化学实验中探究式学习的教学模式研究
摘要  “化学实验探究式”教学模式是一种突出化学学科特征，重视在教师指导下，学生自主探究的教学模式。本研究是通过对验证性实验的局限性剖析，阐述构建“实验探究式”教学模式的理论依据和教学思路，结合实例研究了化学实验探究式的教学模式、情境设置等方面，为化学教学以实验为载体培养学生创新能力提供一定的方法和实践途径。
关键词  化学实验  探究学习  教学模式
在提倡创新精神和实践能力为培养重点的素质教育中，如何结合本学科的特征，积极开展探究性学习活动，构建合理的探究式教学模式，受到教育界的广泛关注。“化学实验探究式”模式，就是尊重学生的独立性，发挥学生的主动性，进而培养其创造性。我们积极开展了中学化学“实验探究式”教学模式的研究，经过近九年的探索和实践，已取得了一定成果。
一、问题的提出
现代教育思想认为：“教学不应是单纯地传授知识。探索知识的过程及方法比获得知识本身更重要。”在素质教育全面实施的今天，应试教育仍“割不断，理还乱”。重教轻学，重知轻能，重记轻思，重理论轻实验、重外部控制轻内部转化的现象普遍存在，学生自主的学习行为在教师“言语霸权”应试观念的影响下难以得到充分的体现。传统的教学存在以书本知识为本、以教师为本、以考纲为本的弊端，从而制约了学生的个性发展。
由于多年来受应试教育的影响，虽然新教材也已使用多年，我校实验器材、设备和实验条件都相当不错，但实验教学仍存在着一些普遍现象。
（1）“讲实验”、“背实验”多，而学生动手实验机会少，技能低，如新教材中的3个学生实验共21个习题也常常被教师当成一道作业题做，不能让学生将自己的设计成果转化为动脑→动手→获取信息→重整认知结构→提高综合能力。
（2）演示实验即使是探究性实验，教师为了赶进度，也往往被变成了验证性实验；其目的是让学生通过观察实验现象达到对知识的理解和印证。
（3）新教材中的7个（8个）研究性课题，15个家庭实验常常被忽视，学生参与社会活动，解决实际问题的能力低。
（4）教师过分重视实验技能的训练。面对如此状况，在化学教学中进行探究性实验教学是非常必要的。从多年的实践表明验证性实验和探究性实验存在着极大的差异。（见下表）
验证性实验与探究性实验的比较
 验证性实验 探究性实验
认知顺序 概念→数据（各种信息） 数据（各种信息）→概念
问题选择者（主题确定） 教师 教师或学生
实验设计 教师 学生
数据解释 教师 学生
耗用学时 少 多
耗用经费 少 多
学生能力的获取 少 多
学生学习兴趣 弱 强
效果 差 好
由上表可知，探究性实验虽然耗时、耗资，但它能极大地调动学生的主观能动性，能改变人们习以为常的教师讲解、演示、学生验证的实验教学模式，能从真正意义上发掘化学实验的功能——能使学生学会动脑、动手，起到加工知识，重整认知结构，自我增长知识的作用，培养学生实事求是，严肃认真的科学态度和科学方法。达到激化创新思维，培养创新能力的目的，是培养学生能力，提高学生素质的根本所在。
二、理论依据
心理学研究表明，技能的形成过程是有阶段性的，即有一个由初级阶段到熟练掌握的阶段。学生实验能力的培养也要遵循这个规律。因此，化学教师在日常教学中一定要重视实验能力的培养。马卡连柯曾指出：“一般地说来，教育学是最辨证、最灵活的一种科学，也是最复杂、最多样化的一种科学”。中学化学教师只有认真学习和掌握各种教学方法和理论，才能在处理各种教学问题上游刃有余，从而有效地提高教学质量。罗杰斯认为：人生来就对世界充满好奇心，在适合的条件下，每个人所具有的学习、发现、丰富知识与经验的潜能和愿望，都能够释放出来，“探究式学习”的教学模式就是建立在学生渴望学习、渴望获得新知的基础上。
三、研究方法和过程
在中学化学教学中实施实验探究式教学，旨在指导学生踏着科学家的足迹重返科学探索之路，充分利用化学学科“以实验为基础”的基本特征，挖掘和开发化学实验在探究性学习中的功能，发挥其获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，培养学生独立探究能力，使学生受到科学方法的系统训练。在探索发现过程中，发现学生的创造能力，批判的思想方法，让学生体验科学研究的苦衷和愉悦，从而真正改变学生被动、消极接受的学习方式，形成学生终身学习的能力。
（一）化学实验探究的研究方法：
1．设置情境  2．实验探究  3．归纳整理  4．巩固拓展
（二）研究对象
 实验班 对比班
02级 高02级1班 高02级3班
05级 高05级1班 高05级3班
08级 高08级7班、8班 无
（三）探究式实验活动的模式
在研究中，我主要从两方面进行了研究：
①如何设置情境将课本实验转化为探究性实验，
②如何将学生实验融合在新课学习中，改验证实验为探究实验。初步拟出了两种“化学实验在探究式教学中的应用”模式。
1．第一种模式：
引发问题→创设情境→实验探究→发现知识、获取信息→获得结论→迁移创新，收获能力。该程序主要用于元素化合物的学习。
例1  高一“钠的性质”，首先用影片介绍钠的用途（引发问题）提出“钠是一种什么样的物质呢？”“为什么要将钠保存在煤油中呢？”（创设情境）让学生从煤油中取出钠切割、观察颜色的变化过程；取出一块钠放在石棉网上加热，再观察；将绿豆大的钠放在滴有酚酞的水中（实验探究）；分配学生依次观察现象（获取信息）；老师再围绕钠的物理性质、化学性质层层设置问题（在解决问题中获得知识）；教师再因势利导“将钠投到硫酸铜溶液中会怎样呢？”指导学生做实验探究，得到与初中完全不同的现象（获取新的知识和能力，在新奇的现象中思索），这时可进一步提出：“钠与水反应的实质是什么？”“钠与酸反应会怎样呢？”“其他活泼金属是否会与水反应呢？”（把问题引向深入，使学生在迁移中创新和升华）。
2．第二种模式：
实验探究→创设情境→引发问题→激发兴趣（全方位地调动主客观因素）获取信息→获得知识→迁移创新，收获能力。该程序主要用于理论的学习。
例2  初三“核外电子的排布”，首先做镁燃烧实验（实验探究），让学生辩析这是什么物质的燃烧现象？在教学时用镁带燃烧的剧烈现象（创设情境）引发“为什么镁与氧气反应这么剧烈？”“生成的氧化镁的组成为什么是1：1？”（引发问题）的问题，激发了激发兴趣，刺激学生的探究欲望。
例3  在教授高二“水的电离“时，我提出“如何用实验证明水是电解质？”学生通过讨论提出了自己的合理方案，上台演示（实验探究），灯泡并不发亮，（创设情境）学生产生置疑：难道水不是电解质？）“湿手接触电器为何易触电？”（引发问题，激发兴趣，获取信息）（打消学生的疑虑）“我们用实验如何证明它是弱电解质呢？”（把问题引向深入）冷场之后，提示：”可用物理方法”学生灵感一闪：“电流灵敏计！”，（获取知识）通过实验证明了水能导电，是弱电解质。（迁移创新，收获能力）“那么水中的阴阳离子会是什么呢？”（激发兴趣和求知欲）。
（四）创设情境
上面两种模式都涉及到了一个关键的问题——如何创设情境。
1．实验探究的情境创设
① 通过事实置疑
例1  在初三活动课“研究铁生锈的原因”教学时，给每位学生一颗锈迹斑斑的铁钉，提出“铁钉是怎样生锈的？”
让学生相互讨论得出铁钉生锈的可能原因。
学生找不到切入点时，教师引导：“空气中有哪些物质可能造成铁钉生锈？”“O2、CO2、水”
“我们可以设置哪些实验来证明铁钉生锈由它们中的一种、两种？还是三种共同造成的呢？”
②根据教学需要设置情境
例2  在高二“水的电离”教学时，
教师问：“水能导电吗？”
学生答：“能”（已有经验）
师：“怎样设计实验？”
学生上台组装，结果：灯泡不亮。
师：“应用什么知识设计实验证明水是弱电解质？”
学生讨论得出结论：“用灵敏电流计测试”，
③根据已知实验再次激疑
例3  在高一做过钠与水反应的实验后，提出“钠能置换硫酸铜溶液中的铜吗？”激发再次用实验探究的欲望
例4  在高一“过氧化钠漂白作用”时，演示Na2O2与水反应后，提出“滴入酚酞溶液会怎样？”实验现象与想象相差甚远而置疑，激发学生用前后知识解决问题，使学生立即产生用实验一试的探究愿望。
④用已有知识置疑
例5  初三“实验室制二氧化碳”，可从回忆碳的化学性质提出“我们已学过哪些能生成二氧化碳的反应？”学生相继提出了分解碱式碳酸铜，碳的燃烧，碳还原氧化铜，CO还原金属氧化物、CO燃烧等等反应，“我们能否用这些反应制二氧化碳呢？”让学生讨论探究，学生认为C燃烧比较理想，教师提出“能否用更容易而又廉价的原料制备呢？”激发学生用实验探究的愿望。
⑤提出猜想用实验探究加以检验创设情境
例6  高一化学“过氧化钠与水反应”有气体产生？该气体是什么？是氢气、氧气（从反应物元素推导）、还是水蒸气（该反应放热可能是水挥发）？提出猜想，从而引出实验探究。
⑥ 通过“开放性”问题创设情境
例7  在学习了氮的氧化物之后，教师要求学生根据已有知识设计鉴别溴蒸汽和NO2，要求：（1）设计时可联系物理及生物知识；（2）选用你认为所能用到的仪器和药品，画出实验设计装置图。让学生展示自己的思维火花。
2．用实验创设情境
①通过实验创新而创设情境
例8  在高二“硝酸的氧化性”的教学时，演示铜片与稀硝酸的反应，进行对照实验：先是让学生做课本实验，再让学生在加入铜片前先加入少量碳酸钠。通过对比实验现象，去激发学生思考：实验改进后有什么好处？为什么能保护NO？增加了实验的新颖性和思考性，使简单实验变得不简单，从而激发同学们的好奇心。
②增设实验创设问题情境
高一学习“物质的量“可让学生做一个实验：量课本每一页的厚度。学生自然会想：“老师今天要干什么？”教师顺势告诉学生研究问题的方法：“由宏观到微观，从整体到局部”，老师又问“你能告诉我，1袋500g的食盐中有多少个Na+和Cl-吗？”学生感到茫然而好奇，“今天我会教你们一种算500g食盐微粒数的方法？”从而引出正题达到了引发学生探究的欲望。
③通过出乎意料的实验现象创设问题情境
例9  在做铜与浓、稀硝酸反应时，让学生观察溶液颜色时发现浓硝酸与铜反应后是绿色而稀硝酸是蓝色？“为什么与想象的实验现象不一样？推断是什么原因造成浓硝酸反应后是绿色？如何用实验证明？”，学生讨论提出“可能是铜离子浓度大”，“可能是溶有NO2”，“可能是硝酸的浓度”┅┅到底是什么？假设情境，驱使学生不断地思考和实验设计。
④通过实验中的“想当然”创设问题情境
    例10  在高二“原电池”时，提问“铝投入CuCl2溶液中有何现象？”学生：“铝片上有红色物质”让学生演示铝与CuCl2溶液反应的实验，结果实验现象并不同于想象的，从而激发学生急于探求因果的心理。
（五）实验探究
1．实验探究的实施原则
①和谐合作原则 ②过程性原则 ③安全原则 ④独立操作与点拨引导相结合的原则
2．实验探究实施的方法
①在探究式实验中要注意过程，要引导学生在实验中善于观察实验现象，获取信息，必要时要设计观察的项目或内容。
②在探究实验中要注意安全，如浓硝酸、浓硫酸、金属钠、有机物等有危险的药品，事先要做好安全工作，如用量、操作方法和注意事项等的提示和训练。
（六）实验设计能力的培养——进行探究式实验的核心
我的做法主要是结合课本知识和学生能力发展的需要,每两周给学生一道实验设计题，开始由简单的实验步骤的排列→到实验仪器的选择→选取仪器进行简单实验步骤设计→实验原理、实验步骤以及实验现象、实验结果的处理等等。每一道实验题都先由全班学生分组讨论，形成初步方案，再交实验负责小组（轮流负责）形成总体方案，并将答案公布于黑板上，定期安排学生用实验探究自己设计成果的正确性，在实验中去伪存真，不断提高。
几年来我们给学生的设计题共有37个，如:
1．如何用实验证明氯水中含有盐酸、次氯酸、氯气分子？
2．如何证明滴有酚酞的红色溶液通入SO2褪色是漂白作用还是酸性作用？
3．请设计一个综合实验证明SO2既具还原性又具氧化性还具有酸性和漂白性？
4．不用其它药品只有试管和滴管如何鉴别Na2CO3和稀HCl？
5．设计检验制Cl2装置气密性的几种方法？
6．请设计几种防倒吸的方法？
7．请设计实验证明弱电解质的电离是吸热的。
8．请设计几种实验方法证明醋酸是弱酸？
9．请设计实验证明钢铁的腐蚀是吸氧腐蚀。
10．设计铝与氯化铜溶液反应的实质。
11．如何证明水蒸气与铁粉反应的产物是Fe3O4？
12．如何证明海带中含有碘元素？
┉┉
让学生根据自己的设计成果进行实验验证，特别是“想当然”的设计，通过学生实验验证发现了一系列”新异的实验现象“时，学生的探索欲望得到了急剧膨胀，通过查找资料，前后知识整合，达到了去伪存真，从而使学生形成了新的化学观和初步的化学研究方法。
四、主要研究成果
根据现行教材，在内容上我进行了三方面的探索：
（一）如何设置情境将课本实验转化为探究式实验，通过近六年的实践，从高一到高三80%的课本实验我都尽可能地设置情境，提出问题用实验进行探究。
（二）如何将学生实验融合在新课学习中，改验证实验为探究实验，经近六年的实践摸索，我已将除高一的基本实验操作一、二，配制一定物质的量浓度的溶液和高二的“中和滴定”四个技能实验外的18个学生实验设计成了探究式实验模式（几乎60%的学生实验都必须肢解成若个片断，因为一个学生实验往往是由一章的几个部分组成，为了知识的完整性和加强学生的基本技能的训练，每一章完后，我就要求学生写一个探究式实验报告）。
（三）如何指导学生进行8个研究性课题研究，由于时间和精力所致，8个课题我指导了两个，一个是指导学生用调查法在假期进行“调查常用电池的种类、使用范围、性能和价格以及电池中的氧化剂和还原剂。”第二个是用实验法和调查法指导学生“常用洗衣粉（剂）的效果对比研究”后者的研究成果在重庆市九龙坡区科技创新评比中获科技论文一等奖，重庆市研究性学习成果三等奖。
我在高02级1班，高05级1班（实验班））采用探究式实验教学模式后，学生学习的主动性、积极性增强，学习的兴趣也大大提高，遇到问题时经过充分思考后能解决的便自己解决，不能解决的也能找出问题的所在，成绩也有大幅度提高。在各次月考、统考中优生、平均分都明显地高于对照班，特别是实验题，分析问题方面的题型明显好于对照班。所以在08级的教学中我不再设置对照班，而是在全年级推行，整个年级的化学成绩在全区的各次统考及竞赛中遥遥领先于其他学校，在高考中理综成绩也明显好于区内其他学校。
五、体会
近几年的教学实践，使我得到以下几点体会：
1．加强实验，激发兴趣，是搞好“实验探究式”教学的起点。
化学实验是化学的最大特征，实验是帮助学生获得化学感性知识的重要来源，实验提供的色鲜活艳的现象，最容易激发学生的兴趣。调查表明：几乎所有学生开始学化学都是由于实验很新奇有趣而喜欢学的。因此，我们必须重视实验，创造条件让学生亲自动手做实验，在实验中培养他们的观察、操作、思维等能力，为学好化学打好基础，起好步。
 2．巧问善诱，启发思维，是搞好“实验探究式”教学的关键
 实验确实能激发学生学习化学的兴趣，但在教学中如果不巧问善诱，启发思维，学生既使在实验中观察到了物质及其变化现象等，也不会通过宏观的现象事实，深入到原子、分子、离子等微观粒子的运动变化中理解概念、原理，掌握元素化合物知识。因此，教师必须巧妙设问，启发学生揭示矛盾、分析矛盾、解决矛盾，引导学生自己逐步获得结论。如果设问不在“巧”、“精”上下功夫，只是信口开河地“对不对”、“是不是”、“好不好”，让全班同学齐声回答，表面看课堂上很热闹，实际上根本没有达到培养和发展学生科学思维的目的。
 3．转变观念，优化教法，是进行“实验探究式”教学的归宿
 开展实验探究活动，给了我很大的触动，我认为触动最大的是教师角色的转变。教师不再是课堂教学的主宰，课堂教学不再是在教师的垄断和控制下进行的活动，而是在学生探究学习中展开，让学生在学到化学知识的同时，领悟学习方法，养成良好的科学态度，培养师生的协作精神与交际能力，而且也融洽了师生关系。从教学设计来看，我以前的教学设计过多考虑了教师的“教”，忽视了学生的“学”，探究式教学需要教师设计学生活动，真正把学生推到主体地位上去，让学生参与知识形成的全过程。要求教师打破让学生沿着教师思路走的传统教学框架，选用教师沿着学生的思路引导，要求教师具备更广泛的知识，更强的课堂调控能力，高超的教学艺术。
4．学生实验往往是一章知识的汇总，在本模式中常常将一个学生实验要肢解为若干个学生实验才能融入新课的学习中，教师（特别是实验员）的工作量会大大增加，教师要从起始年级开始组建一群训练有素的小助手，这样既激发了学生的兴趣和学习热情，同时又锻炼了学生的办事能力。由于新课学习中很多时候会用到边讲边实验，组织课堂教学至关重要，教师应从起始年级抓起，认真训练学生的操作技能和课堂纪律，在教学中能做到了收放自如才能更好地实施。
主要参考文献毕业论文http://www.751com.cn/  论文网http://www.lwfree.com/
[1]《化学课程标准（实验稿）》.北京:北京师范大学出版社.2001.
[2]《基础教育课程改革纲要（试行）解读》.上海:华东师范大学出版社.2001.
[3] 保罗.D.埃金（美）.课堂教学策略.北京:教育科学出版社.1999.
[4] 陈宝茹. 新课程对教师角色的挑战.化学教学.2004.1291