設(shè)計有價值的科學探究教學的教育論文
摘要：
傳統(tǒng)的教學與新課程理念的教學之大不同主要體現(xiàn)在科學探究的教學上。筆者通過具體詳細的實例闡述了科學探究的教學設(shè)計過程必須具有目的性、情境性、可行性、拓展性等特征，才是真正促進學生發(fā)展的教學，是生本教學。
關(guān)鍵詞：
科學探究教學；目的性；情境性；可行性；拓展性
傳統(tǒng)的教育由于對個人的認識重視不夠，使得科學教育往往是在基于“空白頭腦”假設(shè)或“教師主導”假設(shè)的前提下進行的。于是有了“滿堂灌”、“接受式”、“教師主宰課堂”的教學，學生只是被動地接受。
而建構(gòu)主義學習觀認為，學生的學習并不是知識由外到內(nèi)的輸入過程，而是學生主動地將新的信息、觀念與適當?shù)囊延兄R經(jīng)驗聯(lián)系起來，通過新、舊經(jīng)驗之間反復的、雙向的相互作用積極建構(gòu)自己的知識并賦予知識以意義的過程。這種過程是能動的、深刻的，是一個與情境聯(lián)系緊密的自主的操作過程。
因此，在科學探究的教學過程中，我們要幫助學習者找到學習過程中的“已有知識經(jīng)驗”和“新知識”之間的缺口，促使學生調(diào)整內(nèi)部認知結(jié)構(gòu)，從而有效地幫助他們進行“主動建構(gòu)”。
這就要求我們在教學過程中必須進行精心設(shè)計，真正成為學生學習過程中的領(lǐng)路人、引導者。目前，在我們的教學過程中，并不是所有的探究都是有價值的。那么，什么才是有價值的探究？筆者在多年的教學過程中，體會出有價值的科學探究教學必須具有以下幾個特征：１．目的性；２．情境性；３．可行性；４．拓展性。
一、科學探究教學需要增強目的性
案例１
人教版第三單元課題２《分子和原子》教學片段
教師演示：濃氨水滴到酚酞溶液中。
學生：觀察并記錄實驗現(xiàn)象（酚酞變紅色）。
教師講解：氨水可以使酚酞變紅色，是氨水的一種性質(zhì)。
教師演示：分子運動的燒杯實驗（教材插圖所示）。
學生：觀察實驗現(xiàn)象（罩在大燒杯內(nèi)的酚酞溶液逐漸變成紅色）。
教師提出問題：酚酞溶液遇到氨水才能變成紅色，而燒杯中的酚酞溶液沒有遇到氨水，為什么也能變成紅色？
學生：ａ燒杯內(nèi)滴入酚酞要過一會兒才能變色與ｂ燒杯無關(guān)；
學生：大燒杯中可能存在某種物質(zhì)，與ａ燒杯中的溶液接觸，使其變色；
學生：燒杯ｂ中的濃氨水會揮發(fā)，可能是它使ａ中的溶液變色。
教師：對！就是燒杯ｂ中的濃氨水揮發(fā)，氨分子運動到ａ燒杯中，是酚酞溶液變紅色了。
教師：請同學們把本探究實驗的現(xiàn)象記錄在書上。
教材中安排本次探究，目的在于讓學生認識分子的特性，形成微粒觀，而培養(yǎng)學生的分析、推理能力和想象力，要達成上述目標的最好形式則是開展實驗探究。在探究教學中，雖然不主張每個活動學生都要嚴格遵循提出問題、猜想與假設(shè)、制定計劃和設(shè)計實驗等完整的探究步驟，但是教師對科學探究的涵義、要素、基本模式等應該有比較深刻的認識，從課堂實際來看，教師在這方面比較欠缺。如不明確“氨水使酚酞變紅色”這一實驗在探究中的地位，如學生沒有充分體驗“氨水刺激性氣味”，難以聯(lián)想到氨分子能夠運動，這使得猜想與假設(shè)的環(huán)節(jié)難以有效組織和實施。由此教師只是機械地執(zhí)行教材，泛泛而“探”，最終結(jié)果學生只是知道了兩個實驗事實及一個分子運動的結(jié)論，觀念的培養(yǎng)、能力的提高可能成為一句空話。上述案例，也可以反映出教師沒有深入地鉆研教材，沒有較好的領(lǐng)悟教材編寫者的的意圖，教學的目的性不強。
二、探究問題設(shè)計需要呈現(xiàn)情境性
案例２
人教版第九單元課題２《溶解度》一節(jié)教學片段
片段一：課前預習，讓學生走進生活
教師事先布置了與學習內(nèi)容密切聯(lián)系的幾項任務：
（１）在家燒一壺開水，觀察沸騰前的現(xiàn)象。
（２）準備開水和冷水各一小杯，試試哪一杯中溶解的蔗糖多？在兩杯開水中分別溶解食鹽和蔗糖，哪種溶解得多？
（３）打開一瓶雪碧，仔細觀察所發(fā)生的變化？
片段二：知識運用，聯(lián)接生活現(xiàn)象和生活問題
本節(jié)內(nèi)容學習完后，設(shè)計了如下面向生活的問題：
（１）我國有許多鹽堿湖，湖水中溶有大量的.氯化鈉和純堿，那里的農(nóng)民冬天撈堿，夏天曬鹽，試用你學過的知識說明其中的道理。
（２）夏天，陣雨來臨前，魚塘里的魚常出現(xiàn)“浮頭現(xiàn)象”，這是為什么？假如你承包了魚塘，該怎么辦？
（３）被汗水浸濕的衣服晾干后，為什么常出現(xiàn)白色斑跡？用什么辦法可以洗去？
新課程標準指出，我們的化學教學應該注意從學生已有的經(jīng)驗出發(fā)，讓學生在熟悉的生活情境中學習新的知識和技能，感受化學的重要性，了解化學與日常生活的密切聯(lián)系，提高對化學的學習興趣，逐步學會分析和解決與化學有關(guān)的一些簡單的實際問題。簡言之，化學教學應以生活為本。片段一引導學生有目的的接觸生活，可以使學生獲得豐富的感性認識，真正認識到知識其實來源于生活，增強對科學的感悟和理解，同時在實踐中積累相關(guān)經(jīng)驗，萌生相關(guān)問題，如燒水時看到水中有大量氣泡，就會產(chǎn)生這樣的想法：為什么溫度升高，這些氣體在水中就會“待”不住了等等問題，這些問題成為深入學習的動力。片段二運用化學知識來解釋生活中的某些現(xiàn)象、解決生活中碰到的問題，不僅可以提高學生解決實際問題的能力，同時也使學生意識到他們正在學習的化學知識的真正價值，增強學習知識和技能的信心和動力。本案例中教師注重引導學生用化學知識去觀察生活、思考生活，自覺應用化學知識分析、處理簡單的生活問題，讓化學真正走入學生的生活，提高了學生的化學素養(yǎng)。
案例２
人教版第九單元課題１《溶液的形成》第二課時
創(chuàng)設(shè)情景：向燒杯（底部粘有一小木塊）中注入半杯水，加入三藥匙ｎａｏｈ并不斷攪拌。
觀察現(xiàn)象：小木塊脫落。
討論與交流：可能是ｎａｏｈ加入水中溶解時，溶液的溫度升高，使燒杯底部的石蠟熔化，因而木塊掉下來了。
產(chǎn)生疑問：是不是所有的物質(zhì)溶解時，溶液的溫度都會升高？物質(zhì)溶解時，溶液的溫度為什么會升高？
活動與探究一：溶解時的吸熱或放熱現(xiàn)象
學生：閱讀教材，明確活動目標、實驗用品。
設(shè)計實驗方案：
（１）取三只燒杯，各注入１００ ｍｌ水，用溫度計測量水的溫度。
（２）將兩藥匙ｎａｃｌ、ｎｈ４ｎｏ３、ｎａｏｈ分別加入上述三只燒杯中，攪拌至固體完全溶解，測量溶液的溫度。
（３）用手背小心觸摸三只燒杯的外壁，有什么感覺？
（４）計算溶解前后液體溫度的變化，填入表中。
分析：溶解時溫度發(fā)生改變的原因。
活動與探究二：盡可能利用生活中的用品對下列問題任選一個進行探究。
設(shè)想一種實驗方案驗證ｎａｏｈ溶于水時大量放熱。
設(shè)想一種實驗方案驗證ｎｈ４ｎｏ３溶于水時大量吸熱。
設(shè)想一種實驗方案既能驗證ｎａｏｈ溶于水時放熱，又能驗證ｎｈ４ｎｏ３溶于水吸熱。
在大多數(shù)教師的教學過程中，這部分內(nèi)容一般采取驗證性的教學策略，實驗的目的僅在于理解所學知識，學生處于被動接受的地位。案例中，教師借助趣味實驗創(chuàng)設(shè)教學情境，引起他們的好奇心，激發(fā)起學習的動機，使他們積極參與到假設(shè)、實驗、解釋、交流、拓展的探究環(huán)節(jié)中，經(jīng)歷了知識的產(chǎn)生過程，改變了他們的學習方式，了解了科學探究的基本過程和方法。正如蘇霍姆林斯基所說：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望感到自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者和探索者。”
三、探究過程設(shè)計需要落實可行性
設(shè)計具有可行性的探究過程，也就是要符合學生的實際能力。教學過程中如果遇到超過學生實際能力的問題，可以把原課題分成若干小塊，這樣便于操作，問題的研究更能落到實處。
案例３
人教版初中化學第三單元課題２《分子和原子》教學片斷
師：演示實驗—品紅在水中的擴散
師：溫度越高，分子運動越快，請同學依據(jù)這個原理把上述實驗做個簡單的改動，證明分子的運動隨著溫度的升高而加快。
生：可以用兩杯等量的水，一杯是室溫下的水，一杯是熱水，同時放入等量的品紅固體，觀察品紅擴散的現(xiàn)象。
（值得注意的是：這位學生在這里用了兩次“等量”，一次“同時”）
師：這個同學的方法非常好，請問你設(shè)計這個實驗的原理是什么？
生：物理學中我們學習過“控制變量法”……
在上述案例中，教師很好地利用了學生的“已有知識經(jīng)驗”——初中物理已經(jīng)教過的一些方法，有效地解決了化學教學中對比實驗設(shè)計的一個難點，培養(yǎng)了學生思維的縝密性。
古人云：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。探究的價值在于：知識的結(jié)論是教師直接“給”的，還是經(jīng)過真正的“引導”由學生自己得出來的。“給”永遠只能是死的知識，而“導”卻能激發(fā)活的源泉。關(guān)鍵在于我們怎么去教，如何去導。教師習慣于直接“給”知識，已成為一種慣性。事實上，貫穿于學生的任何一個學習過程，都可以是一個探究的過程。教師應關(guān)注學習的結(jié)果，但更重要的是要關(guān)注學習的過程。
四、探究結(jié)果設(shè)計需要走向拓展性
新課程要求我們，讓學生在“做科學”的探究實踐中逐步形成終身學習的意識和能力。這就需要我們在設(shè)計探究教學的時候，要設(shè)計一些具有開放性的問題。成功的探究課堂能給人留下值得思考的東西，使學生更深刻地感受到化學學科思想的內(nèi)涵，進一步激發(fā)學習化學的熱情。
案例４
人教版第二單元課題３關(guān)于“催化劑”的概念教學
在安排學生分組實驗時，設(shè)計了以下５個對比實驗：
（１）部分實驗小組只加熱過氧化氫溶液；
（２）部分實驗小組在過氧化氫溶液中加入少量二氧化錳；
（３）部分實驗小組在過氧化氫溶液中加入少量硫酸銅溶液；
（４）教師演示將加熱制取氧氣后的混合物溶于水，過濾分離得二氧化錳，然后另取過氧化氫溶液，加入少量過濾得到的二氧化錳。
（５）教師演示加熱氯酸鉀和二氧化錳的混合物，然后設(shè)疑：
有的化學反應對生產(chǎn)、生活不利，如鋼鐵的腐蝕，食物的變質(zhì)等，我們可以采取什么辦法？學生馬上聯(lián)想到可以利用某種“催化劑”減慢其化學反應的速率。最后師生共同歸納催化劑特點。
學生在學習“實驗室用過氧化氫溶液制取氧氣”的實驗中形成“催化劑”的概念，但在實際的教學反饋中我們發(fā)現(xiàn)效果并不理想。常會出現(xiàn)以下錯誤：“二氧化錳是催化劑，催化劑就是二氧化錳”，“所有催化劑都是加快化學反應速率的”，“過氧化氫分解只能用二氧化錳作催化劑”。本案例中教師通過設(shè)置了多組對比實驗，學生自然就領(lǐng)悟到：二氧化錳和硫酸銅溶液都加快了過氧化氫的分解，反應后化學性質(zhì)都沒有改變，在這一特定的反應中起了催化作用，再加上教師的引導、歸納，學生通過實驗、觀察、分析、比較、綜合、類推等方法，學生就能完整地掌握“催化劑”這一概念的內(nèi)涵和外延。
建構(gòu)主義理論認為，學習是在先前經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行的，當學習者面臨新現(xiàn)象、新問題時，就會根據(jù)情境中的線索，調(diào)動頭腦中事先準備好的多方面、多層次的先前經(jīng)驗。
案例５
人教版第七單元課題２ 《燃燒和熱量》教學片段
實驗演示：鎂和稀鹽酸的反應
觀察現(xiàn)象：
（１）產(chǎn)生大量氣泡。
（２）有“水霧”？有“煙”？
探究一：生成的是何種氣體？
學生猜想：可能是氫氣，可能是氧氣。
學生爭辯：大多認為是氫氣。
收集證據(jù)：
（１）實驗：點燃的木條伸入試管內(nèi)，該氣體能燃燒。
（２）事實：參加反應的是ｍｇ和ｈｃｌ。
得出結(jié)論：生成的氣體是氫氣，并推理相關(guān)化學方程式。
探究二：是“霧”還是“煙”？
收集證據(jù)：再做６個相同的實驗，每組傳遞下去。（要求注意觀察試管壁上的現(xiàn)象和手的感覺。）
學生交流：試管壁上有水珠，手感覺發(fā)燙。
學生解釋：（略）
得出結(jié)論：由于該反應放出了大量熱，溶液中的水形成了水蒸氣。因此，這是一個放熱反應。
《化學反應中的能量變化》的教學內(nèi)容，教材安排了“鎂和稀鹽酸”的實驗，旨在讓學生通過實驗讓學生知道“化學反應中伴隨的能量變化”這一事實。該實驗的設(shè)置，教材的要求明顯是比較低的，教師源于教材、高于教材的創(chuàng)設(shè)，基于以下兩點的考慮。首先，本課時難度不大，整體思維含量不高，如果按部就班，課堂氣氛略顯沉悶，學習積極性也不是很高。若能充分利用學生的最近發(fā)展區(qū)設(shè)置問題，則會對學生產(chǎn)生一定的挑戰(zhàn)，調(diào)動了學生思考的積極性，在強烈的求知欲支配下，學生的思維時而發(fā)散（如猜想環(huán)節(jié)），時而收斂（如“探究一”，通過實驗和事實來得出結(jié)論），時而推理（如“探究二”，學生得出結(jié)論就是一種合情推理），學生的情緒始終是高漲的，處處閃爍著理性思維的光芒，有效地促進學生智力的發(fā)展。
本案例中，學生猜想是“煙”，就是生活經(jīng)驗的負遷移；猜想是氫氣，則緣于知識經(jīng)驗，學過的氣體就那么幾種，靈活點的學生再根據(jù)質(zhì)量守恒定律就更有把握了；能正確推理寫出專業(yè)性很強的化學方程式，那更得具備扎實的基礎(chǔ)知識；“探究二”中結(jié)論的得出，更大程度上依賴于生活經(jīng)驗和已有的物理知識。
綜上所述，我們設(shè)計的科學探究教學必須建立在學生的已有知識和生活經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，而不能是空中樓閣。這就需要教學過程中教師要融入自己的知識和智慧，對教材進行個性化的解讀與深度挖掘，滲透了基礎(chǔ)知識、浸潤了科學方法、調(diào)動了情感，教學的內(nèi)在價值才能得到充分提升。教學過程中教師要充分挖掘?qū)嶒炠Y源，改變實驗“照方抓藥”式的設(shè)計，多些反思和改造，提升實驗的功能，使學生在獲得知識豐富的同時，學習興趣、探究意識、思維能力、科學方法同時都得到了培養(yǎng)。
參考文獻
［１］中華人民共和國教育部．全日制義務教育化學課程標準［ｍ］．北京：人民教育出版社，２００１
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