改进化学实验教学 培养科学探究能力，本文主要内容关键词为：实验教学论文,能力论文,化学论文,科学论文，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。
科学探究的过程可认为是对未知问题的解决过程，可用下图简略表示：
学生在实验过程中要经历类似于科学探究的部分历程，这是以化学实验为载体培养科学探究能力的重要基础。近年来，我们在改进化学实验教学，以增强学生的科学探究意识、培养科学探究能力方面进行了一些实践和思考，本文将我们的做法和想法介绍给大家，以便相互交流。
一、由逐步引导到大胆放手，增强学生在实验中进行科学探究的自主性
自主性是科学探究的一个基本特征。发现问题、制定计划、收集资料、分析处理资料、展示和交流探究结果等各环节中都需要学生积极、能动地参与。正是在这样的过程中，学生学习的能动性、参与性和自我意识才能不断得到提升。
要增强学生在化学实验中进行科学探究的自主性，一是要激发学生对科学探究的兴趣，二是要让学生熟悉科学探究的基本程序。化学学习中，学生最感兴趣的是化学实验，但对化学实验感兴趣不一定就是对科学探究有兴趣。学生对化学实验的兴趣是浅层次的，主要是被化学实验过程中那些丰富多彩的现象吸引而产生的，对科学探究的兴趣是深层次的，是要求学生对迷人现象背后的自然规律产生兴趣，是要求对探究的过程产生兴趣。
我们根据科学探究的一般流程制定了以下便于学生操作的探究程序：
┌─┬──────────────────────┬─┐
│提│（1）搜取信息，用看、听、触等方式获取
│ │
│出│（2）发现问题，对获取的信息初步质疑 │ │
│问│（3）明确问题，从发现的不同问题中提炼出要
│ │
│题│具体探索的问题 │设│
├─┼──────────────────────┤计│
│ │（4）进行假设，预测要探索的问题的答案
│过│
│ │（5）确定实验方案，根据所探索的问题的特点
│程│
│ │而定，包括材料用具、实验方法和实验步骤 │ │
│ │（6）预测实验结果，预测能够说明假设的实验
│ │
│ │现象│ │
│ ├──────────────────────┼─┤
│解│（7）实验验证，根据预定的实验方法进行实验
│ │
│决│（8）记录实验结果，记录实验中发生的现象及
│ │
│问│测量的数据 │操│
│题│（9）结果分析，根据实验结果，肯定或否定假设 │作│
│ │（10）重复实验，假设被肯定后，多次用同一种 │过│
│ │实验方法或用不同实验方法验证同一个假设，│程│
│ │防止实验出现偶然性 │ │
│ │（11）原假设被否定后，修订实验方法或假设│ │
└─┴──────────────────────┴─┘
一旦学生熟悉了以上探究程序并在化学实验过程得到多次体验后，学生探究问题的自主性就会大大提高，思考问题的方式也会更加贴近科学探究的方式。当学生基本掌握了探究的程序、有了一定探究意识后，教师要放手让学生自己在实验的各个阶段中自主地去探究，这样才能真正提高学生进行科学探究的自主性。
如，在做浓、稀硝酸跟金属铜反应的实验中，有位学生把观察到的现象记录成下表：
┌─────┬───────────┬──────────┐
│ │10mL 12mol/L HNO[，3] │10mL 4mol/L HNO[，3]│
│ │加1g铜片 │加1g铜片│
├─────┼───────────┼──────────┤
│铜片表面 │铜片表面立刻产生气│铜片表面立刻产 │
│ │泡，最后铜片全部溶解 │生气泡，最后铜片│
│ │ │全部溶解│
├─────┼───────────┼──────────┤
│溶液颜色 │溶液由五色变绿色，并 │溶液由五色变蓝 │
│ │逐渐加深 │色，并逐渐加深 │
├─────┼───────────┼──────────┤
│反应速率 │始较慢，30s左右时突
│始慢，一段时间反│
│ │然加快……│应后有所加快，后│
│ │ │又减慢 │
├─────┼───────────┼──────────┤
│试管上部空│很快变红棕色，后阶段 │始淡红棕色，后成│
│间气体颜色│颜色更深 │无色，试管口有红│
│变化 │ │棕色气体产生│
├─────┼───────────┼──────────┤
│试管外壁触│反应后触摸发烫│反应后触摸温热 │
│觉│ ││
└─────┴───────────┴──────────┘
他还根据以上资料，进行对比分析，发现了一些针对性很强的问题（如，为什么浓硝酸跟铜片反应后得绿色溶液，而稀硝酸跟铜片反应后却是得到蓝色溶液呢？），进而提出了假设，并设计实验进行了验证。可以看出，这位学生在实验中已表现了很强的自主性，已经能够在化学实验中自觉地开展探究性活动了。
二、由巩固知识到问题探究，突出实验过程和实验方法的探究性
探究性是科学实验的最本质特征。它包括探究性的问题和探究性的过程与方法两层含义。所谓探究性的问题，是指那些对于学生还没有具备直接的解决方法，构成认知上的挑战的问题。它反映了学生现有水平与解决问题所需能力之间的矛盾，这些问题对学生会有一定障碍，但通过他们自己的努力还是能够突破障碍。所谓探究性的方法及过程，是指学生在科学探究中，模仿科学家的研究方法和研究过程，创造性地解决问题。
现行中学化学课本中的实验主要是以巩固相应知识为基本出发点来设置的，这些实验“几乎不考虑如何使儿童掌握探究的态度和探究的方法”。我们认为，在条件具备的前提下，教师可以对教学大纲规定的化学实验进行大胆的改进、调整和补充，以达到培养科学探究能力的目的。要“强调知识技能的掌握、能力和态度的培养在探究活动中的统一”，突出实验过程和实验方法的探究性，把以巩固知识为目的的实验活动变成有目的、有计划地进行问题探究的科学实验活动。探究的化学实验教学模式为：
在一次化学实验兴趣活动中，我们让学生用铝片分别跟稀盐酸、稀硫酸反应，结果发现铝片跟稀盐酸反应现象非常明显，而跟稀硫酸却几乎不反应。这和课本上的内容“铝能跟稀盐酸或稀硫酸起反应生成氢气”不一致，出乎学生的意料，自然就激发学生的探究兴趣。是什么原因呢（发现了化学问题）？
为了寻找原因，学生重新用分析纯浓盐酸和浓硫酸配制了一定浓度的溶液，然后加入0.1×10×25mm纯度≥99.5％的铝片验证是否确实存在上述现象，实验结果如下表：
┌──────────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│时间/min│1
│2
│5
│15 │20 │
├──────────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│3mol· ││││││
││少量气泡│较多气泡│大量气泡│反应剧烈│铝片耗尽│
│L[－1]HCl
││││││
├──────────┼────┴────┴────┴────┴────┤
│1.5mol·││
││均无明显现象（无气泡） │
│L[－1]H[，2]SO[，4] ││
├──────────┼────────────────────────┤
│3mol· │均无明显现象（无气泡） │
│L[－1]H[，2]SO[，4] ││
└──────────┴────────────────────────┘
无论是用1.5mol·L[－1]H[，2]SO[，4]还是3mol·L[－1]H[，2]SO[，4]的稀硫酸，均无明显反应现象。其结论还是与教材的叙述不相符合（总结成化学事实）。
在以上基础上，学生提出多种猜想（提出化学假说）。最典型的有：①Cl[－]能促进金属铝跟H[＋]的反应；②SO[，4][2－]跟金属铝的反应起阻碍作用等。
有学生提出，可加入NaCl、Na[，2]O[，4]等其它含Cl[－]、SO[，4][2－]离子的中性盐来进行验证。实验方案为（验证化学假说）：
整个过程中，参加研究小组的学生相互之间不断交流和讨论、主动查阅资料，体验到了科学探究过程中的特有乐趣，探究兴趣得到了升华。
要突出化学实验的探究性，还有一个关键是拓宽学生的问题空间。教学中我们发现，化学实验中的意外现象、学生生活中遇到的一些化学问题，都是深入探究的最好素材。
┌───┬─────────────┬────────────┬──────┐
│ │ ││ 反应现象 │
│组别 │各组5mL酸 │添加试剂││
│ │ ││ （5 min后）│
├───┼─────────────┼────────────┼──────┤
│ │ │加入0.5g NaCl晶体
││
│A │3mol·L[－1]H[，2]SO[，4] │││
│ │ │（约0.01mol）
││
├───┼─────────────┼────────────┼──────┤
│ │ │加入1.4g Na[，2]SO[，4] ││
│B │3mol·L[－1]H[，2]SO[，4] │││
│ │ │（约0.01mol）
││
├───┼─────────────┼────────────┼──────┤
│ │ │加入1.4g Na[，2]SO[，4] ││
│C │3mol·L[－1]HCl
│││
│ │ │（约0.01mol）
││
├───┼─────────────┼────────────┼──────┤
│D │3mol·L[－1]HCl
│不加试剂（对比）││
├───┼─────────────┼────────────┼──────┤
│E │3mol·L[－1]H[，2]SO[，4] │不加试剂对比││
└───┴─────────────┴────────────┴──────┘
三、由“课本内”到“生活中”，尽可能地增强化学实验内容的开放性
开放性是科学探究的一个重要特征，主要包含选择探究问题的开放性、探究过程的开放性和探究结果的开放性三层含义。从这个层面看，要通过化学实验来培养科学探究能力的关键是增强化学实验内容的开放性。让学生既能在课本内发现探究性较强的问题进行科学探究活动，也能让学生放眼课本外，到生活中寻找、发现问题进行科学探究活动。化学与生活密切相关，生活是结合化学知识进行科学探究的大课堂，当学生学会从化学视角观察实际生活问题时，探究兴趣才能深入持久，问题空间才更广阔。
如，在学完《铁》后，我们布置化学兴趣小组的学生以生活中常见的铁丝（俗称“铅丝”）为主题自己确定课题进行科学探究活动，大部分学生根据自己的生活经历选择了课题。部分探究课题和探究过程如下：
[实例1]用铁丝探究“淬火处理提高铁合金的硬度”
发现问题：某学生看到石匠的凿子在使用一段时间以后变形，经过退火、校正、淬火处理后，可以恢复凿子的性能。
假设：铁丝经淬火处理能提高硬度。
实验验证：将铁丝放酒精灯外焰加热到呈现红热状态时，取出迅即放入冰水中急冷却（这叫淬火）。经过这样处理后的铁丝，它的硬度和强度都大大提高了，因此特别地不容易弯曲。
[实例2]用铁丝探究“加热处理铁合金可提高抗腐蚀性”
发现问题：从钢厂生产的钢坯、钢板、钢条的外表大多有一层灰黑色的四氧化三铁，具有一定的抗腐蚀性能。
假设：铁丝经加热处理能提高抗腐蚀性。
实验验证：用砂纸较彻底地把两段铁丝擦亮，其中一段在酒精灯外焰上从一端缓慢加热至另一端，可见银白色的铁丝表面生成一层亮蓝色至亮黑色的覆盖物（Fe[，3]O[，4]），就像是被蓝色墨水汁浸过的一样。放置潮湿空气中观察（次日可见），经这样加热处理过的铁丝（未生锈）跟另一段未加热处理的铁丝（生锈了）相比有较强的抗腐蚀性。
[实例3]探究“铅丝”表面物质的化学成分
发现问题：把一段“铅丝”放入稀盐酸中在激烈反应约半分钟（有时甚至不到半分钟）之后，反应会突然变得缓慢而平静。
假设：“铅丝”表面有一薄层比铁更活泼的金属的覆盖层。
实验验证：取少量（1mL～2mL）盐酸，投入一段“铅丝”，反应半分钟内（不要超过）取出铅丝。在所得溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液，开始，氢氧化钠中和剩余的盐酸，继而产生白色沉淀，再加入氢氧化钠，见沉淀逐渐溶解又变得澄清。另取生成的白色沉淀，加入足量的氨水中，发现沉淀溶解生成无色溶液。
根据以上现象推测，“铅丝”表面覆盖着一薄层锌。
查阅资料寻找更多的证据：有学生在图书馆中查得，这种铁丝表面曾经高温浸渍（称为烫镀）过一层极薄的比铁活泼得多的锌。人们把这种镀了锌的铁丝习惯地称为“铅丝”（实际上是误称）。
再设计实验验证：去除铅丝表面保护层验证“铅丝”的耐腐蚀性
取A、B、C三段铅丝，用小刀把A段铅丝外层锌全部刮掉，B段铅丝外层镀层刮掉1/3～1/2，C段外层完整保留。把以上三段铅丝置于潮湿空气中进行对比观察，次日可见，A段铅丝表面生成了黄锈，而B、C段铅丝没有生成铁锈。
[实例4]探究铁的吸氧腐蚀主要发生在哪个部位
发现问题：铁片遇水易发生吸氧腐蚀，发生腐蚀的部位在不同资料上有不同的描述。
假设：铁片遇水，在水面跟空气交界处铁被腐蚀最快。
实验验证：在一个刚刚酸洗去锈后洁净的铁片上，加2～3滴酚酞和赤血盐的混合液，1～2分钟内可以观察到，跟空气接触较多的液滴边缘生成一红色环，而液滴的中部则聚积着越来越多的蓝色斑点（如下左图所示）。
根据以上实验结果，说明原假设错误，所以探究者又作了重现假设和验证。
修改假设：铁片遇水，浸入水中最深处铁被腐蚀最快。
实验验证：将一铁片弯成半月形，嵌在小烧杯内，注入适量食盐水，滴入少量酚酞和赤血盐的混合溶液，静置几分钟，可以观察到如上图所示的现象。可得出，铁的腐蚀部位主要不是发生在跟溶液接近大气的水线部分，而是发生在远离水线的溶液下部。