以香皂的制作为探究课题，设计了一套完整的实验过程，经教师修订，实验方案如下：（1）制皂基本原料：植物油、氢氧化钠、酒精、各种香料。（2）皂化反应：植物油溶解到酒精里，然后加一定量的氢氧化钠溶液搅拌，加热。（3）检验皂化程度：取出几滴试样放入试管，加入蒸馏水，静置若有分层现象，则皂化不完全。（4）盐析：粘稠液倒入热的饱和食盐溶液中，搅拌，静置，肥皂便盐析上浮，用纱布过滤。（5）入模与成型：将液态肥皂倒入各种模具，加入不同的香料。通风，放置数周，然后脱模成型供自用。

在课外体验式的探究中，学生进行大胆尝试，既建构了相应的学科知识，又锻炼了自己的实践能力，从而形成了良好的探究习惯。有研究表明，绝大多数的学生对于生活中的化学问题感知还是较为肤浅的，虽然他们认同化学与生活息息相关，但当举出具体的生活案例时，却仅局限于一两个众人皆知的生活常识，并且大多数学生并不能运用已有的学科知识，分析解决真实的生活问题[6]。

一言以蔽之，探究性学习方式能够改善学生对于科学及学习的态度，相较于传统学习方式，学生更加容易对科学产生兴趣、乐于探究，对学习持有更加积极的态度[7]。探究性学习关注的不止是知识、能力，更多的是态度、精神。因此，化学探究性实验教学应该融入到每堂课中，让学生在探究中学会发现问题、解决问题、建构知识，形成扎实的综合性科学素养。

参考文献

[1] 杜威.民主主义与教育[M].陶志琼，译.北京：中国轻工业出版社，2014.

[2] 吴晗清，马薇.化学实验教学原则新探[J].教学与管理，2013（7）.

[3] 陆绍闵.中外名人成功的启迪[M].济南：山东科学技术出版社，1992.

[4] 吴晗清.高中化学实验教学实践症结与对策探析[J].中国教育学刊，2013（2）.

[5] 北京师范大学无机化学教研室等.无机化学.上册[M].北京：高等教育出版社，2002.

[6] 吴晗清.肖美超.联系生活的化学教学研究[J].化学教学，2016（4）.

[7] Gibson H L，Chase C.Longitudinal impact of an inquiry based science program on middle school students' attitudes toward science[J].Science Education，2002，86（5）.

【责任编辑 郭振玲】