探究式学习理论在化学教学中的应用与思考

一、自主探究课堂模式实践

在一些中小学，我们经常听到教师有这样的疑问：我们好好教书不就行了，为什么还要学生“动”起来？学生一“动”起来，教学任务就完不成怎么办？为什么课堂教学中要落实学生的“自主、合作、探究”？既然强调课堂教学要讲究模式，那发展学生的自主性和个性又怎么办？既然要求教学讲究模式，教师上课就讲不出“味道”又怎么办？有相当一部分学生看了书都说“懂”，为何就是课后做不来题？……当我们深入课堂听课后，也发现了一些不容忽视的问题：当没有学校管理者查巡课堂时，“老师滔滔讲，学生默默听”的现象时有发生，甚至在晚自习，老师总是偷偷讲；现在又出现了一些“新气象”，如老师“满堂问”，学生“满堂吼”“满堂议”等“热热闹闹满屋沸腾，结果检测一片空白”的现象。

为了克服前进道路上出现的这些暂时困难或徘徊不前的困境，我们需要理性思考，从根本上迈步，并进一步从认识上探讨，从实践上探索。下面就此做一些介绍和探讨。

1.既然是自主探究式课堂教学，为何要讲究模式？

重庆市綦江中学是一所重庆市课程改革“样本校”，来访的百余所学校中多数学校的老师都提到一个问题，课改初期校内不少教研组也同样提到这个问题，即“既然强调课堂教学要讲究模式，那发展学生的自主性和个性又怎么办呢？”他们所指的本意是，要发展学生的自主性和个性，就不应该讲究教学模式。笔者做了这样的解答：书法爱好者在成为书法家之前，都是先练熟基本笔画和常用字以后描摹名家字帖入帖入模，然后潜心苦练再变式研究才可能成为名家；又如象棋、围棋爱好者在成为高手之前，同样是先学会走基本步子，下到了一定程度，就需要读棋谱，学会多种“定式”，再找高手对弈（实践）才会有水平提高，然后以多种定式的巧妙组合才有可能成为高手。其实“教无定法”说明教学有“法”，只是要汲取各种教学法的长处，学习每一种教学法的优点，才可能博采众长综合出具有自主创新的探究模式。所以年轻教师首先要逐步地多掌握一些基本的课堂教学模式。

2.自主探究式课堂结构究竟怎么样？

黄武雄先生曾经讲过一个《父亲的脚后跟》的故事，从中可以悟出自主探究是何等重要，也可略知自主探究式的课堂结构。这个故事大概如下：

小时候我曾住在丰原东边的山里，父亲常带着我入城。这条路很长，走起来总要两三个钟头，他的步伐大而且快，我必须两脚不停地划，眼睛不停地盯住他那双破旧的布鞋，一路不停地赶才能跟上。有一次，天色渐晚，路过一道铁桥，一根根枕木的间隔比我的步子还宽，平常父亲总会歇下来等着我爬过去，或索性抱着我过去，但那天他心里不知牵挂些什么，等到我爬过桥，抬头一看，他已经“失踪”了。突然，我涌起一阵恐惧：“这条路来回已跟着父亲走过二三十趟了，怎么一下子变得如此陌生？”我哭着等在桥端的田埂上，几个钟头在黑夜里又饿又怕。我甚至分不清家的方向。我苦苦思忆，但呈现的总是父亲那双不停晃动的布鞋。午夜时分，总算由远而近，传来了母亲苛责父亲的声音。后来我才知道父亲回到家竟还不知我早在半途就已走失。

在传统教学中，学生被一步不落地“牵着走”是多么危险，丢手之后可能连方向都找不着。所以自主探究教学就是为会走路的孩子在岔路口“辨岔路”，且让孩子总是走在前面先试着“辨路”；教不会走路的孩子“学走路”，“学走路”意味着没有人能够代替你走路，你只能自己经过爬行，跌跌撞撞，然后才能学会直立走路。跌倒、摔跤等是成长路上的正常现象，如果不付出这些代价，人就不会掌握走路的技巧，所以大人教孩子“学走路”，在“牵手”的同时，应不忘适时“放手”。同样，我们成人学骑自行车时也都有过类似的经历。这个秘密至少在叶圣陶那里已经被识破。1962年，叶圣陶在给教师的通信中提出，教学如“扶孩子走路，虽小心扶持，而时时不忘放手也。我近来常以一语语人，凡为教，目的在达到不需要教”。所以，我们所要构建的自主探究式课堂结构，应反映学生认识客观规律的过程，要遵循三个认知层次：观察（探索）、思维（研究）、迁移（运用），同时还应反映出学生进行任何一个认知层次时，在师生共同创设的丰富多彩的教学情境中，要“动手做、动眼看、动耳听、动情读、动口议、动笔写、动脑思”，全身心投入学习过程。

3.教师在自主探究式课堂中究竟发挥什么作用？

在近年的一次学术研讨会上，一位专家介绍了他的课题研究成果，提出了一堂课所学知识总量及难度与学习方式的关系，如表1-2所示，所以课堂上教师的主要任务就是完成“需老师教，才会学懂的知识（约20%）”的教学（注：也有人认为此部分约占30%）。当然，效益在课内，功夫却在课外，按照现代课程观的要求，课前教师要将课程文本、课程资源与体验性课程有机整合成一个自然流畅的整体，即“课程整合”，依据课程整合而预设的理想态的教学设计通过教学过程转化为实施态，所以现代课程观认为教师在课前的规划相当于“作家写剧本”，课中的作用相当于“导演”。《基础教育课程改革纲要（试行）》对教师的作用作了权威性的界定：“教师在教学过程中应与学生积极互动、共同发展，要处理好传授知识与培养能力的关系，注重培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习，促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习。”

表1-2 课堂学习知识难易分布表

在实践操作的层面，教师课前预设问题（往往设计成问题群或问题链），从问题的教学功能出发，可设计出各种类型及各个层次的问题，课堂上最重要的任务之一是相机提出问题，如引入性问题（链）、掌握性问题（链）、诊断性问题（链）、探究性问题（链）、迁移性问题（链）、总结性问题（链）等。美国教育专家肯尼思·H.胡佛说：“整个教学的最终目标是培养学生正确提出问题和回答问题的能力。任何时候都应鼓励学生提问。”在教学过程中，教师要善用“提问”引发学生的“问题”，即在课堂中重视并利用随时生成的“问题”，从而培养学生的创新思维。有了问题作为目标（路标）进行学习导引，学生全身心投入体验性课程的自我感悟过程中，以独立思考为基础和前提，继以相互合作，通过同化或顺应，建构起自己的认知结构。

比如，在人教版高中化学教材《化学2》中“用电子式表示物质粒子的形成过程”这一问题（任务），学生总是顾此失彼，老犯错误，原因是需要注意的子问题易忘易错环节（问题）太多。为此老师可将大问题分解成几个环节的若干递进性子问题，实行逐步垫设“台阶”的办法进行解决，如：（1）如何表示原子的电子式？（2）如何表示离子的电子式（包括阳离子和阴离子）？（3）如何表示某种物质的粒子的电子式？（4）如何表示某种物质的粒子的形成过程？通过该方法的讲授，学生掌握效果大大改善，这就充分体现了教师的引导作用。所以说，教师在课堂上是组织者、领导者、管理者、指导者、参与者（平等中的首席），可以说教师具有管理课堂体制、机制与“点睛”作用。

4.自主探究式的问题解决应如何具体操作？

科学探究的最终目的是解决问题，而大多数的问题解决单靠实验探究是无法完成的，还必须有理论的探究和建构，因此，科学思维（即严密的逻辑思维）、创新性思维在问题解决过程中起着关键性作用。我国教育专家钟启泉等在《为了中华民族的复兴 为了每位学生的发展：基础教育课程改革纲要（试行）解读》中提出了在课堂教学中应以类似科学探究的自主探究为主要手段，以问题解决为目标的探究学习的一般过程或模式。如图1-3所示为“化学问题解决机制示意图”。

图1-3 化学问题解决机制示意图

为方便研讨，先理解以下几个相关概念或术语。①问题情境，布鲁纳认为：“学习者在一定的问题情境中，经历对学习材料的亲身体验和发展过程，才是学习者最有价值的东西。”一切学习都是在一定的环境条件下进行的，从这种意义上讲，“问题情境”可理解为一种具有特殊意义的教学环境。这种教学环境除了物理意义上的存在外，还有心理意义上的存在。顺便区分一下情境中的“问题”，《现代汉语词典（第7版）》中关于“问题”的几种解释中与教育相关的有两条：一是指“要求回答或解释的题目”；二是指“须要研究讨论并加以解决的矛盾、疑难”。认知心理学认为情境中的“问题”是指主体想做某件事，但又不能即刻知道做这件事所需要采取的一系列行动的情境，可见问题与问题情境这两个概念的含义几乎相同，都包括四个方面，即目标、给定条件、转换方法和障碍。②问题表征：分析、理解问题的条件、要求（目标）、障碍，在头脑中形成整个问题的结构。问题表征策略可采用的方法与步骤有：仔细读题、审题和整体上把握问题，在早期阶段，可配合图示或表格来进行直观表征。根据迁移学原理，每学一个重要的概念或定理，都可以采用图示中的“化学问题解决机制”的办法进行教学。③元认知监控：指人们能够积极自觉地对认知活动进行监视、控制和调节，包括选择、评价与修正认知策略。它涉及以下四个环节：第一，制订计划；第二，实际控制；第三，检查结果；第四，采取补救措施。元认知就是指关于认知的认知（弗拉维尔于2002年提出），它包括的三种成分（要素）为元认知知识、元认知体验（元认知技能）、元认知监控。

【案例】实验室需要22.4L（标准状况）二氧化硫，化学小组的同学们取65.0g锌粒与110m L98%的浓硫酸（ρ=1.84g.cm-3）充分反应，锌全部溶解后，即将收集的气体全部送至实验室，不料经老师检测，发现存在严重的质量问题，气体随即被返回。

（1）化学小组所制得的气体中混有的主要杂质气体可能是什么（填化学式）？产生该杂质的主要原因是什么？（请用化学方程式配以必要的文字说明）

（2）为证实相关分析，化学小组的同学们设计了如图1-4所示实验装置，对退回的气体（X）进行了认真探究。

①组装好仪器后，盛放药品之前，必要的一个操作是什么？

②B中的试剂可能是什么？作用是什么？D中加入的试剂可能是什么？作用是什么？

③可证实气体X中混有较多某杂质气体的实验现象是什么？

④G、H装置的作用分别是什么？

图1-4 金属与浓硫酸反应产物的检验装置

分析：这种典型实验综合探究题目，在高一阶段学生不会做情有可原，然而在高一、高二都做了细致评讲，到了高三年级的全市二诊测试时，却仍然有很大一部分同学不会做，这就是一个问题了。这问题就出在师生们都总是在“抢”进度，都觉得老师一讲就瞬间全清楚了，何必去多花时间探究呢？老师在高一时讲清楚了，高二又大讲特讲，学生即使不会做或做错了，也未做深刻细致的反思。笔者以图1-3所示理论为指导，结合图1-4对学生仅做提示性分析，着重进行反思性引导，从而使学生印象深刻。分析请见图1-5所示，现仅做三点提示：第一，“锌与浓硫酸的化学反应方程式”即是图示中的“原型”，依“原型”便容易计算出二氧化硫气体的体积（标准状况下），恰好就是22.4L，为何“将收集的气体全部送至实验室，不料经老师检测存在严重的质量问题”？显然“原型”的匹配未成功；第二，“化学小组所制得的气体中混有的主要杂质气体”是什么呢？此时就需要“联结重组”，原来锌虽反应完，但通过粗略计算可知，随着反应的进行，浓硫酸的浓度降低，很可能浓硫酸变成了稀硫酸，那么锌与稀硫酸之间的反应为Zn+H2SO4===Zn SO4+H2↑，所以生成的22.4L（标准状况下）气体实际上是SO2和H2组成的混合气体；第三，F中发生的反应为H2+CuOCu+H2O，通过称量F（或G）在反应前后的质量变化，即可借助化学反应方程式计算出H2的量。其余易解，具体略。

图1-5 浓硫酸与金属反应的产物的分析流程

二、探究式学习理论在化学教学中的应用与思考

“我听说了，就忘记了；我看见了，就领会了；我做过了，就理解了。”美国华盛顿大学校园的这副条幅，突出了“做中学”的重要性。我国著名科学家王选院士总结了他的“科技创新之道”：在年轻的时候养成了自己动手的习惯；30岁以前具备了计算机硬件和软件两方面的知识和具体实践；长期在第一线拼命干活，即实践探究是创新的基础和关键。王选所言，正击中了我国传统“灌输教学”之弊端，那么，我们怎样才能在课堂教学中有效地实施探究式学习呢？

1.值得实施探究式教学的内容（有价值问题）的主要特征。

依据美国著名课程专家威金斯（Wiggins G.）和麦克泰（Mc Tighe J.）的观点，教学中值得深入理解（即值得探究）的学习内容具有以下特征：（1）居于学科的中心，即居于课程的中心，且是抽象的易于误解的观念性问题，并具有高度概括性和辐射性的内容；（2）具有持久的价值，具有超越课堂的持久价值，代表一种重大的观念；（3）有吸引力，对学习者具有潜在的价值需要发现，值得深入探讨。可以概括为，值得探究的内容是关系深入理解学习的概念性、抽象性问题，关联学生未来智能发展的核心内容。

课堂教学无论采取什么方式方法，关键在于激发学生的智能发展，为学生的终身发展奠基。维果茨基在谈到教学和发展的关系时，提出了“最近发展区理论”。从形式上看，教师要从教学目标出发，更多地设计一些发散类和探究类问题。从问题涉及的内容看，我们把问题类型分为五大类：一是判别类问题，主要是对事物加以判定，常用词语是“是不是”“对不对”；二是描述类问题，主要是对客观事物加以陈述和说明，常用词语是“是什么”“怎么样”；三是探索类问题，主要是对事物的原因、规律、内在联系加以剖析，常用词语是“为什么”“你从中发现了什么”“找到了什么规律”等；四是发散类问题，主要是从多角度、多方面、多层次、多领域去认识客观事物，常用词语是“除此之外，还能想到哪些方法”“你从中体会到了什么”，此类问题最根本的特点是答案不唯一；五是集中类问题，主要是通过比较多种方法、多种途径、多种答案，筛选出最佳方案，常用词语是“你认为哪种方法最好”。所以，值得探究的问题是具有探索性、发散性、求同性的问题。若按语义记忆的类型分，当代认知心理学家把语义知识主要分为三类：一是描述性知识，也叫语义知识，指关于世界的事实性知识，主要回答“是什么”“怎么样”等问题；二是程序性知识，指在特定条件下可以使用的一系列操作步骤或计算法则；三是策略性知识，实质是关于如何学习和如何思维的知识，是关于如何使用描述性知识和程序性知识去学习、记忆、解决问题的一般方法。按语义记忆的分类方法，值得探究的知识主要是策略性知识。

2.探究式学习的内涵与基本特征。

要研究探究式学习，首先得明确什么是探究？按照《牛津英语词典》中的定义，探究是“求索知识或信息，特别是求真的活动；是搜寻、研究、调查、检验的活动；是提问和质疑的活动”。美国《国家科学教育标准》中提出：“对产生于学生的经验的真实问题的探究是科学教学的核心策略，探究是多方面的活动，包括：观察；提出问题；通过阅览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论；制订调查计划；根据实验证据对已有的结论做评价；用工具搜集、分析、解释数据；提出解答、解释和预测以及交流结果。探究要求确定假设，进行批判和逻辑的思考，并且考虑其他可以替代的解释。”根据对探究和探究性学习过程的分析，可将探究性学习的基本特征概括为五个方面的内容，简要地说包含如下要素：问题、设想（假设）、证据、结论与解释、评价和交流。探究性学习就是通过一系列探究活动去发现问题（提出问题）、分析问题、提出假设、搜集证据、解决问题、评价和交流的学习过程。

3.探究式学习在化学教学中的应用。

【案例】某研究性学习小组的一个课题是“NO2能否支持木条的燃烧”，由于实验室没有现成的NO2气体，该小组的同学设计了两个方案。（忽略N2O4的存在，图中铁架台等夹持仪器均已略去。已知硝酸铜固体加热分解的化学方程式为：2Cu（NO3）22Cu O＋4NO2↑＋O2↑）

图1-6 NO2能否支持燃烧的实验装置图

（1）实验装置如图1-6A所示。实验开始后木条上的火星逐渐熄灭，有的同学得出“NO2不能支持木条的燃烧”的结论。你认为这一结论是否正确？相应理由是什么？

（2）实验装置如图1-6B所示。当集气瓶中充满红棕色气体时，木条复燃了，有的同学得出“NO2能支持木条燃烧”的结论。你认为这一结论是否正确？相应的理由是什么？

（3）为了更直接说明“NO2能否支持木条的燃烧”这一问题，请你重新设计一个简单的实验方案，简述实验原理和主要操作。

提示：正确判断此探究性问题的关键在于联系日常生活常识，找准火星复燃的判断基准——空气中氧气的体积含量为21%，但木条上余烬的火星并不会复燃。根据（1）中所发生化学反应方程式，初看木条熄灭的原因是硝酸分解产生的氧气含量为20%，略低于空气中氧气的体积含量，但更为主要的原因是加热时硝酸溶液中水蒸气的大量挥发而导致火星熄灭；（2）中硝酸铜受热分解的化学方程式为：2Cu（NO3）22Cu O＋4NO2↑＋O2↑，可见，分解产生的混合气体中氧气的体积分数为20%，跟空气中氧气的含量近似相等。

答案：（1）不正确；带火星的木条熄灭可能是由于加热时产生大量水蒸气所致。（2）正确；硝酸铜分解产生的混合气体中氧气的体积分数与空气中氧气的体积分数基本相同，若NO2不支持燃烧，则木条与在空气中情况一样而不会复燃。（3）用金属铜与浓硝酸反应制取NO2气体，并用浓硫酸或无水氯化钙进行干燥，再将带火星的木条伸入二氧化氮中观察现象。

4.探究式学习的思考。

在探究式学习中，老师的责任就是把时间和空间还给孩子“，给学生一批疑难，让他去探索；给学生一个目标，让他去追求；给学生一片空间，让他去创造”。只有这样，每个学生的个性才能得到充分发展。探究的意义在于经历，在于放手让学生自行探究，主动获取；让学生带着问题去探究，在探究的过程中碰撞出新的问题火花、新的矛盾，然后再针对新问题进行新的探索。

探究式学习在化学新课程中的作用表现在以下几个方面：①培养学生的创新意识和创新能力。②培养学生问题意识和解决问题的能力。问题意识即一种怀疑精神，一种探索意识，它是创造的起点，没有问题意识就没有创造性。探究式学习从一开始就把目标指向学生的问题意识的培养上，在探究过程中，学生通过发现问题、提出问题、提出解决问题的设想、收集资料、分析资料、形成假设与千方百计求证结论等过程都能够使其问题意识得到培养，逐步掌握基本的科学探究方法，学会在一个开放环境中收集信息、加工和处理信息。以上各个环节都是在训练学生学习和运用科学研究方法发现和解决问题的过程。③培养学生的合作精神和人际交往能力。④帮助学生获取科学知识及方法并能灵活运用。在探究活动中，学生能够了解和学习假说、观察、实验、分析、比较、判断、归纳、概括等科学方法，在了解科学方法的过程中，进一步巩固和发展已经掌握的科学知识。⑤培养学生的科学精神和科学态度。当今科学研究的主要方式是集体研究，因此强调学生在个人独立探究的基础上，进行小组合作探究，这有利于培养学生的科学精神、合作精神。⑥培养学生关注现实、关注人类发展的意识和责任感。

要切实推行探究式学习，需要从各级管理到各个学科整体联动、坚决行动。推行新课程改革，已经十多年了，现在的问题关键在行动，而且必须至少是以班为单位各科齐动，否则实施新课改是一句空话。

推行探究式学习，还需要切实加强实验教学，提升实验探究素质。化学有两个重要的特点，一是以实验为基础；二是在生产和生活实际中具有广泛的应用。笔者于2003年底在西南师范大学参加学习，曾向王祖浩教授提过关于加强实验教学的建议，一是让新分配大学生在工作第一年不上课，专门听课和做中学化学教材中的实验；二是加强对实验教学的考核工作，特别是对实验操作的考核，具体设想如下：以省（区）为单位，备选相当数量的实验操作考试监考教师，采取从本省（区）的其他市区（县）抽签组建监考教师；实验操作考试内容尽可能广一些。某考区（校）的监考教师抽签产生后，旋即在较短时间内抽签产生考试题目。只要评分要点尽可能细，应该说本项工作具有可操作性。只要考试过硬，日常实验教学自然得到大幅度加强，培养创新精神和实践能力的状况自然得到大幅度改观。