探討高中化學(xué)實驗教學(xué)學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)
以“探究滑動磨擦力的大小跟什么誘因有關(guān)”實驗為例
摘要：科學(xué)探究能力是數(shù)學(xué)學(xué)科核心素質(zhì)的重要誘因，化學(xué)實驗教學(xué)是培養(yǎng)中學(xué)生科學(xué)探究能力重要途徑。中學(xué)中學(xué)生因為身心發(fā)展特征還沒有產(chǎn)生較強的化學(xué)觀念，科學(xué)思維能力也較弱，因而中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)須要在迸發(fā)和保持中學(xué)生探究興趣、合理的設(shè)計實驗探究過程操作難度、保證充足的實驗探究時間、注重中學(xué)生過程體驗等培養(yǎng)科學(xué)探究能力策略
關(guān)鍵詞：科學(xué)探究能力；化學(xué)實驗教學(xué)；策略
在當(dāng)前的數(shù)學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)中學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素質(zhì)無疑是最大的亮點。中學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素質(zhì)主要包括：數(shù)學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)心態(tài)與責(zé)任四個要素。就數(shù)學(xué)教學(xué)過程看，化學(xué)實驗教學(xué)在培養(yǎng)中學(xué)生科學(xué)探究能力方面起到不可取代的作用，因而，作為小學(xué)數(shù)學(xué)班主任要明晰化學(xué)實驗教學(xué)的重要性。
一、科學(xué)探究能力
“科學(xué)探究能力是指以科學(xué)思維為核心、包含若干關(guān)鍵要素的問題解決過程。這個過程包括：提出數(shù)學(xué)問題，產(chǎn)生猜測與假定，設(shè)計探究活動，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出推論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思等要素，并根據(jù)問題情景的不同而具有一定的靈活性”北京師范學(xué)院化學(xué)學(xué)郭玉英院長這樣給科學(xué)探究能力定義。
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011)》在課程理念中提出“注重采用探究式教學(xué)方式，讓中學(xué)生經(jīng)歷探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方式，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和實踐能力”。
由此可見，科學(xué)探究能力重視的是“實驗和實踐”。但傳統(tǒng)的中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)受困于教學(xué)時間和中學(xué)生能力的問題，通常都是趨于于方式化，尤其在應(yīng)試教育的當(dāng)前數(shù)學(xué)教學(xué)，基本上的流程就是：老師演示、學(xué)生模仿、老師總結(jié)實驗推論。甚至還有以講實驗替代中學(xué)生實驗的現(xiàn)象，這種化學(xué)實驗教學(xué)方法很難培養(yǎng)中學(xué)生的科學(xué)探究能力。
怎么能夠有效借助化學(xué)實驗教學(xué)來培養(yǎng)中學(xué)生的科學(xué)探究能力呢？
二、初中中學(xué)生在科學(xué)探究能力上存在的問題
1.中學(xué)中學(xué)生還沒有完善數(shù)學(xué)觀念。
主要彰顯在提出問題環(huán)節(jié)，不能發(fā)覺或則提出合理的數(shù)學(xué)問題，生活中的前概念或則習(xí)慣讓中學(xué)生難以發(fā)覺問題。例如引入磨擦力的大小時，讓中學(xué)生體驗了兩個活動(如圖1)，之后讓中學(xué)生思索能不能發(fā)覺哪些數(shù)學(xué)問題，普遍中學(xué)生說不下來。
她們不會從機械運動和力關(guān)系方面進行思索，或則說沒有數(shù)學(xué)觀念，只能按照自己的直覺、經(jīng)驗來思索。
2.中學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維能力較弱
科學(xué)思維能力是運用數(shù)學(xué)知識和辦法解決數(shù)學(xué)問題的必備能力。中學(xué)中學(xué)生局限于她們的成長特性，難以進行嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)的推理以及設(shè)計。
例如在設(shè)計“探究滑動磨擦力的大小跟什么誘因有關(guān)”的環(huán)節(jié)，通過上面的引導(dǎo)和剖析，中學(xué)生早已曉得了磨擦力的大小跟壓力大小和接觸面的粗糙程有關(guān)，至于怎樣科學(xué)地設(shè)計探究實驗還是未能獨立完成。
3.中學(xué)中學(xué)生獲取和處理信息能力較弱
因為中學(xué)生對實驗的目的理解不深，常常只是機械的模仿班主任所演示的操作過程，至于要從實驗過程獲得什么有用的信息并記錄出來，更不曉得用哪些方式去處理那些信息，造成實驗教學(xué)目的難以達成。
例如本實驗過程中要求中學(xué)生一邊水平勻速直線帶動鐵塊運動，同時還要記錄彈簧測力計的示數(shù)，常常中學(xué)生做下來只是竭力的完成勻速帶動過程而沒有記錄數(shù)據(jù)，再重復(fù)實驗時認(rèn)真讀數(shù)，常常又忽視勻速直線運動這一要素。最后雖然勉強把老師所給表格的數(shù)據(jù)填好，等老師來講如何進行數(shù)據(jù)處理。
三、通過化學(xué)實驗教學(xué)培養(yǎng)中學(xué)生科學(xué)探究能力的策略
1.充分迸發(fā)并保持中學(xué)生進行科學(xué)探究的興趣
興趣是最好的老師，只有當(dāng)中學(xué)生對所探究的問題有了探究的興趣，就能迸發(fā)出中學(xué)生進行科學(xué)探究的欲望。
在引入“探究滑動磨擦力的大小跟什么誘因有關(guān)“實驗時，設(shè)計了一個小游戲，我打算了一個裝滿水的飲料瓶，置于一盆香皂液中，請中學(xué)生來試，看誰能用一只手把酒壺?fù)葡聛恚⒔o獎勵。中學(xué)生紛紛上來試，氛圍挺好，中學(xué)生的興趣也很濃烈，最后提出一個問題：為何這個杯子很難撈下來？
然而從實踐中來看，中學(xué)生此時所形成的興趣不足以維持她們進行接出來要做的實驗，假如馬上就步入實驗環(huán)節(jié)，中學(xué)生的興趣也會很快消失，于是我再設(shè)計了一個全體中學(xué)生都能自己體驗的小活動。先讓中學(xué)生把手按在課桌面上，使勁下壓，往前推進手指，讓中學(xué)生體驗到磨擦力的存在(磨擦力的概念后面早已學(xué)到)，再觀察手上的胸肌形狀變化情況，從力能使物體形狀發(fā)生改變上，進一步認(rèn)識磨擦力的存在。之后用同樣方式再讓中學(xué)生減小壓力，再度覺得和觀察，最后給中學(xué)生桌面上滴一滴洗潔精，再用朋友的體會一下。此時有中學(xué)生早已猜測到磨擦力的大小應(yīng)當(dāng)跟壓力大小和接觸面的粗糙程有關(guān)系，再借助小組討論的形式讓每位中學(xué)生都產(chǎn)生共識。
最后再掏出我事先打算好的小字條，演示一個小實驗，如圖2所示，用夾在書中的字條漸漸帶動書在桌面上聯(lián)通，再逐步把書降低，試一試可以帶動幾本書而字條不斷，同樣在玻璃板上試一次。設(shè)計這個實驗的目的一方面是更進一步讓中學(xué)生確認(rèn)確實壓力大小和接觸面的粗糙程度會影響磨擦力的大小，同時也隱藏著為接出來引導(dǎo)中學(xué)生設(shè)計實驗做鋪墊。
以上的引入設(shè)計從中學(xué)生生活入手，再逐步把中學(xué)生的注意力引向本次實驗教學(xué)的目的，層層深入，目標(biāo)逐漸清晰，增加了中學(xué)生思索難度，迸發(fā)并保持中學(xué)生進行科學(xué)探究的興趣。
2.通過合理設(shè)計，也減少中學(xué)生實驗操作的難度
中學(xué)生進行實驗探究的目的是通過實驗來學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，經(jīng)歷探究過程探究二力平衡實驗反思，思維過程，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，之后在探究過程中建立數(shù)學(xué)觀念，由此而提高數(shù)學(xué)學(xué)科核心素質(zhì)。
高中中學(xué)生的設(shè)計和動手探究能力都有限，所以在進行實驗探究時，重點是給中學(xué)生滲透科學(xué)思想、方法，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。因而在實驗教學(xué)中以下幾個方面須要注意。
第一：要充分注重實驗設(shè)計環(huán)節(jié)
通過小組討論、老師的合理引導(dǎo)讓中學(xué)生認(rèn)識到為何要進行這個探究實驗？應(yīng)當(dāng)如何能夠完成探究活動？須要在探究活動中獲得什么信息等等。
在本次實驗學(xué)生很快討論完并告訴我：這個實驗須要探究磨擦力和壓力大小、接觸面的粗糙程度是否有關(guān)。之后我設(shè)計一系列的問題：
問題1：如何檢測磨擦力？(后面早已學(xué)過，目的是加強)
問題2：磨擦力既跟壓力大小有關(guān)，也跟接觸面的粗糙程度有關(guān)，要如何探究才科學(xué)合理？
問題3：如何改變壓力大小？要做幾次？為何？
問題4：如何改變接觸面的粗糙程度？要做幾次？為何？
問題5：實驗中要觀察哪些現(xiàn)象？要記錄哪些數(shù)據(jù)？如何記錄？
問題6：最后如何剖析數(shù)據(jù)能夠得出推論？
只有當(dāng)中學(xué)生全部消化這種問題以后，才算是對這個實驗有了真正的理解，能夠達成培養(yǎng)科學(xué)探究能力的目的。
第二：合理設(shè)計教學(xué)，增加實驗操作的難度
本次實驗中最大難度是拉鐵塊運動時要做到勻速直線，對于中學(xué)生來講很難做到，常常等鐵塊靜止時讀數(shù)。按照中學(xué)的器材，我把實驗器材稍做改動(如圖3)，改過以后，稍容易操作，實驗療效好了好多。
其次我把實驗借助任務(wù)卡的讓中學(xué)生完成，未完成一項任務(wù)后，再發(fā)放下一項的任務(wù)卡。
任務(wù)一：合理推測滑動磨擦力的大小跟什么誘因有關(guān)，并給出理由。
任務(wù)二：設(shè)計一個探究滑動磨擦力大小實驗方案。
任務(wù)三：選擇器材。
任務(wù)四：探究滑動磨擦力的大小跟壓力大小的關(guān)系。
任務(wù)五：探究滑動磨擦力的大小跟接觸面的粗糙程度的關(guān)系。
任務(wù)六：剖析處理所記錄的數(shù)據(jù)。
任務(wù)七：總結(jié)歸納。
通過這些方法，分解了整個實驗探究過程，從中學(xué)生角度看，完成一項任務(wù)才能體驗到成功樂趣，也照料到了中學(xué)生之間的差別，同時也迸發(fā)她們進一步探究的意識，讓她們能更積極主動的參與到探究過程中。
第三：不要過于指出考試的考點
我們傳統(tǒng)的實驗方式如圖4中甲，但外出聽課常常可以看見老師們會掏出圖4中乙，甚至丙的實驗方式，很顯著就是把考試的考點強硬的加進來，表面上看上去可能中學(xué)生懂了探究二力平衡實驗反思，實際上療效還是要打個大問號。教材經(jīng)過這么多次更改，為何傳統(tǒng)的實驗方式依舊保留？自然有其中的道理。比如在圖4乙中，想要弄明白為何要采用這些方式要用到：二力平衡的知識、相對運動的知識、作用力與反斥力的知識，丙圖中還要用到定滑輪的知識，除了那些知識還沒有學(xué)過，雖然學(xué)過要應(yīng)用這種知識解決這個問題，一節(jié)課的時間都不夠。
對于高中中學(xué)生，要想能保持她們科學(xué)探究的興趣，必須基于她們的能力來設(shè)計和進行實驗，引導(dǎo)中學(xué)生自己發(fā)覺、提出、探究解決問題，指出中學(xué)生的親身體驗過程，真研究。盡管傳統(tǒng)實驗方式可能偏差較大，但簡單、直觀、易操作，容易激勵中學(xué)生參與到這個探究活動中來，只有這樣就能把學(xué)生的科學(xué)探究能力培養(yǎng)落到實處。
3.給中學(xué)生充足的探究實驗時間
對于小學(xué)中學(xué)生，從猜測與假定到最后的評估與交流各個環(huán)節(jié)都要留給中學(xué)生充足的思索、活動時間，否則沒有經(jīng)過思想的探究都是輕浮的。中學(xué)生被老師牽著走馬觀花，漸漸喪失興趣，也喪失了數(shù)學(xué)探究實驗應(yīng)有的功能。倘若能保證中學(xué)生充分經(jīng)歷實驗、體會到本實驗的科學(xué)思想方式，這么她們的數(shù)學(xué)觀念會在實驗探究過程產(chǎn)生，科學(xué)探究能力素質(zhì)就會漸漸提高。
4.尊重中學(xué)生的個體差別，重視過程評價
化學(xué)實驗教學(xué)的目的是通過參與，讓中學(xué)生感受化學(xué)規(guī)律的是怎樣通過實驗研究，怎么搜集、處理信息。因而學(xué)會在生活中去發(fā)覺、處理問題的方式和能力，使自己的核心素質(zhì)建構(gòu)上去。不同的中學(xué)生，通過實驗探究體驗，達到了數(shù)學(xué)觀念、科學(xué)思維能力的提高、科學(xué)探究能力的提升，實驗教學(xué)的目的也就達到了。
四、結(jié)束語
科學(xué)探究能力培養(yǎng)似乎不局限于化學(xué)實驗教學(xué)，但化學(xué)實驗教學(xué)是培養(yǎng)中學(xué)生科學(xué)探究能力最主要的陣地。作為老師首先要理解化學(xué)實驗教學(xué)的功能，它并不是由于考試占的分?jǐn)?shù)多才重要；其次老師也要深入研究每位化學(xué)實驗的原理和本質(zhì)，設(shè)計出更能迸發(fā)和保持中學(xué)生探究興趣、培養(yǎng)中學(xué)生科學(xué)探究能力的教學(xué)方案。有了以上的認(rèn)識，化學(xué)實驗教學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)從考點教學(xué)轉(zhuǎn)移到科學(xué)探究能力培養(yǎng)，落實數(shù)學(xué)學(xué)科核心素質(zhì)的培養(yǎng)上來。
參考文獻：
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