夏建华+宫朋飞

摘要：以“探究钠燃烧实验中黑色产物的成因”为例，探索了在翻转课堂模式下将科学探究的主要环节置于课前和课中进行，以有利于提升科学探究的品质，促进师生交往、积极互动，拓展课堂的开放性。

关键词：翻转课堂；科学探究；控制变量；钠燃烧

文章编号：1005–6629（2015）2–0036–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

翻转课堂，是指在信息化环境中，教师提供以微课为主要形式的学习资源，学生在上课前学习微课并完成进阶练习或相关任务，师生在课堂上一起完成作业答疑、协作探究和互动交流等活动的一种新型的教学模式。在翻转课堂中，教学组织形式从“课堂授课听讲+课后完成作业”转变为“课前自主学习+课堂协作探究”。从教学设计的角度看，翻转课堂是一种在线教学和课堂教学相结合的混合式教学设计[1，2]。我们认为，作为理科课程的翻转课堂，不仅要关注知识的传授（微课学习知识点，课堂上巩固强化知识），更要关注让学生通过科学探究获取知识。翻转课堂的教学中如果都是知识传授型教学模式，那科学探究就会被淡化。而化学学科有很多知识是通过探究获得的，高中化学课程标准也指出：“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。”为此，在翻转课堂课题研究中，我们探索了知识传授型、科学探究型和习题训练型三种翻转课堂教学模式。

科学探究的基本过程主要有提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、观察现象、结论与解释等要素构成，而表达与交流、反思与评价则渗透在上述各要素的发生过程中。传统课堂上，面对一个真实的探究过程，要在短短的一堂课中完成探究的全过程，通常很难实现。即使是勉强完成，也可能是点到为止，学生很难发生高品质的思维活动和高质量的交往与互动。在翻转课堂教学模式下，学生有更多的时间在课前围绕微课提出的问题完成部分探究过程（如提出假设、设计实验等），课堂上则能围绕核心问题在互动基础上进行余下的探究活动。本文拟以“探究钠燃烧实验中黑色产物的成因”为例，研究基于翻转课堂的科学探究基本模式。

1 微课的设计及教学基本思路

本节课的教学对象是已学过钠的相关知识的高二学生，学生在学习《化学1》时都知道钠燃烧时生成淡黄色过氧化钠的事实，但实际上钠燃烧时还有大量的黑色物质出现（详见人教版教科书插图）。本课题设计的意图是让学生通过科学探究来解决这一认知冲突。

1.1 课前——观看微课、设计实验方案

学生在课前观看教师制作的微课（见表1），观察到钠燃烧后产物中有较多的黑色物质。为探究黑色物质是什么，学生根据教师在微课中提出的4个假设，自主地上网查询相关信息，设计实验方案。

1.2 课堂——完成科学探究

1.2.1 交流、研讨、完善实验方案

学生以小组为单位交流、研讨各自设计的实验方案，然后各组在班级交流。全班同学针对4个假设逐一讨论相关的方案，最后在教师的指导下形成共识。

1.2.2 进行实验、观察现象、结论与解释

学生分组各完成一个假设的验证实验。各小组在班级汇报交流各自的实验现象、结论与解释。

本节翻转课堂的科学探究过程中各要素及其行为主体结构如下：

2 翻转课堂主要教学过程

2.1 课前观看微课，设计实验方案

学生课前在翻转课堂平台上自主观看微课，在网上获取金属钠和石棉网的成分，针对教师提出的4种假设自主设计实验方案。

2.2 课堂完成探究，得出结论

2.2.1 展示和研讨，形成实验方案

学生以小组为单位交流、研讨各自设计的实验方案，然后各组在班级交流本组讨论后确定的实验方案。全班同学针对4个假设逐一讨论相关的方案，最后优选出可行的实验方案如表2所示。

在交流与互动的过程中，教师针对性地引导学生对相关方案进行分析和评价，如针对假设3，学生共提出三种方案：

方案1：将除去表层的钠置于玻璃管中，通入二氧化碳气体后，点燃金属钠，观察产物颜色。

方案2：将除去表层的钠分别置于玻璃管中，将空气和纯氧分别通入试管中，点燃金属钠，比较燃烧后产物颜色。

方案3：将除去表层的钠分别置于玻璃管中，将空气和除去二氧化碳的空气（将空气通入碱石灰）分别通入试管中，点燃金属钠，比较燃烧后产物颜色。

教师根据上述方案，提出如下问题让学生反思和评价：

验证假设3的三个方案中，哪些方案不合理？哪个方案最优？说明理由。

学生分组讨论后，对这三个方案进行了如下评价：

方案1只能证明Na能在纯的CO2中燃烧，但并不能表明Na能和浓度约为0.03%的空气中的CO2反应。该方案存在的问题是没有控制好实验的变量，方案中出现了气体成分和浓度都不同的两个变量。

方案2也没有控制好实验的变量。纯氧和空气比较，除了不含二氧化碳外，其氧气的浓度也不同，出现了气体成分和浓度都不同的两个变量。

方案3较好地控制了实验的变量——两种气体中唯一不同的是二氧化碳含量。如果黑色产物明显减少，则表明黑色产物与CO2有关。

再如有同学针对假设1～4提出了一个总的验证方案：将除去表层的钠在通有氧气的玻璃管中加热，如果没有黑色物质出现，表明假设4不成立，假设1、2、3中可能有一种或多种假设成立；如果产物中有黑色物质出现，表明假设4成立，假设1～3不成立。

此时，教师适时点拨学生进行思考：针对黑色产物，教师只提出了其中的四种假设，可能还有更多的假设，如物质聚焦状态、高温下颜色的改变等等。在此基础上学生认识到在假设未穷尽的情况下，用非此即彼的思维方式设计方案可能会出现错误，从而引导学生辩证地对该方案进行了如下的评价：

（1）该方案中，如果无黑色产物出现，不能证明假设4成立，也不能证明假设1、2、3中可能会有一种或多种假设成立，因为假设没有穷尽，黑色物质还可能是其他原因造成的。

（2）该方案中，如果有黑色产物生成，不能证明假设4成立，理由同上；也不能排除假设1、2或3，因为产生黑色物质的原因可能不止一个。

2.2.2 进行实验，观察现象，解释现象，得出结论

学生分4个组分别完成验证假设1～4的相关实验，然后分享各组观察到的实验现象，得出结论。

验证假设1：

教师引导学生对实验结论进行了充分的讨论，引导学生得出探究结论后强调：通过上述探究，我们验证了假设1～4，表明黑色物质的成因较复杂，与石棉网、钠表面的煤油、空气中二氧化碳和钠中含有铁元素等多种因素有关，而且还可能与其他因素有关，如高温下过氧化钠的颜色、物质的聚焦状态等等。

3 反思

3.1 翻转课堂让科学探究更精彩

因为有了翻转课堂的课前微课学习，使得科学探究过程中的提出问题、猜想与假设和设计实验等过程前移，让学生有足够的时间在课前实施科学探究的核心环节——设计实验。该环节需要一定的时间让学生获取信息，并进行分析与思考，对学生的逻辑思维、辩证思维和创造性思维要求较高。从教学过程可以看出，学生能根据已有知识和经验，围绕相关假设，运用控制变量的方法设计出科学、严谨的实验方案。这种基于个体知识和经验的方案经过小组的分享与讨论，有的被否决，有的被修改。各小组的方案经过全班同学的讨论后臻于完善。在全班讨论过程中，教师针对学生设计的方案进行点拨，引导学生分析和评价方案的优劣，筛选出可行的实验方案。接着，让学生分组进行实验，观察现象，得出结论并进行解释。

在本节课的科学探究过程中，设计实验方案，论证实验方案，进行实验，观察现象，得出结论及解释等主要过程都是以学生为主体完成的。教学中学生经历了科学探究的全过程，学习了控制变量的科学方法，提升了思维的品质，培养了分析问题、解决问题的能力和化学实验与探究的能力。应该说是一节基于翻转课堂的科学探究典型案例，对化学教学中高效实施科学探究有着积极的借鉴作用。

3.2 翻转后的课堂教学成为师生交往、积极互动的过程

因为学生已经在课前设计了实验方案，课堂教学的主要任务就是展示、交流、研讨实验方案，这个过程是以小组合作和全班讨论的方式进行的，课堂上充满了鲜活的生生互动、师生互动场景，学生成为学习的主体，教师则是学生学习的引领者。如在讨论假设3的三个实验方案时，教师以画龙点睛式的点拨，把学生的思维引向深处，让学生运用控制变量和设计对比实验的思想，通过积极的互动，分析方案1和方案2中存在的问题，形成了完善的实验方案，同时也提升了学生的思维品质。这种高效的互动促进了教学方式的变革，学生在互动中提高了学习参与度，促进了对知识的理解，培养了思维能力，提高了合作与交流素养。

3.3 翻转后的课堂拓展了教学的开放性

翻转后的课堂，不仅让教学从课堂延伸到课前和课后，更重要的是提升了教学的开放性，给教师教学也带来了挑战。因为学生有足够的时间在课前获取信息、设计实验方案，课堂上会呈现出形形色色的实验方案，学生评价方案时也会展露出独特的观点和视角，这既要求教师具备较高的专业素养，又要求教师课前要充分做好相关知识的学习和研究，这样才能应对各种不同的教学生成。如学生针对四种假设提出了用一个实验验证四个假设的方案时，因为逻辑思维和辩证思维能力受限，导致学生错误地认为黑色产物只可能是四种假设中的一种，其实这种黑色物质不仅可能是四种假设中的多种，还可能是其他因素产生的。这种情况下，教师适时地捕捉到这些生成性要素，设计出开放的、深层次的问题启迪学生思考，培养了学生的逻辑思维能力和辩证思维能力，提升了学生的科学素养，同时也把探究从课堂延伸到课外，让部分学有余力的学生有进一步探究的空间（提出并验证其他假设）。正是这些高质量的开放性教学情景，让翻转课堂模式下的科学探究邂逅了无法预约的美丽生成，构成了促进学生发展的一道亮丽的风景线。

参考文献：

[1]钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究，2013，（1）：60～61.

[2]赵兴龙.翻转课堂中知识内化过程及教学模式设计[J].现代远程教育研究，2014，（2）：55～61.