初中化学探究序言课的教学现状与实践

刘东方 徐 岩 张英红

一、问题的提出

《义务教育化学课程标准（2011年版）》和《义务教育化学课程标准（2022年版）》都强调科学探究是化学课程的核心培养目标之一。现行各版本义务教育化学教科书对科学探究的学习都进行了整体规划，并在第一章专门设计了探究序言课，用于引导学生走进科学探究。例如，《怎样学习和研究化学》（上海教育出版社）、《化学是一门以实验为基础的科学》（人民教育出版社）以及《体验化学探究》（山东科技出版社）都是在明确化学研究对象的基础上，以体验和理解科学探究为教学目标的序言课。目前，关于化学探究序言课缺乏系统的研究，探索初中化学探究序言课的教学现状以及应如何开展是本文的核心任务。

二、化学探究序言课的教学功能

化学探究序言课主要有三方面教学功能：一是引领学生体验科学探究全过程。通过对具体物质的研究，体验和认识科学探究的意义和步骤，为进一步建立探究思路、深入发展探究能力奠定基础。二是点燃学生的探究学习兴趣。通过让学生亲手完成实验，满足好奇心，进一步产生新的探究愿望，发现化学探究的乐趣。三是充分让学生感受到自身成为探究学习的主体。通过自主提问，在教师辅助下实现独立探究，在解决问题中建立自信、实现自我，体现“学生主体”的化学探究教学理念。

三、初中化学探究序言课教学现状

在“一师一优课”国家教育资源公共服务平台上，搜索2015—2018年初中化学探究序言课，共收集到28 节教学视频。通过分析，可以将化学探究序言课的教学设计分为三种类型：①“知识讲授与简单实验”型。这一类教学没有探究环节，主要讲授“镁的性质”“蜡烛燃烧现象”“呼出气体与吸入气体性质”等基础知识，通过教师演示或分组方式完成指定实验操作。例如：首先，根据导学案给定的方案，分组完成蜡烛燃烧实验；其次，汇报实验现象，总结实验结论；最后，教师进行知识小结，将科学探究的基本步骤作为知识点呈现。②“局部探究”型。这一类教学初步体现探究教学意识，引导学生针对某一个或几个环节开展局部探究。由于环节不够完整，没能形成完整的探究思路。在这类教学中，还存在个别教师将高于学生认知水平的“探究影响化学反应速率的因素”放入本节课的情况，使学生对化学学习产生畏难心理。③“全程体验，形成探究思路”型。充分引导学生体验科学探究全过程，既讲授科学探究要素知识，又带领学生体验每个探究要素在研究过程中如何应用，使学生初步形成探究思路。每一类型教学设计所占比例如表1 所示：

表1 化学教师探究序言课的教学设计类型及所占比例

不难发现，66%的教学设计将科学探究与基础知识相互割裂，看似通过学生参与实验激发一定的学习兴趣，实际上依旧局限于简单的“照方抓药”，忽视化学学科思维方法的培养；27%的教学设计能指导学生局部探究；仅有7%的教学设计能全程带领学生体验探究过程。由此可见，引领学生体验和理解科学探究这一教学目标的落实还不尽如人意。

四、化学探究序言课教学设计与实施

为深入探索初中化学序言课的教学设计，本文选取上海教育出版社《义务教育化学教科书》中第一章第2 节“学习化学需要进行科学探究”内容开展教学研究。

（一）教材分析

这一课时包含的教学内容是：第一，镁的性质知识。第二，在经历镁的性质探究过程中，形成物质性质探究的一般思路。该思路主要是：①提出关于物质镁要研究的问题。②对镁的性质进行猜想，包括颜色、状态、气味、硬度和导电性等物理性质；能否燃烧、能否与酸反应等化学性质。③制定实验方案，选择具体试剂和恰当的反应条件开展实验，验证猜想。④通过实验现象得出结论，归纳并交流镁的性质。在上述研究过程中充分理解和体验科学探究，掌握探究的一般思路，将为后续围绕氧气、二氧化碳、金属等开展物质性质研究、物质制备、物质分离与提取、物质检验等探究任务奠定方法论基础。

（二）学情分析

在小学科学和初中生物学、物理等学科的学习中，学生初步学习过科学探究，初步了解实验对于科学发展和学习的重要作用，但是尚未形成成熟的科学探究基本思路，特别是面对新开设的化学学科，缺少对化学理论及实验学习的心理准备和基本技能准备，学习化学探究基本思路等理论性知识存在困难。

（三）教学目标

依据初中化学探究序言课的功能，结合教材分析和学情分析，确定了本节课的三个教学目标：①初步了解镁的物理性质和化学性质。②通过“镁的性质”探究，自主提出问题，初步体验化学探究的全过程。认识到探究是化学学习的重要方法，了解化学探究的程序性知识，初步形成探究物质性质的一般思路。初步将物质性质探究的一般思路加以迁移应用，面对陌生物质性质研究时，能提出初步的探究设想。③初步形成主动参与的意识，乐于合作与交流。

（四）教学流程与实施过程

本节课主要包括三个教学环节，每个环节及其设计意图如下：

1.通过“烟花表演”创设情境，引导学生提出并归类问题，介绍科学探究的基本步骤。这一环节有四个设计意图：①创新情境，以真实生活素材引发学习兴趣；②通过自主提问，独立思考，主动提出具有探究价值的问题，认识到科学探究从问题开始；③将问题归类，引导学生建立知识结构，理解研究物质主要从物质构成、物理性质、化学性质、物质用途等角度着手；④总体介绍科学探究的基本步骤，为后续具体应用作铺垫。

2.应用科学探究学习镁的性质，初步体验探究过程。这一环节有四个设计意图：①掌握镁的性质具体知识，即状态、颜色、硬度、导电性、镁的燃烧和镁与醋酸反应。②体验科学探究。依次探究镁的物理性质和化学性质，让学生反复经历“形成假设、小组设计并实施实验方案、观察现象获取证据、形成结论”的环节，不断外显对科学探究过程的体验与理解，认识到上述过程对科学探究的意义，体会合作与交流的重要作用。③通过镁的实验探究活动，初步学习研究物质性质的一般思路与基本方法。④体现学生主体。在上述环节中，学生自主提问、假设、设计、实施、交流，彰显了化学教学的学生主体性理念。

3.回顾探究过程，反思体会与收获。这一环节让学生总体回顾，一方面，全面复习并理解物质性质包括物理性质和化学性质，记忆镁的性质基本知识；另一方面，理解科学探究的基本步骤，知道可以从物质的组成、变化和用途等视角认识物质性质，初步形成物质性质探究的一般思路。具体教学流程如图1 所示。

图1 化学探究序言课的教学流程

为检测教学设计效果，在辽宁省一所初中九年级1 班进行实践。该班级共34 名学生，教学时分为8 个小组，每组4～5 人。具体教学过程如下：

【教学环节一】创设情境，提出问题，介绍科学探究基本步骤。

上课伊始，教师播放“烟花表演”视频，展现了色彩缤纷的烟花。同时向学生介绍烟花炫彩的原因是加入了金属镁和其他一些物质，从而在燃烧时产生绚丽夺目的色彩和闪光耀眼的效果。接下来：

［教师布置任务］每个小组的实验盒中都有一根镁条，请各组仔细观察并讨论：对于镁条，你们想研究的问题是什么？

小组讨论中，教师深入小组，鼓励每个学生参与其中。讨论结束后，各小组提出如下问题：小组1，我们想知道它能不能导电？小组2，能不能燃烧？小组3，它是纯净物还是混合物？小组4，它能与什么物质发生反应？小组5，能不能生锈？有什么用途？小组6，导热性如何？小组7，它是什么颜色的，是否有光泽？小组8，它的硬度如何？

教师又进一步引导学生将上述问题归类，并最终分为四类：（1）镁的物理性质，包括：①颜色，②硬度，③导电性，还有大家没提到的——④状态。（2）镁的化学性质：①能否燃烧，②能否生锈，③能与什么物质发生反应。（3）在生活中的用途。（4）物质组成：纯净物还是混合物。基于此，教师明确这节课要重点研究前三类问题。

为解决上述问题，教师以讲授方式介绍了科学探究过程。教师强调：我们要以实验为基础，利用科学探究的方法来解决问题，包括提出问题、猜想与假设、制订方案、进行实验、收集证据、得出结论。同时将内容写在黑板上，为下一步开展探究活动提供指导。

【教学环节二】探究镁的性质，初步体验科学探究过程。

教师引导学生运用上述科学探究基本步骤解决提出的前三类问题。

［探究活动1］探究镁的物理性质：状态、颜色、硬度、导电性

（1）探究镁的状态和颜色

教师提出问题：请同学们观察每组实验盒里的镁条，它的状态和颜色是怎样的？

学生略加观察和思考，给出如下答案：学生1，固态、银白色；学生2，固态、黑色。

听到学生给出不同答案，教师又问：大家看到了不同的颜色，猜想一下镁条应该是什么颜色？

学生3：我猜想镁条应该是银白色的。

教师追问：那黑色的物质是什么，你们又怎样猜测？如何证明你们的猜测？

带着教师提出的问题，各小组进入了探究过程。首先，学生猜想黑色的物质可能是生的锈；其次，为验证猜想，依据现有工具，想到用砂纸打磨镁条，观察内部颜色；再次，通过观察，发现镁条是银白色的，有金属光泽，从而证明猜想是正确的。

（2）探究镁的硬度

解决了镁的状态和颜色问题后，教师又提出新的任务：请猜想镁条的硬度如何，小组讨论设计方案，证明你的猜想。

在各小组研讨后，给出了两种猜想和设计方案。

小组3 汇报：我们猜想硬度大，因为常见的金属都很硬，比如铁。

小组8 汇报：我们猜想镁条硬度小，设计的实验方案是：用手去折镁条，看镁条是否容易被折弯。我们小组通过实验发现镁条易弯曲，甚至被折断，说明镁条硬度小。

（3）探究镁的导电性

教师提问：大家认为镁条可以导电吗？说出你的猜想，并说明如何去验证你的想法。

学生4：我认为能导电，可以把镁条连接到闭合电路中，看小灯泡会不会亮。

教师对学生4 的猜想和实验设计给予充分肯定。然后向学生展示了镁条连接电路的实验视频。观看视频后，教师请学生总结结论。

学生5：从实验中可以看到，小灯泡亮了，说明镁条可以导电，具有导电性。

［探究活动2］探究镁的化学性质

（1）探究镁的可燃性

教师提出任务：关于镁的化学性质，我们首先探究镁的可燃性。请同学们猜想镁条是否可以燃烧，然后小组讨论，共同设计方案，证明你的猜想。

小组讨论结束后，各小组进行汇报。

小组6：我们猜想镁条不能燃烧，因为我们没有见过金属燃烧。

小组7：我们猜想镁条能燃烧。把镁条点燃试一试，看能否燃烧。

小组1：用镊子夹住镁条的上端，点燃酒精灯，把镁条的下端对准酒精灯，点燃镁条，观察实验现象。

教师对各小组的研讨成果给予肯定和表扬。同时也指出了实验方案的描述不够详细和规范，并提出了完善建议：取一段打磨好的镁条，用坩埚钳夹持，用酒精灯外焰加热，当镁条开始燃烧时，移到石棉网上方，观察实验现象。

依据完善的实验方案，教师要求学生观察自己的实验操作过程并归纳实验结论。实验结束，请学生6 进行归纳，得出结论：镁条燃烧发出耀眼的白光，放出大量热，生成白色固体，说明镁条能够燃烧。

（2）探究镁与醋酸反应

教师进一步提问：镁条还能与其他物质发生反应吗？请大家看一看实验盒里还有什么试剂？你能提出什么问题？

学生8：实验盒里还有醋酸，我的问题是：镁是否能与醋酸发生反应？

教师请学生猜想，然后小组讨论设计方案，实验证明猜想。

小组讨论结束后，教师再一次引导学生规范描述实验方案，请学生8 回答。

学生8：取一段打磨好的镁条于烧杯中，向烧杯中加入少量的醋酸，观察实验现象。

此后，教师请小组4 汇报实验情况。在教师的帮助下，小组4 得出结论：实验现象是有气泡产生，有白烟生成，放出大量热，镁能与醋酸反应。

（3）知识迁移，探索应用

教师：请同学们想一想，镁在生活中还有哪些应用。

学生9：因为镁燃烧发出耀眼的白光，所以可以做成闪光弹，用来照明。

学生10：还可以做成烟花，供人欣赏。

最后，教师补充：由于镁的化学性质，它可以用来照明；还可以用于生产建筑材料防火板、通风管道和大棚支架；还能用于生产工艺品，如花盆、壁挂、镜框、公园桌椅、花园饰品等。

【教学环节三】回顾科学探究过程，反思体会与收获。

在本环节，教师邀请3 名学生汇报了本节课的学习收获。

接下来，教师对镁的探究完整过程进行了总结：①围绕镁提出了诸多想要研究的问题；②对问题进行合理猜想；③为了检验猜想是否成立，进一步设计实验方案；④教师依据方案演示实验或学生小组合作进行实验；⑤观察实验现象，收集证据；⑥根据现象得出实验结论。我们就是按照这样的步骤完成了科学探究。

我们按照科学探究的基本步骤，一起认识了镁的物理、化学性质。研究金属物质的物理性质可以从颜色、状态、硬度、导电性等角度展开；研究金属物质的化学性质可以从能否燃烧、是否与酸反应等角度展开。

（五）教学效果检测

1.测试工具的开发。为了检验本节课的教学效果，开发并实施了课后学生测试。测试题总分50 分，分别从孤立—系统的水平维度考查镁的性质基础知识、科学探究基础知识、镁的性质探究思路、陌生物质性质探究思路。例如，考查科学探究基础知识的试题为“1 元硬币的外观有银白色金属光泽，同学们认为它可能是铁制的。在讨论时，有同学提出‘可以用磁铁来吸引’。就‘拿来磁铁吸引硬币’这一过程而言，属于科学探究中的：A.假设；B.实验；C.观察；D.做出结论”。考查陌生物质性质探究思路的试题为“根据所学习的镁的性质探究过程，请写出探究金属铝性质的基本步骤”。测试内容与水平维度具体如表2 所示。发放测试卷34 份，回收34 份，回收率和有效率为100%。

表2 测试内容与水平维度

2.测试结果。将每个考查点平均分折合为百分制，如表3 所示，“镁的性质”基础知识得分为74 分，“科学探究”基础知识得分为79 分，探究“镁的性质”的思路得分为78 分，探究“陌生物质的性质”的思路得分为63 分。总体来看，本节课教学目标基本达成。

表3 课后测试得分情况

同时，也发现学生对科学探究的认识、理解和应用还存在很大的提升空间：①26%的学生对镁的认识不足，其中15%的学生对镁条燃烧的实验现象未能形成清晰认识，11%的学生没有掌握镁粉的用途；②21%的学生不能区分“作出假设”和“进行实验”的意义；③20%的学生还没有形成“镁的性质”的探究思路；④一半的学生还不能将形成的物质性质探究思路加以迁移应用，其中包括12%的学生不会设计完整实验方案，20%的学生不会预设实验现象，18%的学生不能提出探究问题。可以看出，初中生科学探究能力的培养任重道远。

五、实践反思

回顾本节课的教学过程，有以下两个突出特征：1.以“总—分—总”的教学结构引领学生认识与体验科学探究。首先，引导学生自主提出关于镁要研究的问题；其次，总体介绍科学探究的基本步骤以及每一步所要完成的任务；再次，引导学生逐一研究他们提出的问题，即引导学生反复经历“形成假设、设计方案、小组实验、归纳结论”等探究活动；最后，又一次总体回顾科学探究的步骤。2.学生主体性在教学全程都得以充分体现。从提出问题到每个问题的解决，充分发挥学生的能动性和创造性，增强了学生对化学探究学习方式的体验。

从教学效果的测试情况看，以具体物质的性质为载体，遵循上述特征的探究序言课教学设计，不仅能学习镁的性质基本知识，也形成了科学探究的一般思路，为学生后续开展深入的科学探究奠定基础。

结束语：虽然学习科学探究不是一蹴而就的，需要一个较长的训练过程，但是有效的初中化学探究序言课的设计与实施是学生初中化学探究之旅的良好开端，应给予高度重视。