初中化学探究式学习的效果研究

摘 要：本研究以初中化学课程中的“水的电解实验”为例，探讨了探究式学习在化学教学中的应用效果.通过对比传统教学方法和探究式学习方法发现，探究式学习能够显著提高学生的学习兴趣、科学探究能力和对化学概念的理解深度.研究结果表明，探究式学习在培养学生的科学素养、批判性思维和实践能力方面具有明显优势，为初中化学教学改革提供了有价值的参考.

关键词：水的电解；探究式学习；教学效果；初中化学

中图分类号：G632 ""文献标识码：A ""文章编号：1008-0333（2025）02-0130-03

收稿日期：2024-10-15

作者简介：黄英，本科，中学一级教师，从事初中化学教学研究.

化学作为一门实验科学，其教学过程中实验探究的重要性不言而喻.然而，传统的化学教学往往过于注重知识的传授，忽视学生主动探究和实践能力的培养.探究式学习作为一种以学生为中心的教学方法，强调让学生通过自主探索、实验操作和数据分析来构建知识体系.本研究选取初中化学课程中的“水的电解实验”为切入点，旨在考查探究式学习在提升学生学习兴趣、科学探究能力和概念理解方面的效果.

1 理论基础与教学现状

探究式学习理论源于建构主义学习理论，强调学生在学习过程中的主动性和创造性，它主张通过问题驱动、实践操作和反思总结来构建知识体系[1].在化学教学中，探究式学习特别强调实验探索的重要性，旨在培养学生的科学探究能力和批判性思维.当前初中化学教学面临诸多挑战：一方面，传统的灌输式教学方法难以激发学生的学习兴趣和主动性；另一方面，有限的课时和繁重的考试压力制约了探究式学习的深入开展.然而，随着新课程改革的推进，探究式学习逐渐受到重视.“水的电解实验”作为初中化学的经典内容，为实施探究式教学提供了理想的载体.

2 方法论与实验设计

2.1 对象与样本选择

本研究选取某市两所普通中学的八年级学生作为研究对象.采用分层随机抽样方法，从每所学校各选取两个平行班级，共计200名学生参与实验[2].参与学生的学习成绩分布、性别比例和家庭背景等因素经过统计分析，确保实验组和对照组之间不存在显著差异.选取的教师均具有5年以上的教学经验，并接受了为期两周的探究式教学培训.通过这种方式，确保样本的代表性和实验结果的可靠性.在实验开始前，笔者对所有参与者进行了知情同意程序，并获得了学校和家长的书面许可.

2.2 实验方案

实验采用准实验设计，将学生分为实验组和对照组.实验组接受探究式教学，对照组采用传统讲授法.实验周期为4周，每周2课时，总计8课时[3].实验组的教学设计包括问题提出、实验设计、数据收集、结果分析和结论讨论等环节.具体实验步骤如下：

（1）学生分组，每组4～5人；

（2）教师引导学生提出关于水的组成的问题；

（3）学生设计实验方案并进行水的电解实验；

（4）记录和分析实验数据；

（5）小组讨论并形成结论；

（6）班级汇报和交流.

对照组则按照传统方式，由教师讲解实验原理和步骤，学生按照指导完成实验.

2.3 数据收集与分析方法

数据收集采用多元化方法，包括前测和后测问卷、课堂观察记录、学生实验报告和半结构化访谈.前测和后测问卷用于评估学生的化学知识理解程度和科学探究能力，采用李克特五点量表设计[4].课堂观察记录由两名经过培训的观察员完成，重点关注学生的参与度和互动情况.学生实验报告用于评估其实验设计能力和数据分析能力.访谈对象包括10%的学生和所有参与教师，深入了解他们对探究式学习的看法和体验.质性数据通过主题编码和内容分析进行处理，以补充量化数据的不足.

3 “水的电解实验”探究式教学设计

3.1 教学目标

本教学设计旨在通过水的电解实验，使学生达成以下目标.

（1）认识水的组成，理解水分子是由氢原子和氧原子构成的概念；

（2）掌握电解水的实验方法，了解阴极产生氢气、阳极产生氧气的现象；

（3）培养实验操作技能，包括实验装置的搭建、气体的收集和检验；

（4）发展科学探究能力，包括观察、推理、数据分析和结论形成；

（5）培养团队协作精神和科学态度，包括严谨、求实的实验作风[5].

这些目标的设定基于新课程标准的要求，同时考虑了学生的认知水平和探究能力的培养需求，为后续的教学活动设计提供了明确的方向指引.

3.2 实验器材与步骤

实验器材包括：直流电源（6～12 V）、石墨电极、U型管、导线、试管、集气瓶、漏斗、橡皮塞、滴定管、硫酸钠溶液（电解质）、火柴.实验步骤如下.

（1）在U型管中倒入硫酸钠溶液至2/3处；

（2）将两根石墨电极插入U型管两侧，并用橡皮塞固定；

（3）在两个试管中注满硫酸钠溶液，倒置于U型管两侧电极上方；

（4）连接直流电源，调节电压至6～12 V；

（5）观察并记录两个试管中气泡的产生情况；

（6）待其中1个试管充满气体后，断开电源；

（7）用火柴检验阴极产生的气体，观察现象；

（8）用带火星的木条检验阳极产生的气体，观察现象.

教师需要提前准备好所有器材，并对实验安全进行强调.

3.3 探究活动设计

探究活动设计采用“5E”模式：参与（Engage）、探索（Explore）、解释（Explain）、扩展（Elaborate）和评价（Evaluate）.参与阶段，教师通过问题“水是由什么组成的？”引发学生思考；探索阶段，学生分组进行水的电解实验，观察并记录现象；解释阶段，学生根据实验现象推理水的组成，教师适时引导；扩展阶段，学生讨论电解水的应用，如制取氢气和氧气的工业方法；评价阶段，学生撰写实验报告，进行自评和互评.整个过程中，教师扮演引导者和支持者的角色，鼓励学生独立思考和探究.活动设计注重培养学生的实验技能、思维能力和科学素养，使学生在“做中学”的过程中深化对化学概念的理解.

4 研究结果与分析

4.1 学生学习兴趣的变化

研究数据显示，实验组学生的化学学习兴趣平均得分从实验前的3.42显著提升至4.18，增幅达22.2%；而对照组仅从3.38小幅上升到3.56，增幅为5.3%.两组差异具有统计学意义（t=4.76，p＜0.001）.这种显著差异主要源于探究式教学方法的特点.首先，学生从被动接受转变为主动探索，在设计和操作实验过程中获得直接的成就感；其次，水的电解实验现象直观，学生可以清晰观察到气泡产生、气体检验等过程，这种即时的实验反馈强化了学习动机；再次，4～5人的小组合作模式促进了同伴间的交流与讨论，活跃的课堂氛围提高了参与度；最后，学生在实验中拥有较大的自主权，可以根据自己的想法设计和验证，这种自主性激发了持续的学习动力.研究数据中“我喜欢做化学实验”这一项目得分从3.65显著上升到4.52，充分反映了探究式教学在提升学生学习兴趣方面的显著效果.

4.2 科学探究能力的提升

实验报告评分显示，实验组学生的平均得分从68.5提升到82.3，提高幅度达20.1%；而对照组仅从69.2上升到73.8，提高6.6%.数据差异显著

（F=15.32，p＜0.001），这种显著提升源于以下几个关键因素：首先，探究式教学要求学生独立设计实验方案，在反复修改和优化方案的过程中，学生的逻辑思维和科学推理能力得到了有效训练；其次，学生需要自主收集实验数据，观察记录气体产生速率、体积等定量指标，这种训练直接提升了数据处理能力和科学思维水平；最后，小组讨论和成果展示的过程锻炼了科学交流与表达能力.值得注意的是“提出合理假设”这一关键指标的优秀率从35%大幅提升到72%，这一进步得益于探究式教学中反复进行假设—验证的训练过程，以及教师适时地引导帮助学生形成科学的思维方式.

4.3 化学概念理解的深度

前测和后测问卷数据显示，实验组学生的平均得分从62.7提升到85.4，增幅达36.2%；对照组从

63.1上升到72.6，增幅为15.1%.这种显著差异（t=5.83，p＜0.001）反映了探究式教学在深化概念理解方面的独特优势：通过亲身实验观察，学生将抽象的化学概念转化为具体的实验现象，加深了对水的组成的理解；在探究过程中，学生不是简单记忆知识点，而是通过实验设计、操作和讨论，主动建构知识网络.这一点从概念图分析中得到验证，实验组学生的知识点平均连接数从6.2显著增加到11.8，远高于对照组从6.3到8.1的增长，特别是在“解释水的电解过程”的开放式问题中，实验组的完全正确率达到78%，而对照组仅为45%.这种差异源于学生在实验过程中对反应机理的直观认识和深入理解，以及探究式学习促进的知识内化过程.

5 结束语

该研究通过对“水的电解实验”探究式教学的实践，证实了探究式学习在初中化学教学中的积极作用.研究结果显示，探究式学习不仅能够提高学生的学习兴趣和参与度，还能有效培养学生的科学探究能力和批判性思维.然而，实施探究式学习也面临着诸如时间管理、教师引导技能等挑战.未来的研究应进一步探索如何在更广泛的化学教学内容中有效应用探究式学习，以及如何克服实施过程中的困难，从而为化学教育的改革与发展提供更多实证支持.

参考文献：［1］ 叶文智.初中化学教学中生活化实验设计与实践研究[J].中学课程辅导，2024（28）：54-56.

[2] 陈晓琴.生活化情境在初中化学教学中的应用探索[J].读写算，2024（31）：166-168.

[3] 秦国斌.核心素养背景下初中化学自主探究教学模式研究[J].学周刊，2024（29）：50-52.

[4] 蒲晓华.聚焦核心素养培养的初中化学课堂教学策略[J].中学课程辅导，2024（27）：12-14.

[5] 高爱华.基于深度学习的初中化学单元教学设计与实施研究[J].试题与研究，2024（26）：138-140.

［责任编辑：季春阳］