初中化学教科书中探究活动的设计分析

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1、初中化学教科书中探究活动的设计分析毕华林 陈 勇（山东师范大学化学化工与材料科学学院 250014）将科学探究作为义务教育化学课程的重要内容和学习方式，是本次化学课程改革最突出的特点，这对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。它要求化学新教材的编制要尽可能以科学探究的方式组织和呈现教材内容，让学生通过亲身经历和体验科学探究的过程，来学习科学知识，培养科学方法，形成科学态度和价值观。由山东教育出版社出版的义务教育化学课程标准实验教科书（以下简称教科书）中设计了大量的科学探究活动，对这些探究活动进行分析，既可以为教师和学生开展探究活动提供有效的资源支持和方法指导，也可以对以后的教科书编写以启示。1

2、教科书中探究活动的设计思路教科书首先在第一单元“化学改变了世界”的第二节“化学之旅”中，从三个方面介绍了科学探究活动的基本步骤：“从问题开始”、“通过科学探究解决问题”、“对探究活动进行反思”，从而使学生对科学探究活动有一个整体的认识。教科书并不是以文字、图表的形式简单地陈述科学探究的步骤和方法，而是以“影响蜡烛燃烧时间的因素”系列探究活动为例，配合文字、图片设置了“交流共享”、“活动天地”、“实验探究”、“多识一点”等栏目，让学生在科学探究的活动中，学习“科学探究”，增进对科学探究的理解，培养和发展科学探究的能力。在后续的章节中，教科书结合具体的内容设计了丰富多彩的探究活动，引导学生按照科学

3、探究的方式学习化学。总括起来，教科书中各种探究活动的编排设计上基本上是按照以下思路进行的：创设学习情景活动与实验获得结论总结归纳首先，通过少量介绍性文字和图表、图片使学生具备一定的知识背景，或使学生置身于某种科学问题的情景中，唤起学生进行探究的愿望；然后通过形式多样的活动引导学生进行探究实践，使学生在自己亲历的过程中获得知识结论，满足个人的学习需求；接下来，在交流和讨论中，让学生表达自己的观点，了解别人的观点，通过反思和评价，总结归纳出正确的结论。同时，教科书还针对学生的学习实际，将相关的知识或注意事项以栏目或直线框的形式加以介绍，既丰富和扩展了学生的知识面，又为学生进一步的学习和探究提供了支

4、持。在重点知识介绍或探究活动之后，会有相应的“在线测试”栏目，针对所学的知识及时进行强化；在每一节最后还有“挑战自我”栏目，有的是让学生进行更深层次的探究，还有的设置了一些综合性和难度较高的习题，以促进学生对所学知识的全面理解、掌握和应用。例如，教科书中“质量守恒定律”部分的学习过程就是这样设计的：（1）以文字和图片的形式，创设问题情景：“镁条在空气中燃烧，生成氧化镁的质量是否与镁条的质量相同？”“通电时，水变成了氢气和氧气，水分子变成了氢分子和氧分子，在这个过程中，原子的种类和数目有没有变化？”这些问题极大地引发了学生探究的欲望。（2）以“活动天地”栏目的形式，首先让学生回答“在水的电解过程

5、中原子的种类和数目有没有变化”，然后让学生选择正确的“水的电解反应的微观图示”，并在此基础上推测“化学反应的前后，物质的总质量会发生怎样的变化？（增大/减少/不变）”，最后引导学生通过设计实验来验证自己的推测，并给予必要的方法指导。（3）以“实验探究”的栏目，先让学生从“盐酸与大理石反应”、“氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应”、“白磷在空气中燃烧”三个反应中确定一个作为研究对象，然后选择实验仪器和药品，确定操作步骤进行实验，通过观察和分析实验现象获得相应的结论，并提出问题引导学生分析结论的正确性和可能导致结论错误的原因。（4）以文字的形式给出正确的结论“质量守恒定律”。（5）以“交流共享”的栏目，

6、引导学生开展讨论，让学生根据“原子在化学反应过程中表现出来的特性”来解释化学反应前后质量守恒这一事实，加深学生对质量守恒定律的理解。（6）以“多识一点”和“在线测试”的栏目，对“质量守恒定律”进行巩固和拓展。可以看出，整个教学内容以科学探究的方式展开，它并不是把现成的结论直接告诉学生，而是从学生已有的知识经验出发，创设生动活泼的学习情景，引导学生自己去发现和提出问题，做出假设和猜想，设计方案，并通过观察、实验、阅读、思考、讨论等活动，获得对知识的理解。2教科书中探究活动的形式及呈现方式教科书中丰富的探究活动是以多样化的形式展开的，有实验探究、讨论探究、调查探究、演示探究、联想探究等，而最主要的

7、探究形式是实验型、讨论型、调查型三种。下图显示了三种探究形式在教科书所有探究活动中所占比例。实验型 55讨论型 37调查型 6其他 2 （1）实验型探究探究性实验是教科书中出现次数最多的一种探究活动形式，这是因为化学实验是进行化学科学探究的主要方式，其地位和作用是其他任何形式和方法所无法替代的。通过化学实验开展探究活动，能够激发和培养学生的化学实验兴趣，发挥其实验能动性，并且有利于形成运用化学实验方法来探究物质本质及变化规律的科学观和方法论。（2）讨论型探究是学生以小组形式围绕某个主题和问题进行假设，并公开表达和交流自己的见解的活动。讨论主题一般以问题的形式明确提出，为学生探究事物和现象的本质

8、提供一个公正的起点和视角。讨论的主题要有一定的针对性、层次性、开放性，针对学生已有的学习经验，通过一系列有层次、有梯度的问题，引导学生深入思考自己的观点，共享集体的智慧，使个人的认识得到升华。（3）调查型探究指学生走出课堂，从身边熟悉的事物入手，深入生活实际获得第一手的信息和资料，借助个体已有的知识经验和各种资源，整理、分析、解释所获得的资料，归纳、总结出调查结果，使学生既能发现问题，又能提出解决问题的合理建议，培养学生参与社会决策的能力。教科书充分发挥不同探究活动形式的作用，让学生在各种活动中体验、感悟、升华、获取直接经验，在灵活多样的“做科学”的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力。这些

9、探究活动在教科书中主要是采用丰富多彩的“栏目”的来呈现。栏目相对纯文本的叙述更能明确学习的方向性和阶段性，与文字和图片融为一体，引导学生积极思考，充分体现了教材与学生的“对话”功能，有利于指导和改善学生的学习方式。有的栏目包含了多种形式的探究活动，如“活动天地”、“实验探究”，而有的栏目则主要呈现一种形式的探究活动，如“交流共享”。（1）活动天地活动天地是教科书中出现次数最多的一个栏目，其目的旨在通过各种活动如观察、识图、比较、讨论等多种方式引导学生主动地参与学习，帮助学生理解和掌握有关的知识和技能，并培养学生科学的情感态度。该栏目比较重视科学探究活动基本要素的训练，循序渐进地培养学生科学探究

10、能力。该栏目中学生的探究活动主要有以下几种形式：观察思考，如上册P5观察化学变化的现象，下册P33观察铝粉燃烧；实验操作，如上册P25物质的称量，上册P26仪器的连接与洗涤，上册P34净化黄泥水，上册P38水在直流电作用下的分解，上册P107二氧化碳的制取；调查研究，如下册P48收集食品包装袋上关于食品成分的说明，分类填表；方案设计，如下册P79“设计几种方案将酸性废液调至中性”；分类比较，如上册P2“仔细观察教室中的各种物品，哪些是由天然材料制成，哪些是由人造材料制成的？用人造材料制成的物品占多大比例？”；家庭小实验，如下册P67“自制电池”，下册P120“自制酸碱指示剂”；绘表识图，如上册

11、P63认识空气质量日报，上册P106寻找图像中的信息（CO2含量的变化曲线），上册P128绘pH变化曲线图，下册P14绘制溶解度曲线；情景模拟，如上册P3“设想你来到一座与世隔绝的荒岛上，没有了化学的产品，你的生活会是一个什么样子？”。（2）实验探究“实验探究”栏目旨在通过具体的实验活动，使学生体验科学探究过程，获得有关的知识技能，培养学生的科学探究能力。该栏目中的实验活动根据具体内容分为不同的层次和类型。有的是通过实验形成结论，如上册P78“氧气的化学性质”， P93“化学反应前后物质的质量有无变化”，P128“氢氧化钠的性质”；有的是通过实验增进对知识的理解，如P117“测量溶液的pH值”

12、；有的探究性实验开放性程度较低，仅要求学生按照既定步骤完成实验操作记录现象或数据，解释并归纳获得结论，如P121“盐酸和氢氧化钙能与哪些物质发生化学反应”；而有的探究性实验开放性程度较高，要求学生自己设计方案，独立进行操作，记录现象或数据，解释归纳获得结论，如上册P15“影响蜡烛燃烧时间的因素”，下册P16“粗盐的提纯”等。（3）交流共享该栏目主要针对学生感兴趣的问题，为学生提供进行讨论、交流、合作、表达的机会，营造师生之间的人人参与、平等对话、真诚沟通、彼此信赖的学习情景和教育氛围。交流讨论的问题，有些是学科中重要的知识内容，如“化学式H2O表示哪些意义？符号2H2O表示什么意义？”；有些是

13、学生学习中感到困难或容易混淆的问题，如“构成物质的微粒分子、原子、离子有何异同？它们之间有什么关系？”；有些是联系生活和社会实践的问题，如“想一想我们身边都有哪些废弃的金属制品？从环境保护和资源再利用的角度，应该怎样处理这些金属制品？”总括起来，教科书中上述三种栏目呈现的探究活动最多，具体数据如表1所示。表1 教科书中呈现探究活动的栏目统计一二三四五六七八九总计活动天地1310684361657实验探究53431455636交流共享464621214303教科书中探究活动的内容及水平层次根据化学学科知识的特点，教科书中探究活动的内容主要包括以下4种类型：（1）事实性知识探究这类探究活动与物质的

14、性质、存在、制法、用途等化学事实性知识密切相关。一般以具体的化学事实、实验等为依托来设计。教材中涉及这部分的探究活动有很多，如“氧气的化学性质”、“认识浓盐酸和浓硫酸”等。（2）理论性知识探究这类探究活动是针对化学概念、原理、规律等理论性知识而进行的。以探究的形式呈现这类知识首先要解决“内容具体化”的问题，教科书中一般选择学生较为熟悉的与该理论性知识有关的具体实例作为探究对象，运用化学实验、图片、模拟以及直观教具等手段，通过对具体实例的探究，归纳概括出抽象的理论性知识。例如，在介绍“质量守恒定律”时，教科书以“盐酸与大理石反应”、“氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应”、“白磷在空气中燃烧”这三个反应

15、为具体研究对象，引导学生设计实验方案，通过对现象的观察、分析、讨论，最后归纳出“质量守恒定律”这一理论性知识。（3）策略性知识探究主要是指对化学科学方法的探究。通过结合具体知识内容的探究，使学生经历科学探究过程，学习变量控制、观察、测量、记录、数据处理、分类、假说、模型化等科学方法，帮助学生学会如何科学地学习化学、学好化学。例如，教科书第一单元“化学之旅”结合具体的“影响蜡烛燃烧时间的因素”的探究活动，使学生体验科学探究的基本过程，了解和掌握科学探究的一般方法。（4）STS型知识探究这类探究活动选择学生所熟悉的、联系生活实际的化学知识，寻找新的视角和切入点，通过探究活动体验化学与技术、社会的密

16、切联系，认识化学在社会发展中的重要作用。例如，教科书通过探究活动让学生了解空气质量日报的各项指标，并让学生设计活动方案，比较“通风不畅环境中的空气与新鲜空气的区别”，从而使学生认识到环境保护的重要性。科学探究活动有不同的水平层次，根据探究活动中外界给学生提供指导的程度，可以将探究分为定向探究和自由探究两种水平。前者是后者的基础，后者是前者的延伸和发展，二者紧密联系，相辅相成。从定向探究到自由探究，教师的指导作用越来越少，学生的独立参与越来越多。若将科学探究活动简化为提出问题、形成假设、制定方案、收集证据和得出结论五个环节，根据每个环节是由教师提供具体指导还是由学生自己决定，可以将探究活动分为五

17、种水平层次，水平层次越高，则学生所从事的探究活动开放程度越大，独立性越强。表2 探究活动的水平层次水平层次提出问题形成假设制定方案收集证据得出结论低 水平1 水平2水平3水平4高 水平5教师教师教师教师学生教师教师教师学生学生教师教师学生学生学生教师学生学生学生学生学生学生学生学生学生在教科书中，诸多探究要素在活动中的展开和体现是非线性的，不同层次的探究活动按照探究的要求随机出现在各个章节中，而且从整体上看，教科书根据教材内容的特点，从学生的实际情况出发，从开放水平较低的探究活动开始，循序渐进的向开放水平更高的探究活动进发，使教科书中的探究活动呈现出多种形式和不同的水平层次。这不仅适应了学生认

18、知发展的规律，也使教师可以针对不同水平层次的学生进行不同程度的指导，全面提高每一个学生的科学素养。下图显示了教科书各单元中不同水平层次的探究活动的数目。（每个五角星图标代表一次探究活动）总之，以探究的方式来呈现教材内容，彻底改变了传统化学教材的面貌，它使科学探究作为课程内容和学习方式成为可能。而要真正实现转变学生的学习方式，全面提高学生科学素养的课程目标，还需要教师在教学过程中根据实际情况创造性地开发和使用教材，以科学探究活动为线索，全面发挥教材促进学生学习与发展的功能。参考文献：1 中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准（实验稿）.北京：北京师范大学出版社，20012 毕华林，卢巍主编.义务教育课程标准实验教科书化学（九年级）.济南：山东教育出版社，20043 毕华林等著.化学新教材开发与使用.北京：高等教育出版社，2003