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在中学化学三阶段探究式教学中培养学生自主性
教育部在2001 年颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》中就基础教育课程改革的具体目标明确提出了如下观点：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力.”于是,转变学生学习方式,建立和形成旨在充分发挥学生主体性的探究式学习方式,促进学生在教师指导下自主、主动、富有个性地学习,成为新一轮教学改革的目标之一.为此,我们立项了广西教育科学规划“十一五”课题“中学化学三阶段探究式教与学实验研究”,决定立足一线教学实际,关注师生双边互动,分三阶段推进探究式教与学实验,寻求切实可行的策略与方法.
一、开展探究式教与学实验的着眼点
我们开展该课题实验研究,就是想改变传统教学重教师讲授、轻学生探究,重教师“他主”、轻学生“自主”,重教学结果、轻教学过程的倾向,探索一条课堂教改高效低负的路子,在常态教学中既保持传统教学的优势、充分发挥教师的主导作用,又切实贯彻新课程理念,通过提升学生学习探究的自主性来落实学生学习的主体地位,有效转变学生的学习方式,全面提高学生的学科探究能力.
(一)探究式学习的基本特征
我们认为,探究式学习至少应包括五个基本特征：一是自主性,指的是学生在学习情绪被激发的状态下采取的自觉、主动的探究式学习活动；二是综合性,指的是问题解决过程需要学生综合运用多种知识、开展多样化的活动,包括课内个人独立研究、收集资料、小组讨论、实验验证、理论探索和课外实地调研,乃至问题解决以后撰写报告或论文等；三是实践性,指的是学习过程需要调动学生各种感官,看、听、说、想、做,在实践中体验和感悟,并有所发现；四是开放性,包括问题的开放性、学习时空的开放性和问题探究结果的开放性,教师要指导学生学会设计开放性问题,引导学生从课内走向课外、从学校走向社会,采用多种可行的方式来为问题求解,且允许学生的探究结论多样化；五是创造性,指的是学生的学习活动不局限于掌握系统的知识,更强调在学习过程中对知识的整体性认知和创造性运用,通过改组、改造自身经验系统主动构建新的认知系统,进而提高创新能力.
(二)探究式教学的目标
探究式教学的目标,主要包括以下三个方面.
一是培养学生自主、参与的意识和能力.在传统的讲授式教学中,学生的主体性受制于教师的“他主”而不能得到应有的发挥,其在认知活动中的知识建构虽然也包含有一定程度的主动建构性质,但动机出自自身需求、过程中自己选择掌握的知识（工具知识,非预先决定）与可发展的能力等都十分有限.探究式教学强调学生“做中学”,让学生处于积极的、自主的学习状态,使学习过程成为一种参与式的、能动的实践过程,其间教师所关注的已不再是用什么方式最有效地传递知识以确保学生最准确地理解和掌握知识,而是如何更有效地为学习者提供支持、帮助和给养,以深刻影响学生的学习情境,有效促进学生对学习意义的自主建构,让学生的主体活动呈现出鲜明的自主性、参与性.
二是激发学生积极的学习动机,培养学生在实践中学习的能力.探究式教学建立在学生积极的心理预期和强烈的学习需求之上,整个教学过程因为设计了真实的任务情景、尊重学生的经验、注重学生实践能力的塑造而能更好地激发和维持学生的学习动机,进而全面发展学生的实践能力.探究式教学让学生在自主探究、体验感悟、实践操作的过程中不断发展实践和反思能力,改善情感、态度与价值观,学生因为拥有充分的自主权而更能充分地体验到自己在学习中的主人感、自我价值的实现感和成功的自豪感,这种积极的情感体验非常有利于学生养成良好的学习品质.
三是开发学生的创造潜能,培养学生的创新精神和实践能力.探究式教学的核心目标是开发学生的创造潜能,培育学生的创新品质,让学生在真实（或接近真实）、开放的学习情境中独立思考,积极实践,大胆探索,充分发挥主观能动性,勇于提出新观点、新思路、新方法,做到陈述性知识和程序性知识两者并重.
(三)分阶段推进探究式教与学
受传统教学方式的影响,学生的认知方式、学习习惯、问题探究能力等的改变不可能一蹴而就,我们开展“三阶段探究式教与学实验研究”,就是要逐渐实现教师从讲授式教学向探究式教学的过渡和转变,提高教师驾驭探究式教学的能力,让学生对探究式学习由不会到会直至灵活掌握,进而全面提高自主探究能力.
1.第一阶段,引导探究.基本探究方式：教师统一教学进度,以全班学生为教学单位,先示范设计探究性问题,再引导学生开展探究活动,不同层次学生可互教.主要特征：课堂活动“他主”性（教师占支配地位）明显,教师在课堂学习的各个环节都预先为学生设计好学习情境,学生按照教师预定的学习目标和学习方式展开探究活动.从学生自主性程度看,引导探究是一种低水平的探究性学习方式,通常安排在初、高中起始年级第一学期教学时使用.
2.第二阶段,合作探究.基本探究方式：教师统一教学进度,学生在教师指导下尝试以小组为单位自主设计探究性问题,开展探究活动,不同层次的学生可互助.主要特征：学生小组合作展开探究活动,教师只是学生小组探究活动的组织者,教学任务情境和探究方法设计的帮助者,探究材料的提供者和探究过程的参与者.合作探究是最主要的探究式教学方式,通常安排在初三下学期,高中跨高一、高二两个年级.从学生自主性程度看,学生在这个阶段拥有了更多自主权,组内自主交流更为充分,对探究方式的选择也更加多样.
3.第三阶段,独立自主探究.基本探究方式：教师不再统一教学进度,学生在教师、家长和能力层次较高同学的帮助下,独立、自主开展探究活动,教师可进行开放式分层施教.主要特征：学生自主提出问题,自主选择探究材料和探究方法,独立或协作解决问题,而且探究活动不限于课内；教师可以对学生在学习过程中遇到的问题提出建设性意见,指导学生反思整个探究学习过程,但不越俎代庖；最后由师生共同对所探究的问题、方法、结果进行评价.这个阶段在中学探究式学习中占比较小,通常可根据学生实际情况灵活掌握,教师不作硬性要求.从学生自主性程度看,第三阶段属于高层次探究式学习,特别强调学生的自主性和创造性.
二、中学化学探究式教学的两种常见模式及其实践应用
探究式教学的课堂操作通常包括四个基本要素：一是目标、意图、问题的生成,二是方案的策划与设计,三是方案的实施与开展,四是反思（总结和结论）.从这四个基本要素出发,依据中学化学教学的基本特点,我们研发了以下两种常用的课堂教学模式.
模式Ⅰ,选择问题→提出假说→实施探究→解释结论→评价反思.该模式以培养学生的探究意识、引导学生初步学习基本的探究方法为主要任务,从问题的定向到评价反思,每个环节的学习活动对学生的自主性要求都比较低,比如“选择问题”通常按照课本上探究活动栏目中事先给出的问题来选择就可以进行操作.
模式Ⅱ,提出问题→收集证据→形成解释→评价结果→交流发表.该模式以学生自主性水平如何发挥为重要着眼点,以学生认知能力和认知水平的提升为主要任务,从“提出问题”开始强化学生学习的自主性,每个环节的学习活动包括思维容量、动手操作的分量等都会逐渐加大,对学生实践能力的要求较高.
虽然两种模式存在一定差异,但两种模式的教学都离不开教师的充分预设、恰当组织和引导,毕竟探究本身不是目的,通过探究引导学生认识科学的本质,才是探究式教学的重要着眼点.而每堂课具体采用哪一种教学模式,通常取决于教学内容的特点及师生的教情、学情.比如：从内容上看,初中化学中关于元素及化合物知识的新授课,多数采用模式Ⅰ进行操作,包括第二单元《我们周围的空气》、第四单元《自然界的水》、第六单元《碳和碳的氧化物》等；而关于基本概念、原理知识的新授课及专题复习课,则较多采用模式Ⅱ组织教学,包括新授课第三单元《物质构成的奥秘》和专题复习课第十单元《酸和碱》等.此外学情和教师的教学风格也在一定程度上决定了两种模式的取舍,在此不再赘述.
三、在分层分段实施探究式教学的过程中实现学生学习由“他主”向“自主”的转变
教是为了不教,这是把学生的“会学”作为最终落脚点.在探究式教学的起步阶段,学生对探究式学习的方法和过程缺乏起码的认知,需要教师手把手地引导.当学生学会了探究式学习的基本方法并且初步具备了相关的学习能力以后,教师就可以逐步放手给学生自主探究了.下面,笔者以九年级化学第二、第七两个单元的新授课教学为例,分析学生在两种模式探究式学习过程中“他主”与“自主”的差异.
（一）模式Ⅰ 九年级化学第二单元《课题1 空气》,关于“空气中氧气的含量”知识点教学
教师仿照历史上著名的拉瓦锡实验原理,按照课本中图2—3 的实验装置,面向全体学生进行演示实验,一边演示一边提出问题启发学生思考,同时教给学生实验操作的做法及为什么要这么操作,让学生知其然且知其所以然.
师：同学们,请大家观察这个装置,来试着说一说它的实验原理.
生：把红磷放在燃烧匙中,点燃后迅速伸入集气瓶并把瓶塞塞紧,红磷在集气瓶中燃烧会消耗集气瓶中的氧气.
师：我们怎么知道消耗掉的氧气的体积是多少呢？（问题定向.生无语）瓶内氧气被消耗以后瓶内的气体压强会有怎样的变化？（降低难度,启发思考）
生：压强会减小.
师：当瓶内的温度恢复到室温,我们打开弹簧夹以后,会有什么现象发生？（再启发）
生：水会倒吸入瓶中.（猜想,提出假说）
师：倒吸入水的体积会有多大呢？（正式“提出问题”,教师事先已经在瓶壁上标好了刻度）我们通过实验来看看这个现象吧.（引出实验探究）
生：我们可以看到,当打开弹簧夹时,烧杯中的水倒吸进集气瓶里,瓶内液面上升的体积约占原瓶内空气体积的五分之一（实施探究,观察实验现象,收集信息）.
师：这部分体积应该是什么气体在空气中所占的体积？（引导学生积极猜想）
生：氧气！
师：为什么？（引导学生做出解释）
生：这同我们刚才的猜想是一致的,瓶内压强减小,大气压就把水压了进去,填补了这部分被消耗的氧气的体积.（解释结论）
师：红磷在瓶中燃烧,当火焰熄灭后,老师为什么要等到瓶内的温度恢复到室温时才打开弹簧夹呢？为什么选择红磷来燃烧,选择用蜡烛好不好？在实验操作时还要注意哪些问题？（引导学生对实验过程进行评价反思）
师生经过交流、讨论,最终得出气体的体积受温度的影响,不在室温时打开弹簧夹,所测到的倒吸入集气瓶中的水的体积会有误差.把红磷换成蜡烛,蜡烛燃烧会产生二氧化碳气体,这会导致测量氧气体积的困难,使误差的可能性加大；红磷燃烧后生成的物质是五氧化二磷固体小颗粒,即实验中最初发现的白烟,这种固体小颗粒易溶于水,从实验现象中可见白烟散去.在实验操作时要特别注意：当把燃烧匙中燃着的红磷伸入集气瓶中时动作一定要迅速,尽量避免瓶内气体受热膨胀而将部分空气赶出集气瓶造成测量误差.
可以看出,在以上实验探究过程中,教师的启发、引导非常细致、具体,每一个环节做什么、想什么、如何想几乎都由教师预设决定,教师的“他主”性十分明显,这也是探究式教学第一阶段的显著特征.教师发问、教师讲解、教师示范、教师评价,留给学生自主发现和探究问题的机会很少.九年级上学期是学生学习化学的起始阶段,学生的探究式学习能力相对薄弱,对化学实验过程中做什么、如何做、想什么、如何想等几乎一无所知,在经历了教师的以上引导以后,学生会对化学实验逐渐有所思考和感悟,初步体验探究式学习的过程与方法,同时加深对实验原理的认知.
（二）模式Ⅱ 第七单元《课题1 燃烧和灭火》,关于“燃烧的条件”知识点教学
教师在课前准备好小木条、小石块、铜片、500ml 烧杯、热水、红磷、白磷、直角玻璃弯管、镊子等实验用品用具,课堂上组织学生展开分组实验.学生在教师组织下分成若干实验小组；各实验小组组内讨论,自主设计实验方案、展开实验、记录实验现象、得出实验结论,并在教师组织下发表观点,介绍自己的实验操作方法,交流、展示实验成果.我们以其中某一个学习小组的实验活动过程为例,介绍学生小组合作探究的主要流程及内容.
活动一,小组讨论“燃烧的条件是什么”.（教师提出问题、问题定向）
活动二,小组讨论并确定实验方案（收集证据）,实施探究,得出相关结论.实验方案一,将小木条和石块分别放到酒精灯火焰上加热,观察有没有发生燃烧现象；实施实验后,得到的实验现象是小木条燃烧而石块不燃烧.实验方案二,根据课本提供的一些物质着火点的数据,将一小块吸干水分的白磷和少量红磷分别放在铜片的两端,再将铜片盖在盛有热水的烧杯上,观察实验现象；实施实验后,得到的实验现象是铜片上的白磷燃烧,而红磷没有燃烧.实验方案三,将一小块白磷直接投入烧杯中的热水里,观察实验现象,再取一根玻璃管对准水中的白磷吹入氧气,观察实验现象；实施实验后,得到的实验现象是,最初沉在杯底的白磷在热水中没有燃烧,当对准这块白磷吹入空气时水底的白磷发出了火光,开始燃烧.
活动三,学生在小组内讨论并分析以上实验现象,对实验结果做出以下解释（形成解释）：第一,虽然依次加热了小木条和石块,但石块不是可燃物,因此没有燃烧；第二,铜片上的白磷燃烧起来而红磷不燃烧,说明在相同温度下,白磷已经达到了燃烧所需的最低温度,而这个温度尚未达到红磷燃烧所需的最低温度；第三,在热水中的白磷虽然温度达到了着火点要求,但因为没有氧气所以不能燃烧,而当它在水下获得氧气时便发生了燃烧现象.可见,燃烧需要三个条件（得出结论）：可燃物、氧气、达到可燃物燃烧所需的最低温度（即着火点）.
活动四,教师提出新问题检验学生的学习效果：火柴头在火柴盒的边条上划过为什么会燃烧？
活动五,学生对老师提出的新问题进行思考、讨论并找出答案后,有一个学生发言（交流发表）：火柴头上的物质和木条均为可燃物；火柴头在火柴盒的边条上划过时发生摩擦,产生热量,满足了燃烧所需的最低温度（即着火点）；空气中有燃烧所需的氧气.结论是：这个过程满足了燃烧所需的三个条件,因此发生了燃烧现象.
学生回答完毕,全班学生报以热烈掌声.
以上案例,整个活动过程从方案设计、动手实验、解释现象到形成解释、交流发表,完全由学生自主完成,教师不再是课堂教学活动的主角,“以学生为中心”的课堂在模式Ⅱ的探究式教学过程中得到了很好的体现.令人欣喜的是,在对学生的自主探究进行“验收”时,学生的表达非常精确,这说明学生不仅理解了这个知识点,而且已经能够运用这个知识对实际生活中的化学现象做出自己的解释了.
从以上两个案例可以看出,随着学生对探究式学习方法由入门到逐渐熟悉,教师的“他主”逐渐让位于学生的“自主”,直至最后课堂完全成为学生“自己的课堂”.学生从初步接触探究式学习到能够通过自主、合作完成对新知的吸收与内化,进而建构起真正属于自己的知识,这正是探究式学习阶段性跨跃的必然结果.
四、在驱动性问题提出环节提高学生的自主性水平
在探究式教学中,提出问题是十分重要的教学环节,是驱动课堂探究式教学正常实施的前提.驱动性问题由谁如何提出,不仅影响着教学导向和学习活动的进行,也在很大程度上影响着学生的认知方式和过程.
对于教师而言,最关心的应是问题怎样被提出,自己需要为问题的提出提供什么情境素材作为铺垫.于是,情境创设就摆在了探究式教学驱动性问题形成的前面.情境不是问题本身,从信息论的角度看,它只是人的感官所能够接受的客观事物的信息表征,只有当学习者对这些信息表征进行有效的加工处理后才有可能形成可以驱动探究式学习的问题.对信息表征进行思维加工的过程包括分析、比较、推理、概括、抽象等心智活动,只有当这些思维活动主动趋近于学科概念、原理的逻辑系统时,具有学科特征的问题才能被真正提出.因此,课堂情境的创设是为问题的产生服务的,情境创设的目的是使学习者通过对情境的感知去发现并生成有效的学科问题,进而实现由经验理性向科学理性的过渡.通常而言,教师创设教学情境需要处理好两对基本关系.一是处理好情境与教材的关系：教材可以为情境提供丰富的素材,是情境创设最重要、最直接的素材来源；教师对教材所提供的情境素材进行分析,只有理解其用意才能用好用活这些素材.二是处理好情境与学情的关系：对学情进行分析,通常需要分析学生的年龄特征、心理特点、知识储备、能力水平（特别是探究能力水平）、认知方式等,认清学生的“最近发展区”,创设能够激起学生学习兴趣、激活学生思维的有效情境.我们常说的巧设切入点,指的就是创设出的教学情境能够足以激活学生的学习动机,使全体学生都能积极主动地参与到学习过程中来.
对于学生而言,探究式学习过程中的自主性水平是衡量其探究能力的重要标志.这种自主性体现在每个教学环节,比如在提出问题环节,探究的问题是由教师提出或直接来自学习材料,还是由学生根据各种情境素材通过分析概括自己提出,就能看出学生探究能力的高下；学生探究能力的提升需要分阶段逐步达成,不可能一蹴而就,这个提升的过程特别需要教师的恰当引导.以人教版九年级化学第四单元《课题3 水的组成》中教师的演示实验“水通电”为例,当学生观察到在正、负两个电极上分别产生了一种可燃性气体（氢气）和另一种可以助燃的气体（氧气）,知道了两种气体的体积比为2：1 时,教师没有提出任何问题,而是让学生先思考,再根据实验现象提出问题.学生很顺畅地提出了下面三个问题：第一,水在通电的情况下为什么会有氢气和氧气产生,难道水中有氢气吗？第二,水通电时发生的变化是化学变化吗？如何表述这个变化？第三,这个变化能让我们说明水的组成吗？虽然学生自己提出的问题与教材上要讨论的问题并不完全一致,但是经过教师启发引导,学生对实验现象背后事物本质的认识逐渐清晰,从氢气（物质）→氢元素（氢H）,氧气（物质）→氧元素（氧O）,再从氢、氧元素→水（物质）,学生终于对这个问题做出了正确的概括、提炼：水是由哪些元素组成的？
为了帮助教师在提出问题环节分析学生的自主性水平,我们用表1 作为测量工具：问题由学习者（学生）自己提出时,学生的自主性水平最高；如果在别人提出的问题中选择并提出新的问题,自主性水平次之.
以人教版高中化学选修4 第四章第四节《金属的电化学腐蚀与防护》第二框题“金属的电化学防护”教学案例中学生提出的科学性问题为例,分析其问题的自主性水平如表2.
教材作为知识的载体,其思维和智力价值是潜在的,教师需要认真解读教材,仔细斟酌每一个教学环节的实施策略与方法,努力使教材文本中的知识与价值真正变成学生自己的知识与能力.就情境创设与问题生成这个教学环节而言,同样存在着预设与生成的关系：教学情境一旦出现,学生需要在事物的现象与本质之间迅速找到相互关联的基本线索,这个寻找线索的过程是一种思维加工的过程,这种思维加工能否形成符合教师预期的驱动性问题,会因为学生知识积累和个体经验的差异及教师教学预期的主观性等而表现出一定程度的不确定性.要使这种不确定性变得更具指向性,教师必须做出更为恰当的引导,通过启发、点拨或者一些必要的知识或情境铺垫,逐渐把学生对信息的解读引向对学科本质的概括,进而提出更有价值的问题.
五、丰富多彩的探究式课堂实践
在进行课题实验研究的过程中,我们的课题组团队在教学实践中,根据授课内容及课堂活动组织方式的不同特点,创设出丰富多彩的探究式课堂.按照课型分,有新授课的探究、专题课的探究、习题课的探究、单元复习课的探究等；按照探究所依托的经验类型（知识块）分,有概念理论探究、元素化合物知识探究、方法策略技能型探究以及综合性探究等；按照探究环节的多少分,有比较完整的探究和局部的探究；按照探究活动开展的教学时间和空间分,有课内探究、课外探究以及课内与课外相结合的探究,单课时探究、连堂课探究以及单元探究等；按照一堂课中学生的自主性和独立性水平分,有班集体探究、小组合作探究、个人独立探究……丰富多彩的探究式课堂,在同样的探究式教学中体现出各自独具的特点,如：元素化合物内容的课要充分运用好学生实验,尽可能让学生通过动手体验获得对新知的理解,从实证到推理完成对知识的系统建构：概念原理内容的探究式教学需要让学生学会收集信息,激活抽象思维,进行概念、符号等的演绎推理.类型多样的探究式课堂教学,既丰富了探究式教学课堂行为研究的内容,又促进了研究团队教师对探究式学习理论的理解和深化,而理论与实践的结合又进一步推动着研究团队在探索中不断进取,跋涉前行.
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