中学化学教学设计：化学探究性学习活动

科学是以探究为基础的，探究性教学是进行科学教育的有效途径，也是中学化学的一种重要教学形式。“义务教育阶段化学课程中的学科探究，是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。”^[17]高中化学新课程在义务教育化学课程的基础上，进一步倡导“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程”“重视探究学习活动，培养学生的科学探究能力”。^[18]无论是我国教育部还是上海市教育委员会颁布的化学课程标准，在内容标准中都对各主题的学习提出了探究活动的具体建议。可见，以培养学生科学素养为目标的化学新课程，其特征是强调科学探究。

一、中学化学的探究性学习

科学探究（inquiry）是指科学家用于研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指学生用于获取科学知识，领悟科学的思想观念、科学家研究自然界所用的方法而进行的各种活动。^[19]显然，学校中的科学探究属于后者，旨在帮助学生学习科学知识、掌握科学方法、积累科学活动经验以及真正理解科学的本质。科学探究活动和过程称为探究性学习。

中学化学探究性学习最根本的特征是围绕化学科学问题、运用科学方法进行科学的探索活动，经历科学的工作过程。^[20]在此过程中既需要利用和发展学生的探究本能（指人类与生俱来的好奇心、喜欢提问题、热衷于寻找自己满意答案的行为），也需要遵守严格的研究方法和规则。

不同的科学探究活动，其内容、方式、途径各不相同，但大体上都经历六个过程环节：①提出问题、②作出假设（或猜想）、③制订计划、④搜集证据、⑤解释与结论、⑥表达与交流，它们也称为科学探究过程的要素。对应上述探究要素，中学化学教学中主要采用的科学方法如表2-4所示。

学生的探究能力有一个逐步提高的过程，因而同一个探究要素在不同学段的能力要求也不同——在课程标准中有明确的不同要求；在不同的年段也应有不同的要求——这需要教师依据学校、学生的实际情况予以规划。

表2-4　中学化学教学中科学探究的要素与科学方法

（注：实际的科学探究非常复杂，远不是某个简化的程序所能精确反映的，所以在具体的探究活动中探究环节有多有少，也可有所侧重，不可完全照搬。）

探究性学习是一种重要的学习方式，但不是唯一的学习方式，它与其他学习方式并不是对立的。例如，探究性学习与接受性学习，虽然学生的学习主动性有较大差异，接受性学习主要指向获得知识结论，探究性学习强调解决问题的科学过程，但它们的目的是相同的。接受是学生学习的根本属性，探究是接受学习的一种积极主动的形式，是学生学习科学所特别需要的一种特殊形态的接受学习。再如，探究性学习与研究性学习，本质上是相同的，只是在我国研究性学习多半是以一种独立的课程形态出现的。相比探究性学习，研究性学习更强调学生探究的自主性、过程的完整性。又如，探究性学习与启发式教学，学生在探究性学习中是自我驱动的，而在启发式教学中是被教师驱动的。教师对学生进行启发式教学的最高境界应是学生进入自我驱动的探究性学习，在探究性学习中也通常需要来自教师的启发、示范、指导和讲解等。可见，探究性学习与其他学习方式既有不同之处，又有共同的融合点，教师要根据具体教学的实际需求选用不同的教学方式，使学生的学习方式多样化。

探究性学习虽然在规定时间里传授知识的数量并不比其他学习方式更具优势，但是这种学习方式具有综合性的优势，这些优势对当今科学教育的目的和人才培养是有巨大价值的。教师要善于在课堂教学中引领学生开展实实在在的探究性学习活动，为学生提供必要的探究学习“支架”。熟练开发、巧妙设计学生探究活动的能力在化学课时教学设计中显得十分重要。

二、化学课堂探究性学习活动的设计

中学化学探究性学习承载着化学知识的掌握、科学探究技能的发展、科学态度与精神的培养等多重任务，这些任务决定化学探究性学习活动是一定需要精心设计的。怎样提高探究性学习活动设计的质量呢？

1.巧妙构思问题

探究问题（或任务）的设计是设计探究性学习活动的核心。问题以及问题设计的基础已在本章第五节中论述，下面将通过具体案例来讨论教师怎样把教学材料巧妙转变为具有课堂探究价值的问题。

【案例1】

“盐和肥料（第一课时）”教学片段

教材：《化学　九年级第二学期（试用本）》第六章第二节，上海教育出版社

【探究实验一】分组实验：盐跟酸的反应

1.稀盐酸与硝酸银溶液；

2.稀盐酸与碳酸钠溶液；

3.稀盐酸与氯化钡溶液。

【实验交流】以上三个实验分别出现了什么现象？

【归纳讲述】复分解反应的概念。

【评析】

这样的案例在化学课堂上屡见不鲜：教师设计了学生的分组实验活动，课堂上既有学生动手实验，又有生生、师生之间的讨论互动，然后由教师帮助学生分析、得出复分解反应的概念。课堂热闹，学生开心，看似学生通过探究获得了新知，但是对照科学探究的要义和环节，我们不难发现，学生在整个活动中并没有真正“探究”，有的是根据教师的要求照方抓药、回答问题、聆听分析，思维层次较低。问题出在哪里？首先教师没有在学生活动开始前明确提出需要学生通过探究解决的问题，学生在分组实验中仅仅是亲手实验、亲眼观察，并没有带着探究的眼光去观察、研究实验现象；其次“实验交流”要求低，缺少分析实验现象的要求，与随后建立的复分解反应概念明显脱节，所以最后复分解反应概念的得出只能靠教师自己分析讲述。

同样用上述教学材料，我们可以这样来设计学生的探究性学习活动：

【布置探究任务】请使用实验盒里的仪器和试剂，想一想：这些试剂两两之间可能发生哪些反应？试一试：这些反应果真能发生吗？找一找：盐跟酸的反应有哪些特点和规律？

要求：类比假设、仔细观察、认真记录，注意分析反应物和生成物的组成。

【分组活动】自己思索，合作实验，组内交流，全班交流。

【归纳发现】盐与酸反应能生成新盐与新酸。

复分解反应的概念。

（或许学生还能发现复分解反应趋于完成的某些条件。）

学生的学习过程、思维轨迹、思维的发散性和深刻性、习得的内容是否能发生我们所希望的变化呢？

【案例2】

“电解质的电离”教学片段

教材：《化学　高中一年级第二学期（试用本）》第七章第一节，上海科学技术出版社

实验探究一：哪些物质能够导电？

【演示】

（1）测试几种固体物质的导电性：硝酸钾、氢氧化钠、氯化钠、蔗糖；

（2）测试几种物质水溶液的导电性：硝酸钾、氢氧化钠、氯化钠、蔗糖、盐酸、酒精。

【学生】边观察边记录于学案中：

表2-5　电解质导电性实验

【交流讨论】哪些物质在什么情况下能导电？

【评析】

这是在高中生学习电解质概念的化学课堂中常见的一个教学环节。教师虽然有让学生开展实验探究的意识，并使用了恰当的化学实验，但这个环节的教学过程实质上仍然是“由教师牵着学生走”，学生被动地跟着教师在活动、思考，谈不上是在探究。在真正的探究活动中，因客观条件的限制，实验可以由教师演示，但探究的主体一定是学生而不是教师；应该是学生出于自身学习需要开展思考、交流等活动；应该有一个逐步认识的过程，这样才能真正促进学生学习方式的改变，才能对“电解质”这个重要的基本概念理解透彻，记忆深刻。

我们可以把上述教学过程修改为如下教学设计：

【布置任务】探究一：

现有硝酸钾（s）、盐酸、氢氧化钠（s）、氯化钠（s）、蔗糖（s）、酒精，请问哪些物质能够导电？为什么？

【学生猜测】

【学生设计验证方案】小组分头设计实验方案，全班交流，确定方案。

【教师演示】大家确定的实验方案。

【学生边观察边记录于学案中】使用自己设计的表格，搜集证据。

【学生得出结论】独立归纳，相互交流，得出结论。

有了这样的一个过程设计，为学生群体动脑、动手、动口，循着认知规律展开探究，为获取结论提供保证。教学费时未必多，但是学生在达成与原设计相同的知识学习目标的同时，一定对知识的认识更为深刻，探究的能力得到培养，习得的知识和技能会更多。

【案例3】

“化学反应中的热效应（第一课时）”教学片段

教材：《化学反应原理（选修）》专题一第一单元，江苏教育出版社

执教者：浙江省鄞州中学　王仕杰

【引导复习】键能的概念。

【图片展示】

图2-13　教材图片2

【布置任务】分组探究：根据这张图片你能获得哪些信息？得到哪些规律？

【评析】

上述教学片段与本章第五节案例3属于同一本教材的同一节课。请将这两位教师的设计进行对比：他们想达到的是相同的教学目标，都有引导学生探究学习的美好愿望，创设情境、提出问题的方式也相同——展示教材中关于某个具体化学反应的图片，由教师向学生提出探究任务。然而第五节案例3中介绍的那位教师基本按照教材的编排顺序，使用了教材中的前一幅图片，设计了一个问题组。上述案例中的王老师使用的是教材中的后一幅图片，设计了两个相互关联的问题。但是这两个连续的问题既要求学生提取已学知识解读图意、搜集图中的信息，又需要学生将信息进行分类、分析、综合思考，还需要相互交流启发，在解决问题的同时完成学习任务，过程内容丰富。王老师立足学生的原有基础，挖掘教材中可用于学生探究的内容素材，基于“学生怎么去想，怎么去学”的考虑，把教材的编写思路改造成学生的学习思路，构思设计成概括性较高、涉及面较广的问题。尽管他设计的问题思维容量比较大，涉及的内容比较抽象，仍能收获成功。可见，教师站在学生“学”的角度整理教材、开发教材、改造教材，容易形成好的探究问题，实现教学创新。

下面我们再看同课异构中还有一位教师的教学设计片段。

【案例4】

“化学反应中的热效应（第一课时）”教学设计片段

【图片展示】图2-13

【学生完成学案】

（1）图2-13中表示的化学方程式为_　______________________________。

（2）当1mol的________、_______键断裂时，吸收的能量共为________kJ；

当________mol的________键形成时，释放的能量共为________kJ。

（3）整个过程是________（“放热”或“吸热”）的；数值是________。

【交流讨论】评价学生的学案。教师板书画出H2与Cl2化合过程中的能量关系图，如图2-14所示：

图2-14　H2与Cl2化合的能量关系图

【学生继续完成学案】

（4）反应的热化学方程式为_______________________________________。

【巩固练习】（2008年重庆高考试题）

化学反应2NH3的能量变化如图2-15所示，回答下列问题：

（3）生成物是液态氨的热化学方程式为_______________________。

图2-15　合成氨过程中的能量变化

【评析】

该教师这个片段的教学设计是有其特色的：教学材料丰富、形式多样；用问题引导学生解读图片，把对热化学方程式及其书写的回顾和复习蕴含其中；用学案检查学生的学习结果，并及时纠错；用巩固练习及时帮助学生把所学知识较牢固地纳入自己的认知系统。许多教师认为这样的教学设计既有学生的探究活动，又有利于知识点的落实，所以类似的教学方式在当今中学化学课堂上经常可见。

如果我们把关注的重点从“知识点的落实”移至学生“学习能力的提高”，不难发现这段教学设计中的缺陷：①问题的梯度很小，预设性过强，思维容量小而能力要求低。从课堂教学实况来看，虽然有学生活动，但大部分学生（省重点中学）得出结果快、准确率高，探究“名存实亡”。②从模型图片到抽象图像的转化是由教师完成的。此后部分学生解读图2-15时并不顺利。③教材图片、图2-14、图2-15以及热化学方程式其实是化学反应中能量变化的不同表示方法，教师没有揭示这个本质，也没有找出它们之间有联系的意识，部分学生的思维因割裂而形成障碍。我们不妨从学习水平处于中和上的学生的“学”出发，采用相同的教学材料，对上述教学设计进行改造。

【图片展示】图2-13

【学生分组探究】根据图片提供的信息，用哪些方法能够正确表示该反应中的能量变化？请记录在你的学案上（希望尽可能多）。

【展示评价】学案上哪些方法是科学合理的？哪些方法有待改进？为什么？

【继续分组探究】通过从不同视角对上述化学反应的研究，获得哪些规律？

【交流提炼】

（将原设计中的“巩固练习”作为课后作业。）

教学实践显示，上述设计能促使学生的思维更加发散、深刻；出自内心需要的合作学习主动、积极，使课堂上学生的“动”有了实质性的意义。与原设计相比，尽管教学所用时间并没有增多，但不仅知识点的落实——这个短期效果同样能够达到——从课后作业的反馈得出，而且能收获学生提高探究能力、学会科学方法——这个长期效果。何乐而不为呢？

2.留足时间与空间

探究性学习需要学生将“做”“想”“讲”有机结合，使个性得以充分发展，因此为学生留有比较充裕的学习、思考、活动的时间和空间是十分必要的。在课改深入发展的今天，广大教师对化学探究性学习已经有了一定的认识和积极的行动，创造了一大批优秀的教学案例。但是，不少教师常常因下列困惑而在家常课中很少使用探究性教学：课堂教学的时间短，学生进行探究性学习需要花费的时间多，教学进度完不成怎么办？有的学生基础较差，动手、观察、思考样样都比别人慢，在有限的教学时间内他们能够完成学习任务吗？在教学展示活动中也常见到这种情况：教师感到课时紧张而压缩学生探究活动的时间或匆匆结束探究活动。

的确，教学时间是制约课堂教学的第一要素。学生的探究、活动一定是需要时间的，但花费的时间将随着学生探究意识和探究能力的提高而缩短。在笔者近三十年的课堂教学实践中，有许多案例证明，当学生初涉探究性学习时，需要花费的时间固然不少，但是他们一旦学会了自主学习、合作探究，进入学习的“自由王国”，就能以极大的热情高效率地完成学习任务，学习时间必然大大缩短。许多教学实践表明，就一个单元的教学而言，设计合理的以探究为核心的多样化教学方式，其时间效益不比传统教学差。

化学课堂上探究性学习的时间是值得花、需要规划着花的，在实际操作中教师要注意从学生和自身实际出发，因地制宜，循序渐进，从模仿探究到独立探究、从部分探究到完整探究、从一节课中一个局部环节的探究到更多环节的探究，逐渐提高探究活动的要求、开放程度等，避免因设计不周、实施不力而使探究活动流于形式。

在化学探究性学习中还需要彰显化学学科的特色，尽可能为学生创造动手实验的机会、将化学学习延伸至教室外或课外的各种机会，为学生拓展学习的空间，同时提供各种可能的支持性条件。

3.适时引出问题

有一节课的引入虽然“貌不惊人”，却能给我们很好的启发：

【案例5】

“溶液的组成和溶质质量分数”教学片段

教材：《化学　九年级第一学期（试用本）》第三章第二节，上海教育出版社

执教者：上海市静安区教师进修学院　范　标

【学生分组实验】分别将0.5g、1g、1.5g硫酸铜晶体溶解在10mL水中。

【教师设问】（1）哪份硫酸铜溶液颜色最深？哪份溶液最浓？

（2）溶液的浓稀和颜色的深浅存在什么关系？

【学生交流】很快达成一致意见：比较溶液的颜色。

【教师设问】（3）如果把硫酸铜换成蔗糖重复上述实验，得到的是无色的蔗糖溶液，怎样判定它们的浓稀呢？

【学生交流】窃窃私语一番，大多数学生赞成品尝一下。

【教师讲述】还记得“走进化学实验室”的学习吗？“品尝”是不妥当的。例如，农药中的杀虫剂、家用洗涤剂等。在工农业生产及日常生活中大多数溶液是无色的，我们无法用观察颜色或品尝的方法来比较它们的浓稀，那么如何科学地了解和表示溶液的浓稀呢？这就需要用定量方法。让我们首先学习溶液的组成和溶质的质量分数。

【板书课题】

【评析】

范老师采用简单的实验结合简洁的设问，直观、生动地吸引全体学生的注意和思考，揭示学习溶质质量分数的意义。完全和学生思维同步的问题，很好地刺激和引导学生的思维活动层层递进。让我们设想一下，假如在学生分组实验后范老师把问题（1）至（3）一起直接抛给学生讨论，情况会怎样呢？虽然活动依旧，如果没有对（1）（2）两个问题的认识——可以根据溶液颜色的深浅判断同一种溶质不同溶液浓度的大小，就不可能对问题（3）有明确的思维导向，形成现在这样有震撼力的思维冲突，教学的后续发展一定会与上述案例不同。可见在问题（2）和（3）之间设计一个小小的停顿，让学生对前面两个问题的思考有一个交流小结是非常必要的。换言之，为了收获良好的学习效果，引出探究问题的时机很重要。教师在设计探究性学习活动时，需要从学生掌握的知识内容到即时学习情绪，为问题的引出作铺垫，即要在适当的情境、适当的环节中提出适当的探究问题。

4.科学组织活动

实施探究学习的根本目的是推动学生学习方式的根本转变，进而促进学生的全面发展。佐藤学（日本）认为：所谓“学习”，是同客体（教材）的相遇与对话；同他人（伙伴与教师）的相遇与对话；同自己的相遇与对话。我们通过同他人的合作，同多样的思考碰撞，实现同客体（教材）的新的相遇与对话，从而产生并雕琢自己的思考。从这个意义上说，学习原本就是合作性的，原本就是基于同他人合作的“冲刺与挑战”。教师是“对话性他者”。从课堂实践来看，合作学习创设了学生相互交流的平台，提高交流互动频率，促进每位学生积极参与；使学生有了更多的发现他人长处、发现自己与同伴差距的机会，激发学习动力；能提供思维碰撞的场所，锻炼思维能力，唤醒创新意识；有利于养成互帮互学的好风气。

如今，在化学课堂上采用学生分组探究的学习方式几乎成了所有公开课的一个共有元素，学生有了分组活动是不是就在进行合作学习了呢？就能提高课堂教学效益了呢？许多教师会给出否定的回答，因为他们在自己的课堂实践中感到，在宝贵的课堂教学时间里学生虽然在分组活动，但是因相互合作而促成高效完成任务的并不多，能真正积极思维探究、达成学习目标的学生比例并不高。热闹的课堂并不等同于高效的课堂，究其原因，这与教师设计的探究活动和学生的兴趣爱好、原有认知水平有距离，活动设计不够恰当有关，与班级大、学生多、学生个体之间存在差异有关，也与班级中没有形成学习型团队有关。

什么是学习型团队？由于学习具有个人参与的性质，需要学生从情感和认知两个方面全身心投入。探究要求亲身实践，让每位学生把蕴藏在自己身上的潜能发挥出来，在参与中感悟，在真情实境中学习化学思想和方法，积累知识和经验。因此，学习型团队的显著标志是：团队成员有共同的愿望、积极的相互信赖、明确的个人责任、全体全程参与。显然，通常教师在化学课堂上临时要求“同桌两人”或“前后左右四人一组”的学习组织形式难以在探究性学习活动中给予相应的组织保证。

怎样才能在自己任教的班级中组建起真正的学习型团队呢？鉴于我国中学的班额数和学习条件，一个化学学习型团队成员以4～6人为宜，最理想的组建方式是学生异质分组（即将特质差异者划为一组），可是每次化学课就调整座位的做法是不现实的。笔者在自己的教学或指导他人教学的实践中有一种做法可供借鉴：按照班里现有的座位，将前后左右四个学生组成固定的小组，按图2-16的方式进行角色分工——A位置的学生是组长，负责学习过程中的组织和协调，同时关注发挥组内每位成员的积极性与主动性；B位置的是记录员，负责小组活动过程的记录（或完成集体学案）；C位置的是操作手，负责完成实验条件的确认、主要实验操作等；D位置的是发言者，负责小组活动的总结和汇报。一段时间后角色轮换——B位置的学生是新的组长，C位置的成为记录员，D位置的是操作手，A位置的成了发言者……在一次次学习活动中大家主动参与、分工合作、互帮互学，几个月后班里很容易形成真正的学习型团队，在探究活动中越来越显现积极的作用。

图2-16　学习型团队内部分工示意图

化学的学科特点使中学生学化学的可用形式多、活动用品多、需要注意的安全之处也多。在根据探究任务的需要设计具体的活动方式、实施策略时，要考虑怎样促进学生之间、师生之间的合作与交流，怎样鼓励组内合作、组间竞争，怎样做到尽可能关注每位学生经历的过程是否都能达到预设的教学目标等，还要为确保探究活动的安全作好充分准备。

三、化学探究性学习活动对教师的要求

探究学习的主体是学生，但不可否认教师的作用。教师对科学本质及科学探究的认识、自身的探究能力等是影响学生探究学习的重要因素。请看下列案例。

【案例6】

“质量守恒定津”教学片段

（说明：已选定用二氧化锰催化双氧水分解的实验为研究对象，引导学生完成了仪器的选择、装置的设计。采用教师演示，学生记录与分析的方式搜集证据，探究得出质量守恒定律。用教材规定的、感量为0.1g的电子天平为称量仪器，装置如图2-17所示。）

图2-17　测定反应前后质量变化的装置图

【教师演示，学生记录】

反应前：锥形瓶、二氧化锰、双氧水、塞子、瘪气球，108.4g；

反应后：锥形瓶、二氧化锰、双氧水、塞子、胀大的气球，108.3g。

【教师】（仔细查看装置后）哦，这次实验可能有些问题，让我们再做一次吧。

【教师演示，学生记录】

反应前：锥形瓶、二氧化锰、双氧水、塞子、瘪气球，121.7g；

反应后：锥形瓶、二氧化锰、双氧水、塞子、胀大的气球，121.6g。

【教师】（脸红了，停顿一小会儿）昨天我在实验室里做是好的，反应前后的质量不变。现在怎么搞的？……因为天平有摆动，数据不准了；仪器的气密性可能也有问题。大家就把反应后的质量记成与反应前相同好了。

【学生修改记录、分析交流实验现象】

【教师】除去锥形瓶、塞子以及气球本身的质量，我们通过实验得到反应前物质和反应后物质的质量相等。

【评析】

在教学过程中演示实验不成功等意外情况是有可能发生的，但是作为教师，在任何时候都不能忘记自己是学生的表率。应该尊重真实的实验现象还是由已知定律来认定应该出现的实验现象？这里不仅有是否符合探究本意的问题，而且涉及科学精神与科学态度问题。在科学发展史上，科学家因发现实验中的微小差异而导致重大发现的史料屡见不鲜，遇到上述情况我们是否更应该三思而后行呢？

其实这位教师演示的两次实验结果并没有问题，反应后体系质量略微变小的原因是锥形瓶上的气球变大，在空气中受到的浮力也变大，可惜该教师自身知识储备不够，问题意识和探究精神不足，放过了学习、研究的大好机会，也让学生的分析、交流缺失真实的基础，留下一次不该有的印记。要在课堂上引领学生开展探究性学习，教师本身缺乏探究意识和能力怎么行？！这个案例也提醒我们，为了避免自身知识储备、应变能力等方面的不足而对教学产生影响，化学教师要把功夫更多地花在课前。试想这位教师如果能在课前实验准备上多花些时间，或许早该发现问题，并通过学习、同伴互助即可找到问题的解答。

探究性学习要求教师拥有扎实的化学专业知识和技能基础、较为渊博的知识结构、敏锐的洞察力和灵活的指导学习能力，成为学生发展的促进者。随着科技的进步、课改的深入，教师应关注教材中新变化、新实验手段的引进等，不断加强学习。

科学探究是课程目标的重要组成部分，化学教学中要尽可能体现以科学探究为主的多样化学习方式。学生探究性学习活动的大小、所需的时间，要根据教学内容、学生学习水平、教师自身的指导能力、教学条件等选取，每位教师要有意识地自我培养探究性学习活动的设计和实施能力，才能逐步提高。