搜索
动手做，动脑想——中学化学课例《为何能形成“喷泉”》的实践与思考上海市普陀区教育学院张玉华中学教研室李志道1摘要：化学课程标准中明确提出：“将科学探究作为课程改革的突破口”，倡导以科学探究为主的多样化的学习方式。本文以《为何能形成“喷泉”》一课为载体，通过实践与反思，阐述在化学学科教学中指导学生进行活动式学习时，教师和学生都不仅应动手做（hands—on）,更要强调动脑想(minds—on)，学习科学是体与脑共同活动的“能动的过程”。关键词：科学探究，“喷泉”现象，动手做，动脑想一．问题提出以往，学生的化学实验很多时候都是“找葫芦画瓢”，按照实验手册上的操作步骤，只要“动手做”就能得出一个结果，验证一个原理。中学化学实验的功能被固化和窄化在形成概念、验证原理、技能操作三大方面。如何能拓展和释放实验的功能，这是我们一直努力思考的。时值初三毕业前的化学总复习阶段，在学生对于初中化学基础知识有了一定掌握的基础上，我们将化学实验中各种形式的“喷泉”现象与需复习的物质知识相整合，设计了一节专题复习课。试图让化学实验成为学生建构新知识的工具，成为问题解决的一种途径。另外，在迄今为止我国中小学的教学实践中，教师中心、书本中心、课堂中心仍然是最基本的特征，所有的学习活动也是紧紧地围绕这三个中心展开的。因此，学生所要学习的知识主要来自教师、书本和课堂，是能够言传的知识。在本课例的实践中，我们试图以“实验”为载体让学生体验：其实还有一种知识是缄默的，镶嵌于实践活动之中的，是情境性和个体化的，常常是不可言传的。而要达到以上教学和学习目标，在实践中教师和学生同时“动手做，动脑想”是必需的过程。二、实践与反思教学实践本身是一个丰富的、多元的，需要根据教学实际情况不断加以调节的过程。从理想的教学设计到真正在课堂实施之间存在差距，教师在期望与现实的碰撞中遭遇挫折。研究人员、教研人员、合作伙伴的适时介入与沟通合作，帮助执教者反思教学设计、自省改善教学行为。1．原行为阶段原行为阶段，教学设计中较多关注“让实验成为学生建构新知识的工具”的理念，教师试图让学生在自主设计“喷泉”实验的过程中同时建构形成“喷泉”的原理知识：下方压强突然增大形成喷泉，或者是在下方压强不变时上方压强突然变小可以形成喷泉。事实证明这样的学习要求超越了学生的“最近发展区”。课堂上学生设计实验占时20分钟，实验探究占时10分钟，实验成功率为33%（九组实验成功了3组）。访谈时，学生这样谈自己的体会：我很兴奋，在今天的实验中我有很大的“自主权”1感谢上海市教科院王洁博士的悉心指导和帮助3366020406080成功率%原行为行为改进面对那么多供选择的器材，我们不知该选择什么才好。实验做了，没成功。我觉得挺盲目的，用量该多少，该怎样操作……2．行为改进阶段行为改进阶段，我们试图切合学生的探究能力，方法是缩小学生设计实验的空间，提供“结构性的探究材料”。从可选用的实验器材中除去“酒精喷泉”和“氯化氢气体喷泉”,“由四选一”缩小到“二选一”。我们仅提供了CO2气体、HCl（体积比浓度1：6）溶液、Na2CO3（质量百分比浓度6%）溶液、NaOH溶液、锥形瓶、带导管的橡皮塞等药品和实验器材，试图将学生的设计思路集中在“二氧化碳气体”喷泉：产生“二氧化碳气体喷泉”和“二氧化碳气体溶于氢氧化钠溶液中的喷泉”。改进以后，学生实验设计、实验探究各占时15分钟，实验成功率上升为66%。数据统计比较如图1、2：图1实验设计、实验探究占时对比图2实验成功率对比反馈会议上，大家质疑：“有结构的指导性探究是否约等于验证性实验？”“是真探究还是假探究”“科学探究的过程教师应关注的是实验成功、知识建构，还是学生科学素养的培养？”引都起我们的深思。从“验证实验”到“自由探究”是不可能一步到位的，其间必须经历老师的指导，通过提供“结构性的探究材料”为学生提供“有结构的指导性”，是老师在科学探究课堂中常常用到的方法。本堂课中老师采用减少实验材料，从而缩小学生设计空间，就是一个可行的方法。3．新行为阶段在两次实践、两次反思之后，我们重新思索：为何要改变学生的学习方式，让实验成为学生探究的工具？难道仅仅是为了建构一个“喷泉”形成的上位概念，仅仅是让学生的实验探究获得成功？答案肯定是“不”。也许这些都是载体，最终是为了学生的终身可持续发展。如果是这样，那么是否我们该淡化结果，关注过程。让实验探究的最终目的回归到让学生体验学科的本质，掌握学习的方法，培养科学的素养上来。“学起于思”，“不思则惘”。学习的关键在于学生开启自己的智慧大门去思考问题。探究的前提是充分调动学生的各种感观功能，通过有效的激“愤”促“悱”。那么教师如何为学生的“动手做，动脑想”创设平台呢？我们采取以下做法：（1）情境设计现实生活中的“喷泉”现象很多，火山爆发，城市喷泉，碳酸饮料突然打开瓶盖，泡沫灭火器喷射灭火……，我们的设计直接从学生所亲历的事物——学校旁大型超市门口的“喷泉”为教学的出发点，学生探究的起点。探究的前提是学生的兴趣，教学中丰富情境的创设，易于激发学生的兴趣，但过于丰富的学习材料，也容易导致学生注意力的分散，使教学中的学生讨论游离于探究的主题。直奔探究主题的教学情境设计，在某种程度上也能提高学生探究的效益。事实证明我们是对的。（2）实验演示101505101520分钟原行为行为改进“酒精喷泉”为了让学生的实验设计更加有方向，老师做了两个演示实验：“酒精喷泉”和“NH3喷泉”。教师演示：“酒精喷泉”实验师：现象是如何产生的呢？生：压强增大了？师：那个空间的压强增大了？生：下方锥形瓶内的压强。师为何会增大？生：酒精汽化。师酒精为何会汽化生：浓H2SO4稀释时产生热量。师：请这位学生归纳一下，形成“酒精喷泉”的原因，好不好？！生：浓H2SO4稀释时，产生大量的热，使酒精汽化，增大了锥形瓶内的压强，将未汽化的酒精压出瓶外形成“喷泉”。“酒精喷泉”比较难成功，将浓硫酸倾倒入水中也比较危险，一般学生实验不作安排。但由于“酒精喷泉”揭示的原理和学生日常生活中遇见的“城市喷泉”产生的原理是一致的，所以我们在情景创设后进行演示。同时在演示实验时，可以帮助学生复习浓硫酸的相关性质。实验是教师面向全班演示的，边做边问，意图是鼓励学生跟着老师一起思考、理解“喷泉”产生的原理。“NH3喷泉”教师演示：NH3的喷泉（实验演示了两次；教师的第一次演示实验失败了，这是有意安排的。）师：这种“喷泉”现象又是什么原因产生的呢？（师组织讨论，生在思索、交流）生：上方压强减小。生：氨气易溶于水。生：下方压强不变。“氨气喷泉”是我们安排的第二个演示实验，安排这个实验的目的有两个：一是让学生完整地认识喷泉产生的原理（可以是下方压强增大，也可以是上方压强变小）；二是如果在一些操作细节上处理不好，氨气喷泉很容易失败。演示中老师就失败了一次，是故意安排的，意图是引起学生的思考，希望他们养成科学探究中缜密思考的习惯。学生由典型性代表的事例——“酒精、氨气的喷泉”实验，概括出能产生喷泉的原理——压强差。其思维的实质是由表征性抽象（对物质及其变化的特征和规律性的概括）上升到原理性抽象（对化学实验事实产生的本质原因的抽象）。在这里，老师阐明有关概念、原理的适用条件，表面上是减少学生在以后进行实验设计时的困难，实质在于是帮助学生真正实现知识的迁移。（3）学生的实践在以往的化学实验中，老师为学生提供实验的材料、装置，学生按照实验报告的要求去操作，一步步下来也能得到一个预期的结果。但学生很少思考为什么要这样做，更不怀疑实验装置、操作方法有何不妥。实验仅仅是验证原理，强化记忆的一种手段。在原行为阶段后，我们进行问卷，调查学生对于实验探究中各个方面的思考程度，统计结果见下表：思考内容深入思考一般思考不予思考实验原理变化实质85%15%0%定量关系0%26%74%反应条件12%65%23%装置原理仪器选用88%12%0%配套组合31%43%26%连接顺序15%68%17%操作原理操作步骤78%18%4%注意事项11%64%25%安全措施25%57%18%统计表明：学生比较关注物质变化的实质、反应仪器的选用、实验的操作步骤等事项，而往往忽略对于化学实验中的定量关系、配套组合、注意事项的思考。这是“验证性实验”使学生形成的思维定势。让科学探究变为学生们要自己实践的事，不能由别人代劳。“动手”的实践活动自不可少，但是这还不够，学生们还必须有“动脑”的理性体验。学生需要提出问题，获取知识，对现象作出解释，以多种不同方式对所作解释进行检验，并且能把自己的看法传递给别人。行为跟进的过程中，我们曾一度忽视研究性学习中，课程内容的“生成性”。原行为阶段，教师曾问自己的合作伙伴“这些内容要用一节课时间吗？”而新行为阶段，我们整整用了一节半课的时间。学生在“问题解决”的过程中产生新的问题，从而建构新的知识，就象化学中的结晶过程一样，知识越积越多，越来越晶莹剔透。对于碳酸钠和盐酸反应产生二氧化碳，使下方压强增大产生“喷泉”的实验，学生阐发以下讨论：关于“定量”的探究从量的角度去考察实验，属于高层次的实验探究。中学阶段，一般进行定性实验，而较少进行定量实验，这符合学生认知的心理特征。但是如果长期不对化学实验进行定量研究，就会使学生习以为常地把一些并不完全准确的知识默认下来，造成思维敏锐性的降低。学生在讨论过程中，“似懂非懂”地感觉到“试剂的用量”和“浓度”对于实验的安全和成功关系重大：课堂实录片段：生1：塞子塞住，会有危险的生2：气体少一些还行生1：少了，又喷不出来生3：还有，液体混合再塞塞子，来得及吗？气体都跑光了生5：让反应速度慢一些生3：怎么慢？生5：好象跟浓度有关吧，我也讲不清楚如何不加重学生学习负担，同时又能让学生体验量的变化对实验现象的影响？我们解决的方法是：将教师准备实验时，用“正交法”设计探究实验最佳条件的“艰辛”过程拍摄下来，课堂播放。充分挖掘教师备课过程中的资源，为课堂教学服务，也不失为一种行之有效的方法。这是一段课后的师生对话：生：（课结束，迫不及待地跑到老师跟前）老师，你太棒了！录像中的你很象一位科学家哎！师：谢谢！真得吗？生：实验好辛苦，你怎么还微笑啊！师：这就是科学知识的力量和美妙啊！用教师探究的热情和兴趣感染学生，这当然也是“为人师表”！关于“装置”的探究学生课堂讨论：生1：为了安全起见，上方该连接锥形瓶吧生2：对，对。。。。。。。（连接装置，发现整个装置有点“头重脚轻”，学生思考）生2：嗨！不要用锥形瓶，就用我喝水用的可乐塑料瓶，不就轻了吗（改进装置，学生脸露微笑，对自己好象很满意）生3：好象还不行，整个装置是密闭的，会有危险吧生1：其实上方可以不封闭生3：那把可乐瓶底剪掉吧！（说干就干，学生越来越起劲）生1：不对，如果“喷泉”喷的高，不也会喷出来，危险吗？生2：傻蛋！干吗剪掉底，上面开一小孔不就行了嘛！安全可靠（学生、老师都笑了）学生在体验“理论”与“实践”之间距离，同时体验科学的本质，培养自身的科学素养。自然科学的一个基本特点就是它的“精密性”。任何一点小的差错、小的疏漏都会引起整个实验的失败。任何一个小的发现，对实验的一次改进，都让学生无比兴奋。学生的体会学生访谈时，一位学生说：我觉得我今天在课上表现“帅”极了，我交流自己关于Na2CO3和HCl溶液反应产生“喷泉”的实验设计时，同学质问我“如何控制它们的反应速度？”“如何注意实验安全？”我对答如流，简直有点象答记者问，棒极了！但我的实验最终没有看到“喷泉”现象，只有一小段水柱淌出，我失望极了……，理论与实践的距离有多遥远呢？无数的实践证明：“实践的技能很难诉诸于文字”、“科学的创新根源于默会的力量”。换言之，由于我们认识了默会知识的力量，在大力提倡创新精神和实践能力的今天，学习这一概念的内涵和外延必须扩大。三、问题讨论（1）教师也需要“动手做，动脑想”教学实践是复杂的，教师必须对不确定、不可预测的教学情境作出解释和决策。教学工作需要“边做边想”是由教学工作本身的性质所决定的。教师的专业成长体现为其策略、案例知识的增加，融合为