教育课题:高中化学课堂教学中学生探究能力的培养课题

高中化学课堂教学中学生探究能力的培养课题

研究进程

望亭中学高中化学教研组

（一） 准备阶段（2006年）

     通过分析学生的情况和教师的情况，我们提出如何将探究性学习融入化学教育中这个问题。

一、对探究性学习的两种理解

     探究性学习是我国为了进一步深化基础教育改革采取的新措施，开展探究性学习是我国教育界面对新世纪社会发展的要求而采取的一项课程改革的重大举措，它的顺利实施必将对我国的基础教育和人才培养产生深远的影响。

     1．作为一门课程的探究性学习

     狭义上理解，探究性学习就是一门课程。具体而言，探究性学习是指“学生在教师的指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。”

     2．作为一种学习方式的探究性学习

     广义上的探究性学习是一种教育理念，泛指学生主动探究的学习方式．作为一种与“接受性学习”相对的学习方式，“探究性学习”是指教师不把现成结论告诉学生，而是学生自己在教师指导下自主地发现问题、探究问题、获得结论的过程。它适用于学生对各门学科的学习，其目的在于掌握知识的同时，培养学生的创新精神和实践能力。

     在强调素质、重视创新的今天，探究性学习以其自主性、实践性、开放性、过程性以及综合性等显著特征备受人们的关注和青睐。其中，人们更多的是关注探究性学习作为一种学习方式和教育理念在学科教育中的渗透与应用。

     二、化学学科渗透“探究性学习”的思考

     自“探究性学习”大力推广以来，学科的探究性学习就一直是教育工作者的一个重要探索方向。如何构建一门学科的探究性学习模式，并通过它的顺利实施既能达到传统学科教学中系统知识的高效传承目的，又能符合探究性学习的培养目标，培养学生的创新精神和实践能力，的确是一个有意义且富有创造性的探索领域。

     1．化学教学也需要开展探究性学习

     探究性学习课程开设以来，许多教师认为既然开设了这门独立课程，那么只有在探究性学习课程中才可应用探究性学习的方式培养学生的创新精神和实践能力。其实不然，学科教学也需要开展探究性学习，学科教学是素质教育的主阵地，更是各种教育理念的实践基地。作为学习方式，探究性学习不应仅体现于“探究性学习”这门课程中，而是应该渗透于学生的所有学科、所有活动之中．化学课堂教学更应该注意与探究性学习的整合与渗透。

     2．根据化学学科的特点渗透探究性学习   

     知识经济的到来，为人才赋予了新的含义和规格．人们越来越意识到现代社会需要的是创新性人才，创新精神和实践能力已成为知识经济、信息社会中人才的重要规格。换言之，当我们用知识经济时代的眼光去看待化学教育及其发展时，我们会发现积极利用化学课堂和化学教学去培养创新性人才已刻不容缓，这就必须对传统的化学课堂教学进行改革，做出探索性的尝试。

    化学作为一门基础的自然科学，其所有的内容都是有实验基础、化学的逻辑思维和数学表达这三种要素。这门学科主要有四个特点：

     ①化学是一门与生活实践联系密切、应用广泛的基础科学。

     ②化学是一门带有方法论性质的科学。

     ③化学是一门实验科学。

     ④化学是一门严密、定量的精密理论科学。

     基础教育阶段，化学是一门生活气息浓厚的学科，较其它学科它与实验和生活实践联系更为密切。因此化学课堂教学中开展重实践、重探究的探究性学习将会有更广阔的发挥空间，化学教学更容易完成探究性学习中的选题(或确定课题)、探究等各个环节的工作，而且较多的联系生活实际将会给学生带来更多、更大的学习兴趣。因而，我们说化学教学中更易也更应渗透探究性学习的理念，积极构建化学的探究性学习。

     三、化学探究性学习的实施策略

     1．实施过程中的误区

     误区一：对化学探究性学习只重形式而不重实质．部分教师由于自己对探究性学习的观念尚未转变，在课堂教学中仍偏爱传统的化学课堂教学模式，提倡“接受式”的学习方式．教学中只看到了传统教学模式的优点，比如重知识的传承，能快速系统地掌握化学基础知识、基本结构等，而未看到其忽视对学生创新思维和创造实践能力的培养这一弊端。然而，这部分教师为了赶“潮流”或迫于压力又不得不向探究性学习靠拢，因此在形式上僵硬地套用“类似研究”的方式和“设问——探究——解答”的模式进行课堂教学，把化学课堂搞得“四不像”，不但未能培养学生的探究能力，而且在传授知识这个层面上也未达到预期的教学目标。

     误区二：夸大了探究性学习的功效，盲目追从探究性学习。部分教师认为，既然化学课堂教学中提倡用探究性学习的方式，那么不论何种化学知识的讲授，也不管是否适合用探究性学习方式，每节课、每个知识点都用这种方式去讲解，“千篇一律、生搬硬套”，完全忽视了传统的教学模式的优点，把探究性学习视为“万能产品”。这是由于未能领会探究性学习的内涵与实质，而走人另一个很有代表性的误区。由此可见，顺利开展学科探究性学习的一个关键因素在于教师观念的转变。

     2．实施化学学科探究性学习的两点建议

     就目前来看，多数教师都认可用“课题学习”的模式开展学科内的探究性学习。所谓“课题学习”是指教师通过对教材内容的处理把教学内容转化成课题，并力求通过学生的自主探索来完成“课题”的学习．具体过程可表示如下：

       创设  发现问题   制定计划  实验探究  分析与论证

       情景  猜想假设   设计实验  收集数据  总结与应用  

   1）创设情境、激趣设疑

   针对不同课题和内容，选择适当的方法，如投影、挂图、录像、演示实验等生动地再现与教学内容有关的化学现象、化学事实，简明扼要地引入新课，使学生获得充分的感性知识，激发学生求知欲和学习兴趣，为下面的探究学习营造良好的氛围。

    2）启发学生发现问题，初步提出假设、猜想

    在感性认识的基础上，老师要适时地引导学生把已有的知识经验和要探索的内容联系在一起，让学生讨论，通过观察、分析、比较等方法，区分有关因素和无关因素，迅速地抓到问题的本质。发现、提出自己要研究的问题，并对问题提出初步的猜想、假设。

    3）引导启发设计实验、探究方案

    学生常常把自己当做或希望自己是个探索者和发现者，因而在学生提出初步的猜想、假设后，老师要及时地引导学生紧紧围绕“猜想、假设”，积极寻找、设计、验证“猜想、假设”的实验方法。常用的化学实验设计方法有：对比法、控制变量法、排除法、理想实验法、定量测量法等．教学中要让学生充分讨论，发挥他们的想像力，获得思维的各种办法，在此基础上，教师帮助学生修改、选择或综合，设计出最好的实验方案。能否迅速地设计出方案，教师的引导是关键。

     4）学生分组实验，自主探索

     根据上阶段结果，选取最优设计方案进行实验．通过实验操作和交互式实验活动，促使学生积极主动地动脑、动手。教师在此过程中主要是指导学生进行实验。如：提出注意事项、观察指导、记录数据等等，保证学生实验探索过程的顺利进行。使学生在“做科学”中，自觉、主动地叩开知识大门，向着未知领域不断探索，培养了学生独立操作能力。同时通过分组实验，也能使学生感受合作相处的重要性，感受探索知识的艰辛与快乐，激发学生爱科学的情感。

     5）总结结论，验证猜想，运用迁移深化认识

    学生在实验中获得感知，再对数据进行分析、比较、概括，进行思维加工，总结得出结论，验证自己的猜想，能使学生感觉自己也能像科学家“搞科研”一样“发现”科学规律，从而获得巨大的成功感，激发学生自主学习、探究的热情和兴趣。在此基础上更进一步，针对教材的重点、难点，运用学生自己的“发现”的规律去解决实际问题。这样不仅能检查学生对知识的理解和巩固，而且能促进知识的迁移，使学生的知识、技能逐步转化为能力。 

     鉴于以上讨论，我们认为化学学科探究性学习的实施开展主要应着重以下两个方面，即实施过程中的两点建议：    ，

     第一，探究性学习应着重学生的兴趣。在化学教学中兴趣能激发学生的学习动机，减轻学生的压力，还能激发学生的科学想象力和思维能力。因此，在化学学科探究性学习的开展过程中，要着重学生的兴趣．有了对化学“课题”的强烈兴趣，学生积极主动、自主探究地学习化学知识便是水到渠成的事情了。与此同时，化学学科作为一门实用的、与生产生活紧密联系的学科，在开展探究性学习的过程中可以培养学生对化学学习的兴趣，进而激发学生学习的动机，这与其对兴趣的依托和着重是相辅相成、相互促进的。

     第二，化学学科探究性学习要因“材”制宜地开展，我们知道学科教材中的知识有三类：陈述性知识、程序性知识和策略性知识。对应于化学学科，其内容可以分成如下六个大类：化学知识，化学观念，化学学习方法，化学知识结构，化学应用和化学技能。需要明确，开展化学学科探究性学习不是说在每节化学课堂上每个知识点都要用“课题学习”式的探究性学习方式，若是这样单从时间上就不允许。化学学科探究性学习的开设并不是对传统化学课堂教学的全盘否定，而是在其基础上的改革与创新，其初衷便是在达到知识传授目的的同时，能更多的培养学生的创新精神和实践能力。化学学探究性学习要因“材”制宜的开展，对于陈述性知识和程序性知识，采用传统的教学模式更易达到良好的效果，采用接受性的学习方式更为有效，那么就不必强求用探究性学习的方式．对于策略性的化学知识，则更易用探究性学习的方式来进行。其实，更多的时候是两种学习方式的结合运用．不对教材内容作充分的分析，重新构思，就盲目追从“探究性学习”的模式是不科学的。

     如今探究性学习理念已逐渐深入人心并且其实践业已取得了可喜成果。我们应该抓住机遇，对传统的化学课堂教学模式和学生的学习方式进行改革创新，积极地构建化学学科探究性学习，在化学教学中渗透探究性学习的理念和模式，以期达到教师优教、学生爱学、高效绩优的目的。

（二）实施阶段（2007-2008年）

1、化学课堂中探究性学习环境的设置和教师应有的素质

 ① 教师应有的素质

（1）具有渊博而灵活的知识。探究性学习的开放性、过程性要求教师必须具有渊博的知识和灵活的头脑。这样才能使教师在课堂上指挥得当，问题处理得心应手，真正成为学生学习的指导者和促进者。反之，知识面狭窄，教师会感到力不从心，甚至觉得“窘迫”，对学生的问题更是“心里没底”。

（2）具有较强的设计能力和创新能力探究课进行的顺利与否，首先与教师的教学设计能力有密切关系，问题设计不恰当，教学就不能顺利进行；也就不能达到预期效果，这就要求教师加强自己的教学设计能力。

（3）具有敏锐的洞察能力学生在探究过程中经常会遇到这样或那样的问题和困惑，甚至偏离目标。这就要求教师具有敏锐的洞察力，能及时觉察学生的困难，注意学生的情绪变化，抓住时机对学生进行指点和鼓励；还要善于发现和捕捉学生创新思维的亮点，引发学生更高层次的感悟和体验

（4）具有较强的驾驭课堂的能力和智慧学习探究过程中，情况随时有可能变化，尤其是通过实验探究学习，实验的过程中有时会发生意料不到的偶发事件，它需要教师正确而迅速的做出判断，及时而妥当地进行处理。这就需要教师有较强的驾驭能力和智慧。

总之，采用探究性学习，学生会学得更主动、更有智慧、更有兴趣、更有信心，以达到理解质疑、活化、创新的较高思维水平，提高学生的分析问题、解决问题的能力。与此同时，教师的教学会更有价值、更有意义，以达到教育理念先进化；知识深广化；关注目标学生化；问题设计优化；课堂指导有方；教学组织有序，最终使教师的设计能力、分析和组织教材的能力、开拓创新能力，以及处理信息和人际关系的能力得到明显提高。教师的专业成长在新课程的指导下与探究性学习同行，与学生共同成长和发展

②探究性学习环境的设置

课堂上学生学习方式的改变,关键是教师要创设适当的学习环境(背景)。学习环境包括所有的实际感官因素,如光线、颜色、音响、空间、设备等标志学生学习地点特征的因素。这种学习环境的定义仅仅局限于物理环境(场所),但我们应更多地关心学习活动的软环境(如学习任务、学习媒介、师生关系等)。

1.探究性学习环境

在建构主义学习观下,学习环境被定义为:“学习者在追求学习目标和问题解决的活动中可以使用多样的工具和信息资源,并相互合作和支持的场所，它是一种支持学习者进行建构性学习的各种学习资源(不仅仅是信息资源)的组合。为了使学习者更好地建构自己的知识,建构主义特别重视营造能够使学习者主动、积极探究的学习环境。根据建构主义学习观,探究性学习环境就是学习者可以在其中进行自由探究和自主学习的工具以及信息资源的组合,强调的是通过学生积极、主动的探究来建构知识,教师将成为辅导者、建议者、合作者以支持学生的活动。

2.化学探究性学习环境的组成要素

学习环境的要素分类有许多种,根据探究性学习和化学学科的特点,化学探究性学习环境应包括信息库、探究工具箱、任务情境和任务管理者四个要素。

信息库:信息库是学习环境中最主要的信息资源,它负责向学生提供要学习的领域知识和教学材料,用来支持学生的短时记忆。传统课堂教学中信息库通常是课本,而探究性学习环境下的信息库除了课本外,还有学习指导卡。所谓学习指导卡,与课本不同,没有大量叙述性内容,是把指导学生实验、测量、观察、记录、处理实验结果、回答问题、阅读等一系列学生活动按一定程序的组合。这种图文并茂的学习指导卡一方面能解决有限教学时间和知识容量间的矛盾,为学生探究提供时间和空间的保证。另一方面,学习指导卡的内容可根据学生不同程度设计(可分基本要求和附加要查找的有关课题的背景知识。

探究工具箱:探究工具箱是用来帮助学生寻找特定信息、完成认知操作、实现某种设想等,化学教学中的探究工具箱主要是化学实验。传统课堂教学中的实验更多的是验证性实验,在探究性学习环境中,应给学生尽可能提供大量的探究性实验。由于化学是在分子、原子水平上研究物质变化的一门科学,探究工具箱也可以应用计算机软件模拟微观化学世界,使学生能从分子层面上更形象地理解化学知识。

任务情境:任务情境是呈现给学生的问题解决情境。由于建构主义强调“真实的学习环境”,因此探究性学习环境下的问题情境是真实性任务———知识、技能被应用的实际情境。教师在课堂上应展示与现实中专家解决问题相类似的探究过程,提供问题的原型,并指导学生进行探究。真实问题具有必要的复杂性,更容易培养学生的问题解决能力,同时在真实性任务中学生了解自己所要解决的问题,能够很好地培养学生的社会责任感。

任务管理者:指学习活动的管理者,如教师、学生等。在探究性学习中,教师的角色是和学生共同探究的合作者,是提供学习环境的服务者,教师的任务是引导学生探究,激励学生探究,最终使学生学会探究和乐于探究。学生是学习的主体,其探究性学习环境应是小组合作式,因为学生在探究过程中是以自己的方式建构对于事物的理解,不同人看到的是事物的不同方面,不存在惟一的标准的理解,通过学生之间的交往、合作能使理解更加丰富和全面。

3.化学探究性学习环境设计原则

(1)从多重角度整合学习材料原则。

这个原则是针对信息库和探究工具箱的设计而言,要求它们提供的信息应整合多种化学探究性学习材料。化学探究性学习材料包括教材、实物、有关探究问题的背景知识和模拟微观世界的动画等,它们含有多重信息来源和多重观点,具有多种外部表征。建构主义认为,学习材料的多种外部表征有利于知识的形成和应用,有助于学生探究和整合知识以形成自己对知识意义的建构。

(2)任务情境应具有真实性和复杂性原则。

该原则要求教师应该在课堂教学中使用真实地发生在社会中的化学问题,提供与将来化学知识应用的情境尽可能相似的学习环境。这些接近生活的真实的、复杂的任务包含了多种知识和技能,有助于学生用“真实”的方式应用化学知识,同时也有助于学生意识到他们所学的化学知识和技能与他们是相关的和有意义的,能激发学生学习化学的兴趣和探究欲望。     

(3)教师主导和学生主体相结合原则。

建构主义者认为,学生的学习不是被动接受的过程,而是主动建构的过程。学生的学是内因,教师的教是外因,教师的教只有通过学生的学起作用,只有学生自己才知道如何学习、学习什么,因此探究性学习环境的设计要充分考虑以学生为中心,充分体现学生的主体性,重视学生之间的合作学习。教师的主导作用主要体现在教师是丰富信息资源的提供者和真实任务的展示者,学生探究活动的支持者以及学生遇到学习困惑时的帮助者。

2、教案实例

例如：在学习氯气的性质时，要探究氯水的成分，可设计如下问题：

（1）要探究氯气与水反应产物的酸碱性，可向氯水中加入什么物质？（石蕊溶液）

（2）氯气能使紫色石蕊溶液变红，说明氯气与水反应生成了什么物质？（盐酸和次氯酸）

（3）氯气与水反应的生成物在溶液中能否电离？电离出哪些离子？（能，氢离子；氯离子；次氯酸根离子）

（4）此反应是否为可逆反应？还有哪些物质已分子形式存在？（是，水分子；氯分子；次氯酸分子）

（5）新制氯水的成分有哪些？（氢离子；氯离子；次氯酸根离子；水分子；氯分子；次氯酸分子）

上述四个问题层层深入，由浅入深，学生可根据先前的知识经验回答（1）；通过动手实验和观察现象回答（2）；通过对（2）的产物分析思考可回答（3）；通过对可逆反应的理解可得出（4）的结论；由了前四问，第五问水到渠成，最后再相互交流达成共识。

例如：上《原电池》一节时，一上课就出示一个用西红柿制成的水果电池，问：“这个西红柿能否导电？”学生疑惑地看着我，很茫然地回答说：“不知道”。紧接着我演示了电池的导电性，电流表的指针发生了偏转，顷刻间，教室里一片哗然，学生满脸惊喜，情绪斐然，非常想知道其中的奥秘，在此情景下我立刻告诉学生这个装置叫《原电池》，指导学生通过实验探究其中的奥秘。同时提出如下问题：

（1）《原电池》的构成条件有哪些？

（2）《原电池》的原理是什么？

（3）《原电池》的电极反应怎样写？

在我的指导下学生立即开始探究实验，首先学生把西红柿逐一换成稀硫酸、硫酸铜、氢氧化钠又进行了演示，学生看到电流表的指针又发生了偏转，说明这些物质能够导电，通过归类知道它们是电解质，接着又换成了酒精，指针不发生偏转，学生很疑惑，我没有给学生解释原因，而是让学生跟刚才的几种物质进行比较，通过比较，学生发现前者是电解质，后者是非电解质，最后，学生又分别做了撤去导线、更换电极的实验。学生兴趣盎然地完成了实验，通过实验探究，学生不但很好的掌握了知识，而且学生的学习兴趣、思维品质、情感体验都得到了很大的提高。

创设问题情景，营造探究氛围的能力。新课程倡导的重要理念之一是“让学生在生动具体的情景中学习”。问题情景的设置，常常使学生处于“心求通而未得，口欲言而未能”的状态，在强烈的求知欲的驱使下，学生的探究热情高涨，必然会取得良好的教学效果。怎样营造探究氛围呢？就是把问题当作“导火锁”，引燃学生尘封的记忆，展示缤纷的心智，升空激荡的情愫，引爆倾诉和辩论的渴望，收获自我发现的体验，建构自己的知识体系。教师在探究性学习的过程只是起到“引路”“架桥”的作用，做到指引方向、引思路，但不越俎代庖，而是让学生自己去“发”。

可见，教师创设良好的问题情景，能有效地指导学生进行探究。创设问题情景可以有多种方法，可以是趣味型的、悬念型的、陷阱型的、矛盾型的、探究型的、实验型的，无论采用那种方法都要注意：（1）所用方法和手段生动、直观；（2）情景具有启发性，能激发探究者的认知冲突、需要和期望；（3）所设问题有开放性、延伸性。

教学实践证明，教师在设计问题时，应注意以下几点：

（1）设计的问题要有价值、有意义，富有挑战性、激发性和吸引力。

（2）探究的知识对探究者来说是未知的新知识，但经过努力可以掌握。

（3）学生能否在先前经验的基础上觉察到问题的存在。

（4）要把握好切入点，不能漫无边际“随便问”“任意问”，要使学生能够找到解决问题的突破口。例如，学习氯气的性质时，若问“氯气溶于水得到的氯水有什么性质？”学生一定会丈二和尚摸不着头脑。

（5）问题指向要明确，不能模棱两可。例如，在设计氯气与水的反应是可逆反应的问题时，我曾这样问过：“氯气与水的反应是什么反应？”，听到问题，学生很困惑，于是有学生不自信地回答说：“氧化还原反应”，我立刻意识到问题设计不明确，立刻更改成“氯气与水的反应是否是可逆反应？”学生很快给出了答案。

（6）问题的难易要适中，既不能脱口而出，也不能高不可攀，要使学生跳一跳能够摘得着。

（7）问题设置要有一定的梯度，要由易到难，面向全体学生，使不同层次的学生都能参与进来。

总之，采用探究性学习，学生会学得更主动、更有智慧、更有兴趣、更有信心，以达到理解质疑、活化、创新的较高思维水平，提高学生的分析问题、解决问题的能力。与此同时，教师的教学会更有价值、更有意义，以达到教育理念先进化；知识深广化；关注目标学生化；问题设计优化；课堂指导有方；教学组织有序，最终使教师的设计能力、分析和组织教材的能力、开拓创新能力，以及处理信息和人际关系的能力得到明显提高。教师的专业成长在新课程的指导下与探究性学习同行，与学生共同成长和发展。