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摘 要:科学探究被确定为新课程改革的突破口,这样做的目的是为了培养学生的科学探究能力。因此,如何培养学生的科学探究能力成为新课程教学中不容回避的问题。若能从“重视科学探究教学”、“加强探究活动指导”、“用探究理念指导化学教学”等方面入手进行化学新课程教学,将有助于学生科学探究能力的培养。
关键词:科学探究 科学探究能力 探究活动 探究教学
中图分类号:G632 文献标识码:A文章编号: 1673-1875(2008)10-137-02
化学新课程以培养学生的科学素养为宗旨,其突出特征是强调科学探究。义务教育初中化学新课程将“科学探究作为课程改革的突破口”[1],高中化学新课程在义务教育化学课程的基础上,进一步提出“通过以化学实验为主的多种探究活动,使学生体验科学研究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究的意识”[2]。如此强调科学探究,其目的当然是为了培养学生的科学探究能力。那么,学生的科学探究能力如何培养呢？
一、学生科学探究能力的形成与发展过程
要培养学生的科学探究能力,首先应了解学生在整个中学化学学习中科学探究能力的形成与发展过程。新课程教学论认为,科学探究能力是一种具有复杂结构的高层次能力,它的形成和发展是一个曲折的、螺旋式的过程。从中学化学学习的各个阶段的科学探究学习目标来看,我们可以梳理出学生科学探究能力的形成与发展脉络。初中化学要求帮助学生理解什么是科学探究,在实际的探究活动中体验科学探究的过程;高中化学必修模块要求着重引导学生体验探究过程,进一步理解科学探究,学习科学探究的方法;高中化学选修模块,要求帮助学生体验科学探究过程的艰辛和喜悦,通过探究学习活动理解探究物质及其变化的基本方法,使探究学习成为学生的学习方式。因此,科学探究能力形成与发展过程可以概括为:理解科学探究;掌握科学探究学习方法;形成科学探究学习方式。
二、学生科学探究能力的培养
1.重视科学探究教学,促进学生理解科学探究
在中学化学新课程中,科学探究既是十分重要的教学内容,又是新课程倡导的教学方式和学习方式。科学探究的知识和技能主要包含两部分的内容:一是研究物质性质的方法和程序。在化学新课程中,这部分内容的编排采取“集中呈现”和“分散处理”相结合的方式,这是旧课程所没有的。教师要充分领会新课程教材的编写意图,有效落实科学探究内容的教学。在集中教学时,要将研究物质性质的方法和程序作为教学的重要目标,让学生充分理解研究物质性质的方法和程序,为后续的科学探究活动奠定基础。在后续课程的“分散处理”中,教师要有意借助教材提供的“方法导引”栏目,引导学生逐步加深对研究物质性质的方法和程序的理解与体会。
二是科学探究程序中各个环节的知识与技能。在中学化学课程标准中将科学探究基本过程定义为:提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流[3]。尽管科学探究活动不是死扣上述基本过程的每一个环节,但是科学探究过程的每个环节对探究活动的完成都是非常重要的。教师作为探究活动的指导者和促进者,应想办法使学生掌握每个环节的知识和技能。
如“猜想与假设”环节在整个科学探究基本过程中具有承上启下的作用。学生无法顺利完成这个环节,接下去的探究活动也就无法完成。教师可以通过营造宽松、民主的环境,引导学生主动、大胆地对所探究的问题进行猜想与假设,使学生尽快地掌握有关“猜想与假设”的知识和技能,为探究活动打下基础。
2.加强探究活动的指导,促进科学探究学习方法的养成
在高中化学新课程中,学生科学探究能力的养成主要依托课程设计的“活动?探究”栏目。通过“活动?探究”栏目,进行以实验为主的多种探究活动来揭示化学科学的奥秘,为培养学生的科学探究能力提供了一个平台。在“活动·探究”栏目的教学中,教师要以指导者的身份让学生真正地参与到实验的设计、实施、评价等过程中,促进学生的探究学习方法的养成。必修模块学习是学生科学探究能力形成的初始阶段,学生已有的生活经验和化学知识比较缺乏,对科学探究过程、特征和方法等还不太熟悉,需要教师进行逐步的指导。
【案例1】鲁科版《化学（必修1）》第2章第3节的实验探究“铁及其化合物的氧化性和还原性”探究活动指导
第一步:提出问题。复习常见的铁的化合物的化学式及铁在其中的化合价后,提出探究问题:在铁单质和铁的化合物中,哪些具有氧化性？哪些具有还原性？
第二步:引导学生设计实验方案。在学生阅读了“方法导引”和“工具栏”后,教师要求学生以金属铁、氯化亚铁、氯化铁为例设计探究实验方案。学生设计完后,教师抽取3-4名学生的方案进行评价,最终获得下列大家都比较满意的实验方案:
①金属铁——还原性:用铁与氯气、硫酸、硝酸、盐酸反应,建议用铁与稀硫酸或稀盐酸反应。
②氯化亚铁——氧化性:氯化亚铁溶液与Zn、Al反应;氯化亚铁——还原性:氯化亚铁与硝酸、浓硫酸、氯水反应,建议用氯化亚铁溶液与氯水反应。
③氯化铁——氧化性:氯化铁溶液与Cu、Fe、KI等反应都可。
第三步:督促实验方案实施。设计完实验方案,教师要督促每个学生都进行实验探究并要求对实验结果进行记录,完全实验报告。
在选修模块的教学中,学生的化学知识和生活经验已经有了一定的积累,科学探究能力也有了一定的提升,教师对探究活动的指导可以适当的“宽松”些,尽量突出探究学习中的自主性。
【案例2】鲁科版新课程《有机化学基础》第2章第2节“苯酚的主要化学性质”探究指导
[媒体展示]苯酚分子结构的球棍模型和比例模型
[师]提出问题:苯酚分子中既含有-OH又有苯基,想一想我们学过的带有-OH的物质乙醇、乙酸的典型性质以及苯的性质,能否推断出苯酚可能具有的物理性质和化学性质？
[生]推测:苯酚可能会溶于水和有机溶剂;酚羟基可能具有酸性;苯环可能会发生取代反应
[师] 请大家能说一说“活动?探究”中所给试剂的作用
[生] 蒸馏水、乙醇可用于试验苯酚的溶解性;NaOH溶液、Na2CO3溶液、紫色石蕊溶液用来试验苯酚的酸性;溴水可能用来试验苯环的性质;FeCl3溶液的作用不明确。
[师] 物质除了具有通性外,还有一些特性,FeCl3溶液用来试验苯酚的特性。
教师再重申一些实验注意事项之后,学生分组设计实验方案,然后进行实验（可发一份实验方案给学生参考）。最后,组织学生汇报探究实验结果,并整理苯酚的物理性质和化学性质。
加强对探究活动的指导,并不意味着教师去干预学生的探究活动。教师仅仅是一个组织者,只是帮助学生更好的发挥学习的自主性,获得更多的体验。
3.用探究理念指导化学教学,使学生形成科学探究学习方式
用探究方法学习化学有其他学习方法所不具备的优点,如有利于激发学生的学习兴趣,培养学生解决问题的能力等。但是在新课程教学实践中发现,运用科学探究方法学习有效率低、成本高、难操作、容易引起混乱、对能力低或能力一般的学生尤为困难等缺点。除了“活动·探究”栏目外,有些教学的内容太简单、太复杂或仅是生产生活中的常识并不宜采用探究方法进行学习。为了培养学生的探究能力,有必要从探究方法中体会探究教学的本质,并将其确定为教学的基本理念及原则。
从探究学习的八个步骤可以看出,探究学习的程序从“提出问题”开始,经过一系列的步骤到探究结果的“表达与交流”而结束。当然,实际的探究学习过程并不是都要遵守这八个步骤,但从中可获两点认识:第一、探究学习方法是围绕问题的发现和解决而展开的;第二、结论必须经过一系列的步骤才能获得。用这两点认识来指导化学教学,对学生科学探究能力的培养具有重要意义。
【案例3】鲁科版《化学1（必修）》第3章第2节中的“铜与浓、稀硝酸反应”同课异构教学
教学开始,教师出示了浓、稀硝酸和铜片,然后告诉学生:“现在我给大家演示铜与浓、稀硝酸的反应。”接着他按教材中的“观察?思考”确定的实验步骤演示了该实验,学生观察实验现象并做记录。演示完后告诉学生铜与浓硝酸反应生成NO2,与稀硝酸反应生成了NO,请大家写出这两个反应的化学方程式。
在另外一节课上,另一个教师也是演示浓、稀硝酸与铜的反应。教学开始,教师问学生:“铜是一种不活泼的金属,与盐酸、稀硫酸都不反应,那么它能与硝酸反应吗？”有的学生认为能,有的学生认为不能。接着教师再问:“如果能反应,它的反应原理与锌和盐酸反应的原理是否相同？”“铜与浓、稀硝酸反应的现象是否相同？”这两个问题引起了学生的思考与讨论,教师趁机演示了实验,要求学生认真观察实验现象并给予解释,然后写出化学方程式。
上述两个例子中,第一个教师关心的焦点显然是知识的传递,是一种典型的接受式学习。另一个教师则更多地通过提问引导学生思考,激发学生的探究意识,它虽然没有遵循探究方法的一般程序,但教学确实具有了探究性。
在化学教学中,培养学生科学探究能力的渠道应该是多种多样的。除了上述提到的方法外,教师还可以通过情境教学、指导学生参加课外实践活动、创造探究教学的条件等方面来促进学生的科学探究能力的养成与发展。中学化学教师应积极参与这方面的研究与实践,为新课程的顺利实施和自己的专业成长创造有利的条件。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准（实验稿）[M].北京:北京师范大学出版社,2001.1
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京:人民教育出版社,2003.2
[3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京:人民教育出版社,2003.34
关键词:科学探究 科学探究能力 探究活动 探究教学
中图分类号:G632 文献标识码:A文章编号: 1673-1875(2008)10-137-02
化学新课程以培养学生的科学素养为宗旨,其突出特征是强调科学探究。义务教育初中化学新课程将“科学探究作为课程改革的突破口”[1],高中化学新课程在义务教育化学课程的基础上,进一步提出“通过以化学实验为主的多种探究活动,使学生体验科学研究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究的意识”[2]。如此强调科学探究,其目的当然是为了培养学生的科学探究能力。那么,学生的科学探究能力如何培养呢？
一、学生科学探究能力的形成与发展过程
要培养学生的科学探究能力,首先应了解学生在整个中学化学学习中科学探究能力的形成与发展过程。新课程教学论认为,科学探究能力是一种具有复杂结构的高层次能力,它的形成和发展是一个曲折的、螺旋式的过程。从中学化学学习的各个阶段的科学探究学习目标来看,我们可以梳理出学生科学探究能力的形成与发展脉络。初中化学要求帮助学生理解什么是科学探究,在实际的探究活动中体验科学探究的过程;高中化学必修模块要求着重引导学生体验探究过程,进一步理解科学探究,学习科学探究的方法;高中化学选修模块,要求帮助学生体验科学探究过程的艰辛和喜悦,通过探究学习活动理解探究物质及其变化的基本方法,使探究学习成为学生的学习方式。因此,科学探究能力形成与发展过程可以概括为:理解科学探究;掌握科学探究学习方法;形成科学探究学习方式。
二、学生科学探究能力的培养
1.重视科学探究教学,促进学生理解科学探究
在中学化学新课程中,科学探究既是十分重要的教学内容,又是新课程倡导的教学方式和学习方式。科学探究的知识和技能主要包含两部分的内容:一是研究物质性质的方法和程序。在化学新课程中,这部分内容的编排采取“集中呈现”和“分散处理”相结合的方式,这是旧课程所没有的。教师要充分领会新课程教材的编写意图,有效落实科学探究内容的教学。在集中教学时,要将研究物质性质的方法和程序作为教学的重要目标,让学生充分理解研究物质性质的方法和程序,为后续的科学探究活动奠定基础。在后续课程的“分散处理”中,教师要有意借助教材提供的“方法导引”栏目,引导学生逐步加深对研究物质性质的方法和程序的理解与体会。
二是科学探究程序中各个环节的知识与技能。在中学化学课程标准中将科学探究基本过程定义为:提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流[3]。尽管科学探究活动不是死扣上述基本过程的每一个环节,但是科学探究过程的每个环节对探究活动的完成都是非常重要的。教师作为探究活动的指导者和促进者,应想办法使学生掌握每个环节的知识和技能。
如“猜想与假设”环节在整个科学探究基本过程中具有承上启下的作用。学生无法顺利完成这个环节,接下去的探究活动也就无法完成。教师可以通过营造宽松、民主的环境,引导学生主动、大胆地对所探究的问题进行猜想与假设,使学生尽快地掌握有关“猜想与假设”的知识和技能,为探究活动打下基础。
2.加强探究活动的指导,促进科学探究学习方法的养成
在高中化学新课程中,学生科学探究能力的养成主要依托课程设计的“活动?探究”栏目。通过“活动?探究”栏目,进行以实验为主的多种探究活动来揭示化学科学的奥秘,为培养学生的科学探究能力提供了一个平台。在“活动·探究”栏目的教学中,教师要以指导者的身份让学生真正地参与到实验的设计、实施、评价等过程中,促进学生的探究学习方法的养成。必修模块学习是学生科学探究能力形成的初始阶段,学生已有的生活经验和化学知识比较缺乏,对科学探究过程、特征和方法等还不太熟悉,需要教师进行逐步的指导。
【案例1】鲁科版《化学（必修1）》第2章第3节的实验探究“铁及其化合物的氧化性和还原性”探究活动指导
第一步:提出问题。复习常见的铁的化合物的化学式及铁在其中的化合价后,提出探究问题:在铁单质和铁的化合物中,哪些具有氧化性？哪些具有还原性？
第二步:引导学生设计实验方案。在学生阅读了“方法导引”和“工具栏”后,教师要求学生以金属铁、氯化亚铁、氯化铁为例设计探究实验方案。学生设计完后,教师抽取3-4名学生的方案进行评价,最终获得下列大家都比较满意的实验方案:
①金属铁——还原性:用铁与氯气、硫酸、硝酸、盐酸反应,建议用铁与稀硫酸或稀盐酸反应。
②氯化亚铁——氧化性:氯化亚铁溶液与Zn、Al反应;氯化亚铁——还原性:氯化亚铁与硝酸、浓硫酸、氯水反应,建议用氯化亚铁溶液与氯水反应。
③氯化铁——氧化性:氯化铁溶液与Cu、Fe、KI等反应都可。
第三步:督促实验方案实施。设计完实验方案,教师要督促每个学生都进行实验探究并要求对实验结果进行记录,完全实验报告。
在选修模块的教学中,学生的化学知识和生活经验已经有了一定的积累,科学探究能力也有了一定的提升,教师对探究活动的指导可以适当的“宽松”些,尽量突出探究学习中的自主性。
【案例2】鲁科版新课程《有机化学基础》第2章第2节“苯酚的主要化学性质”探究指导
[媒体展示]苯酚分子结构的球棍模型和比例模型
[师]提出问题:苯酚分子中既含有-OH又有苯基,想一想我们学过的带有-OH的物质乙醇、乙酸的典型性质以及苯的性质,能否推断出苯酚可能具有的物理性质和化学性质？
[生]推测:苯酚可能会溶于水和有机溶剂;酚羟基可能具有酸性;苯环可能会发生取代反应
[师] 请大家能说一说“活动?探究”中所给试剂的作用
[生] 蒸馏水、乙醇可用于试验苯酚的溶解性;NaOH溶液、Na2CO3溶液、紫色石蕊溶液用来试验苯酚的酸性;溴水可能用来试验苯环的性质;FeCl3溶液的作用不明确。
[师] 物质除了具有通性外,还有一些特性,FeCl3溶液用来试验苯酚的特性。
教师再重申一些实验注意事项之后,学生分组设计实验方案,然后进行实验（可发一份实验方案给学生参考）。最后,组织学生汇报探究实验结果,并整理苯酚的物理性质和化学性质。
加强对探究活动的指导,并不意味着教师去干预学生的探究活动。教师仅仅是一个组织者,只是帮助学生更好的发挥学习的自主性,获得更多的体验。
3.用探究理念指导化学教学,使学生形成科学探究学习方式
用探究方法学习化学有其他学习方法所不具备的优点,如有利于激发学生的学习兴趣,培养学生解决问题的能力等。但是在新课程教学实践中发现,运用科学探究方法学习有效率低、成本高、难操作、容易引起混乱、对能力低或能力一般的学生尤为困难等缺点。除了“活动·探究”栏目外,有些教学的内容太简单、太复杂或仅是生产生活中的常识并不宜采用探究方法进行学习。为了培养学生的探究能力,有必要从探究方法中体会探究教学的本质,并将其确定为教学的基本理念及原则。
从探究学习的八个步骤可以看出,探究学习的程序从“提出问题”开始,经过一系列的步骤到探究结果的“表达与交流”而结束。当然,实际的探究学习过程并不是都要遵守这八个步骤,但从中可获两点认识:第一、探究学习方法是围绕问题的发现和解决而展开的;第二、结论必须经过一系列的步骤才能获得。用这两点认识来指导化学教学,对学生科学探究能力的培养具有重要意义。
【案例3】鲁科版《化学1（必修）》第3章第2节中的“铜与浓、稀硝酸反应”同课异构教学
教学开始,教师出示了浓、稀硝酸和铜片,然后告诉学生:“现在我给大家演示铜与浓、稀硝酸的反应。”接着他按教材中的“观察?思考”确定的实验步骤演示了该实验,学生观察实验现象并做记录。演示完后告诉学生铜与浓硝酸反应生成NO2,与稀硝酸反应生成了NO,请大家写出这两个反应的化学方程式。
在另外一节课上,另一个教师也是演示浓、稀硝酸与铜的反应。教学开始,教师问学生:“铜是一种不活泼的金属,与盐酸、稀硫酸都不反应,那么它能与硝酸反应吗？”有的学生认为能,有的学生认为不能。接着教师再问:“如果能反应,它的反应原理与锌和盐酸反应的原理是否相同？”“铜与浓、稀硝酸反应的现象是否相同？”这两个问题引起了学生的思考与讨论,教师趁机演示了实验,要求学生认真观察实验现象并给予解释,然后写出化学方程式。
上述两个例子中,第一个教师关心的焦点显然是知识的传递,是一种典型的接受式学习。另一个教师则更多地通过提问引导学生思考,激发学生的探究意识,它虽然没有遵循探究方法的一般程序,但教学确实具有了探究性。
在化学教学中,培养学生科学探究能力的渠道应该是多种多样的。除了上述提到的方法外,教师还可以通过情境教学、指导学生参加课外实践活动、创造探究教学的条件等方面来促进学生的科学探究能力的养成与发展。中学化学教师应积极参与这方面的研究与实践,为新课程的顺利实施和自己的专业成长创造有利的条件。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准（实验稿）[M].北京:北京师范大学出版社,2001.1
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京:人民教育出版社,2003.2
[3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京:人民教育出版社,2003.34