高中化学教学论文新课程实验探究教学策略与案例分析新人教版必修1.pdf
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1、高中化学远程研修专题六 高中化学新课程实验探究教学策略与案例分析 专题简介: 新一轮国家基础教育课程改革的一个重要而具体的目标就是改变学生被动 接受知识、运用题海战术应对考试的学习方式, 倡导学生主动参与的探究式学习。 普通高中化学课程标准(实验稿) 中明确提出要“重视探究学习活动,发展 学生的科学探究能力” “探究学习是学习化学的一种重要方式,也是培养学生探 究意识和提高探究能力的重要途径” 。课程标准中的内容标准部分对每个模块的 每一个主题都给出了丰富的活动与探究建议。不同版本教材中也都安排了明确具 体的探究活动栏目。 无论是从现代的科学教育理念还是课程标准要求以及教材内 容呈现都要求我们
2、开展实验探究教学, 今天我们就来讨论在化学教学中如何开展 实验探究教学。 (上部) 本讲主题:通过对探究教学本质及特点的分析,理解在科学教育中为什么要实施 探究教学, 实施探究教学的核心目标是什么。通过专家讨论、 教学设计分析等活 动明确探究教学设计的一般思路和方法。本讲还将针对教师开展实验探究教学过 程中的常见困惑展开讨论。 一、为什么要倡导实验探究教学?实验探究教学具有怎样的功能和价 值? 1 实验探究教学的成功案例例举 田玉凤老师: 关于原电池原理教学,我曾经设计过这样一节课。首先演 示铜、锌、稀硫酸可以构成原电池,然后提出问题 “是否只有铜、锌、稀硫酸 才能构成原电池,铜、锌在原电池中
3、的作用是什么,是否一定要使用稀硫酸?” 教师为学生提供如下材料和试剂:电极材料: 碳棒、锌板、铜板、铁钉、 塑料片;溶液:硫酸、硫酸铜、氯化钠、蒸馏水、酒精。不同的组提供的材料和 试剂是不同的。 学生用本组实验条件进行实验探讨,回答上述问题, 最终要总结 1 出构成原电池的条件。 通过实验探究活动和随后的课堂汇报交流,学生总结出锌 可以用其他的活泼金属替换,它的主要作用是提供电子;铜的主要作用是导电, 可以用其他导体来替换; 如果把铜换成比锌更活泼的金属,也能形成电流, 但是 电流的方向就是相反的了。对于电解质溶液也作了实验探究,用乙醇、纯水、纯 水中追加食盐、 硫酸铜溶液等替代硫酸, 观察原
4、电池构成的情况, 使学生对于原 电池构成条件、原电池反应原理有了特别深刻的认识。 刘江东老师:海淀区八一中学宋晓敏老师做了一节二价铁三价铁转化的区级 研究课。这节课中教师向学生提供了补铁剂的使用说明,使用说明中的内容很大 程度上体现了亚铁盐的性质, 同时教师向学生提供三价铁检验方法的信息。然后 教师提出问题如何更好地保存补铁剂,保存过程中避免和什么物质在一起? 在这个探究活动中, 学生了解了哪些物质可以和二价铁共存,哪些物质能够把二 价铁转化为三价铁。这样就把二价铁、三价铁转化的知识融入探究活动。 2 实验探究活动具有怎样的功能和价值? 王磊教授:对于这个问题首先要从课程目标说起。新课程以发展
5、每一个学生 的科学素养为根本宗旨。 科学素养的发展不是单一知识目标的,还包括全面培养 学生的科学知识、 科学过程方法、 科学态度,以及正确全面的理解化学科学与社 会、与技术、与其他学科领域的相互关系等。以知识传授为主的教学无法支持全 面培养学生科学素养的培养目标,因此需要其他的教学方式进行补充和协从,在 这样的背景下,实验探究的教学方式被提出。 其次,我们应该思考我们教的课程是科学,科学的本质是什么?科学家的工 作方式是什么?这些与一般的学习有什么不同?在科学教育中我们应该让学生 亲身体验、经历和收获一些科学家的工作方式和思考问题解决问题的方式方法。 科学方法和科学过程都应该是科学学习的重要方
6、面。而科学方法、 科学过程的学 习单靠讲授式教学很难完成,因此这也是科学探究教学提出的一个原因。 刘江东老师: 我们在推行探究教学的过程中, 发现教师认为探究教学会影响 知识的落实。 实际上探究教学是有利于知识的落实的。同样一个知识简单的呈现 给学生和学生通过一个研究过程得到它留给学生的印象是不一样的。比如宋晓敏 老师的课中就把简单的知识传授变成了学生研究的过程,学生对二价铁离子和三 价铁离子之间的转化及其体现出来的氧化性还原性之间的关系的印象就会深一 2 些。另外,我们也认为化学教学是一种科学教学,要体现科学方法。实验探究是 一种很重要的科学方法,在化学教学中应该体现这样的内容。 田玉凤老师
7、: 以我谈到的原电池原理课例为例。课本上的原电池原理教 学是构建一个基本模型, 在此基础上, 在后续课程中要研究金属的腐蚀与防护问 题、新型化学电池的研制问题等。只有原电池原理这个基础牢固,后续的学习才 可能顺利进行。在以往原电池原理教学中,教师演示铜锌原电池实验后就给 出了原电池构成条件, 学生对与电极的作用认识得不清楚,会认为原电池就是负 极失电子, 电解质溶液得电子, 造成很大局限性, 导致在后续课程中很难理解金 属腐蚀与防护的有关问题, 以及新型燃料电池中外加氧化剂气体等有关问题。因 此,此处应设计一个探究活动反复更换电极,提升学生对原电池原理的认识。 3 探究教学的特点是什么? 王磊
8、教授: 探究教学最鲜明的特点是问题性。在实验探究活动中, 围绕着核 心问题,学生充满了假设预期。 而后通过自己的活动或是教师引导的活动搜集各 种证据,并对证据、 假设、问题之间的关系形成科学解释和推理,当问题、假设、 证据之间都匹配自洽的时候,学生会得到合理的科学结论。所以说,实验探究活 动是用科学的方法手段进行科学问题解决的一种活动。实验探究活动的这一特 点,使得它非常有利于学生好奇心的激发,学习动力的激发; 有利于激发学生原 有的认识,这很符合学习规律,在原有经验和认识基础上的教学才是有效教学。 由于实验探究活动中要寻找证据,学生不但要形成假设, 还要通过设计方案收集 证据的过程把假设变为
9、行动, 这一过程中学生不断深化、 展示、明确自己的认识, 因而保证了学习的深刻性。 例如氧化剂还原剂部分的学习,如果只记住了概念是没有用处的,很难保证 学习达到理解水平和应用水平。 但是如果概念学习后给学生一个用氧化剂还原剂 知识探究某个物质的氧化性还原性的活动,就会使得学生将概念转化为研究物质 氧化性还原性的能力,这一过程中学生要建立思路、运用方法,要能够把事实、 实验和概念结合起来, 这样就能够深化学生的氧化还原认识,还能够是概念迁移 为应用。从这一点来讲, 实验探究教学能够支持核心知识的理解和能力转化。另 外,在实验探究教学中学生还要解释实验事实与证据、假设、问题之间的关系, 这样就要求
10、学生更加深刻理解学习内容,同时还要将实验前后的思考认识打通整 3 合,进行深层的思维加工。所以越是核心知识、越是重难点内容,越值得采用实 验探究教学。因而课程标准的活动探究建议往往都是在核心知识内容上建议搞活 动探究,各版本教材也往往会在核心知识点上开发活动探究栏目。 二、如何进行有效的实验探究教学设计? 1 探究教学设计案例及点评 以下三个教学设计的教学主题都是“影响化学反应快慢的因素的探究”。 教学案例 1: 教师将“影响化学反应快慢的因素的探究”这一核心问题分解为四个二级问 题, 依次抛给学生,在每一个问题的解决过程中逐渐加深学生对核心问题的理解。 问 题 序号 问题内容 解决该问题时的
11、教学过程和达成目标 问 题 一 如何比较判断 化学反应的快 慢? 完成钠与水、钠与乙醇的对比实验 明确可用于判断化学反应快慢的实验现象 了解对比实验 问 题 二 为什么钠与水 的反应比乙醇 与 水 的 反 应 快? 明确参与化学反应的物质本身的性质是影响化学反应 快慢的因素 进一步思考, 并提出假设: 还有哪些因素会影响化学反 应的快慢 问 题 三 探究温度对化 学反应快慢的 影响 完成如图实验,交流实验现象和结论 明确对比实验的方法 从生活中找相似事例作为 “温度影响化学反应快慢” 这 一结论的旁证 4 问 题 四 探究催化剂、浓 度对化学反应 快慢的影响 完成如图实验,其中第一支试管为空
12、白实验用于对照,交流实验现象和结论 将上述实验中加了催化剂的两支试管内容物分别平均 分成两份,一份加水稀释一倍,另一份留作对照。观察 实验现象,交流实验结论 案例点评: 主持人: 在这份教学设计中,教师并没有把 “影响化学反应快慢的因素的 探究” 这一核心问题直接抛给学生,而是自己先行对问题做了拆解,降低了学 生开展探究活动的难度, 为学生探究活动的有效开展搭梯子。同时教师关注到科 学方法的指导, 如对比实验的方法。 教师还关注到证据的丰富性, 引导学生从生 活中寻找实例作为结论的补充证据。 教学案例 2: 教学环节 教学内容和达成目标 分组实验 完成如图实验 交 流 实 验 现 象 和 结
13、论 明确催化剂能影响化学反应的快慢 提出问题 在前一结论的基础上提出:还有哪些因素能影响化学反应速率的快 慢? 教 师 提 供 分析素材 为了帮助学生有效思考上述问题,教师给出一些可供分析的素材: 食品保鲜方法、近几年酸雨对雕像腐蚀加剧、研磨后使固体药品发 5 生化学反应、使用溶液替代固体药品进行实验 课堂交流 交流要点有两个: 哪些因素影响化学反应的快慢? 在前面进行分组实验时用到的科学方法:对比法、控制变量法 分组实验 在前面交流的基础上, 进行下面的分组实验,教 师提示学生试管上加装气球可保证实验现象更加直观。 交流讨论 交流实验现象和结论 讨论实验中如何有效控制变量 气球 案例点评:
14、刘江东老师: 前面两个教学设计体现出了探究水平上的差异。学生对实验的 设计和控制程度是探究水平差异的直观体现。一般而言, 在实验探究活动中, 教 师交给学生完成的内容越多, 探究水平就越高。 一个实验探究活动通常包括提出 问题、方案设计、方案的实施、证据的提取记录和分析、交流反思。第一个教学 设计中除了问题是教师直接给出外,其它环节基本上都交给学生了。 而第二个教 学设计中, 教师希望由学生设计方案, 但是实际上没有放手, 因此与第一个教学 设计显示出了探究水平上的差异。 教学案例 3: 教学 环节 教学内容和达成目标 创 设 问 题 情境 以楼房爆破、钢铁生锈、溶洞形成、牛奶变质等实际生活中
15、的化学反应 为例,感知化学反应有快慢之分。 强调人类需要采取措施调控化学反应的快慢。 提 出 探 究 问题 哪些因素可能影响化学反应的快慢? 6 明 确 探 究 任务 1预测影响化学反应快慢的因素 2明确教师提供的试剂 教师向学生提供 3 组试剂: 制O2组:5%H2O2、0.5% H2O2、MnO2粉末、 热水、冷水 制CO2组:3mol/LHCl、0.5mol/LHCl、CaCO3块状、CaCO3粉末、热水、冷 水 制H2组:1mol/LHCl、0.1mol/LHCl、镁条、镁粉、铁粉、热水、冷水 每个小组只拿到一组试剂 3设计实验方案 4思考:通过什么说明化学反应的快慢 5如何处理有多个
16、影响因素的情况 小 组 合 作 探究 学生依据探究任务开展小组合作探究活动 交 流 研讨 学生按照教师提供的汇报框架进行交流: 1 你们小组预测的影响化学反应快慢的因素有哪些? 2 教师向你们小组提供的试剂是什么? 3 你们小组设计的实验方案 4通过什么现象说明化学反应的快慢 5如何处理有多个影响因素的情况 6实验现象和实验结论 在实验探究活动和交流研讨过程,每个小组都至少发现一个影响化学反 应速率的因素,研究同一个化学反应的小组能发现影响本化学反应速率 的多个因素,全班共同找出了影响化学反应速率的大部分因素,且互为 证据 总 结 提升 教师对学生的交流结果总结提升,明确探究结论,强调科学方法
17、,并引 导学生将探究结论应用于生产生活实际,提升学习价值 案例点评及教学建议: 田玉凤老师: 实验探究教学按照教师控制程度通常可分为教师控制型、半开 7 放型、完全开放型三种类型。相比较而言,第三个教学设计开放度较大。在学生 刚开始接触探究活动, 初次进实验室做实验时, 教师可以控制多一些, 给出明确 的指导,甚至可以让学生预先设计好一个学案后再进实验室。随着学生探究经验 的不断积累, 教师可以逐渐减少对学生的控制。有些年轻老师感觉在实验室上课 不好控制所以惧怕上实验课。 我们应该逐步锻炼学生的实验能力,从一开始让学 生完成少量实验后教师再讲课,到最终教师对学生实验和自己讲授收放自如。 王磊教
18、授: 这三个教学设计都是基于 “影响化学反应快慢的因素” 这一个主 题进行的教学设计。 面对这样一个教学主题, 我们首先要判断要不要开展探究教 学。这个内容由于蕴含着多因素、多变量的研究, 是对典型的科学研究的一个模 拟,所以是非常适合开展探究教学的。 第二,这个教学内容的知识难度不是很大, 很容易体现出过程方法的探究价值,所以是一个很经典的探究教学内容。在对这 样一个探究教学内容进行教学设计时,我们要关注以下问题: 首先是探究教学的 环节问题。 三节课都表现出来, 探究教学的基本环节是有核心驱动性问题、学生 进行方案设计、学生的实验取证活动、获得和解释结论、汇报交流。至于这些环 节中那些环节
19、交给学生完成, 哪些环节由教师控制, 哪些环节花的时间多, 哪些 环节花的时间少,哪些环节详,哪些环节略,都是可以根据具体情况设定的。三 份教学设计在这些问题的处理上表现出了多样性。第一个案例是一种切断式设 计,将一个完整的探究活动切成四个阶段式的探究活动,这种设计方式在很多其 他的探究教学设计中使用, 如氨的性质就可以设计成氨的溶解性的探究,氨能够 与酸反应吗, 氨能够与碱反应吗等三、 四个局部探究问题串联在一起。这是通常 使用的化大为小的一种设计思路。第二个案例本身还是一个完整的探究活动,但 是探究活动中各个环节的展示与推进是以老师为主的,这是具有启发性的一种探 究活动。教师提出问题,学生
20、明确确认;教师提供实验设计思路甚至方案,学生 理解或评价方案; 学生进行具体的实验操作, 如果条件不允许, 教师也可以演示。 第二种教学设计的模式的极端情况就是以教师讲解为主要方式,表现探究教学的 过程和环节。 第三个案例也是一个完整的探究教学过程,但是这个案例中所有的 探究环节基本都是让学生来开展的,老师只是一个引导、支持、协助的作用。 2 教材中的实验探究栏目该如何转化为教学设计? 教材中的实验探究栏目示例一: (详情见本专题拓展资源6-2-1) 8 教材中的实验探究栏目示例二(详情见本专题拓展资源6-2-2) 主持人:一类教材在探究栏目中给出了明确的探究主题、实验方案和实验步 骤;另一类
21、教材给出了探究的问题, 提示学生要经历猜想与假设、 设计实验方案、 完成实验记录、形成实验结论等环节,但是并没有给出明确的实验方案和步骤, 9 只是给出了方法导引、工具栏等支持性栏目。 刘江东老师: 对于第一类教材,可以有两种处理形式。一是简单的复制,按 照教材的活动步骤进行探究活动就可以了。但是我们不能做操作上的复制者,如 果只是把操作步骤简单复制给学生,一定达不到教材设置探究活动的目的。教师 应该明确教材上设置探究活动的目标是什么,是知识的落实, 还是科学方法的提 升?明确探究目标后, 在进行探究活动时要把教材的意图很好的体现出来,而不 仅仅让学生做一个操作者。 如果对教材的设计不满意,
22、教师还可以进行改造或自 主设计。 王磊教授: 第一个教材案例是一个很具体的探究问题,研究对象是确定的。 研究主题是铁盐和亚铁盐的性质,首先要考虑铁盐以什么为代表物,将研究问题 具体为明确的研究对象;然后分析教材引导我们关注铁盐、亚铁盐的什么性质, 是作为盐的性质还是二价铁、 三价铁的氧化还原的性质, 这样又将研究问题进一 步具体化;之后研究的问题就转化为类似 “氯化铁是否具有氧化性” 这样的问题。 也就是说, 在依据教材中的实验探究栏目进行教学设计时,先要明确教材本身的 探究问题; 然后把教材中的探究问题具体化,具体化包括研究对象具体化、 研究 目的具体化;接下来是假设,比如假设氯化铁具有氧化
23、性;然后是取证,分析获 得证据需要做哪些实验, 教材中给没给出这些实验。 在使用第一类教材时, 教师 要思考教材呈现的探究任务、探究问题、 探究空间有多大, 你是否认同教材的探 究活动设计。如果认同就复制,在教学设计中具体实现;如果不认同,要明确是 在什么方面不认同, 比如探究问题、 问题情境、探究对象、还是提供的实验试剂, 然后再具体问题上改造教材中的设计。 田玉凤老师: 第二类教材给了学生预习的框架,教师可把它当作指导学生自 主看书学习的过程。 这类教材其实就是一个科学探究活动的学案,引导学生的思 维过程,给学生提供科学探究方法,因此教学中可以直接复制为教学过程。 3 教师自主开发科学探究
24、活动举例 田玉凤老师: 教师自主开发的实验探究活动可以是比较小的探究问题。比如 我对乙烯这节课中乙烯的加成反应问题的教学做了这样一个尝试。乙烯通入 溴的四氯化碳溶液,溴的四氯化碳溶液褪色,根据这一现象应该得到什么结论 呢?有的教师就说是发生了加成反应。但是我给学生的结论是乙烯和溴发生了反 10 应, 发生了什么反应由学生自己去探讨。 因为学生有甲烷与氯气光照取代的经验, 所以学生往往会直接迁移认为发生了取代反应。那么这个反应是不是取代反应 呢?取代反应和这个反应有什么本质的区别吗?我让学生看书上这个反应的化 学反应方程式和加成反应的定义。 要求学生设计实验证明乙烯和溴发生的不是取 代反应。学生
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