优化实验教学开展科学探究.doc

优化实验教学 开展科学探究东莞厚街中学 陈玲 摘要：本文充分阐述了探究性实验的理论基础和实验原则，并结合实例研究了探究性实验教学的两类活动方式，让学生在亲身经历和体验的实验中激发学习化学的兴趣，增进对科学的情感，理解科学的本质，培养科学素质。关键词：科学探究实验 教学设计创新2001年9月，新课程在全国38个国家级实验区进行了实验，现已扩展到500个县（区）。这次新课程改革以科学探究为突破口，倡导以科学探究为主的多样化学习方式。而实验法是进行科学探究的重要途径。生动、鲜明、直观的实现现象以及意想不到的实验事实和实验结果，可以激发学生的探究欲望，促进学生更深刻、更全面地思考和探究问题，使探究活动更深入地开展。传统的化学实验课是教师讲解、演示后，学生严格按照实验步骤操作，强调操作的规范性。这种教学过分强调实验技能方面的训练，淡化了实验思维方面的训练。在实验过程中，大多数学生往往并不理解实验技能的要领，只是单纯地机械模仿，不能体会到实验的乐趣，更不用说把实验当作他们探究问题、获取知识与创新的手段了。长此以往，导致学生对化学实验甚至化学学习的兴趣逐渐降低。所以我们要进行实验改革，发挥实验的探究功能，使学生摆脱僵化的枯燥乏味的“照方抓药”的实验模式。下面就中学化学探究性实验教学浅谈一点看法。一、 探究性实验的理论剖析实验是科学探究的基础，任何实验都或多或少的具有一定的验证和探究性，两者不能也不可能孤立的存在，那么如何来界定探究性实验呢？1、实验目的上看探究性实验既重视规律的验证，实验技能的培训，又强调学生通过实验在科学的学习和研究方法上获得感性体会。简单的说，探究性实验更加关注学生的学习过程和对结论的解释。2、从教学理念和教师作用上看探究性实验给学生提供一个通过亲自探究来学习化学知识的途径，教师只作为一个咨询者、帮助者、促进者，把学生看作是天生的探究者，类似科学家那样的学习方式去学习科学知识，从而培养学生科学的学习方法、创新意识以及价值观念等。 3、从探究性实验的内容和形式上看化学探究性实验内容的选定一般有两个渠道：第一，可以将书本的演示实验、学生实验改变具有探究性的学生实验；可以将书本上的具有可延伸的知识点或某一领域的学习内容推向深处。第二，也可以选用书本以外的的与人类自身紧密相联的问题等。4、从教学模式上看探究性实验开放性比较大，实验的设计、数据分析以及实验结果评价等都离不开学生自己，完全不同于那种：“已知化学原理验证一应用”的“照方抓药”模式。探究性实验教学一般采取小组合作的方式，充分展现出师生互动、生生互动的特点，既拓展了学生的思路又能激发学生探究的热情。5、从认知顺序上看 学生对所提出的问题，首先要认真分析、处理相关的信息和材料，然后自己设计方案，动手实验。实验产生的现象和提供的数据为学生形成理性认识打下了感性认识基础，最后通过抽象和逻辑思维，自己概括、归纳得出结论，上升为理性认识。探究性实验是实验在前，化学概念的形成、规律性的认识在后，前者是后者在认识上的感性基础，后者是前者发展的必然结果。这种实验能够使学生尝试到探索的乐趣，无疑会激发学生的学习积极性，同时实验又为学生提供印象深刻的感性知识，使得理性知识变得容易理解和掌握。因此，这种实验 从心理学角度上说更加符合学生的认知规律。基于上述五个方面，以及探究性实验的教学思想、实验功能等，一般认为，探究性实验是由老师或学生提出实验课题，学生自己设计方案，然后根据方案进行探索研究，正确处理实验结论的一类实验形式。二、探究性实验的实施原则探究性实验主要是为了培养学生的创新能力，在设计时一定要遵守以下几项基本原则：1、科学性原则探究性实验的科学性非常强，实验原理、实验操作程序和化学理论知识、科学的实验研究方法必相一致。在整个探究过程中，要着重培养学生科学思维方法，观察和记录实验的方法，以提高学生的科学素质，这也正是增设探究性实验的宗旨。2、创造性原则教师所设计的探究性实验应有一定的新颖性、先进性和实验性，要充分体现出创造性原则，运用创造性思维独立的去认识新知识，符合学生的认知结构，由易到难，循序渐进。3、可行性原则 课题内容主要是书本知识的升华，通常也应与日常生活、生产实践和先进的科学技术紧密结合，但不能超越学生的年龄特征和知识范围，即设计实验必须切实可行，使学生能够顺利的完成探究任务。既不低估也不高估学生的水平。4、安全性原则 探究性实验一般难度较大，学生经验不足，应尽量避免使用有毒药品和具有一定危险性的实验操作。5、趣味性原则实验内容除课本外，也应该选用有关日常生活、环境、能源、生产等实际中的问题，通过探究来解决与人类自身紧密联系的问题，从而有利于培养学生的兴趣，发展学生的特长，激发学生学习的动机，增长对新知识的探求欲和探索未知领域的创造欲。三、探究性实验的活动方式探究性实验教学按其适用的场合和活动方式可分为两类：一是新课教学中值得探讨的问题，以师生协同、边讲边实验为主；二是以学生实践为主的综合性研究课题。下面对这两类实验教学的活动方式作具体的讨论：1、 第一类探究性实验 第一类探究性实验可依据教学内容，对演示实验进行整合或更新，其基本结构为：程序：引发问题提出假说实验探究总结规律迁移创新功能：明确目标创设情境发现新知获得结论发展能力引出问题，明确目标。教师根据教学内容和教学目标、要求，从教材或生产生活实践中提出一些富有启发性的问题，设计一些富有探索性的实验，使学生明确学习目标。提出假设，合理推测。教师向学生提出问题后，引起学生的好奇、怀疑、困惑和矛盾，从而激发学生的探索心理，形成探究问题的情境，促使学生积极思考、查阅资料、构思实验，提出某种假设，作出操作上、现象上、结论上的某些预测。设计实验，观察现象。在教师的指导下，学生设计可能的实验方案，组合实验仪器，边操作边记录现象和数据，直接掌握感性材料。探计规律，得出结论。学生根据实验事实进行讨论、争辩、揭示产生现象的原因，教师的适时点拨有利于去伪存真，把探究目标引向深入。学生通过一系列的思维活动，概括出有关的化学概念、原理或规律，并使之条理化、系统化。巩固开拓，迁移发展。面对新的问题，学生能准确运用刚学到的知识解决实际问题，教师及时给予指导和评价，使刚学的新知识得以巩固提高，迁移发展。这类探究性实验教学的基本要求是：以问题为基础，依循“问题假设实验观察再假设再实验分析、综合结论”的思路贯串始终。教师要根据教学重点设计实验，提出富有启发性的问题，引导学生积极思维（如示例I）。我们的做法是：将课堂搬到实验室，把演示实验与学生分组实验有机结合起来。探究性实验教学片断示例：实验：向一定浓度的CuSO4溶液中投入一小块金属钠在做此实验之前，学生猜测1：钠比铜活泼，会置换出铜，在钠的表面会附着一层红色物质。而实验结果大大出乎他们的预料，钠浮在水面，并熔化成闪亮的小球，迅速游动并逐渐消失；蓝色溶液变成了蓝色沉淀；混合液温度升高甚至发烫，一定时间后，在蓝色沉淀中出现黑色物质。学生非常好奇。提出疑问：为什么钠会消失？为什么会出现蓝色沉淀？为什么没有红色的铜被置换出来？学生猜测2：钠比铜活泼，但钠的密度比水小，是不是浮在水面与水反应掉，所以反应中无置换出铜？蓝色溶液转化为蓝色沉淀，后来又有黑色物质出现是不是还可能有更复杂的反应？设计方案：钠球投入水中，看是否反应。若反应生成了什么物质？学生实验：钠球投入水中，并事先在水中滴加酚酞，收集生成的气体得出结论：钠与水反应生成了NaOH和H2学生猜测3：是不是H2置换出了CuSO4中的Cu2而得到Cu，然后Cu又被氧化成CuO呢设计方案：向CuSO4溶液中通入H2。学生实验：得出结论，H2不能置换出CuSO4中的Cu2而得到Cu就这样，经过层层提问，步步设疑，屡屡实验。学生最终探究出他们意料外现象的化学本质：Na溶于水生成NaOH,而后NaOH再与CuSO4反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀，黑色的物质是Cu(OH)2受热分解产生的CuO第二类探究性实验第二类探究性实验融合化学知识、技能和方法，表现出一定的新颖性、综合性和开放性，可作为优生学课外活动的素材。在实验探究过程中，学生遇到的或许是一个简单的问题，但要求通过多种途径去研究，体现思维的开放性和综合性（如示例）；有时探究课题的历程比较曲折，必须深入思考，巧妙设计，体现思维的灵活性和深刻性。在实验过程中，教师应给学生更多的自主权，启发学生按科学家解决问题的方法去探究。第二类实验的一般结构是：明确探究课题查阅文献资料设计实验方案观察实验现象提出假设或猜测总结实验成果提炼方法规律在教学中我们选择一些有研究价值的专题设置成实验情境，学生通过设计实验方案，探索解决问题的途径，分步实验、讨论，最终获得比较准确的结论。在实验探究过程中，学生面临矛盾和困惑，要求他们去收集有关的信息，创造性地加工信息，分析矛盾，解决矛盾。这是对学生智力因素和非智力因素的双重考验。探究性实验教学示例教学片断示例二：例如在教会学生检查常规装置的气密性后，学生提出疑问，有一个出气口的装置是这样检查其气密性，如果是两个出气口呢（如图所示）？学生的思维很活跃，堵住一个出气口再进行检查不就行了吗。于是分组讨论，设计方案，最后得出的答案竟是老师有时也容易忽略的：（1） 用止水夹封闭短导管，由长颈漏斗中加入水形成液封，若在长颈漏斗中形成一段时间的水柱，则表示装置气密性良好。（2）长颈漏斗中加水形成液封，在右端导管处连接一注射器，向内推针筒，若长颈漏斗的管内出现一段高于液面的水柱，则说明装置气密性良好；或向外拉针筒，若长颈漏斗的管口出现气泡，则说明气密性良好。（3）加水液封住长颈漏斗的管口，由短导管口处向里吹气，若长颈漏斗的管内出现一段高于水面的液柱，则说明装置的气密性良好。（4）将短导管处再接一导管放入水中，由长颈漏斗向内吹气，若导管口处有气泡产生，则装置气密性良好。（5）将短导管密封（或放入水中），加水液封住长颈漏斗的下端，用双手紧握试管外壁或加热试管，若长颈漏斗管内出现一段高于液面的水柱，则说明装置气密性良好。（6）用胶纸密封住长颈漏斗的上端，一手紧握试管外壁，若水槽中导管口处有气泡产生，则说明装置气密性良好。探究性实验的教学模式，是以学生为中心，注重学生的经验和学习兴趣，强调学生的主动参与、探究发现、交流合作的学习方式。根据多年的从教经验，化学课本的演示实验有些是存在不足的地方，有待改进。学生在对实验装置的探究改进中，体验到了学习的乐趣、创新的快感，从而愿学、乐学，进而会学、善学。探究性实验教学示例三：在“氧气的性质”的演示实验中，由于要做木炭、硫、铁、铝等物质在氧气中的燃烧的实验，为了在四十分钟的时间完成教学任务，必须事先收集好四瓶至五瓶氧气以备实验之用，若连上两个班，就是十瓶，这样就大大增加了工作量。因此改进演示实验，缩短演示时间就显得十分必要了。在学完氧气的制法时，我鼓励学生，如何改进实验，不用事先收集氧气，就能在课堂上做性质实验呢。学生分成几个学习小组，经过讨论、阅读课外资料、上网查寻等途径，对实验装置进行了如下的设计改进：I II III 四、探究性实验教学的初步收获和启示1、探究性实验有助于开发学生的智慧潜力中学生正外于良好思维结构形成的重要时期，他们富于想象、勇于创新、敢于批判的品质在以“教师为中心”的传统课堂上难以得到很好的发展，以“重复演练”为主要手段的应试教育极大程度上抑制了学生创造性思维活动的正常展开。这是传统教学的最大弊端所在。相反，探究性实验教学以“问题”、“现象”、“方法”为基本要素，以假设、实证、类比为基本研究方法，给学生造就了较大程度的自由思考、自行设计、自主实验的时空条件，为帮助学生新异思想的萌发提供了良好的情境。在实验中我们观察到，学生表现出来的严谨、专注、自信和果断，是以往教学中难以见到的。由此启发我们思考：中学生的智慧潜能的很大一部分尚未得到开发和利用，我们再教学中应如何把握有利时机？怎样创设宽松的教学环境？如何使更多的具有创造潜能的学生尽快地脱颖而出？2、探究性实验教学提高了学生的学习能力尽管教学中所涉及的探究性实验的内容不同，解决问题的方法也各有差异，但实现探究过程都充分体现了心智技能与操作技能的和谐统一。学生必须学会对各种实验现象进行分析和筛选，发现提供假设和作出推理的关键素材，运用已学的规律或简单的计算推测可能的生成物。更有价值的是，通过探究性实验，学生深切体验到收集课题资料、设计实验方案、运用科学方法的重要性。当课本上的现成知识不足以解决问题时，一部分学生自觉地表现出前所未有的超前获取知识的能力。3、探究性实验激发了学生学习化学的兴趣探究性化学实验以问题和矛盾入手，力图使学生产生强烈的认知冲突，从而激发学生的内驱力。我们在教学中充分考虑学生的实际能力，坚持自主性和启发性相结合的原则，循序渐进地使每一位学生都能达到成功的彼岸。从学生聚精会神的眼光和争持不下的讲座 ，我们明显察觉学生对学习化学抱有浓厚的兴趣，学习习惯也有所变化。调查表明，有44.2%的学生认为自己从以前实验的“旁观者”已转变为主动的参与者，有63.7%的学生喜欢“自行设计、自主实验”的探究性实验。由此可见，源于教学内容和教学方式改变导致学生化学学习兴趣变化，往往比其他外界的新奇刺激引起的兴趣更为稳定。课堂教学从“讲、听、记、练”到“看、想、做、用”，改变的不仅是学生的学习活动方式，更重要的是将改变学生的思维品质和学习心向，使学生更理性的投入学习，不断进取，努力追求自我完善。这正是现代教学观的具体体现。4、探究性实验有助于加速青年教师的成长探究性实验教学是一种依赖化学实验解决问题、获取知