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哈佛大学流行一句名言:“教育的真正目的就是让人不断提出问题和思索问题。”即在学习中思索、研究;在思索、研究中学习。高中化学课程标准将科学探究摆上重要的地位。高中化学探究教学通常表现为实验探究与问题探究两种基本模式,它一般包括猜想假设、制定计划、收集证据、解释结论、评价交流几个基本环节,实施高中化学探究教学的核心在于建立假设与实验验证。
一、高中化学探究教学的理论基础
认识的过程一般都遵循着“实践-认识-再实践-再认识……”的总规律,但科学探究作为一种特殊性的认识,其认识过程模式一般为:
科学认识论强调,真正的学习已不仅仅是指知识本身,而且还包括获得知识的过程和方法。知识的再生过程应当以适当的形式重演知识的生成过程;学生所认识的知识,虽然相对于人类而言是已知的,但对学生而言却是未知的。因此学生要想认识知识,也必须按照认识的一般过程来进行探索。
二、高中化学探究教学的基本模式
探究教学的教学模式多种多样,但是实质和特征都基本相同,只是在形式上略有差异。在高中化学的探究教学中应该根据教学目标、教学内容、学生的认知基础等因素的不同进行选择。一般来说主要包括“实验探究”和“问题探究”两种基本模式。
(一)实验探究模式
“实验探究模式”是指学生在教师的引发下,运用已有的知识和技能,充当新知识的探索者和发现者的角色,根据自己设计方案,通过实验探索进行积极主动的分析和思考,去探求未知和解决问题的一种教学模式。其一般流程为:
其主要步骤包含:①在教师指导下进行有针对性的实验,并对结果进行分析;②提出问题或问题的关键所在,从而明确问题;③根据自身已有的认知经验提出解答问题的猜测和假设;④搜集资料或收集必要的材料设计实验,验证假设;⑤作出判断,形成结论,并进行合理的评价并与他人交流。
案例1:褪色原因的探究
实验情景:在NaOH溶液加几滴酚酞溶液,溶液变红,再加几滴新制氯水,变无色。
提出问题:为什么试管中的酚酞最终变为无色?
提出假设:①NaOH与氯水中HCl、HCIO发生中和反应,使C(OH-)减小,酚酞褪色。
②氯水中HCIO氧化酚酞使其结构破坏而褪色。
实验探究:①在含酚酞的NaOH溶液申,滴入HCl溶液至溶液褪色,返滴NaOH溶液,又呈红色。
②在含酚酞的NaOH溶液中,滴入氯水至溶液褪色,再滴NaOH溶液,溶液不变红色。
交流评价:学生在讨论、交流基础上获得共识。
得出结论:新制氯水使NaOH的酚酞溶液褪色,是由于HCIO的氧化漂白作用。
(二)问题探究模式
“问题探究模式”是指以学生为主体,以学生主动探索问题的实践活动为策略,使学生在学习中理解并初步尝试科学研究的基本过程。此模式教学贯彻“问题解决”这一中心,其根本目的是为了能达到学生知识的主动构建。其一般流程为:
其主要步骤包含:①教师设计适当的问题情景,使学生发生认知冲突;②运用猜想与假设,与认知结构中的前概念建立联系;③在对各种假设整理归纳的基础上,鼓励学生设计出合理的探究方案;④通过实验探究或逻辑推理,验证假设,寻求认知冲突的解决;⑤引导学生以科学概念代替错误概念,达到认知重组。
案例2:苯的结构的探究
提出问题:苯分子具有怎样的结构?
讨论交流:学生讨论交流,对给予的大量信息做初步的分类与思维加工。
形成假设:假设一:若苯分子为链状结构。(试根据苯的分子式写出二种可能的结构)
假设二:若苯分子为环状的结构。(试画出可能的结构)
设计方案:①能否使溴水褪色?
②能否使酸性高锰钾溶液褪色?
实验验证:通过实验这些结构又一一被推翻了。
史实情景:介绍化学史实。
讨论交流:学生讨论并预测结论。
结论阶段:确切地表示苯分子的结构。
三、高中化学探究教学的基本程序
1、创设问题、引发探究。学生的学习过程就是一个不断发现问题、分析问题、解决问题和再去认识更高层次问题的过程。问题对于学习过程来说,有着至关重要的引导作用。以问题为中心,围绕科学的并能激发学生思维的问题展开教学,也是探究教学的重要特征。创设探究情境就是创设一种提出问题、探索问题的教学情境。
2、活动探究、探索问题。明确问题之后,教师要组织学生围绕问题进行活动探究,该过程是整个探究教学的关键环节,它一般包括猜想假设、制定计划、收集证据、解释结论、评价交流几个基本要素。探究活动中可以突出其中的一个或几个要素,各个要素的顺序也可以因探究的内容不同作适当调整。
3、评价教学、完善探究。教学评价是教学各环节中必不可少的一环,一般包括学生自我评价与教师评价。学生自我评价就是学生对探究学习过程和结果的反思与评价、表达与交流的过程。评价的内容主要涉及学生的探究活动准备情况、对探究内容的兴趣度、探究过程中的参与度、探究活动中合作交流情况、对探究活动结果的正确性及满意度等。教师评价是教师对学生探究学习进行评价,可以采用书面测试、活动表现评价等方式。
四、高中化学探究教学中的两个关键:假设与验证
探究教学的过程一般包括“提出问题-查询资料-建立假设-实验验证-形成结论-评价交流”等几个基本环节。化学是以实验为基础的学科,其探究活动的核心应该是“建立假设”与“实验验证”两个环节。
(一)建立假设
“假设”是指学生根据已有的学习经验,对需要探究的问题猜想出来的一种或多种可能的答案或结论,它是科学探究的重要特征之一。教师要对学生提出的假设不要做太多的评价,但是要引导他们对种种假设进行整理归纳,教师对学生因知识上的欠缺而产生离题的假设要给予必要的启发,为学生提出恰当的假设铺路搭桥。一般可以运用归纳法、演绎法、分类法、类比法等方法引导学生提出假设,现以归纳法为例予以说明。
案例3:盐类水解的探究
实验情景:醋酸钠、氯化铵、氯化钠三种盐的水溶液分别滴加酚酞和石蕊试剂。
明确问题:醋酸钠、氯化铵、氯化钠三种盐的水溶液酸碱性为什么不同?
分析讨论:醋酸根与水电离的氢离子结合生成弱电解质醋酸,所以溶液显碱性。
归纳假设:某盐离子能与水电离出的氢离子结合生成弱电解质,则溶液显弱碱性;某盐离子能与水电离出的氢氧根离子结合生成弱电解质,则溶液显弱酸性。
实验验证:通过实验验证假说的正确性,明确适用范围并形成理论体系。
交流运用:应用于解决实际问题。
(二)实验验证
任何假设与猜想都必须通过实验进行验证,在这个过程中要把假设变成可行的、具体的实验方案。学生要选择实验的用品和设计实验的步骤,对学生而言这一步难度较大,教师不仅要给予学生知识上的铺垫,还要给学生探究方法上的指导。学生自行设计实验方案后,首先要讨论其安全性;可行性、简约性。对有些不能解决的问题教师要及时给予点拨,激活学生思路的中断点,引导学生克服思维定势,寻找解决问题的方法。在点拨学生时,不宜多讲更不能代劳,只要把关键的问题点到即可。
案例4:苯酚与钠的实验探究
设计方案1:直接加热苯酚,使其熔化,然后再加入钠进行反应。
学生评价:苯酚有毒、易氧化,苯酚在加热时颜色会发生变化,而影响实验效果。
设计方案2:用乙醇把苯酚溶解,形成苯酚溶液,然后再加入钠进行反应。
学生评价:苯酚和乙醇都与钠反应都产生气体,气泡不能证明是苯酚与钠反应。
教师评价:关键要选择一个合适的溶剂,既能溶解苯酚,又不与钠反应。让学生合作讨论,交流,经过实验比较。
得出结论:苯比乙醇合适。
著名的教育学家弟斯多惠曾说:“教学的艺术不在传授本领,而在于激励、呼唤。”在高中化学探究教学过程中,教师的职责不在于传授给学生多少化学知识,教师要回归一个激励思考的引导者、交换意见的参与者、组织活动的协调者的角色。
一、高中化学探究教学的理论基础
认识的过程一般都遵循着“实践-认识-再实践-再认识……”的总规律,但科学探究作为一种特殊性的认识,其认识过程模式一般为:
科学认识论强调,真正的学习已不仅仅是指知识本身,而且还包括获得知识的过程和方法。知识的再生过程应当以适当的形式重演知识的生成过程;学生所认识的知识,虽然相对于人类而言是已知的,但对学生而言却是未知的。因此学生要想认识知识,也必须按照认识的一般过程来进行探索。
二、高中化学探究教学的基本模式
探究教学的教学模式多种多样,但是实质和特征都基本相同,只是在形式上略有差异。在高中化学的探究教学中应该根据教学目标、教学内容、学生的认知基础等因素的不同进行选择。一般来说主要包括“实验探究”和“问题探究”两种基本模式。
(一)实验探究模式
“实验探究模式”是指学生在教师的引发下,运用已有的知识和技能,充当新知识的探索者和发现者的角色,根据自己设计方案,通过实验探索进行积极主动的分析和思考,去探求未知和解决问题的一种教学模式。其一般流程为:
其主要步骤包含:①在教师指导下进行有针对性的实验,并对结果进行分析;②提出问题或问题的关键所在,从而明确问题;③根据自身已有的认知经验提出解答问题的猜测和假设;④搜集资料或收集必要的材料设计实验,验证假设;⑤作出判断,形成结论,并进行合理的评价并与他人交流。
案例1:褪色原因的探究
实验情景:在NaOH溶液加几滴酚酞溶液,溶液变红,再加几滴新制氯水,变无色。
提出问题:为什么试管中的酚酞最终变为无色?
提出假设:①NaOH与氯水中HCl、HCIO发生中和反应,使C(OH-)减小,酚酞褪色。
②氯水中HCIO氧化酚酞使其结构破坏而褪色。
实验探究:①在含酚酞的NaOH溶液申,滴入HCl溶液至溶液褪色,返滴NaOH溶液,又呈红色。
②在含酚酞的NaOH溶液中,滴入氯水至溶液褪色,再滴NaOH溶液,溶液不变红色。
交流评价:学生在讨论、交流基础上获得共识。
得出结论:新制氯水使NaOH的酚酞溶液褪色,是由于HCIO的氧化漂白作用。
(二)问题探究模式
“问题探究模式”是指以学生为主体,以学生主动探索问题的实践活动为策略,使学生在学习中理解并初步尝试科学研究的基本过程。此模式教学贯彻“问题解决”这一中心,其根本目的是为了能达到学生知识的主动构建。其一般流程为:
其主要步骤包含:①教师设计适当的问题情景,使学生发生认知冲突;②运用猜想与假设,与认知结构中的前概念建立联系;③在对各种假设整理归纳的基础上,鼓励学生设计出合理的探究方案;④通过实验探究或逻辑推理,验证假设,寻求认知冲突的解决;⑤引导学生以科学概念代替错误概念,达到认知重组。
案例2:苯的结构的探究
提出问题:苯分子具有怎样的结构?
讨论交流:学生讨论交流,对给予的大量信息做初步的分类与思维加工。
形成假设:假设一:若苯分子为链状结构。(试根据苯的分子式写出二种可能的结构)
假设二:若苯分子为环状的结构。(试画出可能的结构)
设计方案:①能否使溴水褪色?
②能否使酸性高锰钾溶液褪色?
实验验证:通过实验这些结构又一一被推翻了。
史实情景:介绍化学史实。
讨论交流:学生讨论并预测结论。
结论阶段:确切地表示苯分子的结构。
三、高中化学探究教学的基本程序
1、创设问题、引发探究。学生的学习过程就是一个不断发现问题、分析问题、解决问题和再去认识更高层次问题的过程。问题对于学习过程来说,有着至关重要的引导作用。以问题为中心,围绕科学的并能激发学生思维的问题展开教学,也是探究教学的重要特征。创设探究情境就是创设一种提出问题、探索问题的教学情境。
2、活动探究、探索问题。明确问题之后,教师要组织学生围绕问题进行活动探究,该过程是整个探究教学的关键环节,它一般包括猜想假设、制定计划、收集证据、解释结论、评价交流几个基本要素。探究活动中可以突出其中的一个或几个要素,各个要素的顺序也可以因探究的内容不同作适当调整。
3、评价教学、完善探究。教学评价是教学各环节中必不可少的一环,一般包括学生自我评价与教师评价。学生自我评价就是学生对探究学习过程和结果的反思与评价、表达与交流的过程。评价的内容主要涉及学生的探究活动准备情况、对探究内容的兴趣度、探究过程中的参与度、探究活动中合作交流情况、对探究活动结果的正确性及满意度等。教师评价是教师对学生探究学习进行评价,可以采用书面测试、活动表现评价等方式。
四、高中化学探究教学中的两个关键:假设与验证
探究教学的过程一般包括“提出问题-查询资料-建立假设-实验验证-形成结论-评价交流”等几个基本环节。化学是以实验为基础的学科,其探究活动的核心应该是“建立假设”与“实验验证”两个环节。
(一)建立假设
“假设”是指学生根据已有的学习经验,对需要探究的问题猜想出来的一种或多种可能的答案或结论,它是科学探究的重要特征之一。教师要对学生提出的假设不要做太多的评价,但是要引导他们对种种假设进行整理归纳,教师对学生因知识上的欠缺而产生离题的假设要给予必要的启发,为学生提出恰当的假设铺路搭桥。一般可以运用归纳法、演绎法、分类法、类比法等方法引导学生提出假设,现以归纳法为例予以说明。
案例3:盐类水解的探究
实验情景:醋酸钠、氯化铵、氯化钠三种盐的水溶液分别滴加酚酞和石蕊试剂。
明确问题:醋酸钠、氯化铵、氯化钠三种盐的水溶液酸碱性为什么不同?
分析讨论:醋酸根与水电离的氢离子结合生成弱电解质醋酸,所以溶液显碱性。
归纳假设:某盐离子能与水电离出的氢离子结合生成弱电解质,则溶液显弱碱性;某盐离子能与水电离出的氢氧根离子结合生成弱电解质,则溶液显弱酸性。
实验验证:通过实验验证假说的正确性,明确适用范围并形成理论体系。
交流运用:应用于解决实际问题。
(二)实验验证
任何假设与猜想都必须通过实验进行验证,在这个过程中要把假设变成可行的、具体的实验方案。学生要选择实验的用品和设计实验的步骤,对学生而言这一步难度较大,教师不仅要给予学生知识上的铺垫,还要给学生探究方法上的指导。学生自行设计实验方案后,首先要讨论其安全性;可行性、简约性。对有些不能解决的问题教师要及时给予点拨,激活学生思路的中断点,引导学生克服思维定势,寻找解决问题的方法。在点拨学生时,不宜多讲更不能代劳,只要把关键的问题点到即可。
案例4:苯酚与钠的实验探究
设计方案1:直接加热苯酚,使其熔化,然后再加入钠进行反应。
学生评价:苯酚有毒、易氧化,苯酚在加热时颜色会发生变化,而影响实验效果。
设计方案2:用乙醇把苯酚溶解,形成苯酚溶液,然后再加入钠进行反应。
学生评价:苯酚和乙醇都与钠反应都产生气体,气泡不能证明是苯酚与钠反应。
教师评价:关键要选择一个合适的溶剂,既能溶解苯酚,又不与钠反应。让学生合作讨论,交流,经过实验比较。
得出结论:苯比乙醇合适。
著名的教育学家弟斯多惠曾说:“教学的艺术不在传授本领,而在于激励、呼唤。”在高中化学探究教学过程中,教师的职责不在于传授给学生多少化学知识,教师要回归一个激励思考的引导者、交换意见的参与者、组织活动的协调者的角色。