开展科学探究活动的原则

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【摘 要】结合实例说明,开展化学实验探究活动必须遵循科学性、悬念性、可行性、安全性、主体性和实用性等原则.

【关 键 词 】化学实验 探究活动 原则

所谓实验探究就是指在未知结果的情境中,教师引导学生采用实验手段,围绕某个问题通过实验设计、实验操作、分析现象、得出结论并对结果进行交流的一种学习方式.在倡导多样化学习的今天,我们的课堂既不能充满实验探究,也不能没有验证式实验和接受式学习,因此开展实验探究活动必须遵循一些基本的原则.

一、科学性原则

科学性是开展实验探究活动的首要原则,就是指探究所采用的实验必须符合科学规律,不能违背科学原理,即原理科学、装置合理、操作规范,这样得出的实验结论才可能是可靠的.

例如,一位教师在引导学生探究“二氧化碳不燃烧、不支持燃烧、密度比空气大”的性质时,采用图1所示的实验装置.其实,这个实验原理是违背科学的,因为二氧化碳不是自由地倾倒下来的,而是借助于气体发生装置里较大的压强压下来的.笔者把二氧化碳换成密度比空气小的氮气做对比实验,同样出现下面的蜡烛火焰先熄灭、上面的蜡烛火焰后熄灭的实验现象.

再如,一位化学教师在设计“探究空气中氧气的体积分数”活动时,竟然“用木炭和氢氧化钠溶液代替红磷和水”,这是想当然地认为“木炭在空气中燃烧全部生成二氧化碳”；其实,当木炭在空气中燃烧时,不仅生成二氧化碳,随着密闭容器里氧气浓度变小,还会生成大量的一氧化碳,氢氧化钠溶液显然不能吸收一氧化碳.所以,这个改进实验测量出的氧气体积分数会明显小于1/5.

二、悬念性原则

实验探究的问题对于学生来说必须是他们未知领域的知识（如方法、装置、操作和结果等至少有一部分是未知的）,这样才能与科学家的研究经历相似,即问题要充满悬念性.

例如,大多数同仁在“质量守恒定律”的教学中都采用实验探究法,但笔者发现如果按照实验探究法的程序进行本课题的教学,在“猜想”环节几乎所有的学生都会给出“反应前后质量不变”的猜想.出现这种情况的原因很简单：学生在预习时就已经知道了实验方法、实验装置、实验结果等,就连刚打开课本的学生也从课题上一目了然地知道“质量守恒定律”.既然学生已经知道了“反应前后质量守恒”,那就没有必要去创设探究的情景（不如就按照验证性实验开展教学）,因为没有悬念的探究是虚假的探究,明知故探无异于做戏.

顺便说一点,出现上述虚假探究与教材的编写有直接的关系.因为现行教科书正文里对知识的表述大都是完整的,有关的规律、原理等都没有布白,这样虽然便于学生自主性学习,但却不利于学生探究性学习.

三、可行性原则

开展实验探究活动应充分考虑教学、学生、装备等实际情况.如实验探究活动的次数要充分考虑学生的课业负担,不宜过多（完整的实验探究活动以每学年3-4次为宜）；有关的实验用品在学校的装备中应有充分的保证,最好在日常生活中也能找到代用品；探究的选题要充分考虑学生的知识基础、认知规律和年龄特点等.

例如,一位化学教师在“碳的化学性质”的教学中,为了体现新课程理念、倡导探究式学习方式,他要求学生分组探究“木炭还原氧化铜”（在设计出实验装置的基础上,学生再动手实验）.在初中化学教材中,要求学生初步学会设计的实验装置就是“实验室制取氧气”和“实验室制取二氧化碳”这两种.这位教师要求学生设计的实验装置,该从哪里入手呢?学生学习化学时间不长,根本不具备设计这类实验装置所需要的知识、技能和思维原型,这个不符合学生认知规律的探究活动,实在让学生勉为其难.

另外,探究“木炭还原氧化铜的实验装置”也没有悬念,因为本节教材上就有现成的实验装置（这不是明知故探吗）；更没有什么价值,因为课程标准对这个实验的要求很低（鲁教版、沪教版、仁爱版化学教材就没有安排这一内容）.

四、安全性原则

探究性实验一般难度较大,而我们的学生大多动手少、经验少.因此,探究性实验必须安全可靠、性能稳定,用药量少、污染性小.如果涉及危险性操作或使用有品,教师还应在实验方案中详细说明注意事项.

例如,一位化学老师认为课本上“白磷燃烧前后质量测定”的实验不易操作,于是他在引导学生“探究化学反应前后的质量关系”时要求学生将白磷更换为火柴头,并放入封闭的试管里加热.我们知道,火柴头上的药品主要是氯酸钾、二氧化锰和三硫化二锑等（一般不含磷）,当加热火柴头时,三硫化二锑会首先燃烧产生气体,同时燃烧放出的热量又使氯酸钾分解放出氧气,进而使燃烧更剧烈.因为实验在短时间内产生了大量的气体,所以试管极可能发生爆炸!（原来的沪教版初中化学教材就有“加热试管中的火柴头”的爆炸实验,现已取消.

五、主体性原则

实验探究活动的主体是学生,因此教师在当好学习活动的参与者、促进者、组织者和引导者的基础上,尤其要设法创造条件,引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手、善于合作,从而使学生获得各种有益的体验,同时发展科学探究的能力.

例如,在完成课本上钢铁生锈的实验内容后,可以引导学生课外探究空气中氧气的体积分数.

首先,师生共同回忆课本上“测量空气中氧气的体积分数”实验的化学原理（磷快速燃烧消耗氧气,同时生成固体产物）,进而引申出适合学生课外探究使用的药品应该是无毒（防止中毒和污染环境）、反应速率不要太快（避免实验时手忙脚乱）、生成物是固体（瓶内能出现负压进而引起水的倒流）；再结合刚学习的钢铁生锈知识不难发现,使用家中的食品脱氧剂（含有铁粉、氯化钠和活性炭）最合适.

然后,学生参考“磷燃烧法测量空气中氧气的体积分数”的实验装置,自行设计实验方案,教师审核、完善,同时提出实验的注意事项.

接下来,学生在家（或实验室）动手实验,并通过墙报、博客、群等形式,交流成果、讨论困惑、分享成功；教师及时评价,学生自评、互评.

上述活动测量出的实验结果可能不太准确,但是学生亲身经历了知识的形成过程,因此深化了基础知识,训练了实验技能,培养了科学素养.

六、实用性原则

科学技术来自社会,服务人类.实验探究活动要引导学生灵活应用化学知识解决一些简单的实际问题,从而体现学以致用,呈现实用价值.这就要求探究实验的设计要从学生身边的问题入手,这样才能使实验探究活动更具实践价值和现实意义.

例如,在“二氧化碳的性质”教学中,笔者适时演示了如下的实验：将燃着的蜡烛分别伸入CO2体积分数为5%、10%、15%的空气中,学生发现蜡烛火焰在CO2体积分数为15%的空气里才慢慢熄灭.此时学生即知“不能用教科书上推荐的灯火试验法检验CO2的有害浓度”.接下来他们联系二氧化碳的性质,猜想出检验二氧化碳有害浓度的三种可能方法（石灰水检验法、石蕊试液检验法、小动物检验法）,又设计实验逐一验证,终于发现检验二氧化碳有害浓度的简便方法是“石灰水检验法”.

上述探究活动不仅拓展了课本知识,尤其培养了学生的安全意识和解决实际问题的能力.

总之,实验探究是科学教学中重要的学习方式,我们一线教师要勇于实践、适时开展,从而促进学生掌握学科知识、形成实验技能、增强科学素养、提高创新能力.

【参考文献】

[1]李德前.由烛火熄灭“异常”引发的思考――兼与何灿华老师商榷[J].基础教育课程,2008（7）

[2]李德前.沪教版“定量认识化学变化”（第1课时）教学设计[J].中学化学教与学,2011（1）

[3]赵文亮,李德前.初中化学教学不需要这样的探究[J].化学教与学,2011（6）

[4]聂瑞松.初中化学实验教学的改进策略[J].当代教育科学,2006（18）

[5]李德前.探寻“二氧化碳有害浓度检验方法”的实验设计[J].化学教育,2009（2）

（作者单位：江苏省徐州市西苑中学）