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关于课堂实验与探究性学习的一点看法
于　鹰　宋心琦
　　 目前在中学化学教学中，以推行探究性学习作为教学改革的突破口的理念，已经逐步成为广大师生的共识，并开展了多种形式的教学实践。经验与教训正处在积累阶段，交流和讨论将有助于促进改革的进程。本文将对课堂教学实验中如何开展探究性学习的问题提出的一些粗浅体会和看法，因为课堂教学实验的内容多取自教材，所以讨论将分两个层次展开。
1．用好教科书，讲好化学课 　　
　　骤然看来，二者似乎是一回事；一经仔细琢磨，就可以发现其间的差别。现在着重讨论它们之间的差别。
　　有了教科书，为什么还要上课？如果暂不考虑学生原始情况不同这一因素，为什么同样的教科书，同样的课时，同样数量的习题作业和课外作业，学习质量(包括对大纲或课程标准规定的基本内容的掌握程度、学习兴趣、化学课程所侧重培养的多方面的能力、对重要知识技能和相关规律与推理方法记忆的保持情况、应试过程中的适应程度和超常发挥个例的百分率等）却差别甚大？这是我们在探究如何提高化学教学质量时必须认真思考的一个问题。不仅是一个非常现实的问题，也是自有学校以来就存在的一个问题。
　　目前，普遍认同的答案中，赞同和教师的水平直接相关（这个答案的合理性不容怀疑）者的百分率最高。这也是学校争聘名师、课外辅导大行其道，学习辅导资料充斥市场的重要原因之一。遗憾的是，名师毕竟有限，学生家庭经济情况又各不相同，难以惠及大部分学生。教材尚且难以解决的学习问题，求诸辅导材料，无异于缘木求鱼。所以问题并没有真正得到解决，仍有继续研究的必要。
　　在研究这个问题时，应当着重研究如何使学生知道怎样学习化学，把应试的问题放在后面再考虑。这是为了在分析问题时，尽可能地减少对结论有可能产生影响的因素，以利于提高结论的确定性。何况先有学习过程，然后才有考试，所以把考试视为学习情况的测试或评价过程是合理的。
　　化学作为一门以物质为研究对象的实验性科学，具有着重实际体验，和基于事实进行合乎逻辑地简单推理的特点。在几门科学课程中，应当是最容易引人入胜和比较容易达到课程要求（以大纲或课标为准）的一门学科。实验性科学的特点在于, 实验现象（包括对物质的静态观察和某些物理性质的测试、物质在化学变化过程中呈现的宏观现象，以及对化学反应产物的确认和部分性质的测试等）， 对于所有实验者都是完全开放的，亦即是“绝对公平”的。只要实验者细致、认真、操作规范，结果或结论基本一致才是正常的。对于初学者来说，因为需要引导、提示、以及仪器设备使用方法和相关操作规范的训练，出现差别的原因，仅在于学生的领悟程度、模仿能力、自我约束和纠错能力的不同，而后者在不过分考虑时间和熟练程度的情况下，可以不再视为带有根本性的学习质量差别。
　　化学是一门实验性科学，完成一定数量的实验，得到了和书本上同样的结论仅仅体现了“实验性”的字面含义，更应着重的是科学。如果只实现了前者，最多是部分地满足了知识技能的教育目标，只有真正地落实了化学的科学教育目标，才能较完整地体现课标所要求三维教育目标。对于化学来说，它的学科特点是什么？只有把握了这一点，才能真正了解化学学科的科学特点和要素。了解的深度和实验探究中思维的活泼程度、敏锐的观察能力、坚忍不拔的求实精神的结合，是化学工作者能否做出杰出成绩的根本。对于初学者，也须着眼于此，这是能否“学好”化学的关键。只要学好了，应试还会有很大困难吗？
　　学好化学的关键何在？在于是否真正了解什么是化学，和按照化学学科所要求的认知过程和思维推理方法进行学习、思考和实验，而探究的意识和过程则是学习和学好的关键。值得庆幸的是，初等化学对于学生探究能力的要求并不高，比较适合相关学段青少年的年龄特征和心理特征，即使对于不熟悉严密逻辑推理方法和不善于抽象思维的学生来说，化学带给他们（或她们）的困难相对较小。但是如果不能依据化学学科的特点进行教学，例如按照数学或物理的学科特点来进行化学教学，就会让教师和学生产生一种时而有序、时而无序的感觉，于是化学反而成为一门既缺乏趣味、又繁琐零乱的课程。
　　化学的学科定义精辟地概括了化学学科的特点，也明确地指出了学习，特别是探究性学习的思维取向及要点。它既是教材编写时的纲，更是化学教学的基本方法和策略设计的基础。不仅有利于知识技能教育目标的实现，同样有利于过程方法和情感态度价值观另两维教育目标的实现。近年来，由于多种原因，特别是应试教育对中学教学的干扰，在中学化学的教与学过程中，化学学科的面目变得模糊不清，化学学科定义所蕴涵的学科特点近乎是迷失状态，导致中学化学教学质量不尽人意，而且致使师生的教学负担越来越沉重。所以中学化学的教学改革，应当在课程标准的指导下，认真对待如何用好教材、和改进教学的问题。而构建符合化学学科特点的，以探究性学习为主要教学方式的教学体系，则是重中之重。　　
2．一个案例——设计教案时的思考 　　
　　试以卤素中的氯的教学为例探讨改革之路，由于篇幅所限，不可能提供完整的教案，也不可能包括这个章节的全部。
　　当确定教学内容以卤素中的氯为主题后，教学应当从查明它在元素周期表中的位置，并从周期表中所提供的数据，形成对氯的初步认识开始（这个过程的功能有点类似于“查户口”）。我们从中能够得到些什么呢？除去了解它是一个化学活泼性比氟差、比硫强、和氧相近的非金属元素外，它的相对原子质量为35.45, 不是整数，说明氯存在同位素（而且比率较大）。氯原子的外层有7个电子，按照原子结合成分子时，成键原子外层以满足8个电子（氢元素除外，也不论是形成共价键还是离子键）时为稳定结构的原则，氯的单质应当是Cl2，而且不可能存在其他形式的同素异形体。Cl2的相对分子质量为70.90。它比O2和N2都重，所以在相同的温度和压强下密度比空气大。此外，还可以知道，Cl2是非极性分子，和O2、N2相似，在水中的溶解度不会很大。这样就形成了对氯元素和它的单质的初步认识。
　　氯元素在自然界属于常见元素，但是我们常见到的却不是它的单质，而是它的化合物，有无机化合物也有有机化合物。前者的代表如氯化钠，后者如聚氯乙烯。在被指责为破坏大气臭氧层的“主犯”的氟里昂中，除
C、F、H外也包含着Cl，共4种元素，经实验证明，Cl是真正的罪魁祸首。从这几个例子里，我们会惊奇地发现，在同样含有氯元素的不同化合物里的氯，竟然有着迥然不同的性质！
　　化学可以通过观察、推论和实验来了解物质的性质。也可以通过比较来发现物质间的本征差异，并利用这种差异完成对化学物质的识别、分离和提纯，但是至今仍然不能够仅仅根据化学物质的组成和结构预见它们所具有的全部性质，只有通过实验观察到的现象或测定得到的数据才是确定可信的。所以在学习化学时，对于哪些知识是可以通过推理、类比获得的，哪些是必须通过严谨的实验探究观察才能获得的，要有清醒的认识。如果不能把握住化学学科认知过程的特点，思路不对，方法不当，是学不好化学的。
　　在授课时，注重构建有利于启发学习兴趣的情景，是现在普遍采用的一种做法。如何构建适当的情景，应当允许取材不同、风格各异。可以选取社会事件、历史故事、名人格言、动画电影，也可以通过对学生已有基础知识的梳理和适当延伸，建构以学科知识为基本内容的情景。如果选题适当，也许后者更能引起学生的学习兴趣，对于元素和化合物，以及有机化学的教学，这种方式值得重视。
　　氯原子和氯离子相差仅1个电子；单质氯和盐酸的差别，仅在于氢原子取代了单质氯中的一个氯原子。当氯和碳、氢、氟结合成氟里昂时，氟和氯的毒性不再存在，碳也很难和氧化合，成为一种不会着火燃烧的有机溶剂和制冷剂，可是当它升至大气上层之后，在强辐射和极度稀薄的大气中，光解离产生的氯原子却是破坏臭氧层的元凶。从这些事例中，我们所应强化的化学基本概念是什么呢？就简单的化学物质而言，化学组成是了解和探究物质本性的基础。
　　以单质氯溶于水的化学为例，通过实验，我们不仅可以观察到氯气所特有的黄绿色，也许还会嗅到它的有刺激性的气味（和它能溶于水有关）。当溶解的氯气较多时，水溶液呈现淡淡的黄色，应当是存在着自由的氯分子的一种现象，氯水中的氯分子在放置过程中会因氯气的逸出而减少。所以要密闭保存。
　　氯分子和水之间是否可以发生化学变化？由演示放在同一个钟罩下的有色试纸的变化，说明氯在水存在的情况下，具有漂白纸上染料的作用（对干燥试纸则无此作用）。这个现象为学生创建了一个探究的情景，重要的是，首先要确定探究的目标，那就是：“氯气和水之间是否发生了作用，作用的内涵是什么”？
　　根据以上的现象，产生差异的原因至少有两个，一个是教科书和教师已知的“和氯与水反应的产物有关”；对于初学者来说，认为水是引起上述变化的催化剂的推测，也应当是合理的。如果只讨论前一种推论而忽视后者（这是现在常用的方法），探究就会演变成简单的验证，过程方法的教育目标反而有所欠缺了。如果首先承认两种推测都是合理的，那么探究的重点变成如何通过实验来判断它们的取舍。在这个过程中学生对所涉及的化学知识的了解和运用能力都会有所提高，三维教育目标就能分别落实。这就是为什么要推进探究性学习的重要原因。
　　区分这两种推论的实验探究，首先要确定颜色试纸被漂白的作用物，是氯分子还是氯和水作用后的产物。根据催化剂的定义，它能够改变反应的速率(当然要参与变化过程)，但是反应前后催化剂本身不发生变化。所以检验氯溶于水后，水中是否有由Cl2和H2O提供的原子所组成的新化合物的实验设计，是探究得以进行的关键。由于在化学反应中，元素的种类和原子的数目不变，所以Cl2和H2O之间的反应只可能有以下两种情况：
　　Cl-Cl+H-O-H→Cl-H+Cl-O-H (1)
　　2Cl-Cl+2H-O-H→4Cl-H+O2 (2)
　　(1)、(2) 两个反应中的共同产物是HCl，由检验溶液呈酸性可以确定。
（2）式中的O2和存在于空气中的O2并无区别，没有使颜色试纸漂白的能力（还需要再用实验证明吗？），所以使颜色试纸漂白的只可能是（1）式中的HClO了。
　　HClO是否有这样的漂白能力？这是无法预见的，信息只能通过实验才能获得。这又一次为学生展示了化学是一门实验科学的机会。在确定了HClO具有漂白颜色试纸的性质，而且已知在这个实验中的漂白是一种氧化作用之后，我们才能通过HClO和HCl、Cl2的对比，得出+1价Cl的氧化性高于单质氯（0价Cl）更高于－1价Cl的结论。
　　关于氯和水的作用的探究，至此可以告一段落。仍然有遗留或故意忽略了的问题，那就是为什么一定是HClO，而不考虑HClO2、HClO3甚至HClO4呢？这是另一个层次的探究性问题，并非初等化学所必须解决的。可以提醒学生，也可以暂时避而不谈。因为我们的教学目的，是为了介绍如何应用探究性学习的方法来学习常温常压条件下氯和水的作用，不是为了比较详尽地研究氯的化学。
　　根据课程标准和教材，下面讨论的应当是HClO的性质。除去上面已经知道了的以漂白为代表的氧化性外，还有就是它的不稳定性（教材只介绍了它在光辐照下的不稳定性）。物质的性质很多，为什么要选择物质的稳定性作为一个重要知识点来讲述？因为这是涉及化学物质的生产、存放、运输、安全等方面的重要性质，也比较贴近社会，贴近生活。次氯酸是一种广泛用于生活的各个方面的化学物质，它属于光催化分解类型的一种稳定性较差的物质，在讨论化学物质的稳定性问题时，具备典型化合物的特征。
　　我们仍然可以用探究性学习的方式来进行有关的教学。如何通过实验来探究次氯酸的稳定性？现在通用的方法是比较新配制的氯水和已经放置过一段时间后的氯水，由氯水的颜色和颜色试纸被漂白的程度来获得结论。这样的实验设计，显然存在着较大的不确定性，因为首先要保证二者起始浓度相同，存放过程中氯气没有泄漏或泄漏的速率相同，还有容器对光的透过率相同等（这些条件并不容易都得到满足）。其次，如果把漂白能力的差异仅仅归因于光照时间的不同，并不考虑氯气泄漏后氯水浓度的改变，显然是缺乏说服力的。所以这个主题并不适于选作课堂探究性实验的直接目标。　　
3．化学实验探究只是探究性学习的一种形式
如果把次氯酸的不稳定性作为一个需要解决的问题并作为探究性学习的内容，却可以使学生从另一个角度学习到什么是化学。次氯酸不稳定，却又是一种经常要用到的化学物质，应当如何解决这个问题呢？我们已经知道，碳酸不稳定，但是碳酸盐如碳酸钠等却是稳定的。当我们需要碳酸或CO2时，只要加一种比碳酸强的酸（如盐酸甚至于醋酸）就可以完成这种转化。这个经验同样适用于次氯酸,。所以在市场上，次氯酸不是商品，能够买到的是次氯酸钠（84消毒液的主要成分）或漂白粉（由氯气和消石灰制成，次氯酸钙和氯化钙的混合物）。由于碳酸强于次氯酸，所以漂白粉加水后（暴露在大气中的水里溶有CO2）能够产生次氯酸。从这两个事例结合以前学过的金属活动次序、酸碱和盐的关系，是否能够总结出一些有趣而且有用的化学原理呢？如：由强酸强碱制备弱酸弱碱；由活泼金属置换出活泼性较差的金属；由较易溶解的盐制备较难溶解的盐；由较强的氧化剂或还原剂制备较弱的氧化剂或还原剂等，都是在化学中普适性很强的经验规律。作为已经经历过的许多实验探究的总结，对于学习化学和应用化学都非常有用，这个总结过程也属于探究性过程。和背诵教材或老师的板书的不同，在于它是学生可以通过总结自己的实际体验而得出的，体现了对过程方法教育的要求。二者的结合，再加上学生在情感态度价值观方面的收获，构成了比较完整的科学教育模式。
　　类似的认识，还有许多大家熟悉的例子。例如通过将物质所处状态或结构改变，以及转化为另一种物质等过程，不仅可以改变物质体系的性质，而且可以实现物质体系所含能量的改变等。尽管至今仍然无法精确地对结果做出预见（有时甚至近乎茫然，C60的发现过程就是一个典型的例子），必须依靠实验测定来获取信息或加以验证。期间，往往伴随着漫长而艰苦的探究和思索过程，但却是化学的精髓和魅力所在。
　　课程标准提出，学习化学要注重应用化学于实际。如果仅仅理解为讲述或记忆某个具体的应用事例，显然是不够的。中学设立科学课程的目的，不是企求人人都成为科学技术百事通，而是着眼于科学教育或科学素质。后者才能够真正成为学生今后持续发展的基础，这也是三维教育目标的核心理念所在。如果只考虑在相同的学时内，所能覆盖的知识点的数量和应付考试的有效性，探究性学习的教学方式未必一定优于传统的灌输方式。但是教育必须着眼于受教育者的一生，和他们（或她们）所处的飞速发展的科学技术和社会。原有知识的日益不足和新陈代谢速率的不断增长的状况是新时代人类必须面对的严峻的挑战，只有具备了能够不断自动更新知识和技能的人，亦即具备可持续发展意识和能力的人，才能适应这种挑战。所以，教育目标从过于侧重知识技能改变为全面推行三维教育目标的方向，实属大势所趋。而能够完成这种转变的教学改革措施中，探究性学习是一个突破口。通过探究性学习，学生不仅能够更牢固地掌握与探究内容（包括与其相关的知识技能）有关的知识，更重要的是，通过探究过程逐步学会获取新知识、新技能的方法。