探究式實驗設計|高中化學實驗教學中的冉冉新星

2020-12-14 姝心小白

高中的化學實驗教學是掌握化學知識、學習實踐動手能力的重要課程。高中化學實驗多以教師為主導,學生僅起到配合作用,被動接受大於主動學習,探究性實驗旨在打破這一固定常態,將課堂還給學生,以獨具趣味和創新性的探究形式來進行化學實驗課堂的重組,提升了學生的自主性和參與性,從觀察、學習、思考到設計完成的過程中掌握化學基礎常識,提升動手實踐能力和化學學科素養水平。本文將從探究式實驗的本質出發,對其在化學實驗教學中的作用進行研究和闡述。

探究式實驗一方面可以提高教師的教學水平,另一方面能夠促進學生進行自主學習,已經逐漸成為了當前高中化學實驗教學的重要方面。《義務教育化學課程標準》中也將探究性學習作為教學三大新理念之一,因此,關於探究式實驗設計在高中化學教學中的應用已經越來越受到了社會、學校和教師的重視。

高中化學實驗教學中探究式實驗概述

什麼是探究式實驗

探究式實驗是一種通過教師引導和提出問題,由學生自行進行猜測與動手實踐、從而得出實驗結果與論證的一種實驗形式。

探究式實驗與傳統形式實驗的區別

相對於傳統的驗證性實驗,探究性實驗更強調的是學生的獨立自主參與能力。在驗證性實驗過程中,一般由老師來講解基礎化學知識,通過演示使學生明確實驗中各個操作流程的步驟,學生參與的部分類似於「流水線生產」,並沒有主動的學習和理解;而探究性實驗中,教師起到的僅有引導、協助、總結等輔助性工作,具體的實驗過程各環節把控是由學生個人或小組來控制,從而在實驗過程中提高學生們的科學素養與實踐能力。

探究式實驗的特徵

自主性學生在進行探究性實驗時具有充分的自主性,通過發現問題、思考方法、完成驗證這一過程來完成實驗。由於探究性實驗的設立一般比較新穎,在以往的書本和老師教授的知識體系裡可能不會完全涵蓋,因此實驗過程可能會出現各種未知的情景。學生可以充分發揮自己的主觀能動性,利用自己掌握的知識去獨立理解和解決問題。

趣味性由於探究性實驗具有未知的特點,在實驗中會隨著學生的不同操作產生不同的實驗結果,學生會對結果有掌控全局的感覺,更加能夠激起學習和動手的興趣,從而提高學生的參與積極性。

在實驗方向的選擇上,教師可以多從生活中常見的情境出發,或挑選一些能夠帶來一定反轉效果的趣味性實驗,來勾起學生們的好奇心。

創新性高中化學教學中的普通化學實驗常年不變,但面向的學生卻隨著社會的發展而不斷「更新換代」,以不變的實驗來吸引變化的對象,很難得到學生的歡迎,教學效果也自然不夠理想。

而探究性實驗注重的是創新二字,無論是實驗方法的創新、實驗器材的變化還是實驗材料的不同,總會包含「新」這一特徵,對新時代的學生來說,新型的探究性實驗才更能夠滿足其挑戰感。

探究式實驗在高中化學實驗教學中的意義

高中化學實驗教學現狀

在傳統的化學實驗課上,驗證性實驗是主流教學方式:首先由老師在課前進行實驗器材的準備與實驗裝置的組建,課堂上由老師講解基礎學科知識,接下來由老師進行實驗演示,最後學生依照老師的這套完美流程將實驗重演。整個過程基本沒有學生的自主思考,而且由於這套實驗流程堪稱完美,學生不會遇到問題,更談不上研究問題和解決問題了。

探究式實驗的優勢

探究式實驗的特徵前文已有介紹,在此不再贅述,下面從教學的主客體——教師和學生兩方面敘述探究性實驗的優勢所在。

教師——改變教學模式,提高教學水平

探究式的教學模式對教師的要求首先就是整改和轉變已有的教學理念,從「填鴨式」教學模式轉換成「引領式」教學模式,教師需要摒棄熟悉的教學習慣,將思想從一味的完成教學任務的模式中剝離出來,從課程大綱出發,以提高學生的學習和動手能力為導向,來進行教學的改革和探究式實驗的設計等。

在這一過程中,過去的教學理念會退伍、已有的實驗方法需要革新、知識的總結歸納急待重塑,此時教師囿於已有的經驗已無法滿足教學目標。這種情況就會促進教師去學習新鮮、前沿的知識,從而在無形中豐富了自己的知識框架,有輸入才能保證輸出,從而提高了自身的教學水平。

學生——將課堂還給學生,培養自主學習習慣

以高中化學為例,在「金屬鈉與水反應」這一課的實驗中,納與水的反應很劇烈,時間也非常短暫,老師在講桌上演示一遍,僅僅幾分鐘就結束了,後排的同學甚至沒有看清氫氣溶於含有酚酞的水會變色的過程,在人云亦云中完成了對課程的觀摩,課後根本對該實驗沒有印象,更別提加入自己的思考了。

如果採取探究式實驗模式,可以引導學生將金屬鈉的實驗與噴泉實驗結合起來,利用噴泉實驗的內外壓強理論與噴嘴管模式,將裝酚酞的試管中設計添加一個尖嘴的長導管,讓反應後的溶液通過導管嘴噴出形成紅色噴泉,形成較為新穎和直觀的實驗效果,提升學生的好奇心和參與積極性。

探究式實驗應用於高中化學實驗教學的設計研究

如何構建探究式實驗

打破思維僵化,全方位提升探究實驗水平前文已經提及,不僅是探究性實驗,包括一切探究性的教學模式,都是對教師的教學能力的考驗與技能水平提升的要求。因此最先需要進行革新思維的是教師本身,只有保持前瞻的教學理念,不斷打破固有的教學模式,不斷推陳出新,才能在探究性教學中發揮好指導性作用。

其次,對學生的要求也要相應的改變,在探究性教學模式下,鼓勵學生自主思考,從多多提出異議,到設計方案設想不同場景,再到親自動手驗證自己的理念,才是探究性的實驗精髓之所在。

最後,整個過程中不要懼怕和排斥學生「挑戰權威」,探究性的實驗中不可預測的情況時有發生,即使作為老師,也不可能方方面面都掌握,教師應該放平心態,證實自己可能出現的不足,坦誠面對學生,在過程中和學生共同思考和驗證,找出正確的結論。

注重動手能力,實現理論與實踐的連接探究性實驗屬於創新性的教學模式,對於打破學生「眼高手低」的現狀具有積極的意義。這就需要教師從學生的角度出發,切實了解學生目前的知識掌握水平,以學生的真實學習訴求為方向,來進行實驗的設定與流程的設計。實驗設計既不要過於高深,打擊學生的參與積極性,也不要過於簡單,沒有任何好奇點,使學生失去參與的興趣。

保障基礎安全,做好教學防護與應急預案高中化學實驗雖然次數不多,但涉及到的實驗內容比較全面,從灼燒到溶液反應,從注射到爆炸產生氣體,所帶來的安全問題也是不容忽視的。常見的化學實驗經過多年的論證與實踐操作,基本排除了或極大地降低了對人體和環境有影響的汙染問題等,但探究性實驗屬於新興實驗方式,沒有經過行業專家的審定和時間的驗證,出現問題的機率相對較大。

因此在設計探究性實驗時,一定要注意把控好安全層面。任何操作都要有切實可查的理論依據,對於有可能產生廢氣毒氣廢水等有毒有害的殘留物的實驗,在正式投放到課堂之前,需要教師多人、多次、多時間、多場景驗證,雖然會有一定的原料損耗,但為了安全起見,這樣做是很有必要的。教學時要保障每個學生都在安全防護設施的範圍內,不留任何死角;課前做好應急預案,例如在黑板上寫下保衛科電話、準備好滅火器、注意打開通風廚、實驗人員備好護目鏡手套等。

探究式實驗的應用策略

將化學實驗活動微型化微型化並非將實驗的材料簡單減量,而是需要重新設計實驗,準備新的材料,設計新的流程,可以用常見的鋁板代替滴板、用廢紙代替白紙等,從原料的使用上把控用量,達到科學且節約的效果。

將化學實驗活動綠色化綠色化的一個體現形式就是實驗的串聯,例如上文提到的金屬鈉與水實驗與噴泉實驗,經過巧妙的結合,完全可以讓學生在一次實驗中掌握到兩個實驗的知識;還可以設計將前一個實驗的終產物作為下一個實驗的原料;或者將實驗搬到生活中,實驗的產物能夠得到有效利用,例如應用澱粉和葡萄糖製造家庭米酒等。

將化學實驗活動多元化多元化是指探究性實驗不止適用於課堂實驗教學部分,例如實驗模式可以以開展實驗討論、實驗競賽、實驗假說驗證辯論等多種形式來進行;實驗地點可以是化學實驗室,也可以是化工廠參觀模擬,還可以是家庭化學實驗(要在保證安全的前提下)等。

將化學實驗活動多媒體化多媒體化是在新興技術快速發展的今天,當今一代的化學教學獨有的優勢。對於汙染性很強,學生不易參與的實驗,教師可以通過前期錄製視頻播放、觀看化學頒獎典禮、運用基礎化學仿真實驗設計平臺等多媒體手段來為學生傳授知識,幫助其掌握化學學習理念,培養實驗的觀察和分析能力、提升綜合素養水平。

結論

通過文章對高中化學實驗教學中探究式實驗設計研究的論述可知,探究式實驗可有效打破當前化學教學中的傳統「填鴨教學」模式,以其特有的自主性、趣味性、創新性三大特色引領新時代化學教學革新的熱潮。無論是對教學的主體教師,還是對教學的客體學生,探究式實驗都具有促進學習、提高技能、提升素養等各方面的優勢影響。在進行探究式實驗時,可從微型化、綠色化、多元化、多媒體化等各方面去創新和設計,最終達到安全與綠色並行、實踐和創新結合的效果。

參考文獻

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