義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)探究,是課程改革的重要理念,它以學(xué)生積極主動(dòng)地獲取化學(xué)知識(shí),親身經(jīng)歷和體驗(yàn)科學(xué)探究活動(dòng),認(rèn)識(shí)和解決化學(xué)問題等為其主要特點(diǎn)而凸顯出來。它涉及提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)探究、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評(píng)價(jià)、表達(dá)與交流等要
一、發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢,培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)
1.創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突,激化探究欲望。
認(rèn)知沖突是指學(xué)原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新知識(shí)之間的矛盾與沖突。引發(fā)認(rèn)知沖突時(shí)很容易激起學(xué)生的欲望,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為一種探究的動(dòng)力。
在通過氨水使酚酞溶液變紅的實(shí)驗(yàn)探究分子運(yùn)動(dòng)時(shí),在一個(gè)小燒杯中裝入10 mL酚酞試液,另一個(gè)小燒杯中倒入5 mL濃氨水,用一個(gè)大燒杯罩住這兩個(gè)小燒杯,當(dāng)小燒杯中的酚酞溶液變紅時(shí),可設(shè)問如下:小燒杯中的酚酞溶液變紅,是大燒杯內(nèi)壁上沾有某種物質(zhì)使其變紅,還是另一個(gè)小燒杯中濃氨水散發(fā)出一種肉眼看不見的微粒使其變紅?在學(xué)生探究心切的情境下,展開對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的探究,收到了很好的效果。
2.結(jié)合化學(xué)史,深化探究意識(shí)。
探究意識(shí)是指一種愿意發(fā)現(xiàn)問題,積極去探究的心理取向,是探究動(dòng)力的源泉。我們可以在教學(xué)中適時(shí)滲透化學(xué)史的教學(xué),結(jié)合教材的有關(guān)內(nèi)容,向?qū)W生介紹化學(xué)家的故事、化學(xué)家的發(fā)明史。例如,法國化學(xué)家拉瓦錫創(chuàng)立“氧化說”打破“燃素說”;門捷列夫通過深入系統(tǒng)的探究,尋找出元素間的規(guī)律,制作了元素周期表。這樣可以教育學(xué)生:化學(xué)這門科學(xué)的每一步發(fā)展都離不開探究,科學(xué)發(fā)展的過程就是探究的過程,化學(xué)史本身就是一部探究史。
二、創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境,培養(yǎng)學(xué)生探究精神
探究精神是指敏銳地把握機(jī)會(huì),敢于挑戰(zhàn),敢于付諸探究行動(dòng)的精神狀態(tài)。要培養(yǎng)探究型人才,最重要的是在于如何創(chuàng)設(shè)一種有利于激發(fā)人的探究動(dòng)機(jī)和發(fā)揮人的探究潛能的學(xué)習(xí)情境。
怎樣才能創(chuàng)設(shè)一種寬松、活潑的學(xué)習(xí)情境呢?教師可從如下幾方面著手:(1)允許學(xué)生打斷教師的講話或?qū)處煹挠^點(diǎn)提出評(píng)價(jià),隨時(shí)講出自己的探究體會(huì)或好的解題思想方法;(2)容忍那些與眾不同、行為古怪、有獨(dú)創(chuàng)性的學(xué)生;(3)鼓勵(lì)學(xué)生指出教師的不足,修正教師的錯(cuò)誤,超越教師;(4)有計(jì)劃地提出問題,有意識(shí)地設(shè)計(jì)錯(cuò)誤,讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、去探究,創(chuàng)設(shè)師生交互、生生交互的氛圍。
三、劃分實(shí)驗(yàn)階段,培養(yǎng)探究能力
第一階段:確定探究問題。
提出新的問題、新的可能性,從新的角度去看舊的問題,需要有創(chuàng)造性的想象力�；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)探究問題是實(shí)驗(yàn)探究的目標(biāo),規(guī)定了探究的方向和內(nèi)容,是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的首要步驟。確定探究問題應(yīng)遵循以下原則。
1.問題的設(shè)計(jì)宜小不宜大。
探究性實(shí)驗(yàn)問題不要過于繁雜和開放,可將問題控制在一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)面上,便于學(xué)生實(shí)現(xiàn)探究目標(biāo),得到正確的結(jié)論。如用H2O2和MnO2混合制氧氣的實(shí)驗(yàn),涉及許多化學(xué)問題,我們不可能將所有的問題提出來加以研究和解決,但可探究一些小問題,如“在H2O2溶液中加入MnO2產(chǎn)生氧氣,MnO2是否也作為一種反應(yīng)物”“反應(yīng)完畢后MnO2如何回收”等,使學(xué)生形成催化劑的概念即可。
2.問題的應(yīng)答域要明確具體。
應(yīng)答域是指在問題的表述中對(duì)問題答案的存在范圍所做的一種預(yù)設(shè)。這種預(yù)設(shè)在學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究過程中起定向和指導(dǎo)作用,可幫助學(xué)生明確探究的目標(biāo),少走彎路。例如,“鹽酸能跟哪些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)”,這個(gè)問題的應(yīng)答域是“物質(zhì)”,操作的范圍很大,若將問題改為“鹽酸能跟哪些金屬反應(yīng)”,應(yīng)答域便是“金屬”,范圍很小,學(xué)生容易進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。
3.問題的解決要有可行性。
實(shí)驗(yàn)探究問題主要是書本知識(shí)的升華,通常也應(yīng)與日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合,在內(nèi)容、方式、方法和探究的程度等方面要符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律。學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和能力水平,既不能低估也不能高估,設(shè)計(jì)的問題必須切實(shí)可行。對(duì)于初中學(xué)生來說,由于他們所掌握的化學(xué)知識(shí)有限,生活經(jīng)驗(yàn)不很豐富,思維活動(dòng)正處于由形象思維、抽象思維到創(chuàng)造思維的發(fā)展過渡階段,對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象,可能會(huì)解決不了,如探究溶液的導(dǎo)電性時(shí),為什么連接氯化鈉水溶液的燈泡比連接氨水的燈泡亮,初中學(xué)生顯然無法回答。
4.問題的表述要互相匹配。
探究性實(shí)驗(yàn)問題主要是通過探究性實(shí)驗(yàn)手段來解決的,為此,所提的問題在表達(dá)方式上要與探究性實(shí)驗(yàn)互相配合。例如,學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律時(shí),如果用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)定律的正確性,問題應(yīng)表述為:“白磷燃燒前后天平兩邊一定平衡嗎?”如果用探究性實(shí)驗(yàn)形成此實(shí)驗(yàn)事實(shí),問題則應(yīng)表述為:“白磷燃燒前后,天平兩邊是否平衡?”
第二階段:精心設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。
探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是教師對(duì)所提出的問題在課堂結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的總體規(guī)劃過程。或者是學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和技能,獨(dú)立地或在教師的啟發(fā)指導(dǎo)下,靈活并創(chuàng)造性地對(duì)所提出的問題制定解決方案。它是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的關(guān)鍵一步,決定著探究的問題能否順利解決。因此,對(duì)學(xué)生和教師的要求比較高,而且這些實(shí)驗(yàn)大多在課堂教學(xué)中配合化學(xué)知識(shí)的傳授進(jìn)行,采取的多是邊講邊實(shí)驗(yàn),故所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要力求效果明顯、操作方便、安全可靠,步驟少、時(shí)間短。如質(zhì)量守恒定律是自然界一條普遍的規(guī)律,為了使學(xué)生理解、掌握該定律的內(nèi)容和實(shí)質(zhì),將此節(jié)課設(shè)計(jì)為提出問題→作出假設(shè)→分組探究→收集證據(jù)→討論小結(jié)→反饋應(yīng)用等教學(xué)環(huán)節(jié),效果很好。在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中可采取如下方法。
首先,設(shè)置探究情境,提出問題:物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)過程中,反應(yīng)物的質(zhì)量和生成物的質(zhì)量之間究竟存在什么關(guān)系呢?反應(yīng)后物質(zhì)的總質(zhì)量是增加、減少,還是不變呢?下面請(qǐng)同學(xué)們自己通過實(shí)驗(yàn)來探究這個(gè)問題。教師利用CAI課件提供實(shí)驗(yàn)提綱,并組織學(xué)生分小組按提綱上的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究(提綱如下)。
方案一
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:白磷燃燒前后質(zhì)量的測定。
儀器:錐形瓶、帶玻璃管的膠塞、天平。
實(shí)驗(yàn)步驟:稱量錐形瓶的質(zhì)量(包含白磷、細(xì)沙、玻璃管、膠塞、氣球)。
加熱玻璃管引發(fā)反應(yīng)。
冷卻后稱量錐形瓶的總質(zhì)量。
方案二
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:鐵釘跟硫酸銅溶液反應(yīng)前后質(zhì)量的測定。
儀器:燒杯、鐵釘、天平。
實(shí)驗(yàn)步驟:稱量燒杯(包含溶液)、鐵釘?shù)目傎|(zhì)量。
將鐵釘浸到硫酸銅溶液中。
稱量反應(yīng)后整個(gè)體系的總質(zhì)量。
方案三
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:碳酸鈣跟稀鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量的測定。
儀器:具支錐形瓶、膠塞、小試管。
實(shí)驗(yàn)步驟:稱量具支錐形瓶的質(zhì)量(包含碳酸鈣、稀鹽酸、小試管)。
傾斜容器讓兩種物質(zhì)混合。
稱量反應(yīng)后整個(gè)體系的總質(zhì)量。
在下表中記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并整理數(shù)據(jù):
教師檢查各組實(shí)驗(yàn)情況,對(duì)一些不規(guī)范操作及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)。12分左右時(shí)間,各小組全部實(shí)驗(yàn)完畢,探究結(jié)果是:方案一、二反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量保持不變,方案三反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不相等。這是為什么呢?學(xué)生在自己實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,積極思維,比較各組實(shí)驗(yàn)儀器的微小差異,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不同,討論得出:方案三由于生成的氣體從支管散逸到空氣中致使生成物的質(zhì)量比反應(yīng)物的質(zhì)量小。教師進(jìn)一步啟發(fā),怎樣將逸出氣體的質(zhì)量也稱量進(jìn)去呢?同學(xué)們議論紛紛,各抒己見,情緒高漲,經(jīng)過一番商議,一致提出在支管上套一個(gè)氣球或塑料袋收集產(chǎn)生的氣體,教師按學(xué)生的設(shè)計(jì)方案裝配儀器進(jìn)行演示。通過自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、教師啟發(fā)和設(shè)疑,學(xué)生很容易得出質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容,同時(shí)也深刻理解了在應(yīng)用質(zhì)量守恒定律時(shí)不可忽視在常溫下無色無味的氣體的質(zhì)量。
為了幫助學(xué)生理解質(zhì)量守恒的實(shí)質(zhì),教師借助多媒體將水通電生成氫氣和氧氣的反應(yīng)實(shí)質(zhì)制作成動(dòng)畫,為學(xué)生提供主動(dòng)、形象的感性材料,使學(xué)生感到通俗易懂。
最后,教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,完成課堂練習(xí),布置作業(yè),對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固和應(yīng)用。
四、實(shí)施探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)
1.注意探究性實(shí)驗(yàn)的條件。
實(shí)施探究性實(shí)驗(yàn),有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。探究性實(shí)驗(yàn)要考慮三個(gè)條件:(1)內(nèi)容難易適中;(2)學(xué)生對(duì)進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)已有準(zhǔn)備;(3)教師有充裕時(shí)間組織學(xué)生實(shí)施探究性實(shí)驗(yàn)。
2.指導(dǎo)學(xué)生探究方法。
為了順利實(shí)施探究教學(xué)形式,教師應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行一些科學(xué)探究方法的指導(dǎo),如在課堂教學(xué)中,多采用啟發(fā)探究的教學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生探究興趣,組織化學(xué)興趣小組,模擬科學(xué)家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的情境,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究方法的訓(xùn)練等,使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中避免失誤,提高學(xué)習(xí)效率。
3.鼓勵(lì)學(xué)生利用代用品。
實(shí)施探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué),需要花費(fèi)大量的時(shí)間、精力和財(cái)力,這就要求教育工作者盡快解決教育經(jīng)費(fèi)投入的問題,同時(shí)發(fā)動(dòng)學(xué)生收集日常生活中廢棄的東西,如塑料瓶,裝藥的小藥瓶,西藥片劑的包裝盒,廢舊電池中的鋅皮、碳棒等。
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