1、課堂上學生不能親自動手做實驗，就無法開展科學探究嗎 談化學教學中科學探究的本質和特征內容提要：按目前多數學校的化學實驗條件，不能滿足每節課全體學生都動手進行實驗探究。這是否就等于無法進行探究式教學呢？剖析科學探究的內涵、分析化學教學中科學探究的本質特征，可以看出，學生不親自動手實驗，同樣可進行探究式學習，教師若不能把握科學探究的要義，即使節節進行分組實驗，實施的也不一定是探究式教學。關鍵詞：化學教學 科學探究 在新課程實施的過程中，有的老師認為，在化學課堂中實施探究式教學就是把過去的演示實驗改為學生分組實驗，讓學生盡可能多地去親自動手操作，去按課本的實驗步驟進行實驗，從而達到對知識的良好掌握。

2、于是教師備課和授課的主要精力放在了藥品、儀器的準備，實驗過程的組織，實驗環節的統一等問題上。甚至，為了使全班每一組的實驗都能在課內順利完成，教師還提前補充課本對實驗的陳述，使每一步操作都具體詳細，在課本要求同學自己設計實驗方案時，教師還給出可行的方案建議，指出可能導致實驗失敗的操作、設計。這樣下來，全班同學都能順利地完成實驗，既節約時間又避免了實驗中可能出現的問題。對于教師來說，既讓每一位同學都親自動手參與了實驗活動，又順利地完成了教學任務。但是，目前多數學校的實驗條件較差，實驗室空間、實驗器材不能滿足學生每一節課都進行分組實驗，于是，一些老師就認為這樣的教學條件無法開展探究式教學活動，學生也

3、就無法進行科學探究。因此老師又回到自己一邊做實驗一邊講，讓學生觀察并記錄現象、結論，甚至用“講解+圖示”代替儀器和藥品的“口授實驗”又重新派上了用場。上述問題的存在是教師對探究式教學的認識存在偏差，沒有正確理解學生科學探究活動的內涵和本質，沒有全面認識化學課堂中的探究式教學。那么，什么是科學探究？探究式教學的內涵又是什么呢？科學探究一詞有兩種含義，一是指科學家們用以研究自然界并基于此種研究獲得的證據提出種種解釋的多種不同途徑。二是指是學生們用以獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。我們在此所談的科學探究當然指的是上述表述中的后一種涵義。在這里，科學家們

4、所進行的探索人類未知的探究活動和學生們在學習中所進行的探究活動用同一術語來表述，是因為這兩類活動有很多的相似之處。首先它們都基于探究者對自然的好奇，這是人的天性。當面臨新的境遇時，無論是大人還是孩子，都要試圖確定正在發生著什么，為什么會發生這些，以后會怎樣。學生在學習活動中只有產生了這種疑問，才會從內心激發起探究的欲望；其次，當面臨要探究的問題時，無論是科學家還是學生在心理上的疑難處境是相似的，問題的答案對于他們來說都是未知的，盡管科學家要解決的問題可能全人類都還不知道其因果，而學生們要解決的問題多數是他人（如老師）已知的，但不論對科學家還是學生來說，這種心理處境是相似的；還有，解決問題的程序

5、也大體相當。由于這兩類探究活動在本質上都屬于問題解決過程，所以它們有大體相同的程序過程。心理學認為，問題解決大體要經過“理解和表征問題”、“尋求解答的方案”、“執行計劃或嘗試某種解決方案”、“對結果進行檢驗”四個階段，這兩類科學探究活動往往包含有共同的提出問題、提出假說、設計方案、收集證據、解釋與結論、交流與評價等要素。第四，它們都以獲取新知為目的，科學家的探究是為了理解自然、認識自然，使人類獲得新知，同學們的探究是為了學習自己不知道的知識和方法，使自己獲得新知。化學教學中的科學探究與化學家們的科學探究又不完全一樣。前已述及，同學們探究的問題，其結論往往是人類已知的，問題本身是經過教師篩選、優

6、化了的，探究過程中往往能得到老師的指導，特別是在決定探究成敗的關鍵環節或探究遇到困難難以向前進行時，教師的點撥常能使活動獲得突破。而科學家們的探究過程常常是在迷茫中進行的，科學家在探究中，難以有像學生們探究中的老師那樣一位“先知者”幫助。綜合來看，化學教學中的科學探究活動有如下特點：1同學們是圍繞化學問題展開探究活動的。在化學課堂上，同學們探究的問題是針對與化學有關的自然環境、社會生活或化學學科本身的事件等提出的，具有鮮活的現實意義。問題要與化學課程標準規定的學習內容或概念相聯系，并且能夠引發同學們進行思考、辯論、收集事實和證據，從而進一步應用科學方法得出結論。一句話，問題要具有科學性。在課堂

7、上，一個有難度但又能讓人嘗到果實、足以引發探究的問題，能最大限度地激發學生的求知欲望，并能引出另一些需探究的問題。2同學們為了解釋問題、得出結論而有意識地去獲取證據。為了回答或解決化學問題，同學們設計方案，通過實驗、資料查閱、走訪調查等形式獲取數據和科學事實。化學實驗是收集證據的最常見形式，一個設計良好的實驗能揭示科學問題所牽涉的事實真相，同學們通過自己的觀察、記錄積累起要解釋和回答問題所需的證據。但化學實驗不是獲取證據的唯一途徑，同學們在課堂討論中相互提供自己已有經驗中能作為證據的事件、事實甚至數據，或查閱手頭的資料，利用前人的研究成果等等，這些共同指向同一科學問題的事實，都可作為探究的證據

8、。3同學們根據事實和證據對問題進行解釋。同學們收集證據、積累數據，這本身并不是探究活動的目的，而用這些證據對問題進行解釋、獲取結論才是探究的目的。要回答或解決科學問題，需要同學們對收集到的證據用科學方法進行加工、整理和處理，揭示“事實假設問題”間的關系，同學們積累的事實證據可能證明他原來所作的假設是正確的，也可能證明其是錯誤的，從而對科學問題做出解釋。在化學問題的探究中，常用的科學方法有：比較、分類、圖像化、表格化、化學用語化、模型化、概括、推理、歸納等。這是探究活動的高級思維階段，往往是探究獲得突破，同學們的認知迅速獲得提升的關鍵。4同學們通過與他人（包括老師）的解釋進行比較，來評價自己所作

9、解釋得合理性，進一步完善自己的解釋。評價解釋，并且對解釋進行修正，甚至拋棄，是科學探究活動的重要特征之一。評價解釋時，同學們常要提出這樣的問題：所獲取的證據是否能充分支持提出的解釋？證據是否存在偶然性，是否受到無關變量的影響？這個解釋是否足以回答提出的問題？解釋推理過程是否存在某些偏見或缺陷？從這些證據中是否還能推出與這個解釋不一致的其它解釋？化學現象的出現必定受到實驗條件的影響，所以檢查證據的可靠性以及證據與解釋是否存在必然聯系，這是化學探究活動所必需的。事實上，在化學課堂的探究過程中，面對同一科學問題，學生個體或小組都會產生自己的解釋，這些相同或不相同的解釋為同學們評價自己的解釋奠定了基礎

10、、提供了方便。5同學們要交流和論證他們所提出的解釋。在課堂上，同學們向小組或全班公布他們對化學問題的解釋，使別的同學有機會就這些解釋提出疑問、審查證據的可靠性、挑剔邏輯推理過程、指出解釋中有悖于事實證據的地方，或者就相同的化學現象提出不同的解釋。同學者間相互討論自己對問題的解釋，能夠引發新的問題，有助于學生將實驗事實、已有的化學知識和他們所提出的解釋這三者之間更緊密地聯系起來。最終學生能解決彼此觀點中的矛盾，或進行進一步的探究，對化學及其研究方法產生新的認識，認知結構獲得擴展。綜合以上論述可以看出，化學課堂中的探究式教學，其核心是學生圍繞化學問題展開探究活動，是同學們在問題的驅使下，利用證據對

11、問題進行解釋，從而使自己的認識獲得提高、認知獲得發展的高級思維活動過程。證據的獲得常常通過化學實驗來完成，但也可采用其它的方式，如辯論、查閱資料、上網查詢等，這與問題本身的內容、性質有關。通過實驗獲取證據的探究活動，可以每一位同學都各自使用一套儀器，自己動手，完成“假設實驗整理加工事實”的過程，也可幾個同學一組，甚至當條件不充分時，全班共同使用一套儀器和試劑，因為學生是否進行了探究式學習，不在于其是否動手進行了實驗，而在于其是否圍繞化學問題展開了探究活動，特別是思維活動。當然，化學課堂上，實驗越集中，學生在探究中所受到的限制越多，其在探究中的主動性、參與性和情感的投入會受到影響，但這不等于說，

12、不通過實驗獲取證據的探究，或全班集中使用一套器材、集中觀察一組實驗的探究就一定是低效的甚至不能被稱作科學探究。相反，即使每位同學都單獨使用一套器材、獨自進行實驗活動，如果缺少化學問題驅使下的，從假設到證據，再到解釋、交流的一系列思維活動，僅僅是按照已知的實驗步驟，被動進行操作、記錄，則其根本就與探究式教學不沾邊，其作用最多只是幫助學生記憶化學結論、鍛煉動手操作能力，長期在這種實驗方式下學習的同學，其對化學實驗的興趣會慢慢減弱，甚至成為學生學習的新負擔。下例中，全班同學共用一套裝置，對“雷雨發莊稼的科學道理”進行了深入的探究，同學們不僅經歷了一次較為完整的科學探究活動，而且還學到了氮及其化合物性

13、質的知識。案例：探究“雷雨發莊稼”的科學道理教師創設情景我們河北省是一個農業大省，我也知道我們班一部分同學來自農村，一定對這樣的情景非常熟悉:播放視頻雷雨及雷雨中的莊稼、雷雨后的莊稼。教師陳述農民有句諺語“雷雨發莊稼” ，流傳幾千年的諺語一定有它的科學道理。今天我們就要用學過的知識來探究這句諺語中所蘊涵的科學道理。字 幕探究“雷雨發莊稼”的科學道理。教師引導 先請同學們推測它可能有什么科學道理呢？請大家考慮，可以相互討論。字 幕推測“雷雨發莊稼”可能的科學道理。學生討論 教師引導 哪位同學談談自己的觀點？學 生 1 是雷雨后產生了莊稼所需要的養料，可能是含氮元素的物質，因為莊稼需施氮肥。學 生

14、 2 含氮元素的物質是雷雨誘發生成的，在放電的條件下，氮和氧生成no2。學 生 3 我認為是n2和o2在放電的條件下先生成no，no和o2反應生成no2教師引導 大家需注意看現在是雷雨天，除了打雷、閃電外還有雨水。這位同學你有什么補充嗎？學 生4 可能是生成的no2溶于水，生成hno3和no，hno3降到土壤中，與土壤中的某成分反應生成硝酸鹽，硝酸鹽中含氮元素。n元素是植物生長所需的營養元素，所以這可能是雷雨發莊稼的原因。 教師在同學們陳述自己的看法的過程中，在黑板上一一將同學們的觀點作了簡要記錄。教師引導 還有補充嗎？其他同學還有不同觀點嗎？教師陳述這僅僅是我們的推測，不一定是真的，還不一定

15、是科學道理，必須通過科學實驗來驗證。下面請同學們設計實驗方案證明我們的推測是否正確，可以討論。同學討論教師插入 同學們，我知道大家遇到的最大困難就是無法在今天教室的環境中打雷下雨，怎么辦？ 師生對白 天為什么會電閃雷鳴？有云，有云就能電閃雷鳴嗎？云相互摩擦產生電。我們今天教室里也有電，如果我們想辦法將教室中電的兩極相互靠近，再加足夠高的電壓也一定能擊穿空氣產生放電。那我們就需要一個裝置。 教師展示實驗裝置并介紹 我給大家準備好了一個裝置，這是兩個電極，下面是線圈，接通電源，兩極能產生5萬伏的高壓擊穿空氣而放電。我這里有兩個塑料瓶，瓶內空氣的主要成分是n2和o2。把其中一個塑料瓶連在兩極上，密封

16、好。接通電源，大家注意看，這就是模擬的電閃雷鳴。裝置內產生電火花，呲呲作響。教師引導 在電閃雷鳴的過程中，請同學們再思考，怎么用實驗來證明這個裝置中確實發生了推測中的反應呢？我們每位同學手中都有一張探究工作卡，請把設計的方案寫在工作卡上，可小組討論，選代表發言。學生討論教師引導 哪組給大家介紹你們的方案？ 組 1 收集生成的氣體于試管中，若觀察到紅棕色氣體，就證明有no2，把試管倒置于水槽中，紅棕色氣體顏色變淺，再向試管中加紫色石蕊試液，變紅則證明有hno3生成。 組 2 我認為生成的是no，把no收集于試管中，再向試管中通o2，產生的紅棕色氣體就是no2，把試管倒置于水槽中，紅棕色褪去，拿出試管向試管中加水，石蕊變紅，證明是hno3。教師引導 其他組還有不同的方案嗎？ 分析大家的思路，第一組是先收集no2氣體于試管中，觀察紅棕色，再加水，再取所得液體檢驗其酸性。第二組不同的就是先通o2。 教師關掉電源，取下塑料瓶用膠布粘住2個小孔，然后舉起兩個塑料瓶進行對比。教師提問大家比較這兩個塑料瓶，它們有什么區別嗎？ 學 生 有，有紅棕色氣體生成。教師引導 還需將瓶內氣體收集在試管中嗎？還用不用再通入o2？ 學 生 不用。放電教師引導因為瓶內就有o2。這種氣體是no2，紅棕色的。精確的科學實驗證明，n2和o2在放電的條件下直接化合生成無色、不溶于水的no氣體。