探究式课堂教学模式以学生的科学探究学习活动为中心来展开课堂教学。简单地说，科学探究学习是“在做科学中学科学”。“做科学”，即学习像科学家那样发现问题，用科学的方法研究问题，获得新的认识[1]。“做科学”的过程，一般包括下列过程：发现、提出问题—对问题的可能答案提出科学的假设—获得充足的有根据的资料或证据—运用所得资料证据进行分析、归纳和论证，得到探究的结论—对所得的结论做反思、交流，思考所得结论是否符合客观实际，是否能解决问题。“学科学”，是通过探究学习活动，提高问题意识和探究意识，学习新知，提高学习研究能力，理解科学的本质。
“发现提出问题、运用科学方法、获得新的知识、提升探究意识、提高探究能力、理解科学本质”，是科学探究学习的36字真经。
什么是科学本质？通俗地说，就是人类探究自然界奥秘、探索真理的过程。科学认识过程的思考方式、认识方式是建立在真实的证据的基础上，尽力避免偏见与误差。科学不等于科学知识。科学知识包括科学事实、概念、原理、规律和科学理论，是人们在观察、思考自然现象或进行科学实验中获得的对客观世界的认识，是科学家们对客观世界的描述和反映，是客观世界在人脑中的反映。科学发现和发展的许多史实和故事，可以帮助我们认识什么是科学。以下是化学教师们并不生疏的故事。
［案例7-2］从两个科学发现史实能得到什么启示？
1. 氩气的发现
1892年，英国科学家瑞利发现从空气除去氧气制得的氮气和从氨制得的氮气的密度不同，分别是1.2572g/L和1.2508g/L，有千分之几的差别。他在《自然》杂志上发表了他的发现，并请大家帮他分析其中的原因（发现提出问题）。
拉姆塞推断空气中的氮气里可能含有一种较重的未知气体（假设）。他们又做了大量的实验。1894年他们用干燥空气除氧、水蒸气、二氧化碳、尘埃、有机物，用灼热镁粉吸收余下的氮气，发现还有1/80的气体。他们测得这些气体的密度几乎是氮气密度的1.5倍，又测定了光谱，证实它是一种新元素——并称之为氩Ar（基于证据的推理判断）。
2. 稀有气体化合物的发现
19世纪末以来，稀有气体元素不能生成稳定化合物的结论给科学家划定了一个禁区。只有少数化学家怀疑这一结论，试图合成稀有气体元素化合物（提出问题）。
1932年，苏联阿因托波夫报道，他在液态空气冷却器内，用放电法使氪与氯、溴反应，制得了较氯易挥发的暗红色物质，并认为是氪的卤化物。有人采用他的方法重复实验时未获成功。阿因托波夫就此否定了自己的报道（实验收集证据，得出结论）。1933年，鲍林通过计算，预言可以制得六氟化氙、六氟化氪、氙酸及其盐。扬斯特受阿因托波夫的报道和鲍林预言的启发，用紫外线照射和放电法试图合成氟化氙和氯化氙，均未能检验出卤化氙的生成（实验，得出结论）。扬斯特没有坚持实验。以后的30多年中很少有人进行研究。到1961年，鲍林也否定了自己预言，认为“氙不能生成通常含有共价键或离子键的化合物”。就在鲍林否定其预言的第二年，英国年轻化学家巴特列特用PtF6与等摩尔氧气在室温条件下反应，得到了一种深红色固体，经X射线衍射分析和其他实验确认此化合物为O2PtF6，证明PtF6能够氧化氧分子。他通过联想、类比、推理和计算，认为O2可以被PtF6氧化，氙也应能被PtF6氧化，且XePtF6一旦生成，也应能稳定存在。他仿照合成O2PtF6的方法，在室温下得到了橙黄色固体XePtF6。
第一个含有化学键的“惰性”气体化合物诞生了，证明了巴特列特的设想是正确的。1962年6月，他正式向化学界公布了自己的实验报告，震动了化学界。持续70年之久的关于稀有气体在化学上完全惰性的传统说法，从实践上被推翻了，开辟了一个稀有气体化学的新天地。
什么样的课可以采用探究式模式来设计、组织？这是设计组织探究式课堂教学之前需要斟酌的。要考虑教学内容是否适合于使用探究学习；探究学习活动以及通过探究得到的结论是否有助于学习目标的达成；如果适合，应该提出什么样的探究问题。斟酌这些问题，可以避免有形无实的无效“探究”。
应用探究教学模式进行课堂教学活动的设计、组织，则要仔细推敲以下几个问题：探究的问题怎么设计？怎么获得事实、证据？怎样从探究获得的证据得到结论？这些问题的提出和解决，是教师自己做还是让学生来思考、尝试？
在课后，还要分析探究活动是否能达成学习目标，有没有需要改进之处或是否有更好的探究方案。
［案例7-3］如何设计“质量守恒定律”的探究学习活动
“质量守恒定律”的探究学习，并非让学生学习如何发现化学反应质量守恒定律，也不是让学生通过实验验证质量守恒定律。
让学生回到拉瓦锡发现“质量守恒定律”的时代，去模仿、重复前人的探究实验，发现质量守恒定律，这样的探究是否有意义？开始学习这一课题的初中学生，对“化学反应”本质的认识已经大大超过了拉瓦锡。学生已经知道化学变化是组成物质的元素原子的重新组合，而原子在化学反应中既没有变成其他元素的原子，也没有消失，那么由原子组成的物质，在化学反应中质量还会改变吗？再说，用测量精度只有0.1g的托盘天平，可以获得有说服力的检验证据吗？
“质量守恒定律”的探究学习，目的在于帮助学生发现自己认识的误区，更深刻地理解、认识化学反应中物质质量的关系，掌握“质量守恒定律”。学生从理论上做推理，可以得到符合质量守恒定律的结论。可是他们会问，蜡烛燃烧后消耗了、消失了，薄铜片在空气中加热、灼烧，氧化变黑、变重，这是否和质量守恒定律相背离？
“质量守恒定律”的探究学习活动，应该帮助学生找到理论推导和实际看到的事实之间的矛盾在哪里，问题出在哪里。为此，可以设计下列探究学习活动的方案[2]：
1. 根据人们对化学变化发生本质的认识，你认为化学反应中参加反应的物质质量总和与反应生成的物质质量总和有什么关系？
2. 查阅化学史资料（波义耳、拉瓦锡的实验），你有什么想法？
3. 下图所示的实验，为什么实验结果不一样？问题在哪里？
4.你发现问题的关键了吗？质量守恒定律的表述中哪些字眼是不可忽略的？
探究学习活动，要激发学生积极主动地参与学习活动的热情。活动的课题不能太大、太宽泛，活动目的和整体框架要明确，使学生易于理解活动目的，能主动开展活动。但是，不能把活动内容规定得太死、操作程序规定得太细。如果学生只能按教师下达的程序“探究”，像教师操纵下的木偶，失去了探究的主动性，没有独立思考的空间和时间，探究活动则只能流于形式。
［案例7-4］有哪些熄灭蜡烛火焰的方法？
初中学生学习了“燃烧的条件”，后续的教学内容是学习、研究如何依据燃烧条件来防火、灭火。如何组织学生通过自己积极主动的学习活动来掌握学习内容？
一种方法是依据燃烧的三个条件，让学生逐一思考并进行实验，证实移除可燃物、降低燃烧物温度、把燃烧物和空气隔离，都可以达到灭火、防火的目的。另一种方法，是让学生通过积极主动的体验式学习活动和交流讨论掌握知识。
学生通过燃烧条件的学习，知道了燃烧需要三个条件，缺一不可。那么学生一定容易想到，只要移除任一个燃烧的必要条件，就可以达到防火、灭火的目的。教师要做的不是讲解哪些方法可以防火、灭火，或者让学生跟着自己亦步亦趋地逐一学习、验证灭火的原理，而应创设学习情景，设计学生可以积极主动参与的学习活动。例如，一位教师做了如下的设计：
在讲台上的一只敞口空水槽中点燃了一根短蜡烛，一个木盘子上预先放着各种用具（没有告诉学生其中有什么用具），要求学生每人想出一种不同的熄灭蜡烛火焰的方法，向同学说明所做选择的理由，并动手从木盘子中取用需要的用具进行实验操作。学生争先恐后举手说明自己想到的方法，并动手实验。学生先后用了多种不同方法熄灭蜡烛：用烧杯罩灭；用湿抹布盖灭；用扇子扇灭；用嘴吹灭；用水浇灭；在水槽中加入一些纯碱和盐酸，让生成的二氧化碳气体熄灭蜡烛；用沙土盖灭；用剪刀剪掉烛芯……在学生活动结束后，教师引导学生将各种方法按灭火的原理归类，帮助学生理解哪些方法降低了燃烧着的蜡烛的温度；哪些方法使燃烧着的蜡烛和空气隔绝；哪些方法起到了把未燃烧的蜡烛和火焰隔离。
学生主动地参与学习活动，并在教师的指导下进行交流、总结，加深了对知识的理解，提高了理论联系实际、灵活运用知识的能力。
在课堂的探究学习活动中，教师教的行为、学生学的行为的协调，师生的交流互动是非常重要的。教师教的行为要依据教学目标，结合教学内容和学生的学情来设计，要在教学过程中依据学生的反馈适时调整，做到预设和生成并重。学生的学习行为是在课堂活动的整体框架中进行的，但是作为学习活动主体的学生，应能发挥自己的学习能动作用，有独立的阅读、思考、实验、交流讨论、练习的时间和空间。教学活动的设计组织要尊重学生的学习主动性。师生的交流互动，主要体现在教师通过教的行为，对学生的学习进行指导、支持（包括鼓励）和协同学习作用，体现在情感的交流和共鸣上。
［案例7-5］铁离子氧化性和亚铁离子还原性的实验探究活动设计
在学生已经认识铁可以形成亚铁盐和三价铁盐，了解KSCN溶液可以用于区别亚铁盐和三价铁盐溶液的基础上，可以设计下列教学方案，让学生通过实验观察和探究认识铁离子的氧化性和亚铁离子的还原性。
［问题的提出］
分别向浅绿色的FeCl2溶液（1）、含有小铁钉的FeCl2溶液（2）、棕黄色的FeCl3溶液（3）中滴加KSCN溶液，发现溶液（1）显淡红色，溶液（2）颜色不改变，溶液（3）显血红色。另取浅绿色的FeCl2溶液（1），加入少量还原铁粉，振荡得到溶液（4），而后再滴加KSCN溶液，溶液不变色。
请学生对比、思考、分析四个实验的现象，说明可以做怎样的推断。
［学生思考讨论］（略）
［提出实验探究课题］教师归纳、整理学生提出的推断：从FeCl2溶液（1）与KSCN溶液作用显淡红色，说明其中含少量Fe3+。含有小铁钉的FeCl2溶液（2）、FeCl2溶液（1）中加入还原铁粉后，滴加KSCN溶液都不显红色，说明其中不含Fe3+，很可能是金属铁把Fe3+还原为Fe2+；也可以说Fe3+有氧化性，能把单质铁氧化为Fe2+。
还有许多事实说明Fe2+容易被氧化为Fe3+，而Fe3+有氧化性。例如，实验室里使用的FeCl2溶液容易被溶液中溶解的氧气氧化。在不影响使用的情况下，可以在FeCl2溶液中加入无锈的铁钉或一些还原铁粉，防止FeCl2被氧化。
我们能不能利用学过的化学知识，用简单的实验来检验上述推断，证明Fe2+容易被氧化为Fe3+，而Fe3+有氧化性？
［学生交流讨论实验方案，进行实验］
（1） 在不含FeCl3的FeCl2溶液（或FeSO4溶液）中，加入具有氧化性的氯水或过氧化氢水溶液（双氧水），再用KSCN溶液检验溶液中是否含有Fe3+。
（2） 在FeCl3溶液中加入足量还原铁粉，振荡，滴加KSCN溶液，检验溶液中的Fe3+是否已被还原。
［实验活动小结］（略）
［知识的运用］
（1） 教师建议学生进行两个趣味实验，观察发生的现象，并做解释说明：
在5mL0.1mol/L FeSO4溶液中滴加2滴0.1mol/L酸性KMnO4溶液。
在2mL 0.1mol/L Fe2(SO4)3溶液中加入研成粉末状的维生素C，振荡，直至溶液褪色。而后再滴加2%的过氧化氢水溶液（双氧水），直到溶液重新恢复棕黄色。
（2） 教师演示FeCl3溶液与铜的反应：用滴管吸取少量30%FeCl3溶液，在除去氧化膜的铜片上画个图案，放置片刻后，用少量水将铜片上的溶液冲洗到小烧杯中，观察溶液的颜色和铜片表面的变化。请学生解释发生的现象，说明发生的反应。而后，展示印刷电路板，说明在敷有铜箔的塑料板上形成电路板的方法。
（3） 教师用实物投影，展示补血剂琥珀亚铁片及其使用说明书，请学生依据它的成分和使用说明，解释为什么琥珀亚铁片“要密闭保存”“和维生素C同服效果较好”。
【注释】
[1]王云生.化学探究学习活动设计组织刍议［M］.化学教育，2009年第9期
[2]中学化学国家课程标准研制组.义务教育教科书 化学（九年级上册）［M］.上海：上海教育出版社，2012
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