简论学生科学探究能力的提升

赵春艳

【摘 要】本文结合高中化学实验教学案例，从提出探究问题，提高学生问题意识；制定实施实验计划，提升学生探究能力；表达交流探究结果，共享合作学习成果三个方面就提升学生科学探究能力作探讨，以促进学生探究能力与高考成绩的同步提高，获得教师专业与学生素养的共同发展。

【关键词】高中化学；实验教学；科学探究能力

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2016）21-0083-02

《普通高中化学课程标准（实验）》把“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，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。”作为课程的基本理念之一。可见提高学生的科学探究能力之重要性。化学是一门实验性很强的自然科学，在培养学生科学探究能力方面理应负有重要责任。然而，应试教育下的高中化学教学过分强调知识的传授，忽视实验教学，大多数学生以“题海战术”来备战高考，甚至对一些必须亲身体验的实验也采取背过程、背方法、背结果的方式，缺乏对科学发现过程和科学探究方法的认识，缺少科学实验和探究的基本能力，这种高分低能的畸形成长，必将束缚学生的持续发展。

新课改以来，学生的学习方式发生根本改变，自主合作探究性学习逐渐成为教学新常态，特别是近年来高考试题中探究性设计题的增加，倒逼师生加强实验教学，提升探究能力。为此，笔者在高中化学教学中，充分挖掘和利用教材中的化学实验资源，有效地开展实验与探究，创造性地进行教学与研究，促进了学生探究能力与高考成绩的同步提高，取得了教师专业与学生素养的共同发展。下面结合教学实践案例，就此作初步的探讨。

一、提出探究问题，提高学生问题意识

【案例1】探究用氢氧化钠溶液和二氧化碳气体制取碳酸钠溶液的实验室方法，简述其实验方案。

【过程与方法】该题的关键是引导学生迁移“二氧化碳气体通入氢氧化钠溶液时极易因其过量而生成碳酸氢钠，且无明显现象。”这一知识，通过小组合作学习讨论发现控制二氧化碳气体、氢氧化钠溶液使用量的科学方法，并提出可行性实验方案。经汇总学生提出以下几种方案：

方案1：①在氢氧化钠溶液中滴加少量酚酞试剂，溶液呈红色；

②在其中通入二氧化碳气体至溶液刚好变成无色时，制得碳酸钠溶液。

方案2：①在氢氧化钠溶液中通入过量二氧化碳气体，得碳酸氢钠溶液；

②将①所得溶液在低温下加热直至蒸干，得到碳酸氢钠晶体；

③把碳酸氢钠晶体放入试管里，用带有导管的塞子塞紧试管口，将试管固定在铁架台上，使试管口略向下倾斜，导管的另一端浸入盛有澄清石灰水的试管里，给试管中的碳酸氢钠加热直至不再产生气泡为止，得碳酸钠；

④将③所得固体加蒸馏水溶解得到碳酸钠溶液。

方案3：①将氢氧化钠溶液分成两等份；

②在其中一份中通入过量的二氧化碳气体得碳酸氢钠溶液；

③把②所得的溶液与另一份氢氧化钠溶液混合均匀，得到碳酸钠溶液。

比较三个方案的优劣，学生发现方案3在反应原理、反应条件、试剂选择、操作方法等方面满足科学性要求；且从实验条件、实验效果、实验技术等方面符合可行性要求；另外实验安全、简便，做到了步骤少、时间短、效果好，满足了简约、高效、安全的要求，是最优化实验方案。而方案2虽满足科学性，符合可行性要求，但不简约。第一种方案从试剂选择、反应条件、实验效果等均不符合科学性要求。

【反思与感悟】新课标要求学生“发现学习、生产、生活中有意义的化学问题，并进行实验探究。”爱因斯坦曾说，提出一个问题往往比解决一个问题更为重要。在合作学习中，学生通过发散思维发现并提出各种方案，依据实验原理对提出的问题和方案进行分析、筛选、加工，并通过讨论、交流、质疑，对不同的方案作出科学性和可行性方面的评价。这一过程有效地提高了学生的问题意识，合作意识和创新意识。

二、制定实施实验计划，提升学生探究能力

【案例2】探究鉴别碳酸钠和碳酸氢钠的实验方案，并实施提出的实验计划。

【过程与方法】因学生已学习了碳酸钠和碳酸氢钠的相关知识，根据其性质的不同，不难找到鉴别的方法。难点是如何运用化学术语制定实验计划，并按照化学操作规范实施实验计划，这是实验探究的重点所在。通过小组合作讨论，经汇总发现学生制定的实验计划主要有以下几种：

①各取少量固体于试管中加热，产生的气体通入澄清石灰水，使澄清石灰水变浑浊的是碳酸氢钠，无明显变化的是碳酸钠。

②各取少量固体于试管中溶解，再分别滴加氯化钙或氯化钡溶液，出现浑浊的是碳酸钠，无明显现象的是碳酸氢钠。

③各取相同量的固体于试管中加适量水溶解，再同时加入相同浓度相同体积的盐酸，产生气体的速率相对缓和的是碳酸钠，产生气体的速率相对剧烈的是碳酸氢钠。

④配成相同浓度的碳酸钠及碳酸氢钠溶液，用pH试纸测其pH值，pH值相对较大的是碳酸钠，pH值相对较小的是碳酸氢钠。

【反思与感悟】新课标要求学生“能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化”设计实验方案涉及：实验器材的选择、实验装置的设计、实验步骤的完善、实验过程的反思、实验数据的处理、实验方案的评价等，着重培养学生迁移知识与技能自主分析、合作解决实际问题的能力。教师在实验教学中要当好组织者、引导者和合作者，通过汇报交流，比较几组实验方案的优缺点，加深对碳酸钠和碳酸氢钠的认识，通过设计操作，共享实验探究的成果，培养学生的科学探究能力。

三、表达交流探究结果，共享合作学习成果

【案例3】探究实验室如何利用氯化铝溶液、氢氧化钠溶液和氨水这几种试剂制备氢氧化铝沉淀？

【过程与方法】学生对于氯化铝溶液呈酸性，氢氧化钠溶液呈强碱性，氨水呈弱碱性，氢氧化铝具有弱酸和弱碱两性等知识已有所认知，本次分组实验过程较简单，属于验证性实验，重点应放在对实验结果的分析、表达和交流上。实验内容包括：

实验1：氯化铝溶液与氢氧化钠溶液反应

观察现象：氯化铝溶液中滴加少量氢氧化钠溶液，产生白色沉淀。继续滴加氢氧化钠溶液，沉淀溶解。

探究问题：白色沉淀是什么？继续滴加为什么沉淀会消失？其本质是什么？写出反应方程式。

实验2：氯化铝溶液与氨水反应

观察现象：氯化铝溶液中滴加少量氨水，产生白色沉淀。继续滴加氨水，沉淀不溶解。

探究问题：白色沉淀是什么？继续滴加氨水，沉淀为什么不溶解？写出反应方程式。

结论1：实验室常用氯化铝溶液与氨水反应来制备氢氧化铝。

拓展提升：向实验1沉淀溶解后的溶液中通入足量的二氧化碳气体。

观察现象：能生成白色胶状沉淀，且沉淀不会消失。

探究问题：这白色胶状沉淀是什么？为什么沉淀不会消失？其本质是什么？写出反应方程式。

结论2：实验室也可用氯化铝溶液与过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠溶液，再通入过量二氧化碳气体来制备氢氧化铝。

【反思与感悟】新课标要求学生“通过反思与评价、表达与交流等活动，增进对科学探究的理解”。本课紧扣氯化铝和氢氧化铝的性质，通过分组实验、现象观察、问题探究、表达交流、拓展提升等方式，开展师生、生生以及学生与课本的对话互动，充分激发学生的学习兴趣。学生在自主、合作、探究性学习中经历知识获得的过程与方法，体验化学实验的奇妙和学习的乐趣，提高了科学探究能力。

化学实验是化学科学的灵魂，是学生认识化学世界的窗口，是学习化学的重要手段。教师要贯彻落实新课标理念，探索以科学探究为主的多样化的教学模式，引导学生开展探究性实验学习，培养和发展学生严谨的科学态度，掌握科学研究的基本方法，从而逐步提升学生的科学探究能力。

参考文献：

[1] 教育部.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

（编辑： 张 婕）