化学教学要实现科学探究常态化

胡玲清　邓阳

摘 要科学探究的常态化是当前化学教学改革的重要方向之一。化学教学中常态化的科学探究是学生能动学习的过程，需要教师关注学生的发展水平和困难。化学实验为常态化科学探究提供经验支持，常态化的科学探究要注重实效性的凸显，要做到因地因时制宜，要能够收放自如、有张有弛。

关键词化学教学 科学探究 常态化

科学探究一直备受基础教育化学课程的重视，因为它既是一种科学实践形式，又是一种科学学习活动方式。但是，在我国的化学教学中，教师却很少能将科学探究以常态化的形式落实[1]。所谓科学探究常态化，是指在课堂教学中尽可能地全面落实科学探究教学，以促进科学探究教育功能的全面发挥。这种意义下的常态化探究，不是形式上的探究，但凡能实现探究的教育功能，即便是教师在某种无意识情况下达到此目的，也是常态化的。

一、共同体内的探究有助于全体学生化学素养的形成

许多化学教师认为，班级人数偏多会阻碍科学探究的开展。比如，不可能所有学生都有做实验的机会，不可能保证教师能够全面监测所有学生的探究进程。究竟全班范围内的科学探究是否有可能实现？这一问题制约着科学探究常态化的实现。如何基于班级这种教学组织形式来开展科学探究值得深入研讨。学习共同体的研究为解决这一问题提供了思路。已有研究论证了学习共同体的重要教育价值，如布朗和坎皮恩于1996年开发了基于FCL模型的学习共同体。该学习共同体让学生在一段时间内自主并分组钻研特定的主题，获得关于该主题较为系统和全面的知识，再经过组间分享、任务实践、反思总结，最终建立共同体的集体知识，以促进个体知识的全面增长[1]。

在探究“物质溶解于水前后温度的变化以及加热对溶解过程的影响”这些问题时，学生通过共同体内的研讨与推理，形成诸如“物质溶于水的过程可能吸热，可能放热”、“加热只影响吸热溶解过程的溶解速率”、“加热可以加快物质的溶解速率，但不影响物质溶解的质量”等具有冲突性的假设。紧接着学生分组进行论证实验的设计，再由全班共同讨论优化实验方案。实验的操作由教师独立演示完成，利用手持温度计和投影设备，向全班同学展示实验结果。最终，学生对实验现象给予合理解释，反思自己的假设。在这一过程中，学生有了参与科学探究的机会，通过小组和班级的讨论，不断地对概念进行探索、解释、质疑、论证和批判，在相互学习的过程中不断形成自己对学科概念的正确的解释和合理的反驳。

二、科学探究的过程必须成为学生能动学习的过程

常态化的科学探究是学生能动参与的探究。科学探究既可以是学生独立地参与，也可以是教师通过具体的探究教学活动的设计与实施来引导学生参与，但这两种方式都不能忽视学生的能动性。这不仅是因为科学探究是学生对科学问题和规律进行探索和发现的过程（即“探究即学习”），还因为学生学习的过程本身就具有探究的性质（即“学习即探究”）。正如杜威强调的“思维含有某种发明的性质”，“一切能考虑到从前没有被认识的事物的思维，都是有创造性的”，学生为了解决科学问题，就要“进行设计、发明、创造和筹划”[2]。因此，学生在科学探究过程中表现出主体性，是探究式学习的实质。

学生作为主体能动地开展科学探究，就是能够在科学学习过程中自主地建立研究问题，结合自身的经验进行推理，形成假设。再通过科学的方法收集证据，进行论证，从而获得结论。推理意味着学生能运用理性思维建立科学论题之间的各类关系，而论证则意味着学生能从证据中寻求对主张的理性支持，同时驳斥相异主张，并开展基于主张的对话和争辩活动。在常态化的科学探究中，教师包办、替代学生开展推理和论证活动很可能会丧失科学探究的教育功能。教师通过合理的引导，激发学生的能动活动，决不能根据教师自己教的活动的逻辑去干预科学探究的进行。

三、常态化的科学探究要关注学生发展水平和困难

关注学生开展科学探究的发展水平，首先要从时间维度探索。教师既要研究短期内（即教学单元、课时内）学生的化学探究能力的发展，从而为科学探究的进度安排、课时划分、教学方法的选择提供有效指导，同时也要研究相对较长时间内（即学期、学年、学段内）学生的化学探究能力的发展，给科学探究的内容的选择和组织、科学探究发展表现水平的评价提供依据。其次要从与科学探究有关的人的素质结构维度探索。学生是科学探究的“活动主体”，“活动主体的素质结构与主体活动的特性及其结构有密切的关系”[3]。教师必须关注学生在开展科学探究时所具备的倾向性素质（如兴趣、兴趣、理想、价值观、信念等）、调控性素质（如智力、情感、意志、自我意识等）、效果性素质（如技能、技巧、选择力、创造力、审美力、品德、品质等）和身体性素质的发展状况，才能综合利用“活动主体”的所有素质和潜能恰如其分地开展科学探究。

对于探究“电解”这一核心概念来说，学生在初中阶段需要认识特定电解的现象（如电解水的装置与产物等），而在高中阶段则需要实现两个水平的突破。初级水平是从微观水平解释电解现象的微观机制，用化学符号描述电解的过程；高级水平是从能量的水平理解电解的实质，以能量转化的观点对电解装置进行设计与调控。对于高二年级学生学习“电解”概念来说，其发展水平和难度均落在了“如何利用电解实现电能到化学能的高效转化”这一问题上。然而许多老师抓住电解产物、微观实质、放电顺序、电解结果等学生自己已经能够自行推理和理解的“电解现象的微观机制”进行探究，却没有关注到学生不易从化学热力学的角度理解电解原理，导致科学探究的意义被空虚化，名不副实。

四、化学实验教学为科学探究提供重要的经验支持

化学实验使人们对物质及其变化的认识更为具体、深刻、精确，更逼近客观真理。正因如此，化学实验教学备受化学教育工作者的重视。那么，化学实验教学到底对化学常态化科学探究起到了怎样的作用？这种作用又该如何发挥呢？

从本质上来讲，化学实验提供的是经验，化学实验课程是经验的课程。从化学的角度讲是人认识化学的经验，从教育的角度讲是学生“再认识”化学从而获得发展的经验。

学生开展科学探究离不开经验支持，只有基于经验，才可能构建知识、发展思维。化学实验能够为学生提供丰富的经验，教师必须重视化学实验教学在科学探究中的作用，要尽可能地为学生创造实验条件，通过动手与动脑的结合，获得实验经验。但这并不等同于开展科学探究就必须要有化学实验。因为能够为学生提供经验支持的方式还有很多，而且能够提供经验支持的化学实验也并不意味着一定要“做实验”。有时，运用“实验事实”、“实验史实”、“模拟实验”来开展实验教学活动，也能够同样达到提供经验支持的效果。例如对于“原子结构”的探究，现有的教学条件学生无法直接像科学家那样从微观的角度开展实验，然而通过讲授、多媒体呈现等方式重现卢瑟福的粒子散射实验，让学生对实验设计思路、过程和结果进行科学的分析，也能够达到以科学探究的方式去建构原子结构模型的效果。

五、常态化的科学探究要追求化学课堂的实效性

在高考“指挥棒”下，许多教师认为常态化的科学探究缺乏实效性，尤其是不能够使学生具备扎实的知识和技能以应付考试。实际上，常态化的科学探究与教学的实效性并非矛盾的两个方面，常态化科学探究对于提高具有丰富内涵的课堂实效性有重要意义。

衡量教学的实效性的标准多种多样。有学者认为教学的实效性体现在“三效”上，即有效果、有效率和有效益[5]，也有学者在“三效”的基础上进行了修补和增删[6]。但无论如何，大多数学者都认为教学的实效性体现为在最优化的时间范围内达成既定的教学目标，实现学生的发展。理解学生的发展不应局限于应试能力的发展，而是人的素质的全面发展。所有素质的发展反过来又能够为应试能力提高起到正向推动作用。化学教学中的常态化的科学探究在于促进学生化学素养的全面发展，这正是化学教学具有实效性的应有之义。

也有些教师认为，科学探究并非是“有效率”的教学方式。实际上从“效率”的界定上来看，短时间内获得知识与技能的效率和相对较长时间内获得包括知识与技能在内的全面化学素养的效率可能是等同的。所以，比较课堂效率，既要考虑时间的因素，也要考虑效果的因素。从教师的探究式教学设计来看，要提高常态化科学探究的教学效率，就是要在尽可能地实现学生多样化、全面化化学素养发展的同时优化教学过程，保证教学的时间尽可能充分高效地利用在达成科学探究的目标上，避免因科学探究过程过于华而不实导致教学时间的人为拖沓与浪费（如无关或相似教学情境的堆砌、无关或赘余的讨论与交流、课堂纪律管理、课前实验准备等方面）。

以“一定物质的量浓度溶液的配制”这一课题为例，许多化学教师认为由于其教学内容偏多，加之要引入新的仪器——容量瓶，所以不利于采用科学探究的方式开展教学。即便要探究，也至少需要花两堂课的时间。实际上，如果教师能够充分利用学生在初中学到的“一定溶质质量分数溶液的配制”方法来解决“精确配制100mL 1mol·L-1NaCl溶液”这一问题，学生便能够在教师的引导下改进已有方法和实验条件（仪器、操作），从而自己设计出容量瓶的雏形并自主建构新的实验方法。在这之后，学生便能细致而又完整地描述整个实验的操作流程，并付诸实践。通过实际的一线教学发现，采取这种高效的探究式教学，仅仅40分钟的时间学生就能够将整个实验理解透彻，并且将知识迁移到“实验误差分析”等实验应用问题上来。学生在科学探究过程中习得的科学思维和方法，还有助于他们今后进一步以科学探究的方式学习“酸碱中和滴定”等定量实验。

六、常态化的科学探究课堂应收放自如、有张有弛

科学探究需要利用学生的发散思维。发散思维是人在思维的过程中呈现出的一种扩散式的思维模式，表现为思维面的广阔和思维角度的多样化。学生具备一定的发散思维，就能够在学习过程中产生新的认识和突破；只有充分激发学生的发散思维，才能在科学探究中从多个侧面产生对同一问题的多种看法和理解，使所获认识更加丰富和全面。

与发散思维相对的是敛聚思维，亦是科学探究中十分重要的思维方式。敛聚思维与发散思维的方向相反，主要是使得各种思维集中于一个方向，通过理顺、筛选、综合、统一等方式让思维的路径更加条理化、简明化、系统化、逻辑化和规律化，最终得出一个合乎逻辑和规范的结论，形成对问题的系统全面的考察。敛聚思维与发散思维是矛盾的两个方面，具有辩证统一性，既相互区别，又相互联系。没有发散思维的广泛收集，多方搜索，敛聚思维就没有了加工对象；反过来，没有敛聚思维的认真整理，精心加工，发散思维的结果再多，也不能形成有意义的创新结果，也就成了废料。

在常态化的科学探究课堂中，教师既要善于激发学生的发散思维，又要善于引导学生将发散的结果加以整理和归纳，形成科学的理解。这就要求课堂教学能够收放自如、有张有弛。提出可以激发学生发散思维的问题，让学生对问题进行充分的辨析和思考，形成多样化的问题解决策略，是课堂教学“有张有弛”的表现；能够在教师的引导下进行协作研讨和反思，审视各种问题解决策略，优化实施方案并最终解决问题，是课堂教学“有收有放”的表现。在探究“质量守恒定律”的过程中，教师提出“对于一个化学反应，你会从什么角度研究质量的变化”这一问题，比提出“对于一个化学反应，所有反应物质量的总和和所有生成物质量的总和有怎样的关系”更具发散性，更有利于学生从多个认识角度去认识化学反应中的质量关系。当学生根据自己所确定的认识角度去建立了论证方案之后，教师又要引导学生将各种方案进行整理和统一化（如将研究单个反应物质量的转化的方案与研究所有反应物质量的转化的方案整合起来），将多个问题划归到同一个实验方案中进行验证，从而得出结论。这种收放自如、有张有弛的教学，不但有助于学生得出“质量守恒”这一结论，更有助于学生在高效的课堂中对“质量守恒定律”形成更全面的认识。

参考文献

[1] Brown，A.，&Campione，J.Psychological theory and thedesign of innovative learning environments：On procedures，principles，and systems.In L.Schauble&R.Glaser（Eds.）Innovations in learning：New environments for education.Mahwah，NJ：Lawrence Erlbaum Associates.1996.

[2] 王磊.义务教育化学课程标准十年实施回顾.基础教育课程，2011（7-8）.

[3] [美]约翰·杜威著，王绪承译.民主主义与教育.人民教育出版社，1990.

[4] 陈佑清.人作为活动主体的素质结构.教育研究，2002（6）.

[5] 余文森.有效教学三大内涵及其意义.中国教育学刊，2012（5）.

[6] 韩国海.有效教学概念及评价范畴辨析.中国教育学刊，2013（7）.

【责任编辑 付一静】