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摘 要：化学是一门以实验为基础的科学，而化学实验又是化学教学中有效的教学方式之一。实验探究可以提高学生的发散思维能力、实践能力、创新能力等，同时又可以提升学生的科学素养，为学生终身学习提供必要条件。
关键词：实验探究；原电池工作原理；科学素养
高中化学新课程标准指出：“高中化学新课程应有利于学生体验科学探究的过程，学习科学探究的基本方法，加深对科学本质的认识，增强创新精神和实践能力。”化学实验是化学科学发展的基础，实验的教学功能在化学教学中的作用是其他教学手段不能替代的，课堂上落实化学实验，完善化学实验功能，对学生能力的提高有很好的促进作用。
探究实验具有未知性、探索性、开放性等特点，加强探究实验教学，有利于学生发挥主观能动性，形成较强的问题意识。学生通过提出问题—猜想—设计实验—动手实验—分析实验现象—得出结论，这样的教学过程有利于真正发挥学生学习的主体性，使之自主掌握学习策略，培养学生的综合能力。
本文结合“原电池的工作原理及其应用”的教学实践，谈谈关于加强探究实验教学、促进学生能力高效发展的一些做法和思考。
一、创设积极的学习情境，培养学生发散思维能力
一堂课，教师如果不想方设法让学生进入情绪高昂状态，而急于传授知识，可能这种知识只能让学生产生冷漠的态度，而没有投入真感情，这样就容易疲倦。创设教学情境导入新课能促使学生形成学习动机，快速进入学习情境，为新知识的学习做好铺垫。
本节课的教学重点是原电池的工作原理及其应用，理论知识涉及到能量的转变，较抽象、难理解，使学生感到枯燥乏味。教师以“水果电池”导入新课。（水果电池：在一颗葡萄上分别插入一小段的锌片和铜片，把锌片和铜片的另一端通过导线连接在电流计的两极。）让学生产生联想，发散思维，提高学生的学习兴趣，激起学生学习新知识的愿望，引领学生以一种轻松愉悦的心情进入新的学习情境中。
二、鼓励学生大胆猜想，勇于质疑，培养学生提出问题的能力
伟大的物理学家爱因斯坦说过：“提出问题比解决问题更重要。”提出问题是思维的开始，小疑则小进，大疑则大进。在课堂教学中，教师除了要让学生学会解决问题外，也应该引导学生提出问题。
本节课引导学生从实验中提出问题，大胆设想，主动探求问题的本质。水果电池的导入引起了学生的认知冲突，学生从已有的生活经验出发，结合自己的学习基础，对水果电池装置电流计的偏转产生了疑惑，该装置对学生的学习起了诱发作用，诱发学生提出问题——该装置为什么会产生电流？接着，结合学生所掌握的物理化学常识，引导学生大胆猜想产生电流的原因，过程如下：
电流计指针偏转—装置中产生电流—出现电子定向移动—反应要得失电子—该反应必须是氧化还原反应—化学能转化为电能。继而学生猜想产生电流的原因——该装置必须发生氧化还原反应，使化学能转化为电能。
“该装置为什么会产生电流？”水果电池实验给学生带来意想不到的感官刺激，激发了学生的好奇心，并给学生带来奇思妙想，启发学生思考，学生对此产生疑惑，激活探索欲望，继而渴望解决问题。课堂上形成积极的认知氛围和情感氛围，学生的学习就会变得积极、主动，学生渐渐进入自我驱动的探究性学习状态中。
三、指导学生自主设计实验，培养学生解决问题的能力
培养和提高学生解决问题的能力是化学新课程的目标之一，学生要学会针对具体问题找到具体的解决方案。设计实验方案是实验探究过程中的重要环节，因此方案设计过程中必须做到一丝不苟，严肃认真，任何一个实验设计环节出现问题都有可能导致实验的失败甚至发生实验事故。
对于原电池的形成条件，教师引导学生自主设计实验方案。
实验准备：铜片、锌片、稀硫酸、导线、电流计。
设计实验1：将锌片和铜片分别插入稀硫酸中，观察现象。
设计实验2：将插入稀硫酸的锌片和铜片互相接触，观察现象。
分析1：对比实验1和实验2，探究条件“形成闭合回路”。
设计实验3：将铜片和锌片插入稀硫酸中，用导线将电流计的两端分别连接在铜片和锌片上，观察现象。
设计实验4：将铜片和铜片插入稀硫酸中，用导线将电流计的两端分别连接在两段铜片上，观察现象。
分析2：对比实验3和实验4，探究条件“自发进行的氧化还原反应”。
设计实验5：将锌片和锌片插入稀硫酸中，用导线将电流计的两端分别连接在两段锌片上，观察现象。
分析3：对比实验3和实验5，探究条件“活泼性不同的两个电极”。
设计实验6：将锌片和铜片插入蔗糖溶液中，用导线将电流计的两端分别连接在铜片和锌片上，观察现象。
分析4：对比实验3和实验6，探究条件“电解质溶液”。
实验设计要求学生在设计实验过程中对症下药，通过各种有效途径找到解决问题的主要思路，本节课的实验要设计出控制单一变量的方案，培养学生解决问题的能力。同时，要求学生认真对待每一个实验步骤的设计，不能有半点马虎。
四、有序组织学生分组实验，培养学生实践能力
培养学生实践能力是高中化学教学的出发点和归宿。“实践是检验真理的唯一标准”，百说不如一做，通过自己的实践活动获得成果，可以体会到学习的价值。教师通过化学教学引导学生动手实验，使学生体会到知识来源于实践。
原电池原理的探究实验从提出问题到猜想，再到设计实验，都是为实践做铺垫，通过动手实验，检验实验方案。实验过程中，笔者给学生足够的时间和空间动手、观察，学生发现在操作实验2和实验3的过程中，出现了预想之外的实验现象——除了铜片上产生气泡外，锌片上也出现了气泡。实践出真知，只有实践才有发言权，光靠预想是想不出真理的。当然，学生在实验过程中观察、记录实验现象，必须消除主观性，尊重实验事实，才不会错过任何一个发现真理的机会。 五、引导学生处理实验结果，培养学生分析能力
分析能力是每个人在学习与生活中必须掌握的技能，对于化学实验而言，学生进行任何一个实验都离不开对实验的分析。实验分析能力是学生科学素养的体现，不善于分析实验将阻碍学生科学素养的发展。分析问题的关键要紧扣问题的精髓，分析实验现象要透过现象看本质，不能停留在现象表面。
本节课学生通过实验操作、观察、记录，得到以下六个现象：
实验现象1：锌片上有气泡。
实验现象2：铜片上有气泡，锌片上也有气泡。
实验现象3：铜片上有气泡，锌片上也有气泡，电流计的指针发生偏转。
实验现象4：两个电极都不产生气泡，电流计的指针不偏转。
实验现象5：两个电极都不产生气泡，电流计的指针不偏转。
实验现象6：两个电极都不产生气泡，电流计的指针不偏转。
实验过程中，笔者引导学生根据以上六个实验现象，进行讨论比较、综合分析，特别是实验2与实验3出现了预想外的现象，不仅铜片上连锌片上也有气泡，引导学生进一步分析产生该现象的原因。
师：实验2与实验3中铜片和锌片都产生了气泡，铜片上有气泡是因为氢离子在铜片上得到电子转化成氢气，而锌片上为什么会有气泡呢？
生：氢离子也在锌片上得到电子转化为氢气。
师：你们结合实验2设想一下，如果实验2中铜片无限的缩小，会出现什么情况呢？
生：类似于锌片上含有杂质铜。
至此学生理解了实验2与实验3出现预想外的现象是由于实验中用的锌片含有杂质，如果换成纯的锌片，纯锌片上就不会再产生气泡了。实验分析过程中学生做到点面结合，前后联系，牢牢把握六个现象的内在关系，通过两两对比发现问题的本质，最终归纳小结形成原电池的条件：自发进行的氧化还原反应，两个活泼性不同的电极，电解质溶液，形成闭合回路。
之后，教师引导学生根据实验事实，对该设计方案进行反思，讨论实验中遇到的问题，进一步改进实验。
六、实验反思与改进，培养学生创新能力
创新能力的培养是素质教育中最具活力的课题，实验的改进就是在原有实验基础上进行的一种创新做法。实验探究不仅是为了培养学生的探究能力，而且要让学生认识到它是获取知识的一种有效途径，所以开展探究实验不仅要注重过程和方法，也要注重结果。当学生发现实验不够完善时，教师一定要给与适度的引导，使学生在原有的基础上再前进一步。
本节课学生通过实验发现了单液原电池的缺点（两个电极现象互相干扰）。为此，笔者提供双液原电池与单液原电池对比的相关信息给学生，引导学生对原装置进行改进。
生：单液原电池中两个电极的反应现象互相干扰，不利于观察。
师：双液原电池与单液原电池相比所具备的优点（由现象的比较到本质的比较）有利于最大程度地将能量转化为电能；可以获得单纯的电极反应，便于分析两电极上的现象。
师：在原装置的基础上，利用下列提供的材料设计新的原电池，便于观察实验现象。
实验准备：铜片、锌片、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、盐桥（琼脂+饱和氯化钾溶液）、电流计、导线（单液原电池和双液原电池的装置图如下）。
■
双液原电池跟单液原电池相比，具有便于观察实验现象的优点，同时还有利于将化学能转化为电能。学生反思提出问题后，教师引导学生在原有装置的基础上进行改进，增加实验的严密性，避免因装置的缺陷产生不良后果，引导学生养成精益求精的学习习惯，实验反思与实验改进既可以巩固已有知识基础，又能够促使学生在实验中应用知识，不断思考，不断创新，不断完善。
七、布置家庭实验，培养学生综合应用能力
家庭实验来源于生活，应用于生活，能够促使学生注意观察日常生活的一些化学现象，运用化学知识解释身边的化学现象，利用化学知识解决身边的化学问题，学以致用。
本节课中，笔者引导学生利用生活中常见的材料设计水果电池。（实验准备：水果有桔子、番茄、柠檬或其他水果，金属有铁丝、铜丝、铝片等，其他有石墨、电极灯泡、小刀、导线若干。）家庭实验以常见的化学物质作为原料，使学生产生一种亲切感。在以实验结论为指导的前提下，学生根据自己的喜好、兴趣设计不同类型的装置，促进学生的个性发展，培养学生综合能力。“冰冻三尺，非一日之寒”，家庭实验的趣味性能保持并不断提升学生学习化学的热情。
总之，学生的化学学习离不开实验，学生的综合能力在实验探究中得到培养和提高。除此之外，探究实验还能提高学生的心理承受能力，增强自信心。如果实验失败，学生可以从事实出发，客观分析实验失败的各种因素，提高学生的科学素养；同时从失败中吸取经验教训，在失败中成长，还能提高学生的抗挫能力，以更好地适应社会。如果实验成功，学生就会有成就感，提高学生实验的主动性，坚定学生学习化学的信心。
关键词：实验探究；原电池工作原理；科学素养
高中化学新课程标准指出：“高中化学新课程应有利于学生体验科学探究的过程，学习科学探究的基本方法，加深对科学本质的认识，增强创新精神和实践能力。”化学实验是化学科学发展的基础，实验的教学功能在化学教学中的作用是其他教学手段不能替代的，课堂上落实化学实验，完善化学实验功能，对学生能力的提高有很好的促进作用。
探究实验具有未知性、探索性、开放性等特点，加强探究实验教学，有利于学生发挥主观能动性，形成较强的问题意识。学生通过提出问题—猜想—设计实验—动手实验—分析实验现象—得出结论，这样的教学过程有利于真正发挥学生学习的主体性，使之自主掌握学习策略，培养学生的综合能力。
本文结合“原电池的工作原理及其应用”的教学实践，谈谈关于加强探究实验教学、促进学生能力高效发展的一些做法和思考。
一、创设积极的学习情境，培养学生发散思维能力
一堂课，教师如果不想方设法让学生进入情绪高昂状态，而急于传授知识，可能这种知识只能让学生产生冷漠的态度，而没有投入真感情，这样就容易疲倦。创设教学情境导入新课能促使学生形成学习动机，快速进入学习情境，为新知识的学习做好铺垫。
本节课的教学重点是原电池的工作原理及其应用，理论知识涉及到能量的转变，较抽象、难理解，使学生感到枯燥乏味。教师以“水果电池”导入新课。（水果电池：在一颗葡萄上分别插入一小段的锌片和铜片，把锌片和铜片的另一端通过导线连接在电流计的两极。）让学生产生联想，发散思维，提高学生的学习兴趣，激起学生学习新知识的愿望，引领学生以一种轻松愉悦的心情进入新的学习情境中。
二、鼓励学生大胆猜想，勇于质疑，培养学生提出问题的能力
伟大的物理学家爱因斯坦说过：“提出问题比解决问题更重要。”提出问题是思维的开始，小疑则小进，大疑则大进。在课堂教学中，教师除了要让学生学会解决问题外，也应该引导学生提出问题。
本节课引导学生从实验中提出问题，大胆设想，主动探求问题的本质。水果电池的导入引起了学生的认知冲突，学生从已有的生活经验出发，结合自己的学习基础，对水果电池装置电流计的偏转产生了疑惑，该装置对学生的学习起了诱发作用，诱发学生提出问题——该装置为什么会产生电流？接着，结合学生所掌握的物理化学常识，引导学生大胆猜想产生电流的原因，过程如下：
电流计指针偏转—装置中产生电流—出现电子定向移动—反应要得失电子—该反应必须是氧化还原反应—化学能转化为电能。继而学生猜想产生电流的原因——该装置必须发生氧化还原反应，使化学能转化为电能。
“该装置为什么会产生电流？”水果电池实验给学生带来意想不到的感官刺激，激发了学生的好奇心，并给学生带来奇思妙想，启发学生思考，学生对此产生疑惑，激活探索欲望，继而渴望解决问题。课堂上形成积极的认知氛围和情感氛围，学生的学习就会变得积极、主动，学生渐渐进入自我驱动的探究性学习状态中。
三、指导学生自主设计实验，培养学生解决问题的能力
培养和提高学生解决问题的能力是化学新课程的目标之一，学生要学会针对具体问题找到具体的解决方案。设计实验方案是实验探究过程中的重要环节，因此方案设计过程中必须做到一丝不苟，严肃认真，任何一个实验设计环节出现问题都有可能导致实验的失败甚至发生实验事故。
对于原电池的形成条件，教师引导学生自主设计实验方案。
实验准备：铜片、锌片、稀硫酸、导线、电流计。
设计实验1：将锌片和铜片分别插入稀硫酸中，观察现象。
设计实验2：将插入稀硫酸的锌片和铜片互相接触，观察现象。
分析1：对比实验1和实验2，探究条件“形成闭合回路”。
设计实验3：将铜片和锌片插入稀硫酸中，用导线将电流计的两端分别连接在铜片和锌片上，观察现象。
设计实验4：将铜片和铜片插入稀硫酸中，用导线将电流计的两端分别连接在两段铜片上，观察现象。
分析2：对比实验3和实验4，探究条件“自发进行的氧化还原反应”。
设计实验5：将锌片和锌片插入稀硫酸中，用导线将电流计的两端分别连接在两段锌片上，观察现象。
分析3：对比实验3和实验5，探究条件“活泼性不同的两个电极”。
设计实验6：将锌片和铜片插入蔗糖溶液中，用导线将电流计的两端分别连接在铜片和锌片上，观察现象。
分析4：对比实验3和实验6，探究条件“电解质溶液”。
实验设计要求学生在设计实验过程中对症下药，通过各种有效途径找到解决问题的主要思路，本节课的实验要设计出控制单一变量的方案，培养学生解决问题的能力。同时，要求学生认真对待每一个实验步骤的设计，不能有半点马虎。
四、有序组织学生分组实验，培养学生实践能力
培养学生实践能力是高中化学教学的出发点和归宿。“实践是检验真理的唯一标准”，百说不如一做，通过自己的实践活动获得成果，可以体会到学习的价值。教师通过化学教学引导学生动手实验，使学生体会到知识来源于实践。
原电池原理的探究实验从提出问题到猜想，再到设计实验，都是为实践做铺垫，通过动手实验，检验实验方案。实验过程中，笔者给学生足够的时间和空间动手、观察，学生发现在操作实验2和实验3的过程中，出现了预想之外的实验现象——除了铜片上产生气泡外，锌片上也出现了气泡。实践出真知，只有实践才有发言权，光靠预想是想不出真理的。当然，学生在实验过程中观察、记录实验现象，必须消除主观性，尊重实验事实，才不会错过任何一个发现真理的机会。 五、引导学生处理实验结果，培养学生分析能力
分析能力是每个人在学习与生活中必须掌握的技能，对于化学实验而言，学生进行任何一个实验都离不开对实验的分析。实验分析能力是学生科学素养的体现，不善于分析实验将阻碍学生科学素养的发展。分析问题的关键要紧扣问题的精髓，分析实验现象要透过现象看本质，不能停留在现象表面。
本节课学生通过实验操作、观察、记录，得到以下六个现象：
实验现象1：锌片上有气泡。
实验现象2：铜片上有气泡，锌片上也有气泡。
实验现象3：铜片上有气泡，锌片上也有气泡，电流计的指针发生偏转。
实验现象4：两个电极都不产生气泡，电流计的指针不偏转。
实验现象5：两个电极都不产生气泡，电流计的指针不偏转。
实验现象6：两个电极都不产生气泡，电流计的指针不偏转。
实验过程中，笔者引导学生根据以上六个实验现象，进行讨论比较、综合分析，特别是实验2与实验3出现了预想外的现象，不仅铜片上连锌片上也有气泡，引导学生进一步分析产生该现象的原因。
师：实验2与实验3中铜片和锌片都产生了气泡，铜片上有气泡是因为氢离子在铜片上得到电子转化成氢气，而锌片上为什么会有气泡呢？
生：氢离子也在锌片上得到电子转化为氢气。
师：你们结合实验2设想一下，如果实验2中铜片无限的缩小，会出现什么情况呢？
生：类似于锌片上含有杂质铜。
至此学生理解了实验2与实验3出现预想外的现象是由于实验中用的锌片含有杂质，如果换成纯的锌片，纯锌片上就不会再产生气泡了。实验分析过程中学生做到点面结合，前后联系，牢牢把握六个现象的内在关系，通过两两对比发现问题的本质，最终归纳小结形成原电池的条件：自发进行的氧化还原反应，两个活泼性不同的电极，电解质溶液，形成闭合回路。
之后，教师引导学生根据实验事实，对该设计方案进行反思，讨论实验中遇到的问题，进一步改进实验。
六、实验反思与改进，培养学生创新能力
创新能力的培养是素质教育中最具活力的课题，实验的改进就是在原有实验基础上进行的一种创新做法。实验探究不仅是为了培养学生的探究能力，而且要让学生认识到它是获取知识的一种有效途径，所以开展探究实验不仅要注重过程和方法，也要注重结果。当学生发现实验不够完善时，教师一定要给与适度的引导，使学生在原有的基础上再前进一步。
本节课学生通过实验发现了单液原电池的缺点（两个电极现象互相干扰）。为此，笔者提供双液原电池与单液原电池对比的相关信息给学生，引导学生对原装置进行改进。
生：单液原电池中两个电极的反应现象互相干扰，不利于观察。
师：双液原电池与单液原电池相比所具备的优点（由现象的比较到本质的比较）有利于最大程度地将能量转化为电能；可以获得单纯的电极反应，便于分析两电极上的现象。
师：在原装置的基础上，利用下列提供的材料设计新的原电池，便于观察实验现象。
实验准备：铜片、锌片、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、盐桥（琼脂+饱和氯化钾溶液）、电流计、导线（单液原电池和双液原电池的装置图如下）。
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双液原电池跟单液原电池相比，具有便于观察实验现象的优点，同时还有利于将化学能转化为电能。学生反思提出问题后，教师引导学生在原有装置的基础上进行改进，增加实验的严密性，避免因装置的缺陷产生不良后果，引导学生养成精益求精的学习习惯，实验反思与实验改进既可以巩固已有知识基础，又能够促使学生在实验中应用知识，不断思考，不断创新，不断完善。
七、布置家庭实验，培养学生综合应用能力
家庭实验来源于生活，应用于生活，能够促使学生注意观察日常生活的一些化学现象，运用化学知识解释身边的化学现象，利用化学知识解决身边的化学问题，学以致用。
本节课中，笔者引导学生利用生活中常见的材料设计水果电池。（实验准备：水果有桔子、番茄、柠檬或其他水果，金属有铁丝、铜丝、铝片等，其他有石墨、电极灯泡、小刀、导线若干。）家庭实验以常见的化学物质作为原料，使学生产生一种亲切感。在以实验结论为指导的前提下，学生根据自己的喜好、兴趣设计不同类型的装置，促进学生的个性发展，培养学生综合能力。“冰冻三尺，非一日之寒”，家庭实验的趣味性能保持并不断提升学生学习化学的热情。
总之，学生的化学学习离不开实验，学生的综合能力在实验探究中得到培养和提高。除此之外，探究实验还能提高学生的心理承受能力，增强自信心。如果实验失败，学生可以从事实出发，客观分析实验失败的各种因素，提高学生的科学素养；同时从失败中吸取经验教训，在失败中成长，还能提高学生的抗挫能力，以更好地适应社会。如果实验成功，学生就会有成就感，提高学生实验的主动性，坚定学生学习化学的信心。