“探究式教学”与学生创新能力的培养

2018-09-30 中国教师科研培训网 分享到:

       摘要:中学化学是自然科学的基础学科,学科教育具有丰富的素质教育功能。学生创新能力的培养是时代赋予教师的责任。因此,教师和学生必须实现教学过程中的关系转变,教师创设教学情景设置疑问,学生对学科知识进行主动探究、发现和体验。从中学会对信息进行收集和处理,使获得的感性知识上升为理性认识,让学生拥有创造的欲望、创造的热情、创造的精神、创造的能力。从而培养他们的观察能力、思维能力、操作能力、理论联系实际的作风和实事求是、严肃认真的科学态度,有利于培养学生的创新精神和实践能力。探究化学教学内容的美育教育,培养学生的综合能力。构建培养学生创新能力的“大厦”。本文从五个途径论述了对学生创新精神与能力的培养,通过具体事例探讨了探究式教学”方式的可操作性。

       关键词:化学探究   创新精神  创新能力  美的探究

中学化学是自然科学的基础学科,学科教育具有丰富的素质教育功能,这是其它学科所不具备的。培养学生创新能力是时代赋予的责任,是培养人才的关键所在。现代教育技术要求教师和学生在教学过程中一定要实现几个关系的转变:教师角色的转变,学习地位的转变,媒体作用的转变,教学过程的转变[1]。因此,在教学过程中,我们要使用一切可利用的方法和手段,充分发挥学生形象思维的优势,引导他们从具体事物唤起抽象思维活动。从而培养学生观察能力、思维能力、操作能力、理论联系实际的作风和实事求是、严肃认真的科学态度,以及对美的认识和追求,更有利于培养学生的创新意识和创新能力。

 “探究式教学”,就是以“探究”为主的教学模式。其教学过程是在教师创设的探究情景下,以学生独立自主学习和合作讨论为前提,以现行教材为基本探究内容,以新课标为基本框架,以学生周围世界和生活实际为参照对象,为学生提供充分自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会,让学生通过个人、小组、集体等多种解难释疑尝试活动,将自己所学知识应用于解决实际问题的一种教学形式。让他们拥有创造的欲望,创造的热情,创造的精神,创造的能力,在创造的过程中体味到知识的美、发现的美、创造的美。让学习真正成为学生的需要,从而促进21世纪的教育全面发展。
1.  探究化学史实,激发学生的创新意识

化学史就是一部不断创新的科学史。把这些史料适当的、有目的、有选择地加以介绍,既能培养学生掌握科学方法、激发学生学习兴趣、扩大知识面,又能对学生进行政治思想教育,对学生创新人格的培养起到潜移默化的作用,同时可以培养学生敢于怀疑、敢于挑战的创新意识。

例如,在高一学生化学入门的时候,我利用多媒体向学生详细展示中科院北京真空物理实验室的研究人员于1993年底至1994年初,以超真空扫描隧道显微镜(STM)为手段,在Si(111)7×7重构表面上[指硅(111)表面重新排列而形成一定规则的结构]开展了原子操纵的研究成果,他们在室温下用STM的针尖,并通过针尖与样品之间的相互作用,把硅晶体表面[即Si(111)7×7表面]的原子拨出,从而在表面上形成一定规则的图形,如(中国)等字样,这些沟槽的线宽平均为2nm,是当时在室温时,人们在Si(111)7×7表面“写” 出的最小汉字。1990年4月,英国出版的国际性的[Nature](自然)杂志344卷第524页至526页曾报道美国科学工作者在-269oC的低温下移动原子,形成了“IBM”等字样[2]。

焰色反应”探究教学中,向学生介绍焰色反应是被称为“山中宰相”的我国南朝著名科学家陶弘景(公元454—536年)在实践中发现,硝石(硝酸钾)“以火烧之,紫青烟起”。从而找到了鉴别外表极为相似的硝石与朴硝(硫酸钠)的最便方法。这个方法其实就是我们今天所说的“焰色反应”。陶弘景发现“焰色反应”并应用于物质的鉴别,比欧洲最早发现者德国化学家马格拉夫早一千二百多年[3]。

“苯的结构式”的探究教学中,向学生描述德国化学家凯库勒(1829~1896年)建立苯分子环状结构理论的经过的突出事例:1847年凯库勒考入德国吉森大学建筑系。由于听了一代宗师李比希的化学课,被李比希的魅力所征服,结果当上了化学家。他擅长从建筑学的观点研究化学问题,被人称为“化学建筑师”。曾先后提出有机物碳四价理论、碳链学说和苯分子环状结构理论??饫沼诿沃蟹⑾直椒肿咏峁沟墓适滤渚哂写姘愕纳蔥4],但发现的原因跟他具有的以下素质密切相关:广博而精深的化学知识;建筑学造诣和对空间结构的丰富想象力;很强的审美能力和丰富的审美经验;勤奋钻研的品质和梦中仍在思考的科学精神。

从古代哲学家们对物质结构的猜想到近代科学家们对微观粒子的验证,使学生深深体味到化学史就是科学家奋斗史,更是人们不断战胜自我寻求更大发展的创新史。
    在学生的“惊呼”中我感受到学生们盎然兴趣、极大的学习积极性和探讨的欲望,同时又品味到学生的民族自豪感,对增强他们振兴中华、强帮富国的信心和勇气起到了催化剂的作用。

2.探究知识的形成过程,培育学生的创新精神

创新是一种“个性化很强的、具有浓烈探究色彩的活动过程” [5]。教师在教学过程中通过对探究情景的巧妙铺设,引导学生的思维向纵深发展,通过分析、对比、变换、概括,冲破教材原来的框架,又通过观察、调查、制作、收集资料等各式各样的探究活动,亲自得出结论,参与并体验知识的获得过程,建构起新的对自然的认识并培养科学探究的能力。学生在问题解决的过程中,既训练了他们的综合能力,又使得到的知识印象深、记得牢。这对激发学生的创新欲望、培养学生的创新精神等方面所起的作用是传统教法所无法替代的。

例如,在“Fe(OH)2的制备和性质”的探究教学中,我先告诉学生Fe(OH)2的颜色、状态及溶解性,然后演示新制的FeSO4NaOH溶液的反应,提醒学生仔细观察,结果学生未能看到白色絮状沉淀,而看到的是灰绿色的沉淀。该现象立即就会引起了学生的议论和思考,此时我便引导学生进行原因探究:① 为什么要用新制的FeSO4溶液?② 为何要将滴管插入试管里溶液底部,慢慢地挤出NaOH溶液?③ 久置的NaOH溶液中会溶解了什么物质?当学生通过认真思考、讨论、分析得出FeSO4Fe(OH)2易被空气中的氧气所氧化时,然后立即换一瓶经煮沸以除去氧气的NaOH溶液重新进行实验,再让学生仔细观察,结果观察到的现象是:先得到白色沉淀,但很快就转变为灰绿色,随后逐渐变为红褐色。

这一现象又引起学生的疑问:怎样才能使生成的Fe(OH)2被氧化的速率减慢呢?结果经过学生一系列的思考、讨论、比较以后,最后选用在FeSO4液面上滴加几滴苯作?;げ?,再将滴管伸入试管底部,滴加煮沸过的NaOH溶液,就得到了Fe(OH)2白色沉淀并保持了较长的时间不变色。

还可以利用注射器······,之后,我又做了一个实验,在新制的FeSO4溶液里滴加2-3滴CuSO4,溶液后,再加NaOH溶液,迅速得到白色的Fe(OH)2沉淀,也保持了较长的时间不变色。

对于该内容的设计我运用了探究与发现相结合的方法组织教学,学生基于已有的知识,在充分运用创新思维来解决问题的同时获得了相关的知识,使学生在探究中发现,在发现中完善了自我。通过探究式教学的开展,使学生情绪亢奋、激动,融洽了师生的关系,激活了学生独立探究的欲望,增强了学生学习的自信心,从而在白热化的思维中迸发了创新的火花。
3.引导探究,培养学生的创新行为

实践是创新的摇篮,通过学生自己思考设计实验,既可以培养学生动手动脑解决问题的能力,让学生体验到成功的喜悦,又可以培养学生的创新思维能力和创新设计能力。

例如在“浓硫酸强氧化性”的探究教学设计中,我便要求学生根据反应原理:

C  + 2 H2SO4(浓) == CO2   + 2 SO2   +  2H2O

设计一个实验来探究C与浓H2SO4是否反应以及反应后生成的产物。实验设计要求:(1)根据实验原理选择实验所需的试剂、药品;(2)确定实验所需的装置、仪器及连接顺序;(3)尽可能保证实验设计的科学性和严谨性。这样便迫使学生自己去发现问题、去查阅资料、去设计、去探索、去创新。布置任务后,给学生一段时间,让他们去独立思考、查阅资料、设计实验。然后再组织学生一起对他们提出的设计方案进行分析、讨论、比较设计方案的可行性和优缺点等。选择其中几组可行的方案由学生自己在课堂上进行演示。对比较好的设计给予表扬,对于较差的设计则从其中找出“闪烁点”给予肯定,并引导纠正。

在探究金属特有的性质“焰色反应”过程中,由于用Pt丝做载体,实验现象不是很理想,我就动员学生开动大脑,集思广益找出更好的办法。结果,一个平时很淘气的学生尝试了一种可行的办法,就是把KCl制成饱和溶液,用喷头到酒精灯上,结果没点着。我也受到启发而且很激动,提示学生,是不是把溶剂换一种易燃的。酒精?KCl的溶解度太低,后又尝试了几种易燃溶剂,最后研究出用甲醇制成饱和溶液,装入喷壶(可以用常见的香水瓶)向酒精灯外焰喷射出薄雾被点燃,可以形成该盐所对应的大火球,每一次喷洒形成的彩色火球约能持续约1S。成功了!而且可以推广使用,在成功的喜悦中,给我更有意义的启示是:探究式的教学可以充分发挥学生的特长,人尽其才,可以照顾到各个层次的学生,尤其是知识缺陷生,能有充分的时间来完善自我,体现自我,从而调动了各层次学生的创造积极性。

在此实验设计的引导探究中,学生在手脑并用的同时,表现出了极大的探究欲望和探究行为,这对学生创新能力的培养起到了事半功倍的效果,也为学生独立地进行创造性学习活动打下了良好的基础。
4.探究开放性的习题,激发学生的创新动机

“思源于疑”培养创新能力的教学注重以问题为栽体,以创新思维为主线来组织教学??判韵疤馐侵柑饽康纳杓剖强诺?,答案是灵活多样的,只要答案是合理的,都是正确的??判韵疤獾某鱿质嵌源撤獗招韵疤獾奶粽?,这类习题旨在鼓励学生运用已有的知识和经验,对问题发表自己的见解,不同能力的学生可以从不同的角度、不同的侧面、不同的范围、不同的层次去分析、去选择解决问题的方法和途径,学生答题的过程就是一个创新过程[6]。利用开放性的习题,给学生提供多角度考虑问题的机会,让学生在解决问题的过程中体验乐趣,领悟知识,感受成功的喜悦,从而激发了学生的创新动机和培养了学生的创新能力。

例如习题:在分液漏斗中,用一种有机溶剂提取水溶液里某无色物质时,静置分层后,如果不知道哪一层是“水层”,试设计一种简便的判断方法。

给出题目,让学生根据自己已掌握的知识,并在我的适当提示下认真思考、仔细分析、比较后,学生们便给出了以下几个合理简便的方案:

[方案一]取一只小试管,打开分液漏斗的活塞,慢慢放出少量液体(这是取样检验的常规方法,后面表述用“取样”),往其中加入少量的水。如果加水后,试管内的液体不分层,则说明分液漏斗中下层是“水层”;反之,上层为“水层”。

[方案二]取样,向其中加入少量的四氯化碳或苯,若试管中液体分层,则说明分液漏斗中的下层为“水层”;反之,上层为“水层”。

[方案三]取样,用胶头滴管取少量待测液,滴2-3滴到无水CuSO4固体上,观察白色固体上是否有蓝色出现,若有变化,则说明分液漏斗中下层为“水层”;反之,上层为“水层”。

探究的过程就是使无疑者有疑,再使有疑者无疑的过程。教师作为探究式教学的导师,其任务是调动学生的积极性,促使他们自己去获取知识、发展能力,做到自己能发现问题、提出问题、分析问题、解决问题。学生作为探究式课堂教学的主人,自然是根据教师提供的条件,明确探究的目标,思考探究的问题,掌握探究的方法,敞开探究的思路,交流探究的内容,总结探究的结果。
5. 探究中学化学教学内容美,培养学生创造力
    爱因斯坦说过:“照亮我的道路,并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想,是善、美和真[7]。 美激发创造?;е芯哂屑蚪?、对称、统一、新奇等审美特征,化学不能完全离开形象思维,化学有时也要借助想象,所以化学创造离不开化学审美?;烙欣谂嘌丛炷芰?。
    有一位获得国际中学生化学奥赛金牌的学生说,最先把他引入化学殿堂的,是初三制取氢气的实验。那时刚接触化学的他,怀着最好奇的心情走进化学实验室,最先接触到的实验装置之一,是神奇美妙的启普发生器。它那优美的造型,给人以对称、和谐的形式美的启示;它那简单的结构和巧妙的设计,给人以导真、求善、至美的创造美的启迪;它那晶莹的质地和便于观察的特点,使他感受到化学反应的动感美。他感到化学的大门一下子打开了,他从此怀着极大的兴趣,在化学世界里遨游[7]。中学化学主要内容无处不渗透着创造的美:

5.1化学物质美:化学物质美的外在表现,是它们的形态美。如金刚石的晶莹华贵,红蓝绿宝石的夺目光彩,无色水晶的无遐透明……无不表现着化学物质的形态美?;镏实纳缁峁τ眉壑?,是它们的实用美。如五光十色的霓虹灯把现代都市的夜晚打扮得繁花似锦,高分子材料的发展加速着信息社会的到来。人类的吃、穿、住、用、农、轻重,都与化学化工产品有关。各种化学产品美化着社会、美化着生活、美化着人类自身[7]  。
   5.2化学结构美:化学结构美是化学物质美的内在反映和决定因素。如金刚石是正四面体结构的空间网状原子晶体。C60 60个碳原子组成如足球形状的大分子晶体。晶体都以内部的原子、离子、分子有规则的对称排列为其最突出的特征[7]  ,它们的万千仪态取决于结构的和谐、秩序和多样性。纳米科学技术的应用令人惊异地显示出物质的微观结构,STM扫描隧道显微镜图像,已能使中学生从清晰的照片中领略到化学的结构美?!?/span>
    5.3化学变化美:从某种意义讲,化学变化是化学美之源?;镏拭乐皇腔П浠赖闹占硐?。钻木取火、百炼成钢、烧石成灰(指生石灰)……形象地描述了化学变化美。苏杭的湖光山色、桂林的如画山水、石林的突兀奇峰……这些大自然的杰出创作,无不假手化学变化的鬼斧神工?;П浠啦唤霰硐殖錾蚯У男蜗竺?,而且还蕴含着有规律可循的科学美。
    5.4化学实验美:化学实验是化学之母。也是化学美的大观园:装置美、操作美、现象美、设计美……真可以说集自然美、社会美、艺术美于一身[7]  ?;Ъ颐腔乖诨笛橹斜硐殖稣?、善、美。中学生们视化学实验为化学课堂上的最好节目,他们为氢氧爆炸化合、焰色反应、铝热剂反应等实验的成功拍手叫好。他们在学生实验课上“看、闻、听、触”,“观、思、悟、记”的情景,其实是最美的化学美景之一。
    5.5化学理论美:化学理论美是一种科学美。它不是美的自然现象的客观形式,而是美的自然现象的客观内容。它又被人称为“化学内在美”。中学化学理论美主要表现在:质量守恒定律之美、物质结构理论之美、元素周期律与元素周期表理论之美、化学平衡理论之美、电解质溶液理论之美等[7]  。以上理论的美的特征是:形式简洁、包容博大;从多样中寻求统一,从统一中演绎出多样;秩序、和谐和统一。
    5.6化学用语美:化学用语是通用的化学学科的专业用语,包括元素符号、化学式、化学方程式以及电子式、结构示意图、结构式……等化学符号。

许多专家认为美育是教育现代化的关键。认为园丁式或综合式的现代教育,能为学生的发展提供一种轻松、自由、美好、和谐的环境,学生们能在这种环境中得到大量创造“有用的”和“美好的”事物的机会,本质上是一种美育。所以现代化教育呼唤美育。
    以创新为核心的“探究式教学”注重学生学习的过程和方法,强调让学生自主地参与获得化学知识和技能的过程,以达到掌握化学问题和生活实践中化学问题所具备的探究能力,并形成积极探究问题的态度和品质,这有利于充份发挥学生的主观能动性,调动学生的积极性、主动性;有利于培养学生独立提出问题、深入思考结果的能力;有利于创造宽松活泼的教学环境;也是提高学生素质,培养学生创新精神和创新能力的有效途径之一。

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