探究性实验教学设计的理论思考与实践探索，本文主要内容关键词为：教学设计论文,探究性论文,理论论文，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。
高中化学新课程以尊重学生主体发展的需要，全面提高学生的科学素养为宗旨，倡导培养学生的学习兴趣和自主学习、探究学习、合作学习的能力，以培养学生具有探究化学问题的能力为目标。为在课堂教学中落实上述新课程目标，我们就必须充分利用化学实验教学，努力让学生体现学习的自主探究性，提倡并构建探究性实验教学，充分调动学生学习的主动性和积极性，让学生主动、积极地参与学习过程，从而把学生培养成既具有较扎实的科学基础和较强的社会适应能力，又具有独立的人格和创造精神的开拓型人才。
一、探究性实验教学设计的理论思考
英国科学家波普尔指出：“科学知识的增长永远始于问题，终于问题——越来越深化的问题，越来越能启发新问题的问题。”问题是思维和探索的源泉，是联系新旧知识的桥梁，学生的科学知识与学习能力就是在不断发现问题并解决问题的过程中增长和发展的。所以，问题必须贯穿整个教学过程的始末。
建构主义等现代学习理论认为，学生的学习是在教师指导下的以学生为主体的信息加工过程，学生是新知识体系的主动建构者。“问题情境”“合作学习”“会话交流”“主动建构”是影响学习环境的四大要素。
上述论述启示我们，要让学生在学习过程中获得新知识体系的主动建构、探究学习能力的不断提升和自身的不断完善与发展，在探究性实验教学设计中就必须充分思考和落实如下两个方面的问题：
1.如何努力让学生在学习过程中从以下几个方面体现出主体性作用。(1)主动地提出问题并袁锡炎围绕问题去搜集、分析和加工有关信息与资料，并对需解决的问题提出可能的假说和验证；(2)用探索法和发现法去积极、主动地建构知识体系；(3)把新知识的学习与已有知识经验相互联系起来加以多方面思考；(4)把联系与思考的过程与合作学习中的交流、讨论过程结合起来。
2.如何努力让教师在教学过程中从以下几个方面发挥主导作用。(1)激发学生的学习兴趣，并帮助学生形成稳定的学习动机；(2)把学生的学习目标变换为一系列符合学生学习要求的探究性问题来创设“问题情境”；(3)根据学生的学习目标要求，提供能让学生建立新旧知识联系的思维背景；(4)向学生提供合作学习的环境。
上述探究性实验教学中学与教的设计思考也可用下面的结构图（图1）表示。
图1 探究性实验教学设计结构模式图
二、探究性实验教学设计的实践探索
（一）让学生在自主探究学习氛围中获得新知识体系的主动建构
自主探究学习就是以学生自主探究和实践为主的，对提出的问题自主采取各种途径与方法去探究解决的学习过程。在这一过程中，教师是参与者和指导者，提供的信息与资源、建议与帮助只供参考，学生的主体性在这样的学习过程中才能得到充分体现。
努力创设一个让学生能自主探究和实践的氛围，就必须让真实的典型的“问题情境”展现在学生面前，让学生获得的是具有真实背景，能被学生主动建构或重组到自己原有认知结构中，并能运用到类似实践活动中去解决实际问题，从而使自己的认识结构得到提高与发展的情境。
教学案例：影响化学反应速率条件的实验探究
化学反应速率是学习化学平衡这一重要理论的基础，而这一理论的学习，需要学生具备一定的抽象思维能力、自我获取知识的能力和严谨的学科思想。为了更好地培养学生自主获取和处理信息，并与已有知识结合、重组和主动建构的能力，从而提高学生独立分析和解决问题的综合能力，在化学反应速率教学中，笔者以“影响化学反应速率因素的实验探索”为课题设计了如下探究性实验教学：
1.课题学习目标设计
(1)加深对化学反应概念及定量表示方法的认识；(2)更深刻地认识影响化学反应速率的主要因素是物质的本性；(3)认识浓度、温度等外界因素对化学反应速率的影响规律；(4)培养学生的实验操作能力和实验设计能力；(5)培养学生自主获取和处理信息的能力及科学研究的一般方法。
2.课题教学过程设计
(1)问题情境的创设
除了根据反应生成沉淀的快慢可以判断化学反应速率的大小外，我们还可以根据什么来判断化学反应速率的大小呢？据此，“用Cu、Fe、Mg等金属与稀硫酸反应，请你设计实验方案探究物质本性及浓度、温度等外界因素对化学反应速率的影响规律”。
要求学生通过自主获取资料和处理有关信息并结合自己已有知识设计出能探究上述因素对化学反应速率的影响规律的实验方案。为了更好地指导学生设计上述实验方案，教师向学生提出了如下指导性问题：
①在设计探究相同条件下Cu、Pe、Mg等金属与稀硫酸反应时，反应速率大小规律的实验方案需控制哪些因子？
②设计探究在不同浓度、温度下稀硫酸与Fe反应时，反应速率的变化规律的实验方案需控制哪些因子？
(2)探究实验方案的设计
向学生提供有关参考资料。每位学生通过对获得的资料进行分析处理后，把自己设计的探究实验方案填写在表1中交给教师。
教师筛选出有代表性的方案交学生课堂比较、讨论，并选出一个可行的方案完善如下：
①取大小基本相同的金属Cu、Fe、Mg各一片，分别投入2mL 1mol/L的稀硫酸中，观察现象，并通过分析现象获得结论；②取大小基本相同的金属Fe 2片，分别投入2mL 1mol/L和2mol/L的稀硫酸中，观察现象，并通过分析现象获得结论；③取大小基本相同的金属Fe 2片，分别投入2mL 1mol/L的稀硫酸中，并将其中的一份加热，观察现象，并通过分析现象获得结论。
(3)实验探索与发现问题
①教师用多媒体展示探究实验课题及经学生讨论、选择和完善的探究实验方案；②学生根据自己设计并讨论和完善的探究实验方案进行探究实验，以体现方案的可行性，并提出实验时发现的问题；③教师展示学生提出的问题。
(4)讨论评价与解决问题
①Fe、Mg片的大小不同时，似乎对实验结果未产生明显的影响，这是为什么？②用1mol／L稀硫酸、2mol/L的稀硫酸分别与相同大小的铁片反应时现象不明显，怎么办？③加热稀硫酸时溶液沸腾的气泡与Fe跟稀硫酸反应产生的气泡不易区别而影响实验结论，怎么办？
学生在教师的指导下对上述实验探究过程及发现的问题进行分析讨论，评价获得的结论或提出解决有关问题的方案，从而进一步完善探究实验方案。
(5)延伸思考
为什么实验室里制
用锌与稀硫酸反应，而不是Mg或Fe与稀硫酸反应？请设计一个实验来回答上述问题。
本教学案例中设计的探究性实验教学，充分体现了学生的主体性，强调学生必须在教师的指导下，独立自主地按照课题的要求对信息资源进行搜集与加工。面对以现实问题为核心所提供的情境，学生需要结合相关知识和原理，在独立思考的基础上作出分析和判断，并提出切实可行的解决问题的方案。在这个过程中，学生与问题情境间的相互作用在持续不断地进行，并把所提供的信息不断整合到自己原有的认知结构中，使学生的认知结构在问题情境中获得主动建构，并不断地丰富、提高与发展，也使学生的多种能力，如听、说、读、写及分析和解决问题能力都得到了更好的全方位的锻炼，有效地提高了学生的综合素质。
（二）让学生在自主合作学习氛围中获得探究学习能力的提升
学生在学习中的主体地位，不仅体现在他们的个体上，而且也应该体现在他们的群体上。合作学习与自主学习应该相互渗透、相辅相成。在自主学习的基础上进行合作学习，既可以通过相互合作更好地完成自己的学习任务，又可以运用集体的智慧使探究的方法更多、更完善。
教学案例：物质鉴别方法的实验探究
物质鉴别的学习内容丰富、复杂，且不易掌握。为了体现学生在学习过程中的自主合作性，让学生在自主合作学习氛围中获得探究学习能力的提升，在高一第一章“化学反应及其能量变化”和“碱金属元素”课程学习结束后，笔者结合焰色反应这一学习内容，以“物质鉴别方法的实验探究”，为课题设计了如下探究性实验教学：
1.课题学习目标设计
(1)掌握已学阴、阳离子的性质及反应时产生的特征现象；(2)掌握几类常见物质（酸、碱、盐等物质）的鉴别方法；(3)培养学生的实验操作能力和实验设计能力。
2.课题教学过程设计
(2)探究实验方案的设计。将全班学生合理分组，确定一名组长，并向学生列出能提供资料来源的Internet进入途径：“google→物质的鉴别方法”及其他有关的参考资料。
为了更好地指导学生进行探究实验，向学生提出如下建议：①小组成员分工协作获取资料；②整理与小结阴、阳离子的性质及反应时产生的特征现象；③通过小组讨论设计尽可能多的实验方案并写出有关实验报告单交教师。
(3)课堂讨论与实验探究。①教师用多媒体展示探究实验课题，确定讨论原则后导入讨论程序；②各小组分别派代表阐述本小组设计的实验方案（试剂和仪器、步骤和现象等）；③学生互相讨论和评价各小组设计的实验方案，并在此基础上选择两种可行方案加以完善如下：
方案一：A.取少量上述四种固体粉末于试管中，滴入盐酸产生气泡的，则原固体粉末是
，另两种为NaCl或
；B.用洁净的铂丝蘸取有气泡产生的两种固体粉末进行焰色反应，透过钴玻璃观察，若焰色显紫色，则原固体是粉末，另一种是
粉末；C.用洁净的铂丝蘸取剩余的两种固体粉末进行焰色反应，透过钻玻璃观察，若焰色显紫色，则原固体是粉末，另一种是NaCl粉末。
方案二：A.取少量上述四种固体粉末于试管中，溶于水，滴入
溶液，三支试管中有白色沉淀，一支试管中无明显现象产生，则此试管中原固体粉末是NaCl固体；B.往沉淀中滴入盐酸，若沉淀不消失，则试管中原固体粉末是；C.用洁净的铂丝蘸取剩余的两种固体粉末进行焰色反应，透过钴玻璃观察，若焰色显紫色，则原固体是粉末，另一种是NaCl粉末；D.各小组根据讨论并完善的实验方案进行实验探究，以体验方案的可行性。
(4)评价讨论与解决问题。①实验过程中会出现气泡冲出试管中的现象；②焰色反应观察时看不到明显现象；③实验操作中，方案二比方案一简单。
学生在教师的指导下对上述实验探究过程出现的问题进行分析讨论，提出解决有关问题的方案与实验的注意事项，进一步完善探究实验方案。
(5)延伸思考。①小结常见阴、阳离子的性质及反应时的实验现象；②如何证明某白色粉末是
固体？
本教学案例设计的探究性实验教学，充分体现了学生的自主合作性，强调学生必须在教师的指导下，独立自主和分工协作地按照课题的要求对信息资源进行搜集、整理与加工。面对课题所提供的相对复杂的“问题情境”，学生必须在独立思考和集体协作的基础上结合相关知识和原理作出分析和判断，并提出切实可行的解决问题的方案。这样的过程，增加了学生获取信息的渠道，使每个学生都能发挥各自优势，更能激发起学生的参与兴趣，增强学生的集体荣誉感，从而能为学生的主体发展提供更好的氛围和条件，使学生的探究学习能力有更进一步的提升，也使学生处理人际关系的能力得到更好的提高和发展。
（三）让学生在自主创新学习氛围中不断完善与发展
探究性实验教学注重的学生自主探究、自主合作学习的终极目标是学生的自主创新能力的培养，所以，我们在注重学生自主探究、自主合作学习的同时，更应注重学生创新学习，鼓励学生学习过程中敢于创新、善于思考，充分选择和利用各种有效信息创造性地提出问题和解决问题，从而让学生在创新学习中获得不断完善与发展。
教学案例：
化学性质的探究
的化学性质是氧族元素学习的重点内容，也是对学生进行元素与化合物知识学习方法和实验探究方法指导，以提高学生创新学习能力的良好载体。但所具有的化学性质内容丰富而复杂，学生不易掌握。为了让学生从化学性质学习中主动体验到元素与化合物知识学习方法和实验探究方案设计的原理，为今后更好地创新学习打下良好的基础，笔者以“化学性质的实验探究”为课题设计了如下的探究性实验教学：
1.课题学习目标设计
(1)认识酸性氧化物性质、氧化性、还原性、漂白性；
(2)认识元素与化合物知识学习方法；
(3)认识物质性质探究实验方案设计的原理与方法及实验能力；
(4)培养学生在物质性质探究实验过程中的创新学习能力。
2.课题教学过程设计
(1)问题情境创设。请你猜想并设计一个实验检验所具有的化学性质的方案，并在实验报告单中填写实验装置、所需药品及实验操作步骤等内容。
(2)探究实验方案设计。要求学生小组内自主确定一名组长负责并列出获取有关信息资源的方法与途径后分工协作获取信息，必要时可向教师寻求适当的帮助。
为了更好地进行实验探究，要求学生在小组讨论的基础上列出思考实验探究原理与方法的问题，并连同设计的实验方案一并交给教师。
(3)课堂讨论与实验探究。①教师用多媒体展示探究实验课题，确定讨论原则后导入讨论程序；②各小组分别派代表叙述在小组的实验方案（实验原理、仪器试剂、操作与现象等及相关问题）；③学生互相讨论和比较各小组的实验方案，并在整合各方案优点后得到如下实验方案：
设计实验方案时需思考的问题。A.的主要化学性质及猜想的依据；B.可以通过什么实验检验酸性氧化物的性质、氧化性、还原性、漂白性等。
实验装置（图2）：
④各小组根据讨论完善的实验方案进行实验探究，以体验研究方案的可行性。
(4)总结评价、解决问题与延伸思考。
①学生在教师的指导下对上述实验探究过程出现的问题进行分析讨论，提出解决有关问题的方案与实验的注意事项，进一步完善探究实验方案，如装置及气密性检验比较复杂，
有毒，怎样注意环保问题等。然后在教师启发下，通过师生的共同讨论，设计并展示了如图3所示的
本教学案例设计的探究性实验教学，充分体现了学生的自主创新性，强调学生独立自主和分工协作地按照课题的要求对信息资源进行搜集与加工。而学生面对课题所提供的真实问题，必须大胆猜想，善于思考、勇于创新，充分选择和利用各种有效信息创造性地运用所学知识，提出问题、解决问题。这样的过程，让学生从不同的视角，不同的思维方式来处理同一问题，充分挖掘了学生的创新潜能，使学生在创新学习活动中得到不断完善与发展。
三、探究性实验教学设计的评价
探究性实验教学的设计，要求教师在学生探究的过程中，尽可能营造一种开放、接纳和宽容的态度，要鼓励学生敢于表现、敢于猜想、敢于创新，要让学生学会对彼此的观点作出积极的回应，要让全班的每一位学生都感到自己的观点对于大家来说都是可贵的、有意义的，所有的发言都是受欢迎的和有贡献的。教师要尽量保持中立，对学生的看法作实事求是的评价。应杜绝批评，多作鼓励。这样，学生的新知识体系上才能获得主动建构，探究学习能力才能获得不断提升，学生自身获得不断完善与发展。
创设问题情境、提供自主探究空间、挖掘合作学习氛围、营造创新学习环境——探究性实验教学设计的教学实践，可以让我们在教学过程中努力体现这一现代教育理念，真正地把学生当作学习的人。这样的教学实践符合学生的认知发展规律，值得我们为之不断努力。