新課標(biāo)下對(duì)學(xué)生高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)

孟舒

摘要：實(shí)驗(yàn)探究能力是指學(xué)生在化學(xué)教學(xué)中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來探究化學(xué)物質(zhì)及其變化的本質(zhì)和規(guī)律的一種能力，主要包括發(fā)現(xiàn)和提出實(shí)驗(yàn)問題能力、猜想與假設(shè)能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、控制實(shí)驗(yàn)條件能力、收集證據(jù)能力、得出結(jié)論能力、反思與評(píng)價(jià)、討論與交流能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究能力；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；科學(xué)探究；探究活動(dòng)

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711(2014)07-0064

美國國家科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，探究是科學(xué)家們用以研究自然界并基于此種研究獲得的證據(jù)提出種種解釋的多種途徑，也指學(xué)生們用以獲取知識(shí)、理解科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家們研究自然界所用的方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)。高中化學(xué)新課程倡導(dǎo)以科學(xué)探究為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，化學(xué)教學(xué)中的科學(xué)探究主要有實(shí)驗(yàn)探究和調(diào)查討論兩種形式。所謂實(shí)驗(yàn)探究是通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行的一種探究活動(dòng)，它以科學(xué)證據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)特定的“問題”，是一種融合邏輯和想象、綜合運(yùn)用化學(xué)科學(xué)知識(shí)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)過程與科學(xué)方法而展開的活動(dòng)，是科學(xué)探究在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體化，是在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中落實(shí)科學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑，也是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的化學(xué)教學(xué)觀的具體體現(xiàn)。

一、探究式教學(xué)是一種重要的教學(xué)方式，也是培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)和提高探究能力的重要途徑

探究教學(xué)中通過實(shí)施探究方案，可以使學(xué)生真正地體驗(yàn)到探究過程，在實(shí)施中再認(rèn)識(shí)、再創(chuàng)造、再升華，提高探究能力。例如：氫氧化亞鐵的制備的探究實(shí)驗(yàn)。本來這個(gè)實(shí)驗(yàn)的要求是作為Fe2+、Fe3+ 轉(zhuǎn)化的一個(gè)中間過程，幫助理解Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓和Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3兩個(gè)反應(yīng)，課本的實(shí)驗(yàn)本意是讓學(xué)生在教師演示時(shí)觀察到先有白色沉淀氫氧化亞鐵，繼而白色沉淀變成灰綠色(氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的混合物)，最終變成紅褐色氫氧化鐵。但演示時(shí)，由于白色沉淀剛產(chǎn)生就和溶液中的氧氣反應(yīng)，變成灰綠色，學(xué)生不容易觀察到白色沉淀，學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑。教師就可以在學(xué)生質(zhì)疑的基礎(chǔ)上進(jìn)行探究式教學(xué)了。首先分析原因：主要是Fe2+還原性強(qiáng)，極易與氧氣反應(yīng)。而氧氣幾乎無處不在。其次，配制的硫酸亞鐵試劑放置時(shí)間過長，或者配制溶液時(shí)未除盡蒸餾水中的氧而被氧化變質(zhì)。針對(duì)上述原因，對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，但其重點(diǎn)是防止Fe2+被氧化，這就要求操作的各個(gè)環(huán)節(jié)都要注意氧氣地進(jìn)入。通過師生共同討論、研究得出操作方案之一(僅舉其一，還有其他方案)如下： 1. 把課前配制溶液改為現(xiàn)用現(xiàn)配，用還原鐵粉與稀硫酸在一個(gè)醫(yī)用注射器中反應(yīng)，反應(yīng)停止后，立即蓋上針帽。2. 氫氧化鈉溶液表面用汽油封存。 3. 將硫酸亞鐵溶液直接注入氫氧化鈉溶液中，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這時(shí)學(xué)生可以清楚的觀察到：白色絮狀的沉淀產(chǎn)生，在半分鐘內(nèi)的現(xiàn)象基本保持一致。然后用分液漏斗分層，取下層混合液移入試管觀察，這時(shí)學(xué)生可以看到——白色沉淀馬上轉(zhuǎn)變?yōu)榛揖G色，一會(huì)兒變?yōu)榧t褐色。通過實(shí)施探究方案，更好地激發(fā)了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)，有利于提高學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的能力。

二、通過探究活動(dòng)“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和生產(chǎn)、生活中有意義的化學(xué)問題”，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，能根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)解決化學(xué)問題的實(shí)驗(yàn)方案，并予以評(píng)價(jià)和優(yōu)化

1. 教材中實(shí)驗(yàn)的處理

舊教材中實(shí)驗(yàn)主要是演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，注重儀器的裝配、試劑規(guī)格和用量、反應(yīng)條件和如何引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，注重實(shí)驗(yàn)室制法。但新課標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為沒有太多的實(shí)際意義，因此已經(jīng)不是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容。只有能大量獲取的物質(zhì)才有實(shí)際價(jià)值(如從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)、從礦物到基礎(chǔ)材料、利用空氣資源等合成硫酸、氨氣、硝酸等)。實(shí)驗(yàn)室制法只要求知道反應(yīng)原理，要求學(xué)生能根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)、反應(yīng)條件和氣體密度、溶解性等選擇合適的發(fā)生裝置、收集方法即可。實(shí)驗(yàn)方法更多的是用來探究物質(zhì)的性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、質(zhì)疑能力及運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法解決問題的能力。

2. 聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，拓寬學(xué)生的視野

化學(xué)科學(xué)與生產(chǎn)、生活以及科技的發(fā)展有著密切聯(lián)系，對(duì)社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步和人類生活質(zhì)量的提高有著廣泛而深刻的影響。高中學(xué)生會(huì)接觸到很多與化學(xué)有關(guān)的生活問題，教師在教學(xué)中要注意聯(lián)系實(shí)際，幫助學(xué)生拓寬視野，開闊思路，綜合運(yùn)用化學(xué)及其他學(xué)科的知識(shí)分析解決有關(guān)問題。

例如，“化學(xué)與生活”模塊以日常生活中的化學(xué)問題為線索，介紹化學(xué)知識(shí)及其應(yīng)用。在教學(xué)中要聯(lián)系化學(xué)在健康、環(huán)境、材料等方面的應(yīng)用，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的學(xué)習(xí)情景，引導(dǎo)學(xué)生通過調(diào)查、討論、咨詢等多種方式獲取化學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)化學(xué)與人類生活的密切關(guān)系，理解和處理生活中的有關(guān)問題。要注重化學(xué)在生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、高新技術(shù)、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用，提高學(xué)生應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解決生活、生產(chǎn)和技術(shù)等方面問題的能力。

3. 在教學(xué)中，結(jié)合模塊的特點(diǎn)強(qiáng)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)

在必修課程模塊中，應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生“初步學(xué)會(huì)物質(zhì)的檢驗(yàn)、分離、提純和溶液配制等實(shí)驗(yàn)技能；樹立安全意識(shí)，能識(shí)別化學(xué)品安全使用標(biāo)識(shí)，初步形成良好的實(shí)驗(yàn)工作習(xí)慣；能夠獨(dú)立或與同學(xué)合作完成實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并能主動(dòng)進(jìn)行交流；初步認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)條件控制、數(shù)據(jù)處理等方法在化學(xué)學(xué)習(xí)和科學(xué)探究中的應(yīng)用”。

三、以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的一個(gè)重要指導(dǎo)思想，也是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的化學(xué)教學(xué)觀的具體體現(xiàn)

以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，并不僅局限于學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，而是把實(shí)驗(yàn)作為提出問題、探索問題的重要途徑和手段，要求課堂教學(xué)盡可能用實(shí)驗(yàn)來展開。高中化學(xué)新課程倡導(dǎo)通過以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的愛好，強(qiáng)化科學(xué)探究意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，從實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)驗(yàn)事實(shí)、實(shí)驗(yàn)史實(shí)和實(shí)驗(yàn)方法論等多方面“突出化學(xué)的學(xué)科特征，更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教育功能”，具體包含：

1. 引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)來學(xué)習(xí)化學(xué)

例如筆者在上“鈉的化合物”一節(jié)時(shí)，先安排三組學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：(1)Ca(OH)2溶液中分別加入Na2CO3 和NaHCO3；(2)Na2CO3和NaHCO3分別與HCl反應(yīng)，套氣球看氣球漲大程度；(3)PH試紙測(cè)Na2CO3和NaHCO3的PH值。分別得出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論后又讓學(xué)生通過以下實(shí)驗(yàn)討論如何鑒別Na2CO3、NaHCO3固體：①分別加熱固體，將所得氣體通入澄清石灰水中；②分別取一定量與等濃度、等體積的HCl反應(yīng)，觀察劇烈程度；③測(cè)同等濃度溶液的PH。再根據(jù)剛做三實(shí)驗(yàn)初步得出鑒別的方法，然后讓全班同學(xué)參與討論還有哪些方法可以鑒別這兩種物質(zhì)，并讓學(xué)生動(dòng)手通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。這樣，長期采用這種方法能告訴學(xué)生用實(shí)驗(yàn)來說明問題是一種有效的解決問題的辦法，優(yōu)化了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。例如，通過“不同溫度下Na2SO3 溶液與H2SO4反應(yīng)速率”的實(shí)驗(yàn)探究，幫助學(xué)生了解溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

2. 引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和技能，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作，分析和解決與化學(xué)有關(guān)的實(shí)際問題

例如，在教學(xué)中布置了這樣一個(gè)研究性課題：廚房中的化學(xué)。學(xué)生通過討論、上網(wǎng)查資料等方式做了以下實(shí)驗(yàn)：(1)為了證明醋酸的酸性強(qiáng)于碳酸，即用食用醋除去熱水瓶中的水垢或浸泡雞蛋殼，雞蛋殼會(huì)變軟且溶解等實(shí)驗(yàn)，說明醋酸的酸性強(qiáng)于碳酸。(2)為了證明家用食鹽是含碘的，他們用食醋、淀粉KI試紙等試劑成功驗(yàn)證了他們的猜測(cè)。(3)為了證明洗滌劑的酸堿性他們通過自制石蕊試劑及能否與大理石反應(yīng)等方法加以驗(yàn)證。等等類似這樣的實(shí)驗(yàn)還有很多，這樣就使得化學(xué)學(xué)習(xí)不是只停留在書本上，讓學(xué)生知道化學(xué)就在我們身邊。雖然他們探究的實(shí)驗(yàn)早有定論，但他們樂此不疲地去探究、去發(fā)現(xiàn)，真正體驗(yàn)和領(lǐng)悟到的是科學(xué)研究的一般過程和方法，這是以往教學(xué)中很難有的。所以，學(xué)生通過自主探究性的實(shí)驗(yàn)，自圓了課本書刊上的缺憾，自悟難辯知識(shí)的真諦，自尋擺脫挫折達(dá)到成功的蹊徑，自謀解決實(shí)際問題的良方。更是培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神，一絲不茍的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)協(xié)作的科學(xué)作風(fēng)，從而使學(xué)生初步掌握科學(xué)的探究方法，形成終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。

“通過實(shí)驗(yàn)學(xué)化學(xué)”是高中化學(xué)課程共同追求的一條線索，新課程化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要革除傳統(tǒng)教學(xué)的積弊，把實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，進(jìn)一步明確和提高實(shí)驗(yàn)的目的性和實(shí)效性，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的人性化、生活化、探究化、綠色化和現(xiàn)代化。