化學探究教學開放性和實效性的研究

1、內(nèi)容提要：對開放性和實效性，在認清二者含義和理清之間關系的前提下，確定把學習方式的開放作為研究重點，論證了用動手實驗的方法學習化學就能創(chuàng)設一種開放的學習環(huán)境，探討了實驗探究8個要素中具有實效性的開放性措施，得出了開放過程中的生成性是開放達到實效的橋梁的結(jié)論。并進一步研究了制約開放性的因素和解決方法。 關鍵詞：化學學習方式 化學探究教學 開放性 生成性 實效性 “學生學得輕松，老師教得愉快，師生都能獲得較好發(fā)展，學生學業(yè)成績又比較好”，是我們化學教學的追求。北京市教科院基教研中心唐建華老師領銜的中國教育學會十一五規(guī)劃課題創(chuàng)設開放性學習環(huán)境，提高化學課堂教學實效性研究為實現(xiàn)這一理想搭建了一個研究平

2、臺。我們以做科學中學科學化學教學回歸實驗室為子課題參與研究1，用“學生動手實驗”創(chuàng)建開放式學習環(huán)境，努力尋求提高化學教學實效性的方法和措施，現(xiàn)將獲得的一些成果和心得報告大家。 一、開放性與實效性的關系 研究伊始，在認真學習化學課程標準和研究教學現(xiàn)狀的基礎上，首先明確了開放性和實效性的含義和它們之間的關系。我們認為，創(chuàng)設開放性學習環(huán)境包括教學目標、內(nèi)容、方法、評價（管理）等多個領域，但在構(gòu)成學習環(huán)境諸因素中，問題最多，改變困難最大，卻又居于中心地位的是學習方式，所以新一輪課改才把轉(zhuǎn)變學習方式作為課程改革的“突破口”。實效性的含義無可爭議，必須體現(xiàn)在新課程規(guī)定的三維目標的落實上。 開放性是實效性的

3、必要條件，即沒有開放性的教學環(huán)境，三維教學目標就難以落實，也就沒有素質(zhì)教育的實效性；但有了開放性的學習環(huán)境是否必然產(chǎn)生素質(zhì)教育的實效性？也不盡然。因為人們對開放性有著不同的理解和操作，使得“開放”具有不同的層次和水平，這就要求我們必須把研究的重點放在創(chuàng)設和實施那些具有實效性的開放性措施上。 二、為什么要開放？ 中國改革開放30年取得的成果表明，沒有開放，難以有發(fā)展。中國的化學教學現(xiàn)狀亦表明，封閉在講、練、考的老套子里，化學教學已沒有生氣可言，除了應試，別無它用，甚至成為阻礙師生發(fā)展的力量。 義務教育化學課程標準較之舊的化學教學大綱其突出特征就是它在教學“目標”“內(nèi)容”“方法”“評價”諸多領域的

4、開放性。在學習方式方面，它“倡導多樣化的學習方式”，認為“科學探究是一種重要而有效的學習方式”“實驗是學生學習化學、進行科學探究的重要途徑，觀察、調(diào)查、資料收集、閱讀、討論和辯論等也是積極的學習方式。”并特別強調(diào)“科學探究既是一種重要的學習方式，也是義務教育階段化學課程的目標和重要內(nèi)容，對發(fā)展學生的科學素養(yǎng)具有不可替代的作用?！?1 我們的課題把轉(zhuǎn)變學習方式作為研究的突破口，把課堂搬回實驗，讓學生用動手做實驗的方法學習化學。學生動手實驗為什么會造成一種開放的學習環(huán)境？ 1學生動手實驗學習化學有興趣，能煥發(fā)出學習的積極性。學生早已厭倦了聽、記、背、練的學習方式而又特別渴望用動手做實驗的方法學習化

5、學。克萊恩說：“一旦我們開始根據(jù)人類的天性做事，過去認為復雜的事也變得簡單?！被瘜W是一門很有趣，很容易學的學科，因為我們不去或很少去做實驗，卻變得很難教和很難學了。 2動手實驗使學習的內(nèi)容變得開放。豐富多彩的實驗現(xiàn)象，由現(xiàn)象引發(fā)的各種各樣的問題，都大大拓展了由教科書白紙黑字所呈現(xiàn)的教學內(nèi)容。 3動手實驗使學習的途徑變得開放。實驗調(diào)動了學生所有的認識器官。視覺的、聽覺的、嗅覺的、觸覺的，打開了人體的幾乎所有的抵達左腦的、右腦的信息通道。從感性出發(fā)的認識路線保證了認識的高效性。 4動手實驗，學生能力的發(fā)展是開放的。實驗為不同學生各自能力的發(fā)展提供了舞臺。它能滿足各種潛質(zhì)的學生能力發(fā)展的需要。正如開

6、放的大自然，選擇進化了各有生存絕技的不同生物一樣。 5動手實驗使學生素質(zhì)的發(fā)展變得開放。知識對學生的教育價值能夠全方位體現(xiàn)。因為只有感受了知識的產(chǎn)生過程，知識的三重價值（工具價值、智力價值、情意價值）才能在學生身上發(fā)揮作用。 三、開放性的措施 在確定了創(chuàng)建開放性學習環(huán)境的主要方法是開放實驗室，讓學生通過動手的實驗來學習化學以后，我們又明確了以下兩條研究思路：1.相對于封閉的結(jié)論性教學，開放性教學的實質(zhì)是過程教學。開放性體現(xiàn)在展現(xiàn)知識發(fā)生發(fā)展的教學過程中，核心是探究。2.要克服實驗教學的急功近利思想，勿把實驗搞成只是知識教學的手段和掌握知識的工具。 課題研究和實施的開放性措施體現(xiàn)在“提出問題、猜

7、想與假設、制定計劃、進行實驗、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評價”等科學探究要素中?，F(xiàn)分述如下。 1.提出問題。以往教學的問題，往往是課本或教師直接提出的。在此環(huán)節(jié)開放性措施的研究中，我們遵循了緊密聯(lián)系學生個人的經(jīng)驗構(gòu)建問題情境，讓學生自己提出問題，問題自然產(chǎn)生于學生的內(nèi)心深處的原則，具體的做法包括“實驗”“科學史料”“生活事例”“反常現(xiàn)象”“悖逆常理”“智力挑戰(zhàn)”“頭腦風暴”“逸聞趣事”等等，力求把問題情境創(chuàng)設的真實生動，如在眼前。在這樣的問題環(huán)境里，學生的問題意識和提出問題的能力逐步增強。比如，學過二氧化碳之后，有同學提出：“萬分之三體積的二氧化碳的微小變化為什么會造成地球氣候的災難性后果？

8、”學過燃燒的條件后有同學問：“在太空無重力環(huán)境下，燃燒的條件與地球上一樣嗎？”有時，教師也會用問題進一步啟發(fā)學生，提高學生提出問題的水平。比如，學過質(zhì)量守恒定律后，問學生：“如果質(zhì)量有變化，天平因其精度的原因測不出來怎么辦？如果化學變化過程中原子不變的假設有錯誤怎么辦？” 2. 猜想與假設。在此環(huán)節(jié)教學中，不平白無故地讓學生吃現(xiàn)成飯，更不用現(xiàn)成的猜想和假設綁架學生。開放性的措施是先讓學生自由的“猜”、“設”，若受阻，則以現(xiàn)成的猜想為引子讓學生說出贊同或反對的理由。這種有層次的開放，激活了學生的知識庫存，促進了直覺、想象、邏輯推理等多種科學素養(yǎng)的形成。同時造成了每個學生巴不得立即實驗以證明自己的

9、猜想是否成立的那種搖搖欲試的探究欲望。 3. 制定計劃。以往的“照方抓藥”式化學實驗，實驗方案是別人設計好的，學生僅是一個操作者。制定計劃（設計方案）是由猜想走向?qū)嶒灥年P鍵步驟，是培養(yǎng)學生創(chuàng)造力的很重要的環(huán)節(jié)。我們根據(jù)學生的能力現(xiàn)狀，靈活開放。起初，學生獨立設計實驗方案困難較大，可以在學生一籌莫展的時候提供一些現(xiàn)成的方案讓其模仿，或?qū)σ延械难b置、路線讓其改進。比如提供多種測量空氣中氧氣體積的裝置（圖）讓學生比較對照，體悟其中的設計思想；隨著學生能力的提高，開放度會逐漸加大，比如讓學生獨立設計“如何測定石灰石的純度”“如何測定一瓶鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)”的實驗方案等。 4. 進行實驗。以往的化學實驗

10、常常是教師在課堂里把一切環(huán)節(jié)和要求都反復交代好以后才敢把學生帶進實驗室的。我們在課題實驗中，起初也怕學生失敗，在實驗前用了較多的時間做交代，學生表現(xiàn)出不耐煩。后來考慮到學生對實驗要解決的問題和假設已了然在胸，方法步驟也做了反復的設計，并且具有了扎實的實驗基本功（我們先前進行了專項的實驗基本技能的訓練），還有什么不敢放手讓學生自主進行實驗的呢？大膽放手后發(fā)現(xiàn)學生實驗熱情高，專注度高，精力集中，少有違反實驗紀律的現(xiàn)象發(fā)生。學生對發(fā)生在個人手里的化學變化，呈現(xiàn)在自己眼前的現(xiàn)象，充滿了激動和好奇，比如當學生做酒精和水混合的實驗時，對體積的縮小發(fā)出驚詫的“啊”聲，對混合時出現(xiàn)的很多細小的氣泡大惑不解，在

11、隨后的交流討論中對這一現(xiàn)象與體積減小的關系爭論了很久，這在以往只做演示實驗的時候是不可能發(fā)生的事情。動手的實驗造成的課堂教學的生成性，讓課堂重現(xiàn)了勃勃生機。 5. 收集證據(jù)、解釋與結(jié)論。動手的實驗讓學生觀察記錄了現(xiàn)象，歸納整理了事實，這些第一手的資料為學生隨后“解釋與結(jié)論”階段的理性思考提供了堅實的基礎，沒有這些感性素材，學生的思考不但沒有現(xiàn)實的對象，只能封閉在陌生的文字符號之中，不會變得開放。往常輕視學生實驗，把學生看作是直接吸收知識而不必進行直接經(jīng)驗的人，認為只要“心靈”能集中注意，他就能掌握知識的意義，由此背棄了感性在先、實踐第一的化學教學的正確認識路線。 但僅有感性是不夠的，動手實驗的

12、深刻意義更體現(xiàn)在“解釋與結(jié)論”階段的理性思維上，思維的深刻與否決定著課堂的實效性高低。例如，學生用燃燒紅磷的方法完成測定空氣中氧氣含量的探究實驗后，我們提出兩個問題讓大家思考：1.“為什么要等集氣瓶冷卻到室溫后再打開止水夾？”全班42人只有9人回答正確，正確率僅為21%，像“防止玻璃瓶由于溫度突然下降而爆炸”；“沒有冷卻，氧氣沒有消耗干凈”；“要等紅磷放熱的過程結(jié)束等”均表明學生還沒有真正理解這個操作的意義。2.“是否可以用硫、木炭、蠟燭代替紅磷進行此項實驗？”該問題10人答對，正確率為24%，有的認為，“可以的：都可以跟氧氣結(jié)合，只要將集氣瓶中的氧氣消耗完即可”；有的認為，“不可以：其他反應

13、不能生成五氧化二磷；因為磷在燃燒時會放出大量的熱；因為木炭、蠟燭需要燃燒的時間較長，不能實際操作；因為硫、蠟燭會燒沒，而紅磷不會燒沒”等，也表明對選用紅磷做燃燒物的原因也還沒有真正理解。過去，我們過多地強調(diào)思維的統(tǒng)一，往往把標準答案直接告訴了學生，如今開放的教學環(huán)境下，學生有機會表達了自己的理解，才讓我們看到學生的理解是千差萬別的。學生的不同理解難道是一個標準答案就能解決的了的嗎？研究后進一步采取的開放性措施是，一是接納、理解每一個學生的觀點，不對學生說“不”；二是給學生留足時間和空間，讓不同水平的學生都能保有心理的自由和安全，去靜心思考；三是組織討論，讓各種觀點進行交鋒。碰撞越是激烈，思維越

14、是深刻，學生收獲才能越大。下面是我們常舉的一個例子。在“物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的”這節(jié)課上，學生先動手做實驗，把一些酒精密封在一個塑料袋里，將其放進熱水里，塑料袋膨脹后酒精看不見了，將塑料袋從熱水里拎出來，靜止一會兒，酒精又看得見了。怎樣解釋這一現(xiàn)象？甲：氣化了，變成氣體了就看不見了。乙：為什么氣體就看不見？甲：氣體無色就看不見。乙：無色的酒精為什么就看得見？甲：物質(zhì)聚在一起看得見，分散了不能反射光線就看不見。乙：物質(zhì)分散了為什么不能反射光線？甲：酒精氣化分散變成小微粒，肉眼就看不見了。乙：微粒是因為分散變小的還是分散前本來就??？ 郭思樂先生曾指出，“小組的討論交流是最重要的，是課堂教學改革的突破口

15、?！?這也是我們構(gòu)建開放性學習環(huán)境的主要措施。其中，教師的組織引導在贏得開放的實效性方面起著重要作用。例如，學生完成“人體吸入的空氣和呼出的氣體有什么不同”的探究實驗后，在“解釋結(jié)論”環(huán)節(jié)中，開展了以下討論。甲：燃著的木條在呼出的氣體中不燃燒是因為呼出的氣體中不含氧氣。乙：如果呼出的氣體中不含氧氣，我們上課的教室，不是很快就因這么多人的呼吸使人窒息了嗎？丙：木條在呼出的氣體中熄滅的快，說明二氧化碳含量高，理由是二氧化碳不支持燃燒。?。褐挥卸趸疾恢С秩紵龁?？燃著的木條在氮氣中、甚至在氫氣中也會熄滅，你又怎么解釋這一現(xiàn)象？戊也對丙提出質(zhì)疑：如果在高含量的二氧化碳中不斷的增加氧氣呢？當學生對木條

16、熄滅的原因究竟因氧氣含量少，還是二氧化碳含量多這兩種解釋爭執(zhí)不下的時候，教師作了這樣的引導：木條燃燒的條件是什么？燃著的木條熄滅的直接原因是什么？隨后，教師又用“二氧化碳的多少究竟采用何種方法檢測是恰當?shù)?？”再給以引導，一時滯漲的思想的河水立時順流而下了。教師還像舵手，引導學生思維的航船繞開暗礁，使開放的措施收到實效。另外，學生在討論中會提出他們已有知識無法回答的問題，例如，學生給“化學變化”“物理變化”舉例的時候，有同學舉出的化學變化的例子有，“不同顏料相互搭配形成不同顏色” 、“洗滌靈在水中搖勻后出現(xiàn)很多泡沫”等；舉出的物理變化例子有“在真空罩中的鬧鈴無聲”、“透過平面鏡可以看見自己”、“

17、從燈光下走過影子會逐漸變短再變長”等，都需要教師及時做出反饋和正確解釋。 開放的學習環(huán)境暴露了學生的學習“錯誤”，對學生來說，這是取得學習實效的第一步，錯誤是學習的寶貴財富，只有改正了“錯誤”才有可能獲得正確。沒有與錯誤做過斗爭的“正確答案”，學生并非是真正理解的。美國教育家杜威說過，“一個人無論在什么年齡，接觸任何新材料的第一階段不可避免地總是屬于嘗試錯誤的性質(zhì)，他必須在游戲或工作中實際上利用材料，試做一件什么事，進行他自己的沖動所引起的活動（不是迎合教師意志的活動或遵從教師要求的活動），然后注意他的力量和他所用的材料的力量之間的相互作用。當一個兒童玩積木時，就發(fā)生這種情形。但是，當一個科學

18、家在他的實驗室里開始用他不熟悉的材料作實驗時，同樣發(fā)生這種情形?！? 6. 反思與評價、表達與交流。如果說前面的“解釋和結(jié)論”的思維對象是客觀的化學變化現(xiàn)象和事實，而“反思與評價”是學生把自己的認識過程和認識結(jié)果作為思維對象的活動，是學生對探究活動的一種意義追問，價值體驗和情感升華。總之，學生只有把自身作為認識的對象和自覺實踐的對象時，才從真正意義上成為自我發(fā)展的主體，素質(zhì)的養(yǎng)成才是最具現(xiàn)實性和實效性的。此環(huán)節(jié)教學最需要體現(xiàn)學生的個體化特征，因此最需要開放。我們采取的措施，就是讓學生在自由交流暢談的環(huán)境中，敞開心扉，檢測自己所行所思的每一個環(huán)節(jié)，比如，在緒論一節(jié)讓學生圍繞以下問題進行反思：1本

19、節(jié)課的標題是“換一種視角看世界”，你認為是個什么樣的“視角”？2課文中提到的那粒“化學的種子”是什么？3說說你如何學好化學的打算？等。 “表達與交流”，不僅是實驗結(jié)果的表達，而是一個思維歷程的表達，思想訴諸于文字，留駐在筆端，是一個再思考再創(chuàng)造的過程，對學生的素質(zhì)發(fā)展同樣具有重要的作用，不是照抄結(jié)論可以替代的。 四、開放性、生成性與實效性的關系 傳統(tǒng)實驗教學，若是教師的演示實驗，學生只是觀看，充其量只經(jīng)歷了下圖所示的“五”和“六”兩個環(huán)節(jié)；若是學生的動手實驗，大多是結(jié)論已知的驗證性實驗，也不過增加了第“四”環(huán)節(jié)。在這樣的教學活動中，學生的參與很有限，常常是教師按照備課中設定的預案（預設）完成教

20、學任務，課堂很沉悶，看不到學生的思想火花。這樣的實驗教學把最具有探究性即開放性的環(huán)節(jié)都舍棄了，造成了實驗育人功能的很大喪失。 如今以“探究”為靈魂的化學實驗，八個要素呈現(xiàn)了人的科學認識的完整過程，較之封閉的結(jié)論教學，這是一種開放的教學。過程的每一環(huán)節(jié)都向著學生的智慧開放，都演出著學生的活劇，生成著智慧的過程和方法。比如，學習“物質(zhì)的微粒性、分子原子的基本性質(zhì)”這部分內(nèi)容時，學生完成了7個探究實驗和觀看了7個視頻、圖像等資料，大大激活了學生的思維和聯(lián)想，提出了很多的問題： 微粒是最小的嗎？有比微粒更小的嗎？微粒是不是應該由一個個更小的微粒組成的呢？微粒是由什么構(gòu)成的？為什么會有微粒？微粒究竟起何

21、作用？微粒有什么其他的性質(zhì)？木頭是由什么微粒組成的？各種物質(zhì)的微粒都一樣大嗎？最大的微粒有多大？微粒有顏色嗎？微粒為什么會固定住而不會散開？是分子結(jié)構(gòu)越緊密物體越結(jié)實嗎？為什么當固體受到很大壓力時會斷裂？微粒怎樣消失又怎樣產(chǎn)生？微粒繁殖嗎？微粒與化學有什么關聯(lián)？微粒間有語言或其他形式上的交流嗎？分子是怎樣產(chǎn)生的？物體的顏色、氣味是決定于其分子的顏色、氣味嗎？分子與分子間的斥力是由什么決定的？ 為什么微粒會不斷運動？分子為什么會運動？液體固體中的分子在移動的過程中為什么不進行長距離的移動，卻只在小范圍內(nèi)移動？既然微粒運動，為什么杯子里的水不會從杯子里滲出來？分子為何受熱就會分散呢？為什么受熱時，

22、分子運動的速度會變快？原子的運動速度能超過光速嗎？ 如果加入第三種液體，體積會不會再次減?。课⒘Ｖg為什么會有間隔？物體分子間隔的大小是因什么決定的？微粒間會不會發(fā)生沒有間隔的情況？微粒間是否存在其他的物質(zhì)？兩種不同的微粒進入到對方中，同時會殺死對方的微粒嗎？改變分子間隔是否形成新物質(zhì)？較小分子進入較大分子間隙時，較大分子的間隙改變嗎？為什么構(gòu)成氣體的微粒的間隔大于構(gòu)成液體的微粒的間隔？微粒間能不能沒有空隙？為什么當玻璃制品在先受熱膨脹再遇冷收縮時容易破裂？真空情況下微粒能自由移動嗎？分子有大小之分嗎？如果有，有小分子進入大分子縫隙中的說法嗎？小微粒能進入大微粒的空隙中，但能否從大微?？障吨忻?/p>

23、離出來？為什么把注射器中的空氣壓縮后，放開手后，栓塞會彈開？微粒運動快慢如何決定微粒的間隔大?。课⒘？煞褚驗闊崃慷陨砼蛎?？ 這些問題只有在開放的學習環(huán)境中才能“生成”，所謂生成，其主要特征是學生對所學提出了更多的問題，超越了教師的預設，使得課堂教學變?yōu)橛蓪W生的問題來推動。師生圍繞這些問題的實驗、思考、討論等活動，無疑使化學課堂變得很活潑、很快樂，實現(xiàn)“知識技能”“過程方法”“情感態(tài)度價值觀”目標很容易，很高效。 生成性的課堂是最具實效性的課堂。通過研究我們得出的結(jié)論是：“開放”造就課堂的“生成”，“生成”達到課堂的“實效”。 在該課題實驗的三個學年里，我們都對參與實驗的學生進行了問卷調(diào)查。在

24、對 “你喜歡科學課的實驗嗎？”這個問題的調(diào)查中，中關村中學被調(diào)查的785人中選擇“非常喜歡”和“喜歡”達94.6%，其中有54.3%選擇“非常喜歡”（其中5個班達70%以上，最高76%）。在北京五中分校的抽樣調(diào)查中，持“非常喜歡”和“喜歡”態(tài)度的占到97.0%，“比較喜歡”2.6%，“不喜歡”0.4%。每次看到學生對問卷的回答都讓我們非常激動。特別是學生對“你認為通過動手實驗的學習方式與聽講做習題的學習方式相比，有哪些優(yōu)點？”這個問題的回答，更表明了新的學習方式的意義和價值。以下摘錄的是部分學生的回答。 做實驗可親手去做完它并更深了解其中的奧妙，然而聽講不知道是怎樣產(chǎn)生的，并很乏味。動手實驗可

25、以讓我們更理解實驗的結(jié)果是怎樣產(chǎn)生的，更有助于我們明白最后結(jié)論，還鍛煉了我們的動手能力和獨立思考；動手實驗能夠加深對實驗的理解，而聽講做練習只能夠知道自己的知識漏洞；光聽不做比較枯燥，有動手會讓我們更專心的聽講；動手實驗可以放松，聽講做題枯燥無味；動手實驗使課堂更生動、形象，更有意思。而做練習題則相比起做實驗有些無聊；可以更好的幫助我們理解概念，聽講做練習題比較枯燥而且容易忘；可以動手做實驗觀察一些現(xiàn)象，讓我們有一個更直觀認識，講練習題太死，沒勁；可以讓我們親自動手探究一些知識形成的原因和過程，比聽講做習題更容易理解?；瘜W本來就是一科多動手多動腦的學科，所以動手實驗會更增加趣味性；可以讓我們看到所發(fā)生的現(xiàn)象，而不是憑空想象；聽講做習題，頭腦呈現(xiàn)的是抽象的影像，而動手做實驗可以加深對聽講、做習題的理解； 這種動手做實驗使同學們有成就感，啟發(fā)他們通向化學之路的大門而且這種方法不是很死，可以靈活運用，讓我們自己去嘗試，培養(yǎng)動手能力