化学实验教学中科学探究能力的培养

郝蕴英

化学课程标准的课程目标以提高学生的科学素养为主旨。科学探究活动能使学生主动地获取化学科学知识,体验科学过程与运用一定的科学方法,能更好地理解科学的本质,有助于形成一定的科学探究能力以及科学态度、情感与价值观,发展创新精神和实践能力。可见学习化学的一个重要途径是科学探究,实验是科学探究的重要手段和载体。科学探究包括提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、搜集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等多种要素。如何在实验教学中有效培养学生的探究能力是每一位化学教师义不容辞的责任。

1 创设情境,培养学生发现问题、提出问题的能力

1.1 鼓励学生从日常生活中发现和提出问题例如“烧不坏的手帕”,根据学生的经验,衣物之类的物品遇火易燃烧,明明看到手帕在熊熊燃烧,怎么火焰熄灭后,手帕却完好无损呢?“紫色萝卜汁染成的小花滴加食醋变红”,紫色小花为什么会变红呢?这些问题学生轻轻松松就可以提出来,而且有利地激发了学生学习化学的浓厚兴趣和强烈的求知欲。

1.2 营造和谐气氛,鼓励学生大胆质疑在创设问题情境的基础上,鼓励学生大胆想象、质疑、勇于求异,主动发现和提出问题。对敢于质疑的学生给予及时肯定和表扬,努力建立一种平等、信任、理解的新型师生关系,营造一种民主、和谐、宽松、自由的课堂教学气氛,让学生消除思想障碍,敢于质疑。让问题成为学生感知和思维的对象,使学生在问题中求知,在问题中发展,不断提高发现和提出问题的能力。

1.3 化学新课程中所倡导的化学实验问题,应“有探究价值”所谓探究价值,是指化学实验问题一定要满足化学实验教学的主体——学生——发展科学探究能力的需要,对提高学生的科学素养具有重要的意义和作用。所以,教师在设计实验探究问题时主要考虑学生主体的需要,还要考虑学校是否具有实验探究的条件。

2 适度引导,培养学生的猜想与假设能力

猜想与假设是实验探究能力的构成要素,是制订计划的重要依据,也是学生创新能力的重要体现。所谓假设,是指根据一定的实验事实和证据,运用已有的科学理论,充分发挥思维的想象力和创造力,对所要解决的问题提出的一种初步设想。当所要探究的问题确定以后,学生自然要思考如何解决问题。这时,学生就要从大脑中回忆或提取与所要解决的问题有关的经验和知识,对解决问题的思路或切入点等进行综合思考,并提出一些初步的设想,这些初步的设想就是假设。

案例1 二氧化碳能否与水反应

在学习二氧化碳能否与水反应的性质时,由于学生在日常生活中没有这方面的知识积累,所以让学生在知识储备不足的情况下独立提出猜想与假设是有一定困难的,这时就需要教师适度的引导。

笔者在溶有二氧化碳的水中滴加紫色石蕊溶液,让学生观察紫色石蕊溶液颜色变化情况。结果紫色石蕊溶液变红,于是反问学生紫色石蕊溶液为什么变红,到底是液体中的哪些物质使紫色石蕊变红。引导学生分析:溶有二氧化碳的水中滴加紫色石蕊溶液后,假设物质之间没有发生化学反应,液体中一共有几种物质?它们分别是什么物质?学生非常容易地得出液体中含有3种物质,分别是水、二氧化碳、紫色石蕊。这时候再提问到底是液体中的哪种物质使紫色石蕊变红,学生就可以轻松说出自己的猜想:1)可能是水使紫色石蕊变红;2)可能是二氧化碳使紫色石蕊变红;3)也可能是二氧化碳与水反应生成的新物质使紫色石蕊变红。

在教学的过程中,可通过具体的实验探究活动,使学生认识猜想与假设的重要性,体会到猜想与假设是化学实验学习的重要且具体的学习方式;通过创设生动活泼的实验教学情境,在实验探究的氛围中,自然而然地引发学生的想象力,引导学生主动、大胆地对所探究的问题进行猜想与假设;注意发挥实验探究小组的作用,使每一名学生在小组内都有提出猜想与假设的机会,都能对别人的猜想与假设发表个人的看法,这样的交流与论证有利于学生取长补短、开阔思路。

3 合理启发,培养学生设计实验的能力

制订计划是科学探究能力的构成要素之一,在化学实验教学中体现这一要素,就是有目的、有计划地发展学生的化学实验设计能力,根据一定的化学实验目的和要求,运用有关的化学知识与技能、科学过程与方法,对化学实验的仪器、装置、步骤和操作方法所进行的一种规划。化学实验设计对于发展学生的科学探究能力、提高他们的科学素养具有重要意义。在设计探究性实验时,要注意几条原则:1)科学性的原则,所设计的实验应该符合科学道理,不能凭空捏造;2)对照性的原则,要设计一个对照性的实验,要想这个实验更能够说明问题,一定要有正反2个方面的实验;3)等量性的原则,所设计的实验中的平行反应、试剂的取用应该是等量的;4)单因子的变量原则,对某个实验的影响,会有很多的因素,实验正是要人为控制条件,使众多变量中只能有一个因素是变量,其余几个是一样的。

案例2 设计实验证明二氧化碳能与水反应

取4朵被石蕊溶液染成紫色的小花。第一朵小花喷稀醋酸;第二朵小花喷水;第三朵小花直接放入盛满二氧化碳的集气瓶中;第四朵小花喷上水后,再放入盛满二氧化碳的集气瓶中。观察4朵花的颜色变化。

案例3 铁锈蚀

通过有关钢铁锈蚀造成经济损失资料的收集,由学生自主提出问题:1)如何防止钢铁生锈?2)钢铁为何会生锈?学生依据日常钢铁生锈的经验及已有的化学知识,提出以下可能假设:1)钢铁锈蚀是铁与空气中氧气作用的结果;2)钢铁锈蚀是铁与空气中水分作用的结果;3)钢铁锈蚀是铁与空气中氧气与水分共同作用的结果。分组,由学生讨论后,设计实验方案验证假设。

某组学生设计的方案:1)在第一支试管中放一枚铁钉,注入蒸馏水,不要浸没铁钉,使铁钉与空气和水同时接触;2)在第二支试管中放入一枚铁钉,注入刚煮沸的蒸馏水至浸没铁钉,然后在水面上注入一层植物油,使铁钉只与水接触;3)第一支试管用酒精灯烘干,放入一枚干燥、洁净的铁钉,用橡皮塞塞紧试管口,使铁钉只与干燥的空气接触。

一段时间后,学生观察分析,得出结论:钢铁在潮湿的空气中容易生锈。收集资料并交流讨论,提出钢铁防锈的合理建议。

总之,实验教学中的科学探究是一种重要的学习方式,也是义务教育阶段化学课程的重要内容,对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。积极开展科学探究活动,对于改变学生的学习方式和教师的教学模式具有重要意义。通过科学探究,可以使学生在获得化学知识和技能的同时,受到科学方法的训练,体验探究的乐趣,形成和发展探究能力。

(作者单位:河北省唐山市第十二中学)