高中化学演示实验探究式PDOE实验报告单开发研究

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摘要 比较了高中化学演示实验DOE模式与PDOE模式，深入研究了探究式pdoe实验报告单的开发，并对如何使用探究式PDOE实验报告单提出了建议。

关键词 高中化学；演示实验 ；PDOE模式；实验报告单

PDOE模式是一种新型演示实验教学模式，以建构主义学习理论和观察渗透理论为理论基础，通过产生认知冲突来实现概念转变，旨在培养学生的探究意识与能力，在此模式教学环境下，学生是课堂的中心，主导着教学方向，实验进程变数大。实施此模式教学时，可通过重整教科书设定的实验本体，以科学问题先于观察的视角整合活动嵌入方式，开发出与教学单元相匹配的探究式PDOE实验报告单，使之成为实施教学的载体。

一、高中化学演示实验DOE模式与PDOE模式比较

当前高中化学演示实验教学模式主要有DOE与PDOE两种，代表着演示实验教学的两种主流做法。DOE模式由Champagne、Klopfer和Anderson于1980年提出，用以勘察学生对科学概念、原理的理解，该模式包含“演示-观察-解释（demonstrate-observe-explain，缩写为DOE）”三个环节。具体方法为：教师演示实验，学生观察、记录实验现象，教师解释、总结。我国高中化学演示实验教学基本上采用这种模式。

PDOE模式是基于学生探究意识与能力培养需要而开发的一种新型演示模式，由Richard White和Richard Gunstone于1992年提出，在传统DOE模式的基础上增加了一个“预测（predict）”项目，变“演示-观察-解释”为“预测-演示-观察-解释”（缩写为PDOE），使演示实验从一开始就是学生共同参与的探究活动。具体方法为：在演示实验前期，教师提供所要开展实验活动的相关材料并将学生分组，各小组学生根据实验要求提出猜想，预测可能的活动进程、实验现象及结论；在动手实验阶段，教师与学生一起完成，学生边观察、记录，边反思，教师边引导边纠错；在活动后期，教师组织各小组学生交流活动中出现的各种预测与实验现象之间的差别，讨论并解释原因，最后进行总结、拓展。

从表面上看，PDOE模式比DOE模式仅仅增加了一个预测“P”项目，但二者在教与学的方式上却产生了本质的差异，见表1。

比较分析表1，两种模式的主要差别可概括为以下两个方面：

DOE模式以教师为中心，实验进程由教师主导，从演示什么实验、什么时候开始实验、应该观察哪些实验现象，到怎样分析这些实验现象以及可以获取什么样的实验结论等，均由教师主宰、掌控，教师做什么，学生就看什么，教师讲多少，学生就记多少，教师所需要竭力做到的就是尽量讲解清楚实验本体以及相关的科学知识，学生所需要努力达成的就是在观察的基础上记住教师所讲的内容，教学目的就是让学生通过实验观察加深概念理解。PDOE模式则以学生为中心，实验进程由师生共同主导，做什么实验、为什么做实验以及怎样做实验都是在学生提出猜想即具有前概念的前提下进行的，实验活动不再是为了证实书本上已被无数次证实过的科学结论，而是为了检测学生头脑中可能产生的各种稀奇古怪的想法。活动过程主要是围绕学生的认知展开，是一个否定之否定的过程；教学目的就是通过概念转变实现学生的认知提升；教学任务只有在学生经过自主建构实现概念转变的前提下才算完成。

DOE模式以接受学习为主旨，主要用以帮助学生获取感性认识、加深概念理解、培养观察能力等。主要的缺陷在于：过于依赖教师对实验过程的单方面主导，学生主体性地位不强，因实验本体事先由教科书设定，学生在教师演示实验之前已经能够通过预习获得实验所能观察到的现象以及现象背后的原因或结论，演示实验沦为教学内容的附庸与陪衬，教学功能弱化严重。PDOE模式则以探究学习为主旨，强调实验过程与认知变化过程融合，“问题”由学生提出，“方案”由学生设计，“实验过程”由学生完成，“结论”由学生得出，“评价”由学生来做，整个教学过程都在学生全程参与的情况下完成，学生可以通过设计实验培养创新能力，通过亲自动手培养操作能力，通过观察实验现象培养敏锐的感知和观察能力，通过记录、分析、处理实验数据培养思维能力等等。主要问题在于：在该模式教学环境下，学生是课堂的中心，主导着教学方向，实验进程变数大，是一个充满动态生成的变体；对大多数教师而言，采用此模式上一、两节公开课也许问题不大，但要做到常态化教学，难度不小。

因此，如何轻松地以PDOE模式进行常态化教学，成为摆在化学教师面前的一大难题。

二、探究式PDOE实验报告单的开发

本研究提出“探究式PDOE实验报告单”这一解决方案，试图通过重整现行教科书设定的实验本体，以科学问题先于观察的视角整合活动嵌入方式，开发与每一个教学单元相匹配的探究式PDOE实验报告单，使之成为实施PDOE模式教学的基本载体。

1.探究式PDOE实验报告单的栏目设置

为充分体现探究理念，本实验报告单设置了不同功能的六个栏目，从不同层面引导学生围绕科学问题展开探究活动，让学生在活动中感受科学探索的曲折与艰辛，体验知识生成的激动和欢欣，掌握科学的研究方法，养成实事求是的科学态度，增强合作精神与实践能力，达到学以致用的目的。分别是：

【你知道吗】引导学生回顾已有知识，联系生活经验、生产实际，介绍相关概念及原理，提供探究所需的前备知识、方法等。

【实验课题】以设问的形式呈现实验本体，附带可供选用的实验用品（提供选用的仪器、药品等具有一定的选择性）。

【提出猜想】学生预测可能出现的各种情况，做出假设，并设计出相应的实验方案。

【交流与讨论】班级汇总、交流、讨论，产生2-3个有代表性的实验方案。

【活动与探究】根据班级形成的实验方案逐次展开活动。引导学生探讨实验现象，解释现象产生的原因，得出科学结论。

【反思与拓展】就学生认知发生冲突的地方进行针对性总结、评价，引导学生适时反思，鼓励学生提出新的问题。设置1-2个变式题演练巩固实验成果。

2.探究式PDOE实验报告单课例

以苏教版普通高中课程标准实验教科书化学必修1专题1第二单元《研究物质的实验方法》中“常见物质的检验”一课为例，将本课所安排的4个演示实验本体进行重整，实验报告单样式如下：

探究课题 物质的检验

【你知道吗】在生产生活和科学研究中，人们经常需要测定物质的组成，确定它是哪种物质，即进行物质的检验。通常人们可以根据不同物质某些物理性质的特征将物质粗略地区分开来，但更多的是根据不同物质的某些特征反应对物质进行检验。例如，根据碳酸盐与盐酸反应放出二氧化碳气体，确定某矿石中是否含碳酸盐；根据纤维在火焰上燃烧产生的气味，确定该纤维是否为蛋白质纤维。

【实验课题】现有四瓶失去标签的无色溶液，分别是氯化铵、硫酸铵、氯化钾、硫酸钾，请你采用尽量多的方法来鉴别它们。

可供选用的实验用品有：试管、试管夹、带有弯玻璃导管的塞子、玻璃棒、点滴板、表面皿、玻璃片、胶头滴管、酒精灯、火柴、铁架台（带有铁圈、铁夹）、石棉网、棉花、铂丝、铁丝、铜丝、蓝色钴玻璃、红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、pH试纸、石蕊试液、酚酞试液、蒸馏水、 1 mol・L-1 NaOH溶液、1 mol・L-1 Ba（OH）2溶液、澄清石灰水、0.1 mol・L-1 AgNO3溶液、0.1 mol・L-1 Pb（NO3）2溶液、稀硝酸、稀盐酸、稀硫酸、0.1 mol・L-1 BaCl2溶液、0.1 mol・L-1 Ba（NO3）2溶液。

【提出猜想】将四瓶失去标签的无色溶液分别标号为A、B、C、D。

方案1：

方案2：

（若还有其他方案，请另附纸）

【交流与讨论】经过小组讨论，我们确定的实验方案有：

方案1：

方案2：

（若还有其他方案，请另附纸）

【活动与探究】（请将探究过程中有关的实验活动、实验现象、解释与结论等填入下表中）

（若表中空格不够，请另附纸）

【反思与拓展】

一、自我评价

1.问题与认识

（1）检验SO42-离子时，所加试剂的先后顺序是什么？为什么？

（2）在焰色反应实验中，稀盐酸的作用是什么？为什么观察钾的焰色必须透过蓝色钴玻璃？

2.整理与归纳：通过实验探究，请简要说说H+、Na+、K+、NH4+、OH-、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-等9种离子的检验方法。

二、拓展演练

某化工厂排放的污水中可能含有H+、Na+、K+、Cu2+、Ba2+、OH-、NH4+、Cl-、CO32-、SO42-中的一种或几种，请设计实验加以确定。

三、探究式PDOE实验报告单使用建议

为更好地使用探究式PDOE实验报告单，确保各个教学环节紧凑而有序，优化实施效果，建议教学时注意把握好以下几点。

1.课前

报告单中前三个栏目的内容应由学生课前预习完成，课堂上直接进入汇总、交流与讨论环节，可节省不少时间。这与导学案在使用手法上有些类似。

2.课中

实验课题附带提供选用的仪器、药品等具有一定的选择性，教师可依据学情辅以必要的提示，或者适当调整实验用品，但不可过度提示或实验用品调整范围过窄而导致学生在预测时由于指向性过于明确而压缩了个人发挥的空间，进而影响探究的欲望和质量。尤其是就实验方案的设计而言，可行的实验方案往往多种多样，除了教科书上提供的、课堂上教师介绍的常见常用方案之外，还可能有一些非常规的或不在要求掌握范围内的方案，虽然这些方案的产生与教学任务的关联度可能很小，但是它们的存在本身也是很好的教学资源，不可因提示过度或实验用品调整范围过窄而使它们丧失了生成的可能。从某种意义上说，动态生成及其衍生的教育功能也是PDOE模式教学的基本出发点之一。

教师在课堂上应努力创设出能够让学生自由表达个人观点的环境，鼓励学生敢于提出新的问题。教学过程要密切关注学生的认知冲突，及时予以引导，帮助学生在反思中实现概念转变。

演示实验时，活动方式可以是教师演示，也可以是学生代表上台演示。在PDOE模式教学环境下，学生是课堂的中心，除了较为复杂的操作类实验需要教师亲力亲为外，相对简单的滴管实验则应该大胆放手由学生代表上台演示。让学生按照自己的想法去完成预设的实验方案，不仅有助于科学概念的植入，而且一旦由此产生了认知冲突，其剧烈程度会让学生印象深刻，学生必然急于解决冲突，此时再及时予以指导，效果立竿见影。此外，多让学生上台演示还有利于课堂感染力的提升。

3.课后

设置的变式题一般作为课后深化探究的作业，若时间允许，也可以用来进行随堂演练，拥有探究实验室的学校还可考虑将其进一步拓展到课外使用。

报告单应于课后统一收齐，认真批改。一方面督促学生养成预习、记录、整理的好习惯，另一方面通过查看报告单中“提出猜想”与“反思与拓展”两个项目的完成情况，可准确把握学生在本课学习过程中遇到的问题、产生的困惑、得到的认识以及一些异想天开的念头，以便评析时更具有针对性。