基于探究式教学模式的化学实验教学设计研究*

罗隹瑶，王晓军，李秋艳

(江苏师范大学化学与材料科学学院，江苏 徐州 221116)

《普通高中化学课程标准(2017版)》提出的核心素养之一“科学探究与创新意识”，要求学生认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动；能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究；勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新[1]。这就要求教师在教学过程中转换角色，以学生为主体，教师为主导，形成具有自身风格的能够激发学生创造性的化学教学艺术。

传统教育中的化学实验，主要是以教师讲授为主，实验为辅，还多为验证性实验，对探究性实验运用不多，忽视了学生探究学习的过程[2]。根据新课改的要求，教师应设计合理有效的探究性实验教学内容，充分调动学生对未知事物的好奇心和求知欲，提升学生的化学学科核心素养。那么教学中要如何发挥学生的主动性，使化学实验充满探究性呢？如何进行教学设计才能反映出课程标准的素养要求呢？因此本课题对探究式教学模式的化学实验教学设计进行研究。

1 探究式化学实验教学设计思路

科学的方法论和认识论以及科学观是学生进行探究学习的基本出发点。学生要以发展和辩证的眼光来看待科学，在探究学习中，教师要教育学生充分尊重现有知识，同时又要让学生明白科学知识的真正实质，科研史上的重大发现，理论的形成和发展是各种假说不断被提出、证实和证伪的过程。探究学习的理论基础主要有皮亚杰的认知发展理论、建构主义理论、布鲁纳的发现学习理论等。教育学里的很多教育理念和教育思想，例如终身学习理论、多元智力理论，也为探究学习的研究奠定了深厚的理论基础[3]。

在教学理论的指导下，接下来选择教学模式。教学模式可以定义为一种在某些思维理论或教学理论的指导下设定的具有一定的结构而且相对稳定的学习活动框架。国内外的教育学者按照不同的角度将其分为不同的种类，那么在探究式化学实验教学中可以采用哪种教学模式呢？

杜威的“做中学”教学模式，“做中学”注重面向全体学生，培养学生的科学兴趣和探究意识，主要有四个步骤：创设情境、学生假设、实验验证、交流讨论。抛锚式教学模式，旨在培养学生运用所学知识解决问题的能力，主要有五个教学环节：创设情境、抛锚定题、自主探究、交流讨论、意义建构。发现教学模式，以布鲁纳的发现教学思想为基础，发现教学模式的主要教学环节包括：提出问题、提出假设、分析整理、得出结论。此外还有学习循环模式、问题驱动模式、微项目式教学模式等，都适合于探究式实验教学[4]。

根据以上分析，我们知道探究式教学注重学生的参与，倡导以学生为主体，教师为主导的新型教学模式，鼓励学生开发思维、自主探究，引导学生将理论与实际相结合，提高自我分析问题、解决问题的能力。所以我们在进行教学活动设计时，应选择合适的教学模式，使课堂效益发挥到最大。实验探究教学的基本流程可以概括为：提出问题，猜想与假设，制定计划，进行实验，收集证据，解释与讨论，反思与评价，表达与交流。

2 探究式化学实验教学设计方案

化学教学设计是依据教学理论、学习理论，对教学过程的各要素进行科学、合理的优化安排。可分为课程、学段、单元和课时教学设计四个层次。以课时教学设计为例，探究式化学实验教学设计，主要包括学情分析、学习任务分析，依据课程标准及相关分析，确定教学目标及教学重难点，选择合适的教学模式及教学方法，重点进行教学过程设计，最终形成课时教学设计方案，简称教案。同时要注意教案与教学课例的区别，教案是教师还未上课时，进行备课而写成的教学设计方案，一般要写明教师活动、学生活动、设计意图等，不需要记录学生所说的话。而教学课例是教师上完课之后为进行教学反思与交流而写就的课堂教学实录，要详略得当的记录教师与学生的对话及活动。

2.1 探究式化学实验教学设计案例一

以人教版高中化学必修第二册实验活动7“化学反应速率的影响因素”为例[5]，探究式课时教学设计方案如下。

2.1.1 实验教学目标

(1)理解并巩固化学反应速率的概念，探究反应物浓度、反应温度对化学反应速率的影响。

(2)体验控制变量法在化学实验中的应用。

(3)理解改变反应条件可以调控化学反应的速率。

2.1.2 教学过程设计

教学环节(1)浓度对化学反应速率的影响

教师引入：复习化学反应速率的概念，介绍硫代硫酸钠与酸的反应，向硫代硫酸钠溶液中加入稀硫酸，生成的硫使溶液变浑浊。

Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O

问题的提出：反应物浓度、温度对反应速率有何影响？

学生提出假设：浓度越大，反应速率越大，温度越高，反应速率越大。

教师引导：如何验证假设？

学生设计实验：依据所给的实验用品，学生设计实验，首先探究反应物浓度对反应速率的影响。

教师引导：通过测定溶液出现浑浊的时间不同，确定反应速率的快慢。讲解具体的操作，用黑色记号笔在白纸的适当位置画“+”，要求粗细、颜色深浅一致。将带“+”的白纸衬在试管的背部，以硫代硫酸钠溶液与稀硫酸溶液混合时开始计时，至浊液将“+”刚刚覆盖完全为止，记录反应时间，判断反应速率的大小。

学生进行实验：根据设计方案，学生实验，记录实验数据。

学生交流讨论：得出结论：反应物浓度越大，反应速率越快。

教学环节(2)温度对化学反应速率的影响

学生设计实验：依据所给的实验用品，学生探究反应物温度对反应速率的影响。

教师引导：教师讲解注意事项，两支试管中的溶液要分别恒温5分钟左右，然后继续操作。

学生实验：根据设计方案，学生进行实验，比较两支试管出现混浊的快慢，记录实验数据。

学生交流讨论：得出结论：反应物温度越高，反应速率越快。

设计意图：通过提出问题，引发学生思考，并提出个人的假设，然后引导学生通过所给实验药品，进行实验设计，通过证据推理，验证自己的假设，然后同学互相交流讨论，得出结论，使学生体验实验探究的流程与方法。

2.2 探究式化学实验教学设计案例二

以苏教版高中化学必修第二册“化学能与电能的转化”单元，学生必做实验“化学能转化为电能”为例[6]，探究式课时教学设计方案如下：

2.2.1 实验教学目标

(1)通过铜锌稀硫酸原电池探究活动，发展证据推理、模型建构能力，提升科学探究能力。

(2)运用原电池模型，认识原电池工作原理、反应本质与能量变化、组成要素，发展对化学理论模型的认识水平。

(3)基于原电池模型，开展探究活动，认识化学学科价值，增强社会责任感、创新意识。

2.2.2 教学过程设计

教师引入：前面我们已经学过，化学能可以和热能相互转化，那么化学能可以和电能相互转化吗？早在200多年前，就有一位伟大的物理化学家伏打实现了化学能和电能的转化。接下来我们就体验一次科学探究的过程。首先请同学们利用老师给大家提供的试剂和材料完成以下实验。并思考化学能转化成电能的必要条件是什么。

学生实验一：把一片锌片和一片铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。

学生实验二：把一片锌片和一片铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。

学生观察：锌片表面有大量气泡，锌片逐渐溶解，铜片表面无现象。并尝试写出反应的离子方程式。

学生实验三：将实验二中的锌片和铜片用导线连接起来，观察实验现象。

学生观察：锌片表面仍有较多气泡，铜片表面也开始生成气泡。

教师引导：锌片表面仍有气泡，是由于锌片与稀硫酸反应速率较快引起的，原因会在后面进一步解释。科学探究的第一步就是提出问题，铜表面生成的是哪种气体？

学生假设并验证。

教师提出问题：经验证该气体是氢气，那么请同学们思考，氢气是铜和稀硫酸反应生成的吗？

学生假设并验证。

教师继续提出问题：通过称取反应前后锌片的质量来确定是锌片和稀硫酸发生了反应，所以铜片表面的氢气不是铜和稀硫酸反应生成的。那么导线的作用是什么？

学生假设并验证。

学生实验四：将实验3中的导线中间连接一个灵敏电流计。观察到灵敏电流计的指针偏转，通过指针偏转的方向说明是锌失去电子通过导线传递到铜片上，形成电流。故氢离子在铜片上得电子，生成氢气。

教师总结：科学探究的最后一步就是得出结论，像这种可以将化学能转变成电能的装置称为原电池。锌片表面出现较多气体，原因是多方面的，锌片不纯，锌片内部会形成很多微电池，锌片本身与酸发生较快的化学反应等都会导致表面产生较多气体。后面我们会进一步学习设计双液电池，就可以解决这个问题。

教师提问：现在我们知道化学能转化成电能需要由原电池来完成，你能总结出构成原电池的必要条件有哪些吗？

学生总结：需要电解质溶液；需要形成闭合回路；电极材料活泼性需要不同。

设计意图：通过四个学生实验，一步步的引导学生探究发现组成原电池的必要条件，每一个实验的进行，都有其特定的目的存在，不断的进行实验，不断的发现问题，提出问题，做出假设，设计新的实验，验证我们的假设，这正是探究式实验的必要流程。

3 结 语

新课程标准倡导学生进行探究式学习、合作学习，注重探究性化学实验在提高学生科学素养方面的重要作用，这就要求我们在教学中要转变思想，从如何教转变为如何以学生为中心学去发现问题、探究问题，反思学生实验能力不强的原因何在，怎样通过合适的教学设计、教学实践，大面积提高教学质量，提高化学演示实验、探究实验的教学效果，提高学生学习化学的动机和兴趣。探究式教学的基本流程可以概括为：提出问题，猜想与假设，制定计划，进行实验，收集证据，解释与讨论，反思与评价，表达与交流。当然并非所有的实验教学，都适合使用探究式教学模式，教师在实践教学中要学会根据教学目标和教学内容，根据学生的年龄特征和教师自身的特点，选择能够激发学生学习兴趣的教学模式，遵循正确的教学观，克服单一教学模式的局限，综合运用各种教学模式、教学方法、教学策略，在模仿中进行创新，努力钻研课程标准中的设计思想及实施建议，努力创设与生活相关的真实问题情境，做好教材分析，学情分析，制定合理的教学目标，精心做好教学过程设计。在课堂教学中注重引导学生质疑、探疑，帮助学生提高分析问题和解决问题的能力，真正实现由学科知识到能力素养的转化。