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课程改革的实效性从根本上取决于课程的实施环节。近年来,化学教学改革积累了不少成功的经验,但就总体而论,化学教学中重教轻学、学生被动学习的问题仍没有得到根本解决,教师的主导作用与学生的主体地位脱节的现象还较严重。新课程标准和教材突出了对学生素质的全面培养,强调学生亲历观察、实验、调查、查阅、合作、设计、竞赛、讨论和撰写等各种有意义的学习活动,以获得体验、建构知识和发展能力;突出了教学的个性化、多样化、综合化,尤其是在教学方法上,强调了科学探究。笔者在平时的教学过程中,对探究式教学模式进行了实践,成文如下。
探究式教学法教学可用下面的循环式流程图表示。
一、整合信息,设置情境,营造有利于探究教学的环境
教师提供预先精心设计的具有诱惑性的问题材料或其他感性材料,使学生在欲答不能、欲罢不休的状态下产生期盼的心理,继而大脑开始兴奋,思维开始激活并启动。学生因此而自发地进入探索和研究的科学发现的模拟阶段。
教师可根据教材中的现成結论和化学史上发现此结论的过程,按科学研究的思路,将教材的内容加以改造和编制使其成为学生逐步学习和探索的一种途径。具体方法如下。
1. 还原
教师通过一定的语言叙述(如化学史介绍)和化学实验等手段营造一种氛围,使学生“回归”到课本中的结论得出以前的那种状态,也就是与科学家刚开始研究的那种状态一样。把学生带到科学发现的年代,使学生感受与科学家当时同样的“刺激”。教师还应引导学生由一个被动的接受者角色变为主动探索和研究的“小发明家、小科学家”的角色。这一角色变换非常重要,学生与当时科学家的心理状态越接近,获得相近成果的可能性就越大。现行教材大多省略了科学发现的历史情境,教师应将化学知识重新纳入一定的历史情境之中,将课本知识还原为发现这一知识的历史过程。
2. 缩短
化学发现往往是经历了一个漫长的历史岁月,教师应将化学发现的漫长过程加以浓缩剪辑,使其成为一条捷径,让学生在短时间内走完科学家多年才走完的路程。
3. 平坡
将坡度较陡的原发现过程通过设置台阶使坡度减缓,让学生跳几跳就能摘到果子。
4. 精简
科学发现大多经历了曲折的过程,有的甚至在一定时期内误入迷途。教师应尽量对这些科学发现过程中的非主流因素予以精简,也可适量留有一些思维岔道,借以训练学生的思维品质和心理素质。
二、循序渐进,逐步深入,开展探究活动
这一阶段是探究教学法的中心阶段,教师逐步引导学生从科学发现的开始(发现问题或提出问题)走向科学发现的结束(解决问题或得出结论)。学生是探究教学法的主体,学生通过积极主动的研究来获取知识;教师是探究教学法的主导,发现学生的思维偏差,随时进行调整和纠正,将学生的思维引入科学研究的“正路”。引导学生探究的方法很多,下面略举两例。
1. 重现化学史上的重大发现
对于一些化学史上的重大发现案例,经过教师的预处理在课堂上让学生重新演绎一次。例如“元素周期表”“苯的分子结构”等的教学就可用此法。
案例1:“元素周期表”的教学,重现历史上门捷列夫的“化学独人纸牌游戏”。
史实介绍:门捷列夫对元素分类所采用的“研究与试探”方法是一种被称作“化学独人纸牌游戏”的方法。他把当时已知的63种元素的相对原子质量、主要性质以及化合物的化学式写在一张厚纸片上,一种元素一张纸片,然后进行比较和排列。
课堂操作:让学生课前准备18张硬纸卡片,在介绍原子序数等概念后,要求学生设计1~18号元素的“元素卡”,“元素卡”形式(示例)如下:
要求学生将“元素卡”按原子序数由小到大的顺序排列成横行,观察最外层的电子数、主要化合价的变化情况,学生就可以得出:每经过一定数目的元素,元素性质的变化又会出现与前面元素相似的性质变化,也就是呈现周期性变化。得出元素周期律及其实质后,再要求学生将“元素卡”按一定规律进行分类排列,并说明排列的依据和理由,这样就引导学生得出“元素周期表”。
2. 模拟科学发现的思路
有时课本中的知识在化学史上不一定有相应的发现或发明的案例,在这种情况下教师可将课本知识根据科学发明或发现的某种思路进行设计和编制,让学生对科学发现的思路进行模拟。
案例2:在“铁的钝化”的教学中,为了让学生亲眼“看见”铁表面的钝化膜,可模拟科学发现的另一重要思路:提出问题→对问题进行分析→实验事实→科学抽象→得出结论。
(1)提出问题:在浓H2SO4中被钝化的铁表面是否真的存在一层氧化膜?
(2)对问题进行分析:①如果铁的表面没有氧化膜,必能从铜盐溶液中置换出铜;②钝化后的铁,如果表面有一层氧化膜,必不能从铜盐溶液中置换出铜;③如果钝化后的铁,仅是表面生成一层氧化膜,则将表面氧化膜破坏后,内层的铁必能从铜盐溶液种置换出铜。
(3)实验事实:根据上述分析,设计实验如下:取一铁片用砂纸打磨至光亮浸入浓H2SO4中约10分钟(可在课前完成)。取出洗净,在铁片上滴几滴CuSO4溶液,再在铁片上覆盖一张浸润CuSO4溶液的滤纸,用锋利的小刀划破滤纸,在铁片上留下划痕,过一段时间取下滤纸发现划痕呈红色。
(4)科学抽象:对上述实验事实进行抽象概括。
(5)得出结论:铁遇浓H2SO4被钝化,表面生成一层致密的氧化膜。
三、反思提高,锻炼思维,养成评估的好习惯
探究过程是否科学合理,得出的结论是否正确,要经过反思评估来检验。评估的过程是检查和思考探究计划的严密性、证据收集的周密性、解释的科学性并对结论的可靠性作出评价的活动。因为缺少评估环节并不影响结论的得出(探究活动的结论有时可能不科学甚至错误)和探究报告的完成,所以往往不引起学生的重视。其实,对所做工作进行评估的习惯和意识是科学素养的重要组成部分,是科学探究中必不可少的环节。只有适时地评估反思、去伪存真,才能保证科学探究过程的正确性以及结论向真理靠近。
但是,学生常常不知道如何去进行评估,因此教师需在具体的方法上对学生进行指导。一般来说可以从以下几个方面进行。(1) 根据已有的知识和经验进行判断和推理。如:与已知正确结论相矛盾,数据本身存在缺陷,推理过程的逻辑错误,实验存在问题或证据的来源不可靠等。(2)根据生产实际和生活常识进行评估。(3)通过集体或与他人的合作去检查计划的疏漏、不足,以便共同提高。如通过讨论、答辩、互查等方式。
案例3:在进行普通高中课程标准实验教科书《实验化学》(苏教版)专题2课题1“铝及其化合物的性质”的教学中,学生根据教材的实验要求 “将一块擦去氧化膜的铝片放入2mL0.5mol·L-1CuSO4溶液中,观察铝片表面的现象”进行实验时,发现实验现象与预期差距较大:前半分钟无明显现象;1分钟后铝片表面有极少量气泡;5分钟后铝片表面有少量气泡逸出,边缘有少量红色物质析出。
事后组织学生对这一异常现象进行了讨论:从实验预期现象→实际现象原因讨论→设计新实验方案→新实验现象→现象原因再讨论→结论。
(1)实验预期现象:铝片表面有大量红色物质析出,并可能有气泡逸出(Cu2 水解)。
(2)实际现象原因讨论:通过讨论大家认为可能是铝片表面的氧化膜未擦去。
(3)新实验方案:将铝片浸在NaOH溶液中直至有大量气泡产生,然后将铝片取出用蒸馏水冲洗干净后,将其浸入到2mL0.5mol·L-1CuSO4溶液中。
(4)新实验现象:前半分钟无明显现象;1分钟后铝片表面有极少量气泡,边缘有极少量红色物质析出;5分钟后铝片表面有少量气泡逸出,边缘有少量红色物质析出。
(5)现象原因再讨论:有同学说:“可能是其他原因,我曾在一道题目中看到,相同的铝片与同H 离子浓度的盐酸和硫酸反应,反应速率不一样,铝片与盐酸反应快。所以,会不会与SO42-、 Cl-离子有关呢?”大家七嘴八舌地讨论起来。
(6)将一块擦去氧化膜的铝片放入2mL0.5mol·L-1
CuCl2溶液中。
(7)半分钟后有大量红色物质析出,并有大量气泡产生,且反应不断加快,溶液几近沸腾,1分钟后铝片反应殆尽,试管中析出大量蓬松的红色物质。
(8)结论:铝片与铜盐溶液反应的速率、现象与SO42-、Cl-等阴离子有关。(至于到底如何影响,还可做进一步探究)
评估是科学探究的一个重要环节,而评估的意识是一种重要的科学品质。因此,在探究活动之外的其他教学活动中也应该体现评估的意识,如平时作业中,解题之后应检查反思解题的过程、整理解题的思路、总结解题的方法等。
四、信息迁移,应用提高
学习者获取知识、完善自己的认知结构,整合迁移环节是不可少的。教师要再创教学情境,启发学生整合知识,反思探究过程和方法;变换问题角度与方式,将结论迁移运用于不同的场合,增强思维的发散与集中,以达到认知完全的意义建构。将所学知识应用于问题解决的过程,可以通过练习,也可以通过解决某个生产生活中的具体问题,以便所学知识能更牢固地纳入学生自身的知识结构之中。同时,这一阶段也是对能力进一步强化的阶段。教师可以再创一个学生力所能及的与课堂中的“模拟过程”相近的探索情境,让学生参与设计、探究,以使学生能够灵活应用所学知识。
案例4:在学习了Fe3 和Fe2 的性质后,对“市场上缺铁性贫血的补血剂的成分”进行了探究。其过程是:信息迁移→提出观点→设计实验方案→实验事实→完善知识建构。
(1)信息迁移:Fe3 能与SCN-反应显红色;而Fe2 不能,但Fe2 能被氯水、硝酸、过氧化氢等氧化剂氧化成Fe3 。
(2)提出观点:观点1:补血剂的成份是Fe3 ;观点2:补血剂的成份是Fe2 。
(3)实验方案:取适量补血剂配成溶液后,滴入几滴KSCN溶液。若显红色,则为Fe3 ;若不显红色,再滴加少量氯水或稀硝酸等氧化劑,溶液显红色,则为Fe2 。
(4)实验事实:补血剂的成分是Fe2 。
(5)完善知识建构:在将所学知识应用于解决实际生活问题的同时,也加深了对Fe3 和Fe2 的性质及转化的理解。
总之,探究式教学法注重在过程中获得新知和发展能力,注重收集证据及由证据到结论的推理与思维,注重交流合作,注重形成性评价和学生自我评价。这种教学方法符合学生的认知规律,从形象思维到逻辑思维,从感性认识到理性认识,它更强调了学习的过程,通过学生的亲身体验来掌握概念和规律。在探究活动中,学生情绪饱满,求知欲旺盛,课堂气氛活跃,积极性、主动性得以充分发挥,有利于发展学生的个性,开发学生的潜能。
探究式教学法教学可用下面的循环式流程图表示。
一、整合信息,设置情境,营造有利于探究教学的环境
教师提供预先精心设计的具有诱惑性的问题材料或其他感性材料,使学生在欲答不能、欲罢不休的状态下产生期盼的心理,继而大脑开始兴奋,思维开始激活并启动。学生因此而自发地进入探索和研究的科学发现的模拟阶段。
教师可根据教材中的现成結论和化学史上发现此结论的过程,按科学研究的思路,将教材的内容加以改造和编制使其成为学生逐步学习和探索的一种途径。具体方法如下。
1. 还原
教师通过一定的语言叙述(如化学史介绍)和化学实验等手段营造一种氛围,使学生“回归”到课本中的结论得出以前的那种状态,也就是与科学家刚开始研究的那种状态一样。把学生带到科学发现的年代,使学生感受与科学家当时同样的“刺激”。教师还应引导学生由一个被动的接受者角色变为主动探索和研究的“小发明家、小科学家”的角色。这一角色变换非常重要,学生与当时科学家的心理状态越接近,获得相近成果的可能性就越大。现行教材大多省略了科学发现的历史情境,教师应将化学知识重新纳入一定的历史情境之中,将课本知识还原为发现这一知识的历史过程。
2. 缩短
化学发现往往是经历了一个漫长的历史岁月,教师应将化学发现的漫长过程加以浓缩剪辑,使其成为一条捷径,让学生在短时间内走完科学家多年才走完的路程。
3. 平坡
将坡度较陡的原发现过程通过设置台阶使坡度减缓,让学生跳几跳就能摘到果子。
4. 精简
科学发现大多经历了曲折的过程,有的甚至在一定时期内误入迷途。教师应尽量对这些科学发现过程中的非主流因素予以精简,也可适量留有一些思维岔道,借以训练学生的思维品质和心理素质。
二、循序渐进,逐步深入,开展探究活动
这一阶段是探究教学法的中心阶段,教师逐步引导学生从科学发现的开始(发现问题或提出问题)走向科学发现的结束(解决问题或得出结论)。学生是探究教学法的主体,学生通过积极主动的研究来获取知识;教师是探究教学法的主导,发现学生的思维偏差,随时进行调整和纠正,将学生的思维引入科学研究的“正路”。引导学生探究的方法很多,下面略举两例。
1. 重现化学史上的重大发现
对于一些化学史上的重大发现案例,经过教师的预处理在课堂上让学生重新演绎一次。例如“元素周期表”“苯的分子结构”等的教学就可用此法。
案例1:“元素周期表”的教学,重现历史上门捷列夫的“化学独人纸牌游戏”。
史实介绍:门捷列夫对元素分类所采用的“研究与试探”方法是一种被称作“化学独人纸牌游戏”的方法。他把当时已知的63种元素的相对原子质量、主要性质以及化合物的化学式写在一张厚纸片上,一种元素一张纸片,然后进行比较和排列。
课堂操作:让学生课前准备18张硬纸卡片,在介绍原子序数等概念后,要求学生设计1~18号元素的“元素卡”,“元素卡”形式(示例)如下:
要求学生将“元素卡”按原子序数由小到大的顺序排列成横行,观察最外层的电子数、主要化合价的变化情况,学生就可以得出:每经过一定数目的元素,元素性质的变化又会出现与前面元素相似的性质变化,也就是呈现周期性变化。得出元素周期律及其实质后,再要求学生将“元素卡”按一定规律进行分类排列,并说明排列的依据和理由,这样就引导学生得出“元素周期表”。
2. 模拟科学发现的思路
有时课本中的知识在化学史上不一定有相应的发现或发明的案例,在这种情况下教师可将课本知识根据科学发明或发现的某种思路进行设计和编制,让学生对科学发现的思路进行模拟。
案例2:在“铁的钝化”的教学中,为了让学生亲眼“看见”铁表面的钝化膜,可模拟科学发现的另一重要思路:提出问题→对问题进行分析→实验事实→科学抽象→得出结论。
(1)提出问题:在浓H2SO4中被钝化的铁表面是否真的存在一层氧化膜?
(2)对问题进行分析:①如果铁的表面没有氧化膜,必能从铜盐溶液中置换出铜;②钝化后的铁,如果表面有一层氧化膜,必不能从铜盐溶液中置换出铜;③如果钝化后的铁,仅是表面生成一层氧化膜,则将表面氧化膜破坏后,内层的铁必能从铜盐溶液种置换出铜。
(3)实验事实:根据上述分析,设计实验如下:取一铁片用砂纸打磨至光亮浸入浓H2SO4中约10分钟(可在课前完成)。取出洗净,在铁片上滴几滴CuSO4溶液,再在铁片上覆盖一张浸润CuSO4溶液的滤纸,用锋利的小刀划破滤纸,在铁片上留下划痕,过一段时间取下滤纸发现划痕呈红色。
(4)科学抽象:对上述实验事实进行抽象概括。
(5)得出结论:铁遇浓H2SO4被钝化,表面生成一层致密的氧化膜。
三、反思提高,锻炼思维,养成评估的好习惯
探究过程是否科学合理,得出的结论是否正确,要经过反思评估来检验。评估的过程是检查和思考探究计划的严密性、证据收集的周密性、解释的科学性并对结论的可靠性作出评价的活动。因为缺少评估环节并不影响结论的得出(探究活动的结论有时可能不科学甚至错误)和探究报告的完成,所以往往不引起学生的重视。其实,对所做工作进行评估的习惯和意识是科学素养的重要组成部分,是科学探究中必不可少的环节。只有适时地评估反思、去伪存真,才能保证科学探究过程的正确性以及结论向真理靠近。
但是,学生常常不知道如何去进行评估,因此教师需在具体的方法上对学生进行指导。一般来说可以从以下几个方面进行。(1) 根据已有的知识和经验进行判断和推理。如:与已知正确结论相矛盾,数据本身存在缺陷,推理过程的逻辑错误,实验存在问题或证据的来源不可靠等。(2)根据生产实际和生活常识进行评估。(3)通过集体或与他人的合作去检查计划的疏漏、不足,以便共同提高。如通过讨论、答辩、互查等方式。
案例3:在进行普通高中课程标准实验教科书《实验化学》(苏教版)专题2课题1“铝及其化合物的性质”的教学中,学生根据教材的实验要求 “将一块擦去氧化膜的铝片放入2mL0.5mol·L-1CuSO4溶液中,观察铝片表面的现象”进行实验时,发现实验现象与预期差距较大:前半分钟无明显现象;1分钟后铝片表面有极少量气泡;5分钟后铝片表面有少量气泡逸出,边缘有少量红色物质析出。
事后组织学生对这一异常现象进行了讨论:从实验预期现象→实际现象原因讨论→设计新实验方案→新实验现象→现象原因再讨论→结论。
(1)实验预期现象:铝片表面有大量红色物质析出,并可能有气泡逸出(Cu2 水解)。
(2)实际现象原因讨论:通过讨论大家认为可能是铝片表面的氧化膜未擦去。
(3)新实验方案:将铝片浸在NaOH溶液中直至有大量气泡产生,然后将铝片取出用蒸馏水冲洗干净后,将其浸入到2mL0.5mol·L-1CuSO4溶液中。
(4)新实验现象:前半分钟无明显现象;1分钟后铝片表面有极少量气泡,边缘有极少量红色物质析出;5分钟后铝片表面有少量气泡逸出,边缘有少量红色物质析出。
(5)现象原因再讨论:有同学说:“可能是其他原因,我曾在一道题目中看到,相同的铝片与同H 离子浓度的盐酸和硫酸反应,反应速率不一样,铝片与盐酸反应快。所以,会不会与SO42-、 Cl-离子有关呢?”大家七嘴八舌地讨论起来。
(6)将一块擦去氧化膜的铝片放入2mL0.5mol·L-1
CuCl2溶液中。
(7)半分钟后有大量红色物质析出,并有大量气泡产生,且反应不断加快,溶液几近沸腾,1分钟后铝片反应殆尽,试管中析出大量蓬松的红色物质。
(8)结论:铝片与铜盐溶液反应的速率、现象与SO42-、Cl-等阴离子有关。(至于到底如何影响,还可做进一步探究)
评估是科学探究的一个重要环节,而评估的意识是一种重要的科学品质。因此,在探究活动之外的其他教学活动中也应该体现评估的意识,如平时作业中,解题之后应检查反思解题的过程、整理解题的思路、总结解题的方法等。
四、信息迁移,应用提高
学习者获取知识、完善自己的认知结构,整合迁移环节是不可少的。教师要再创教学情境,启发学生整合知识,反思探究过程和方法;变换问题角度与方式,将结论迁移运用于不同的场合,增强思维的发散与集中,以达到认知完全的意义建构。将所学知识应用于问题解决的过程,可以通过练习,也可以通过解决某个生产生活中的具体问题,以便所学知识能更牢固地纳入学生自身的知识结构之中。同时,这一阶段也是对能力进一步强化的阶段。教师可以再创一个学生力所能及的与课堂中的“模拟过程”相近的探索情境,让学生参与设计、探究,以使学生能够灵活应用所学知识。
案例4:在学习了Fe3 和Fe2 的性质后,对“市场上缺铁性贫血的补血剂的成分”进行了探究。其过程是:信息迁移→提出观点→设计实验方案→实验事实→完善知识建构。
(1)信息迁移:Fe3 能与SCN-反应显红色;而Fe2 不能,但Fe2 能被氯水、硝酸、过氧化氢等氧化剂氧化成Fe3 。
(2)提出观点:观点1:补血剂的成份是Fe3 ;观点2:补血剂的成份是Fe2 。
(3)实验方案:取适量补血剂配成溶液后,滴入几滴KSCN溶液。若显红色,则为Fe3 ;若不显红色,再滴加少量氯水或稀硝酸等氧化劑,溶液显红色,则为Fe2 。
(4)实验事实:补血剂的成分是Fe2 。
(5)完善知识建构:在将所学知识应用于解决实际生活问题的同时,也加深了对Fe3 和Fe2 的性质及转化的理解。
总之,探究式教学法注重在过程中获得新知和发展能力,注重收集证据及由证据到结论的推理与思维,注重交流合作,注重形成性评价和学生自我评价。这种教学方法符合学生的认知规律,从形象思维到逻辑思维,从感性认识到理性认识,它更强调了学习的过程,通过学生的亲身体验来掌握概念和规律。在探究活动中,学生情绪饱满,求知欲旺盛,课堂气氛活跃,积极性、主动性得以充分发挥,有利于发展学生的个性,开发学生的潜能。