非实验探究教学法

鲁名峰

探究性课堂教学就是模拟科学研究的一般程式、为学生提供材料（文字、数据或实验器材）、通过学生的自主探究和分工合作发现问题、提出假设、进行探究、得出结论的课堂教学。以实验为手段的探究课堂教学模式已日趋成熟，而以物质结构理论为内容的探究课堂教学，因其内容的非实验验证特性及高科技手段在教学中不能使用的特点，使本类探究课堂教学还处于不断探索之中。本文作者经过一轮多新课程的教学实践得出：探究性课堂教学也能以阅读和思辨的方式进行，并初步建构了以物质结构理论为内容的探究课堂教学的基本模式，在教学中取得了良好效果。

1． 知识不仅是经验的结果

《普通高中新课程标准》把培养学生的科学素养放在教育的中心地位，强调通过模拟科学家进行科学研究的过程进行探究性学习，在注重获取知识结果的同时更重视探求知识的过程。以实验为特征的化学学科是践行课标理念的良好载体，但新教材中有许多内容不是学生通过普通中等基础类学校实验条件所能进行实验探究的，有些知识也不是能够进行实验验证的，如轨道杂化、化学键、晶体类型等。

按传统观念，探究是实验的“专利”。这来源于人们关于知识产生过程的认识误区——知识是经验的归纳。关于知识的起源，墨子有三说：亲知（来自认识者亲身经验），闻知(来自权威的传授)，说知（来自推论的知识）；罗素亦有三说：一为个人直接体验所得的知识，二为通过他人间接体验所得的知识，三为内省所得的知识。这两位大哲学家跨越时空惊人相似地把知识概括为三类。事实上，第一类和第二类知识都叫经验的知识，第三类知识叫推论的知识，前两者是经验（实践的或实验的经验）的归纳，后者是经验的衍生。所以从知识的起源上可以把知识概括为经验的直接知识和推论的衍生知识两类。如轨道杂化就是推论的衍生知识而不是经验的直接知识，还没有人能通过什么先进的仪器看到原子中电子到底以何种轨迹运动。但是，杂化轨道理论很好地解释了甲烷的四面体构型和氨气分子的三角锥形，这个理论应当是科学的知识。

因此，模拟科学研究的过程进行探究性课堂教学和指导学生进行探究性学习，可根据知识产生的背景不同以实验探究方式进行，也可以思辨和阅读探究的方式进行。

2． 思辨与阅读探究课堂教学模式

（1）思辨与阅读探究课堂教学模式的基本结构和意义

由理论到理论的衍生知识的研究活动，一般是沿着如下思路进行的：发现问题，建立假设；思辨证明或证伪，查阅资料证明或证伪；归纳总结，得出结论；演绎推理，形成理论。与此对应，以物质结构理论为内容的探究性课堂教学基本模式如下：“给出材料，联想质疑→提出问题，建立假设→探究学习，证明假设（第一阶段思辨证明或证伪，第二阶段阅读证明或证伪）→归纳探究，得出结论→演绎探究，迁移运用。” 该模式的基本理念是：基于知识形成的建构主义思想，提供学生与他们原有经验相联系的材料，模拟科学研究的一般程序，引导学生在探究过程中发现问题、分析问题和解决问题，在形成基本理论知识的同时充分培养学生的科学探究方法和探究性学习能力，进而培养学生的科学素养和创新能力。该模式在实施过程中可以收到以讲为主要手段的传统教学方式所不能企及的良好效果：通过讨论和交流，可以培养学生的分工合作精神；通过表述可以锻炼学生的语言表达能力；通过查阅资料可以训练学生的阅读能力及加工处理信息的能力。

（2）教学案例——原子晶体探究教学案例

［联想与质疑］

上表为第二周期元素单质晶体的熔点数据，观察这些数据你发现了什么问题？

[问题与假设]

硼和碳元素单质晶体的熔点表现出特殊性，不是以前学过的分子晶体，碳原子会以何种方式结合呢？学生经过热烈讨论，联系原有知识，建立了诸多假设，具代表性的有如下五种：

假设1：碳原子间没有化学键，在碳的晶体中，碳原子采取最紧密堆积方式；

假设2：碳原子的电子排布为1s22s22p2,有两个单电子，可以配对成键构成双原子分子，这些分子紧密堆积成晶体；

假设3：碳原子采取sp1杂化，杂化轨道“头对头”重叠成δ键，另两个P电子所在原子轨道“肩并肩”重叠成大Л键，构成一条条长链状分子；

假设4：碳原子采取sp2杂化，杂化轨道“头对头”重叠形成δ键，每六个碳原子以单键形成了正六边形的一张张网，每个碳原子未杂化的2P电子所在原子轨道“肩并肩”重叠形成覆盖整个网的大Л键；

假设5：碳原子采取sp3杂化，杂化轨道“头对头”重叠形成δ键，每个碳原子形成四个共价键，共价键向空间伸展形成空间立体网状结构的晶体。

[思辨证明或证伪]

学生针对五种假设，在分组讨论后交流如下讨论结果：

假设1不成立，如果成立将形成如稀有气体一样的分子晶体，分子间作用力很小，常温下为气体，熔点比氖的还要低，这与碳单质的高熔点不符。

假设2不成立，如果成立，将形成如氧气晶体一样的分子晶体，分子间作用力很小，常温下应当为气体。

假设3不成立，如果成立，其晶体将如聚乙烯一样拉成很长的丝且有弹性，但事实上，这种高熔点的碳单质非常坚硬，是块状而不是丝线状。

假设4成立，因为要使该晶体熔化就要打断每个碳原子的三个化学键，还要打断遍布整个平面网的大JI键，这需要很大的能量，它的熔点将必然很高，这与给定数据相符。这种结构的晶体将可能有如下性质：因层间不存在化学键，只存在分子间作用力，易克服，层间可滑动而有滑腻感；因电子属整个大Л键，电子在网内可自由移动，该晶体应当有单向导电性。

假设5成立，这样形成的分子是一个空间网状结构的晶体，要从晶体中取掉一个碳原子，同时得打断四个化学键，熔点和硬度当很大，这与表中数据相符。

[查阅资料证明或证伪]

学生汇报讨论结果时，我对他们的思维激情给予了高度赞扬，但我没有对汇报的内容给予肯定或否定评判。为了使学生进一步弄清自己的假设及对假设的分析是否正确，我指导学生开始阅读探究。

[归纳总结，得出结论]

通过阅读教材和教学参考资料,学生基本明确了上述假设的真假及对假设分析的正误,也弄清了原子晶体的概念。学生通过填写学案中原子晶体的概念内涵、物理特性、熔沸点比较等内容，获得了关于原子晶体的系统知识。在学生看来，这种通过自己参与探究过程获得的知识比听教师讲述获得的知识更珍贵。学生在探究过程中既加深了对知识的理解，同时锻炼了各种能力，还感受了成功的内心体验。

[演绎探究，迁移运用]

金刚石中最小的碳环是几元环？你知道每个环平摊几个碳原子吗？学生对这个问题一时回答不了，课堂教学进入演绎探究阶段。我一边放映金刚石结构模型的flash模拟动画，一边给每个学习小组发了一个具有多个晶胞的金刚石球棍模型，让学生仔细观察并展开讨论，课堂出现了第二次高潮。在学生弄清金刚石的结构后，我告诉学生：如果把金刚石中的碳原子改成硅原子，就成了硅晶体；如果在硅晶体中每两个硅原子间插入一个氧原子，就成了二氧化硅晶体。最后附以必要的循序渐进的富于梯度的课堂练习。课堂教学在学生的回顾总结和提问答疑中结束。

非实验探究教学法能很好地体现新课程理念，有利于培养学生的各种能力和科学素养，值得提倡和推广。但也可能出现高耗时低效率，不可滥用，要结合教材内容特点和学生的实际情况，决定是否实施思辨与阅读探究性课堂教学。对于一些没有必要进行探究教学的物质结构理论知识，传统的讲述来得更直接、明了和精确。

责任编辑潘孟良