试论中学化学探索性实验教学模式，本文主要内容关键词为：教学模式论文,试论论文,中学化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着现代科学技术的飞速发展和信息技术革命的到来，对人才素质和创造性能力要求的提高，推动和促进了基础教育的改革与发展。
现代理科教学改革的一个最重要的特征是，从强调知识内容向获取知识的科学过程的转变，从强调知识内容向探求知识的转变。与此相应，在理科教学中不再只是要求学生存贮各种处理好的信息和结果，并进行再加工，而是应充分运用各项科学过程来感知现象，获取、分析并处理信息，作出判断和评价。于是，学生从被动接受知识的地位向主动探求知识的地位转化。实验是理科学习中获取信息、培养创造性思维和能力的主要渠道。实验的目的不仅仅只是验证规律、培训实验技能，而是要使学生通过实验在科学的学习和研究方法上获取感性体会。学生实验已从课堂教学的辅助手段变为贯穿在整个教学过程中创造情境、探求知识的重要手段。同时，实验探求教学法也对教师在教学过程中的主导作用提出了更高要求。教师必须改变传统的“注入式”教学方法，在教学中充分调动学生的主动性，使学生真正成为实验活动的中心和主体。教师主要运用各种手段和媒体创造情境，按学生的认知规律组织学习，辅导学生设计实验去探索，而不是包办代替学生去处理信息。总之，如何通过实验探求让学生在理科学习中经历比较完整和丰富的科学过程已成为近20年来各国理科实验教学改革的发展方向。
20世纪80年代以来，体现能力与创新精神培养的现代理科教育对我国的化学实验教学改革带来了积极的影响，不少教师结合具体教学内容进行了探索和研究。但总的来说，一般性提倡、号召多，系统、深入的实践和改革较少。为此，我们对中学化学教学中探索性实验作了研究，建立了教学模式和实验设计，并进行了两个学期的教学实践与评价。
一、探索性实验的界定、设计原则与教学模式
（一）探索性实验的界定
根据探索性实验教学思想的形成和发展的基本观点，中学化学实验的教学目标以及探索性实验的功能，对探索性实验可作如下界定：探索性实验是由学生自己运用实验手段，探索未知的现象或数据，并在获得的现象或数据的基础上概括出实验结论的一类实验形式。它旨在充分发挥学生在实验教学中的主体和中心，让学生亲身经历实验过程对未知结论的探索，激发学生的思维状态，培养学生的创新意识；初步形成科学态度，训练科学方法，提高学生分析、解决问题的能力。
验证性实验与探索性实验在实验过程以及认识过程中师生双方的主体地位和作用方面有着明显的差别，具体体现见表1、表2。
数据：泛指从实验中获得的各种信息
（二）探索性实验的设计原则
在教学实践中，探索性实验运用于教学的评价结论表明，要设计具有良好教学功能的探索性实验，需要以下几项基本原则作为实验设计的指导思想，即科学性原则、发展性（创造性）原则、可行性原则、启发性原则、安全性原则、趣味性原则和效益性原则。
（三）探索性实验的QIDR—CL教学模式
探索性实验的QIDR —CL 教学模式包括以下几个部分：问题（Question）；探索（Inquiry）；诊断（Diagnose）；报告（Report ）；整个教学过程采用2～3人为一小组的合作学习（Cooperative Learn-ing）的形式。（QIDR—CL为对应英文单词的词头的组合）。
1.问题（Question）。教师向学生呈现待探索的实验问题（实验课题）和有关背景材料，同时提供解决问题所需的实验仪器和药品。
2.探索（Inquiry）。这一阶段是探索性实验教学的核心， 它要求学生在相互合作的前提下设计实验方案，进行实验探索，得出结论。具体包括：通过所掌握知识或收集的信息作出比较合理的实验设计假设（反应机理的假设，实验装置的假设等）；依据假设，结合具体过程，并猜想可能的实验想像和结论；列出实验步骤；根据所得的实验现象，对照假设，分析归纳并得出结论。
3.诊断（Diagnose）。诊断过程包括两个重要方面：反思和交流。在各组作出实验结论后，要求各组成员首先认真总结小组的探索过程；其次，再通过小组间的交流，比较各小组的探索过程和思维结论，从中获取成功的经验和失败的教训，调整或重新设计实验方案，使自己的实验探索过程更趋合理；最后，教师对本次实验进行总结和评价。
4.报告（Report）。要求每组报告各自的实验现象与探索结论，并撰写实验报告。
探索性实验的教学采用合作学习的形式，即通过小组相互协作，共同学习。
探索性实验的QIDR—CL教学模式可用下图表示：
问题—→探索—→诊断—→报告
二、探索性实验的教学实践与设计举例
采用QIDR—CL实验教学模式于1999年4～12 月在南京市第三中学（江苏省重点中学）高一、二年级进行了高一第五章“氮、磷”和高二第二章“镁、铝”共12组探索性实验教学实践。其过程如下。
（一）学生分组 任课教师设计一份实验试题并对学生进行预测试。根据学生前测的成绩，将学生分成两组：试验组和对照组，每组30人。
（二）实验的选题和设计 根据教材内容，配合教学过程，在高一“氮、磷”一章设计六组探索性实验，分别为：浓稀硝酸氧化性的强弱对比、氨气是否具有还原性、硝酸铜的受热分解、氨气能否还原氧化铁、氯酸钾的鉴别。在高二“镁、铝”一章设计六组探索性实验，分别为：银铝镁等离子的鉴别、硫酸镁和硫酸钠等混合物分离、明矾的检验、胃舒平的主要成分的定性鉴定、镁与水反应的实验设计、粗盐提纯。
（三）教学过程和教学模式
对照组和实验组用相同的教学内容、教学时间对两组学生进行实验教学。
对照组采用常规的验证性实验的授课方式。即教师讲解实验目的、实验原理、实验步骤、实验的注意事项，必要时教师可进行操作演示。学生在做此类实验时，只要求按照实验所给的操作步骤进行，验证已知的实验结论。
试验组的教学则是按照QIDR—CL的教学模式进行。整个实验过程基本是由学生自己进行设计方案与假设、实验探索、诊断、报告，教师只是起辅导作用。
例 氨气还原氧化铜实验
1.实验背景分析。
NH[,3]中N元素的化合价为-3价， 根据氧化还原反应的原理来判断其是否具有还原性；学生曾经学习过氢气和一氧化碳还原氧化铜的实验，通过相似和类比联想，学生能够通过实验探索得出氨气具有还原性这一重要的化学性质。
2.学生探索。
学生根据氧化还原反应的原理和氨气中氮元素的化合价为负三价，能够初步判断出氨气具有还原性。但是在拟订实验方案时，各组围绕实验装置进行争论：（1）有小组认为氨气的密度比空气小， 主张用氢气还原氧化铜的实验装置和实验步骤；（2 ）另外的小组则认为氨气是具有刺激性气体，为了防止氨气被排放到空气中，主张采用一氧化碳的实验装置和实验步骤，但尾气用稀硫酸去吸收。最后，教师总结各小组的实验方案，主要是以下两种。
方案一 拟订的实验步骤：
（1）用氢氧化钙和氯化铵制取一定量的氨气；
（2 ）将少量的氧化铜装入硬质大试管中（实验装置同氢气还原氧化铜）；
（3）加热氢氧化钙和氯化铵的混合物将氨气通入大试管中， 排尽试管中空气；
（4）继续通入氨气，同时加热大试管，使反应进行；
（5）反应结束后，停止加热至大试管冷却，观察实验现象；
方案二 拟订的实验步骤：
（1）用氢氧化钙和氯化铵加热制取一定量的氨气；
（2）将少量的氧化铜装入玻璃管中（两端放一小段细铜丝， 防止爆炸）。并且用一导管通至小烧杯的稀硫酸的液面之上，以便将尾气吸收；
（3）加热氢氧化钙和氯化铵的混合物将氨气通入玻璃管中， 排尽管中空气；
（4）继续通入氨气，同时加热玻璃管，使反应进行；
（5）反应结束后，停止加热至玻璃管冷却，观察实验现象；
3.实验的实施。
各小组的学生根据自己拟订的实验步骤进行实验，观察和记录实验现象，作出实验结论。
4.实验诊断与评价。
各小组汇报实验过程和实验现象，总结和归纳此类实验的实施过程：
按照方案一进行实验的小组学生观察到氧化铜由黑色转变为光亮的红色，管口有水生成，同时也闻到氨气的刺激性气味；按照方案二进行的小组学生不仅可以观察到与方案一小组实验的相同的实验现象，而且实验时间比较短，剩余的氨气也被吸收，防止了氨气对空气的污染。
5.教师的评价。
通过对氨气还原氧化铜的实验探索，学生能够根据氧化还原反应原理判断出氨气的还原性，并能够将氢气和一氧化碳还原氧化铜的实验与氨气还原氧化铜联系起来，既复习了前面所学的知识，又通过实验探索出氨气的还原性。按照方案二实验的小组同时也注意到实验中如何有效防止实验的尾气对空气的污染，但是，也应该在玻璃管口放上石棉绒，防止氧化铜被氨气流冲走。
三、实验结果的分析与评价
通过近两个学期的实验后，我们对试验班和对照班学生进行以下三个方面的考核和评价。
（一）单元成绩测试 编制一份实验试卷，对两个班进行测试，对测试结果用均数差异性和x[2]检验进行评价。
1.均数差异检验评价。
从以上两组数据可以看出，通过探索性实验的教学，试验班不仅平均分超过对照班，而且同学之间的水平差异缩小的幅度也比较大。根据Z检验的结果，以上结论不是由偶然因素造成的， 是进行探索性实验教学的必然结果。
2.x[2]检验。
根据学生的测试成绩，将两组学生的成绩按分数段进行统计。从计算的结果可以看出
x[2]＝11.85＞x[2]（3）[,0.01]＝11.34，所以认为探索性实验和验证性实验的两种教法是有显著差异的，即测试的成绩和教学方法之间有一个高度的连带关系，探索性实验教学效果要高于验证性实验的教学效果。
（二）试验组和对照组学生的实验素质评价。采用实验素质指标对两组学生进行评价，分别计算试验组（M[,1]）和对照组（M[,2]）学生的观察能力、操作技能、协作精神、信息处理能力和评价能力的均分，求两组的差值（△M）。
从表6和表7的统计结果看，试验组学生的观察能力、协作精神、信息处理能力和评价能力的考核成绩均明显高于对照组学生的成绩，特别是协作精神、信息处理能力和评价能力提高的幅度较大（差值分别为：2.2、2.3、1.5）； 然而试验组和对照组学生的操作技能之间的差异较小（差值分别为：0.7）。这说明探索性实验对于提高学生的观察能力、协作精神、信息处理能力和评价能力具有明显的效果。但是，在训练学生的操作技能方面却不是很理想。在强调运用探索性实验培养学生的创造性能力时，应与验证性实验配合作用，取得更好的教学效果。
经过对比性实践研究，表明在中学化学实验教学中，增大探索性实验的数量，减少验证性实验，在培养学生的实验能力、科学方法的形成、直觉思维能力和创新意识等方面是可行的和有效的。