張玉林 徐素芳 姚擁軍
摘要:化學(xué)新課程改革非常注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),利用探究性實(shí)驗(yàn)開展教學(xué),有助于學(xué)生養(yǎng)成創(chuàng)新的精神,提高實(shí)踐能力,是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。通過比較中外化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)目前中國(guó)化學(xué)教育存在的問題,并且提出了初步的解決方案。
關(guān)鍵詞:化學(xué)教學(xué);探究性實(shí)驗(yàn);比較
文章編號(hào):1008-0546(2014)10-0059-03 中圖分類號(hào):G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
一、化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展的意義
化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性的科學(xué),化學(xué)的形成和發(fā)展是與實(shí)驗(yàn)密不可分的,對(duì)新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、鑒別、合成是化學(xué)家的主要工作;通過對(duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、以及變化規(guī)律的研究,促進(jìn)了人們對(duì)物質(zhì)世界形成與發(fā)展的認(rèn)識(shí);通過新物質(zhì)的合成與創(chuàng)造,豐富了物質(zhì)世界的組成。近年來,理論化學(xué)取得了顯著的進(jìn)步,在解決化學(xué)問題方面發(fā)揮了重要的作用,但是通過計(jì)算所得的結(jié)論依然需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,因此化學(xué)仍然是一門以實(shí)驗(yàn)為主的科學(xué)[1]。從整體來看,實(shí)驗(yàn)不僅為化學(xué)概念和假說的形成提供基礎(chǔ),為化學(xué)的形成和發(fā)展提供依據(jù),而且可以否定錯(cuò)誤的假說,完善科學(xué)理論。
化學(xué)的發(fā)展離不開實(shí)驗(yàn),化學(xué)的學(xué)習(xí)同樣離不開實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過教師講述獲得的化學(xué)知識(shí)往往體悟不深,容易遺忘,而化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)転閷W(xué)生正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律提供生動(dòng)、具體的感性材料,幫助學(xué)生理解化學(xué)概念,鞏固化學(xué)知識(shí)?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是溝通實(shí)驗(yàn)者與研究對(duì)象的橋梁,實(shí)驗(yàn)中常見的顏色變化、沉淀生成、爆炸等新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,能夠給學(xué)生以視覺沖擊,豐富化學(xué)課堂的內(nèi)涵,展現(xiàn)化學(xué)的魅力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。另外,出乎意料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,不同實(shí)驗(yàn)者之間現(xiàn)象的差異,可以促進(jìn)學(xué)生反省、思考、總結(jié),培養(yǎng)其分析問題,解決問題的能力。
2002年起在全國(guó)陸續(xù)實(shí)施的新課程標(biāo)準(zhǔn),將探究性學(xué)習(xí)作為一種非常重要的學(xué)生學(xué)習(xí)方式?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)親自實(shí)踐的情景,使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能動(dòng)地學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的這一特征決定了其必然是開展探究性學(xué)習(xí)的重要途徑。教師通過探究性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué),按照新課程理念深入挖掘教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵,學(xué)生通過探究活動(dòng)來獲取化學(xué)知識(shí)。這一教學(xué)方式,能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性;使學(xué)生樂于探究、勤于動(dòng)手、勇于創(chuàng)新,培養(yǎng)學(xué)生獲取和處理信息的能力,分析解決問題的能力,以及合作交流、勇于創(chuàng)新的精神??偟膩碚f,探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)是落實(shí)新課程理念的重要手段,是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要舞臺(tái)。
二、各國(guó)化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的狀況
1. 美國(guó):實(shí)施體系完備
美國(guó)是較早開始化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的典型國(guó)家,其高中階段的化學(xué)課程有四分之一的課時(shí)是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。在美國(guó)政府的重視及全社會(huì)的支持下,化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了豐碩的成果,以教材、教師、學(xué)生及家庭等方面為基礎(chǔ),構(gòu)建了非常完備的實(shí)施體系。
在教材編制方面,以Glencoe公司于2005年出版的《化學(xué):概念與應(yīng)用》為例[2],每章的前面均安排有以活動(dòng)設(shè)計(jì)為主的導(dǎo)航實(shí)驗(yàn),同時(shí)還附加有“我已經(jīng)知道了什么”、“化學(xué)閱讀預(yù)習(xí)”、“化學(xué)在線預(yù)習(xí)”等欄目,這種設(shè)計(jì)方式能夠激起學(xué)生的疑問,引發(fā)學(xué)生的思考,鞏固已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn);鼓勵(lì)學(xué)生利用教材或網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)習(xí)新知識(shí),促進(jìn)新舊知識(shí)的有效銜接,培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。而教材中隨堂實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)主要以探究性實(shí)驗(yàn)為主,幾乎沒有演示性實(shí)驗(yàn)。例如,第三章的“元素周期表”實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)使學(xué)生通過觀察金屬、非金屬、半導(dǎo)體的物理化學(xué)性質(zhì),然后通過比較、分類、討論等活動(dòng)自制元素周期表,總結(jié)元素周期律。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生經(jīng)歷了一個(gè)完整的探究過程,深化了對(duì)元素性質(zhì)的理解;培養(yǎng)其對(duì)比分析、總結(jié)歸納的能力和對(duì)知識(shí)的創(chuàng)新應(yīng)用能力。教材還非常重視微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),大多數(shù)是學(xué)生感興趣的探究活動(dòng),其在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神方面有著重要的作用。
教師是學(xué)生開展化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)的組織者與引導(dǎo)者,其綜合素養(yǎng)將在很大程度上影響實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。美國(guó)的教師選拔制度非常嚴(yán)格,中學(xué)化學(xué)教師應(yīng)先接受四年的大學(xué)教育,并獲得學(xué)士學(xué)位,然后經(jīng)過一到兩年的教育實(shí)習(xí),通過教師資格考試后方能取得化學(xué)教師的資格。這些教師具有多學(xué)科的綜合背景,以及較強(qiáng)的實(shí)踐能力和動(dòng)手能力,通??梢暂^快地適應(yīng)教學(xué)工作[3]。
在化學(xué)教學(xué)的開展過程中,還安排有需家長(zhǎng)和學(xué)生緊密配合、共同完成的家庭實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)與學(xué)生的日常生活聯(lián)系緊密,形式靈活;通過自主探究,不僅能夠鞏固已有的知識(shí),提高知識(shí)的應(yīng)用能力,而且能夠促進(jìn)家長(zhǎng)與學(xué)生的交流,使學(xué)生和家長(zhǎng)同時(shí)對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)懷有很高的熱情。課程鼓勵(lì)父母與教師進(jìn)行經(jīng)常性的溝通,從教師處獲知家庭實(shí)驗(yàn)所需的知識(shí)技能以及實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo);提倡家長(zhǎng)創(chuàng)造有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的家庭環(huán)境,培養(yǎng)其良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
2. 英國(guó):科學(xué)如何工作
“科學(xué)如何工作”是英國(guó)科學(xué)教育的核心理念,即科學(xué)教育不僅以讓學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)為目的,更注重的是學(xué)生從發(fā)現(xiàn)者的角度出發(fā),通過親自實(shí)踐發(fā)現(xiàn)事物的內(nèi)在規(guī)律,熟練掌握科學(xué)工作的方法[4]。這一理念貫穿于英國(guó)化學(xué)教學(xué)的全過程,為了讓學(xué)生了解科學(xué)研究的過程,掌握科學(xué)工作的方法,探究性實(shí)驗(yàn)在整個(gè)化學(xué)課程中占有非常重要的地位,約占全部實(shí)驗(yàn)的40%。
在英國(guó),化學(xué)課程沒有統(tǒng)一的教科書,教師只介紹一些書籍供學(xué)生參考,學(xué)習(xí)的內(nèi)容和作業(yè)全部是實(shí)驗(yàn)性的,學(xué)生的化學(xué)知識(shí)和技能主要依靠課堂以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告來完成。低年級(jí)的化學(xué)課程全部采用實(shí)驗(yàn)教學(xué),即使進(jìn)入高中階段,實(shí)驗(yàn)也占課程的70%,其余30%的內(nèi)容也與實(shí)驗(yàn)關(guān)系密切[5]。在教學(xué)的實(shí)際開展過程中,英國(guó)教師非常善于挖掘知識(shí)中的可探究元素,將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn),將定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為定量實(shí)驗(yàn),鼓勵(lì)學(xué)生提出猜想,并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)猜想進(jìn)行驗(yàn)證;強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)獲取、分析能力,突顯了“量”在科學(xué)工作中的重要地位。在探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程中,注重科學(xué)方法的滲透和引領(lǐng),讓學(xué)生在潛移默化中掌握科學(xué)工作的方法和技能。英國(guó)中學(xué)階段化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和方法是非常樸素的,讓人耳目一新的設(shè)計(jì)并不常見,但它卻將“科學(xué)如何工作”的教育理念真正落到了實(shí)處。endprint
3. 日本:注重探究實(shí)驗(yàn)的層次性
日本教育界普遍認(rèn)為,化學(xué)教育應(yīng)該讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來自己獲取知識(shí),自主構(gòu)建知識(shí)體系,而不是依靠教師的講授;實(shí)驗(yàn)不僅為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供生動(dòng)形象的感性材料,還能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力,掌握探索自然的方法,加深對(duì)自然現(xiàn)象的理解,樹立正確的自然觀和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度。因此日本非常注重利用實(shí)驗(yàn),尤其是探究性實(shí)驗(yàn)來開展教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
其實(shí)驗(yàn)的探究性可分為三個(gè)層次:第一層次是在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中融入探究性元素,通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生初步體會(huì)科學(xué)研究的一般思路和方法。第二層次是在章節(jié)的結(jié)束部分安排2-3個(gè)探究性實(shí)驗(yàn),實(shí)施程序可大體分為問題提出、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、結(jié)果整理分析、結(jié)果驗(yàn)證、報(bào)告發(fā)表五個(gè)步驟,其目的在于使學(xué)生通過觀察和實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識(shí),再利用比較、分析、抽象、假說、模型、歸納等方法上升為理論知識(shí),并將理論成果應(yīng)用于實(shí)際問題的解決。第三個(gè)層次是在探究性實(shí)驗(yàn)結(jié)束后設(shè)置的“課題研究”,讓學(xué)生利用探究性實(shí)驗(yàn)中學(xué)到的科學(xué)研究的方法,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)相關(guān)課題進(jìn)行分析研究,體驗(yàn)完整的科學(xué)探究過程[6]。除了化學(xué)課程中的“課題研究”之外,為了提升學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)造性的思考能力、培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度,日本新設(shè)了“理科課題研究”課程,其中許多內(nèi)容與化學(xué)息息相關(guān)[7]。
4. 中國(guó):穩(wěn)步推進(jìn)
中國(guó)近年來大力推行的化學(xué)課程改革,非常注重實(shí)驗(yàn)的教育功能,將實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的重要作用提升到了空前的高度?!镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》[8]指出:“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)的興趣,強(qiáng)化科學(xué)探究的意識(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?!辈⒉扇×艘幌盗械拇胧?,保證探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展。例如,在教材編制方面,不僅在必修課程化學(xué)1、化學(xué)2中設(shè)置了“觀察與思考”、“活動(dòng)與探究”等欄目,而且還專門設(shè)有“實(shí)驗(yàn)化學(xué)”選修模塊,使教師和學(xué)生更加充分地體會(huì)到實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)科中的重要地位。隨著課程改革的進(jìn)一步深入,實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、組織形式等方面發(fā)生了深刻的轉(zhuǎn)變,利用探究性實(shí)驗(yàn)開展教學(xué)受到了教育工作者的廣泛認(rèn)同,在公開課、優(yōu)質(zhì)課上涌現(xiàn)出了一大批開展探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)秀課例。
中國(guó)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)隨著化學(xué)課程改革的不斷深入而穩(wěn)步推進(jìn),但是在推進(jìn)過程中依然存在著許多問題。部分學(xué)校僅僅把實(shí)驗(yàn)看作考試的一部分,教師只注重實(shí)驗(yàn)涉及的相關(guān)理論,而忽略了實(shí)驗(yàn)的教育功能;對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏熱情,將“演示實(shí)驗(yàn)”看成是“實(shí)驗(yàn)展示”,或直接在黑板上“做”實(shí)驗(yàn),沒有深入挖掘?qū)嶒?yàn)的內(nèi)涵,缺乏科學(xué)探究方法的引導(dǎo)。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的不明確,甚至將實(shí)驗(yàn)課當(dāng)做放松課,實(shí)驗(yàn)操作不嚴(yán)謹(jǐn)、不規(guī)范,對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中細(xì)微或異常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象視而不見,這些都不利于對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛧?yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)?,F(xiàn)階段中國(guó)化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展更多地存在于公開課、優(yōu)質(zhì)課等場(chǎng)合,并沒有真正融入日常教學(xué)中去。
三、國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的借鑒與啟示
中外化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展從整體上來看,既存在共性也存在個(gè)性,各有所長(zhǎng),但是也都存在相應(yīng)的問題。然而國(guó)外在化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面起步較早,有許多成功經(jīng)驗(yàn)值得我們思考與借鑒。
1. 化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)常態(tài)化
在中國(guó),由于課時(shí)不足、以考試分?jǐn)?shù)為主的評(píng)價(jià)機(jī)制等因素的影響,探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)并沒有真正走進(jìn)日常教學(xué)。而要充分發(fā)揮探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教育功能,則須常態(tài)化,這就需要教師、學(xué)校、家庭等方面的密切合作。教師應(yīng)從根本上轉(zhuǎn)變自己的教學(xué)理念和教學(xué)角色,充分認(rèn)識(shí)到探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)在提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的重要作用,引導(dǎo)學(xué)生自主探究,從知識(shí)與技能的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生探究過程的支持者、引導(dǎo)者與合作者。學(xué)校應(yīng)大力支持探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展,適當(dāng)調(diào)整課程,解決課時(shí)不足的問題;加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的管理,保證實(shí)驗(yàn)所需試劑和儀器設(shè)備的及時(shí)供應(yīng),配備專門的實(shí)驗(yàn)員,減小教師在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)方面的負(fù)擔(dān)。家庭應(yīng)支持和理解學(xué)校的工作,同時(shí)創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)境,協(xié)助學(xué)生完成家庭實(shí)驗(yàn),積極與學(xué)校、教師、孩子等方面進(jìn)行溝通。
2. 探究性實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相支撐
日前,化學(xué)課程中探究性實(shí)驗(yàn)的比例明顯不足,以全國(guó)使用范圍最廣的人教版教材為例,觀察實(shí)驗(yàn)的比例高達(dá)63.9%[9],實(shí)驗(yàn)方式仍以教師演示、學(xué)生觀察為主。因此,化學(xué)課程中學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)的比例需進(jìn)一步提高,教師應(yīng)充分挖掘?qū)嶒?yàn)的可探究元素,把一部分的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn)。但是在實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換的過程中應(yīng)保持理性,切不可過度強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的探究性,而忽略了實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證性功能,否則會(huì)有矯枉過正之嫌。善于思考的學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)的過程中,常常會(huì)對(duì)一些概念的正確性進(jìn)行質(zhì)疑,對(duì)某些物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行推測(cè),對(duì)事物的內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行設(shè)想,此時(shí)就需要驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)對(duì)這些質(zhì)疑、推測(cè)、設(shè)想的正確與否進(jìn)行確認(rèn)。探究性實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)二者功能相輔相成、相互支撐,在化學(xué)課程中不應(yīng)過多地強(qiáng)調(diào)一種形式的實(shí)驗(yàn),而應(yīng)充分發(fā)揮多種形式實(shí)驗(yàn)的功能,才能切實(shí)把新課程的理念落到實(shí)處,提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
3. 實(shí)驗(yàn)法與講述法相結(jié)合
英國(guó)的化學(xué)課程教學(xué)幾乎全部采用的是實(shí)驗(yàn)法,雖然其具有諸多優(yōu)點(diǎn),但是缺點(diǎn)也是顯而易見的,一個(gè)化學(xué)概念的學(xué)習(xí)往往需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。與實(shí)驗(yàn)法不同,講述法則簡(jiǎn)便易行,教師可以利用精練的語(yǔ)言來闡述問題,有利于增加課堂的容量,提高教學(xué)的效率,保持知識(shí)的深刻性與系統(tǒng)性。人類在認(rèn)識(shí)客觀事物時(shí),是在有效繼承前人成果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究的,一切知識(shí)都需要學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)來獲得是不符合人類的認(rèn)知規(guī)律的。因此,在開展中學(xué)化學(xué)教學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)得到足夠的重視,但卻不能占據(jù)化學(xué)教學(xué)的全部或絕大多數(shù)內(nèi)容。教師應(yīng)處理好實(shí)驗(yàn)法與講述法之間的關(guān)系,在培養(yǎng)學(xué)生探究能力同時(shí),掌握學(xué)習(xí)的進(jìn)度,完成教學(xué)目標(biāo)。
總之,我國(guó)在化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展過程中,由于國(guó)情的不同不可照搬國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn),而應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際,通過廣大教育工作者的不懈努力,探索出具有自身特色、符合自身實(shí)際的實(shí)施策略,為國(guó)家培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀人才。
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