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关于高中化学竞赛自主探究型辅导模式的思考与实践


关于高中化学竞赛自主探究型辅导模式的思考与实践

摘 要

现代教育强调了学习过程的探究性、 持续性, 注重培养学生的自主学习习惯养

成。 如何把自主探究型模式运用到高中化学竞赛辅导中?如何真正提高化学竞赛教学的实效 性?笔者经过探索与实践,把探究性学习落实到教学过程的各个环节、各个层次上,给学生 创设更多的探究学习的

机会,找准探究的切入点,让学生在探究中学会猜想,在探究中学会 分析,在探究中学会归纳、推理,在探究中培养创新思维,最终让学生在探究中学会解决问 题。这样不仅有利于推动化学竞赛教学的稳步发展,更能培养学生的创新意识和实践能力。

关键词

化学竞赛 自主探究 创新能力 实验设计

一、引言
1.化学竞赛的现状 国际化学奥林匹克竞赛是 International Chemistry Olympiad 的译文,简 称 IChO,1968 年起源于布拉格。虽然历史不久,但迄今已成为国际瞩目的全球 化学资优青少年展示聪明才智的最高竞技舞台。 高中学生化学竞赛在我国目前仍 是优秀学生培养与选拔的主要途径之一,虽然竞赛活动是民间组织的,但其普及 程度却非常广泛。每年有上百万中学生参加各层次的奥赛培训、奥赛考试。一方 面为发现和培养优秀化学青少年人才提供了很好的途径, 为高校选拔了大批优秀 新生; 另一方面化学竞赛也是一种非常有益的课外科普活动,是课内化学教育 的补充和延伸,极大的促进了化学教育的改革与发展。 2.化学竞赛的选拔模式 从 1997 年来,我国化学竞赛实行两段式选拔模式。第一阶段为全国初赛阶 段(省级赛区) ,第二阶段则由中国化学会委托某一省、市或自治区的化学会承 办。此即一般在每年 1 月份举行的全国化学竞赛暨冬令营。每省、市或自治区从 各自的竞赛优胜者中选派 4 到 6 名学生参加全国化学冬令营。 冬令营决赛中经过 评委会评议,评出决赛一、二、三等奖和参赛纪念奖各若干名。奥林匹克工作委 员会参考竞赛成绩,挑选 14 至 20 名获奖者(不一定是一等奖获得者)作为国家 集训队预备队员。再经过一轮严格选拔,最后确定 4 名队员组成国家代表队进军 IChO。

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3.化学竞赛的特点 化学竞赛作为一种课外活动, 其知识考查水平源于中学化学及中学所学其它 科目的知识,但又高于高中化学教材水平。 《高中化学竞赛大纲》中明确指出, 竞赛考试内容与高中教材相比:①增加了若干元素化合物知识,如过渡元素的性 质及主族元素中更多的相关化合物知识。 ②补充了物质结构的理论内容,尤其 是涉及杂化轨道理论与晶体结构理论的相关知识。 ③补充了大量大学有机化学中 典型的反应原理与有机合成知识。④加深了化学基本原理并强调定量分析处理, 如:化学速率与平衡、电化学知识及配位化合物知识。⑤决赛中着重增加了化学 热力学与化学动力学知识,并增加了有机合成、有机立体化学及电化学的定量处 理知识。另外,高中数学、物理、生物、地理与环境科学等学科的基本内容(包 括与化学相关的我国基本国情、宇宙、地球的基本知识等)也是化学竞赛的内容 之一。相比于数学竞赛,化学竞赛不是脑筋急转弯,它需要广博、扎实的知识功 底和雄厚、灵活的理论素养,它更加强调知识面和综合能力。就这一点而言,聪 明并不是化学竞赛的根本,勤学苦练才是关键。只有浓厚的学习兴趣,才能形成 广博的知识,而喜欢钻研、探究又是增强兴趣的最好方法。化学知识的累积不能 来半点取巧,必须要有理论的深度和精专,没有这一点做基础,再好的思路也是 空中楼阁,无法用于竞赛的解题。

二、 “自主探究型辅导”的涵义及基本模式
我校理科特长班的学生是从每年将近 800 名高一新生中经过层层选拔出来 的,他们基本上都有以下特点:自学能力强,特别是创造性能力强;知识面宽, 兴趣广泛;表达能力与交往能力强等等。所以如何创造一种适应理科特长班学生 不断发展的育人环境,如何发现创新能力的化学人才,是笔者多年来一直思考的 问题,并进行了一些有益的探索。毕竟化学竞赛不同于传统意义上的化学教学, 普通的、经典的化学教学已经不能适应当前新课程教育改革的需要,更何况是化 学竞赛的教学。 那什么叫“自主探究型辅导”呢?首先应说什么叫“自主性”学习,自主学 习者认为没有人能替别人作决定,每个人都应拥有为自己做主的权利。自主能力 主要包括问题的提出、情感的体验、思考的策略和行动的勇气,这些都必须在一 次一次为自己抉择,从成功或失败中累积经验而来,不需要靠灌输知识来学会。

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自主能力不是一种知识,而是面对知识的一种态度和艺术。自主学习是由自己的 大脑产生一个指令,然后自己去执行这个指令。通过自身的反复体验和训练,会 让这种指令变得很有趣, 而不是枯燥无味。 “探究” 而 则符合中学生强烈的好奇、 质疑、求索、创新的年龄与心理特征。 “探究型辅导”是以学生“自我体验”问 题式学习为核心,设疑、探密、激趣以“新颖”为标志,培养学生创新意识和创 新能力为宗旨的教学模式。 化学“自主探究型辅导”基本模式可用下列图式表示:
创设情境 提出问题 探究讨论 总结归纳

分析评价

巩固提高

自主探究活动

其中“提出问题”和“探究讨论”可以实现反复促进、反复激化的关系。

三、 “自主探究型辅导”模式在化学竞赛教学中的应用与探索
如何将“自主探究”应用到平时的化学教学特别是化学竞赛辅导中呢?这一 定要求老师知识新、观念新、方法新、手段新。老师在教学过程中要转变“搬运 工”的角色,而是把学生置于一个动态、开放、主动和多元的学习环境中,它重 过程、重应用、重体验、重参与。老师先创设一种类似于科研的情境和途径,让 学生主动去探究、 思考和体验, 在此过程中学生学会对信息的采集、 分析和处理, 最终得出正确的结论。在具体的实施过程中,老师还要善于理解、鉴赏、保护和 激励学生的探究精神。 1.预留空间、创造机会,激发学生的探究潜能 高中生正处于思维活跃,形成良好创新素质的黄金时期。留白式教学是教师 根据人的“完成情节”心理机制产生“未完成效应” ,不直接通过讲述的方式明 确将一些学习内容告诉学生,而是通过提出问题(包括疑问、反问、质疑) 、布 置任务、讨论交流等方式留出“空白” 。即教学中故意给学生留下思索的空间, 让学生经过积极主动的思考来填充问题的 “空白” 从心理和美学角度看, 。 “空白” 容易使人产生急于“充实”“填补”并使之匀称、完美的心理倾向,以此激发学 、 生的求知欲。 “未完成效应”在心理学上又称作“蔡格尼克效应” ,它反映了人天 生对没有完成的事情存在着使之完成的“情节” 。正是这种“完成情节”驱动着

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人们能够有始有终地将一件件的事情完成。所以有人称教学留白是课堂中的“断 臂维纳斯” ,它极大程度地培养了学生自主学习的能力,调动学生的主观能动性, 也很好地激发了学生地潜力和创造力。 例如在讲述原子结构和同位素相对质量时, 学生已经明确了质子的相对质量 为 1.008,中子的相对质量为 1.007,并且均可取近似值 1。有学生立即提出 16O 的相对质量 15.9949,18O 的相对质量为 17.9991,而这两种同位素的近似相对质 量分别为 16 和 18,均大于其相应的相对原子质量。既然将质子和中子的相对质 量均取整数值 1,那么计算所得同位素近似相对质量应该小于该同位素原子的相 对质量,是什么原因产生的误差呢?这对高中的知识无疑是一块“空白” ,以前 的教学从未这么设疑过, 是简单的否定或肯定?还是干脆回避?我深深感觉到这 位学生表现出的是一种敢于质疑、勇于探究的行为,这很可能孕育着可贵的创新 精神。所以我顺水推舟,预留了这样一个“空间” :爱因斯坦的相对论对科学的 发展影响深远, 那你们知道有一揭示质量与能量关系的方程吗?后来这位同学通 过自学大学物理知识,并与其他同学组织讨论,认识到这是质子和中子聚合成原 子核时,释放能量,这一差值被称为质量亏损,等于核子结合成原子核释放出的 能量——结合能。这位同学不仅理解了△E=△mc 2 方程涵义,而且自己还将这一 部分内容在课堂里讲给学生听,并写成了小论文。正是凭着这种自主探究的良好 学习习惯,学生们学得更加主动轻松、灵活自如,同时极大地提高了他们的学习 兴趣和学习效率。 2.创设情境、迁移思维,培养学生的创新能力 教学活动主要由三部分组成:学生(教学的主体) 、教师(教学的主导)和 教材(教学的载体) ,与此相应在教学中并存着三种思维活动,即科学家的思维 活动、教师的思维活动和学生的思维活动。在教学过程中,作为起主导作用的教 师,首先必须通过备课、钻研教材,将教材中蕴涵的科学家的思维活动内化为自 己的思维活动, 然后通过上课这种形式, 去组织、 诱导学生的思维活动。 德国戈· 海 纳特曾说: “向学生预示结果或者解决方法都会阻碍学生去努力研究,因此,应 该对结果和调查迟下定论。对学生的错误不应看得过重。教师须明白,所有有活 力的思想都有一个缓慢发展的过程。 ”所以我们在教学活动中,不能急于求成, 要认真做好以下两点:1、角色换位。扮演学生的角色,经常用学生的心态和眼

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光去审视所教内容,要想学生所想,疑学生所疑,难学生所难。千万不要以“过 来人”自居,要尊重并理解学生的每一次质疑、每一种思维方式。2、稚化思维。 即在备课或上课时,我们要把自己的思维后退到学生原有的思维水平上。提出问 题后,要有意识地制造成一种陌生感、新鲜感。 例如有机反应类型特别多,如果能从简单和熟悉的反应转化、认识、推导出 不熟悉的复杂反应(从形似的联想到神似的联想的思维转换) ,并由此得出规律 性的结论,学生理解得就会更加轻松与深刻。例如在讲解取代反应时,我是这样 创设情境、迁移思维的: 从复分解反应: AgNO3 + NaCl = AgCl ↓+ NaNO3 到有机取代反应: 3Cl + NaOH CH = CH3OH + NaCl 都有一个共同的规律: A1B1 + 学生归纳总结:
NaOH NaCN NaOR’ H2S HNH2 R—Cl A 1 B1 NaC≡CH

催化剂 催化剂

A2B2 =

A1B2 +

A2B1,然后引导

H2O

ROH + NaCl RCN + NaCl ROR’ + NaCl RSH + HCl RNH2 + HCl RC≡CH + NaCl ROCOCH3 + NaCl RO—NO2 + AgCl RI + NaCl A2B1 + A1B2

NaOCOCH3 AgNO3 NaI A2B2
ROH 丙酮

然后学生经过讨论,又总结出上述反应的共同特点:
δ+ δ-

YX R—CH2—Y + X-

R—CH2

Y-是负电性的原子或原子团以及带孤对电子的中性分子,作为亲核试剂,它 总是进攻电子云密度小的碳原子(a—C) ,所以又叫亲核取代反应。

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又如卤代烃还能与金属钠发生一个有名的伍尔兹反应(偶联反应) :2RCl + 2Na → R—R + 2NaCl,它在有机合成的思想与方法上给后人以极大的启示,开 启了金属有机化学、有机合成的大门。然后指导学生通过类比、发散、迁移,去 揭示更深、更广阔的应用。
CCl4 + 4Na → C(金刚石)+4NaCl RCH—CHR’ + 2Na → RCH=CHR’ + 2NaCl
迁移

Cl

Cl

2RCl+2Na→R—R+2NaCl

RCH—CH2—CHR’ +2Na → RCH—CHR’ + NaCl + NaBr Cl ?? Br CH2

经过这样的启迪与迁移,学生不仅从中获得了科学的知识,更受到科学思维 的熏陶,有利于学生建立化学模型,掌握科学的思维方法和学习方法,从而提高 创新思维能力。 3.实验探究、小组合作,是化学“自主探究型”辅导的有效途径和方法 实验是进行科学探究的重要方法,而实验又是化学教学的基础,它以生动的 魅力和丰富的内涵在化学教学中发挥着独特的功能和作用。设计探究性实验,能 激发学生学习的兴趣,帮助学生形成概念、获得知识和技能,培养观察和实验能 力,还有助于培养实事求是、严肃认真的科学态度及科学的学习方法。实验探究 的一般过程是: 老师提出问题 → 学生分组讨论 → 资料搜集、方案设计 →动手实验 → 分析 处理 → 印证结论。 例如在讲述醇的性质时,我演示了一个有趣的实验:用一块棉手帕,在盛有 70%酒精的烧杯中浸泡,待均匀湿透后取出。展开手帕,用镊子夹住,在酒精灯 上点燃,当火焰熄灭后,手帕完好无损。奇妙的实验现象,引来学生的一片哗然 欣喜,然后我让学生分组讨论,解释这一奇特的现象。学生注意力集中,大大地 激发了学生探索科学、揭示奥秘的兴趣,学生也进入了学习心理的最佳状态。他 们很快就想到这是由于醇分子中氢氧键的高度极化, 使醇分子可以通过氢键的作 用相互缔合。

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R

δ ‥ : O : ?? H—O ‥ δ-

δ+

-

H

R

要使醇变成蒸汽,必须供给足够的能量使氢键断裂,乙醇在燃烧的时候,也 在大量地气化吸热,使手帕的温度低于棉布的着火点,所以手帕完好无损。 例如在讲述酯的性质时,先介绍酯是一类很重要的化合物,它广泛存在于自 然界中,如油脂和蜡都是高级脂肪酸的酯,植物的花果中也含有一些香味的酯, 所以它们广泛地被用作香料。然后话题一转:指纹是每个人的特征,你有什么方 法显示指纹?学生马上回答说:可以用硝酸银溶液法。难道说这与酯也有关系? 在一片好奇和质疑的氛围中,学生等着我的回答。然后我拿出准备好的一张白纸 和一支干燥的试管(加入了少量的碘片) ,指导一位同学用碘熏法显示自己在白 纸上留下的指纹。当这位同学用碘蒸汽熏过白纸,并看到清晰的指纹后,教室里 马上沸腾了,你一言我一语,都在讨论“反应”的原理?分组讨论后,他们终于 明白,这是由于碘能溶解在指纹印上的油脂之中。另外,我还补充说明了指纹的 “有机显色法”和“激光检测法” 。有机显色法的原理是:指纹印中含有多种氨 基酸成份,所以采用一种叫二氢茚三酮的试剂,利用它跟氨基酸反应产生紫色物 质,就能检测出指纹。用这种方法可检出一、二年前的指纹。激光检测法的原理 是:用激光照射指纹印显示出指纹。用这种方法可检测出长达五年之久的指 纹?? 在教学活动中通过化学实验创设问题情境来激发学生的学习兴趣和探究潜 能, 使学生以积极的心态投入到教学互动之中。 不但化解化学教学中过于 “严肃” 和“呆板”的局面,而且使课堂变得活泼、轻松和自由,学生的学习效率也会成 倍提高。 正是在这种探究精神的影响之下,班级里有一位热衷于化学的同学,在家长 的支持下,又在家里建立了一个化学实验室,化学实验的器皿、存放化学实验的 器具的大立柜等应有尽有。他不但课外研究到什么化学问题时,就在家庭实验室 做实验,而且时常邀约班上有共同兴趣的同学,课余一块儿到他的家庭实验室做 实验。人们常说: “听过的会忘记,看过的会记住,做过的才会明白。 ”亲手做过 化学演示实验,对相关的化学知识就理解得更为透彻。让学生亲自参与探索研究

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的全过程,逐步形成乐于探究,努力求知,敢于创新的心理倾向,并使学生初步 掌握从事科学研究与探索的规律和方法。 其实,实验的探究设计能力在化学竞赛中也非常重要。全国初赛试题注重考 察学生设计实验的创新思维能力与发散性思维能力,从知识层次看,并不很难。 但对设计方案的灵活性与规范性要求较高, 每届初赛学生失分较多的也正是实验 题。全国决赛试题一般是先合成某种化合物(无机物或有机物) ,然后对产品产 量与纯度作相关分析。而且从每年竞赛题看,实验内容所涉及的领域越来越广, 对操作的要求越来越高。总的说来决赛考察学生实验能力比较全面,一般包括: ①按照实验步骤进行实验的能力; ②正确使用基本仪器,规范基本操作的能力; ③实验设计的能力; ④观察、测量、记录、分析和判断的能力; ⑤处理数据及 表达结果(图、表、文字)的能力; ⑥对实验结果进行评价,并提出改进意见 的能力。 例如在讲述卤代烃的制备时,先让学生回忆前面已学过的几种方法:烷烃的 光卤法、烯烃与卤素或卤化氢的加成法、芳烃的侧链 a—H 卤代法以及用醇与氢 卤酸取代法。然后我要求学生查阅相关资料,设计一个“正溴丁烷的制备实验” 。 一个相对完整的化学实验方案, 一般包括实验目的、 实验原理、 实验用品 (药品、 仪器和设备)及规格、实验步骤、实验装置图、注意事项、实验现象及结论。 首先我和他们一起学习制备原理: 由正丁醇与溴化钠、 浓硫酸共热而制得的。
NaBr + H2SO 4 HBr + NaHSO4

n-C 4H9OH + HBr

n-C 4H9Br + H2O

可能发生的副反应有:
CH3CH2CH2CH2OH 2CH3CH2CH2CH2OH 浓H2SO 4 浓H2SO 4 CH3CH2CH=CH2 + CH3CH=CHCH2+ H2O
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CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH3 +H2O

2NaBr+2H2SO4→Br2+SO2↑+2H2O + Na2SO4 主要试剂及产品的物理常数: (查阅文献资料)

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溶解度: 克/100ml 名 称 分 量 子 性状 折 率 光 比 重 熔 ℃ 点 沸 ℃ 溶剂 点 水 无 色 正丁醇 74.12 透 明 1.3993 0.80978 -89.12 117.7 液体 无色 n-C4H9Br 137.0 透明 液体 然 后 我 将 他 们 分 组 讨 论 , 设 计 步 骤 和 装 置 。 考 虑 到 n-C4H9OH + HBr n-C4H9Br + H2O 是一个可逆反应且反应物和生成物的沸点都较低,所以他们提出应该用加 热回流装置 (图 1) 由于产品是混合物, , 所以应该用分馏法提纯正溴丁烷 (图 2) 。 [实验步骤]
水、浓硫酸、 正丁醇、溴化钠 回流 20min 馏出液(粗正溴丁烷) 洗 涤 ①水②浓硫酸③水④饱和碳酸氢钠⑤水 干 燥 无水氯化钙 蒸馏 正溴丁烷 99~103℃ 蒸 馏 残液

醇 ?

醚 ?

7.920

不溶 1.4398 1.299 -112.4 101.6

?

?

[实验装置]

周末的时候,我还带了四位学生去嘉兴学院把这个实验做了一遍,就这样很 多平常看似复杂的问题,经过学生们自己的探究参与,都能得到较好的解决。
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四、一点体会
进行“自主探究型辅导”模式的尝试后,我们逐渐取得了一定的成绩:我所 带班级学生在高二时参加 2008 年浙江省化学竞赛中,有五位同学获得一等奖, 十六位同学获得二等奖;在 9 月份刚刚结束的全国第 22 届化学竞赛中,更有五 位同学获得全国一等奖(省赛区) ,其中有一名同学还以 91.5 分的成绩位居浙江 省第二名;在随后的全国化学冬令营浙江队选拔考试中,又有一位同学顺利进入 全国化学冬令营,在后来的全国化学冬令营决赛中获得浙江省唯一的一枚金牌。 在尝到成功喜悦的同时,我更加深刻地体会到:无论是老师进行化学竞赛辅导, 还是学生参加化学竞赛学习, 要想取得满意的成绩, 必须付出艰辛的劳动。 另外, 老师在竞赛教学过程中要特别重视对学生的情感、信心、意志等非智力因素的培 养。达尔文曾说过: “我之所以能在科学上成功,最重要的就是我对科学的热爱, 对长期探索的坚韧,对观察的搜索,加上对事业的勤奋。 ”

参考文献:
[1] 王磊。化学教学心理学 [2] 吴俊明、王祖浩。化学学习论 1996 [3]藉莉。蔡格尼克效应与课堂教学中的留白,基础教育(沪 2008 年第 3 期) [4]施华。高中化学竞赛赛前集训

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