利用化学实验教学培养学生科学探究能力的研究课题研究方案

1、利用化学实验，培养学生科学探究能力的研究课题研究方案万州桥亭中学化学课题组一、 问题提出    新一轮基础教育课程改革突出强调创新精神和实践能力的培养，而学生创新精神和实践能力的培养需要通过学生具体的探究活动来实现。高中化学课程标准（试验）和义务教育化学课程标准均指出，中学化学教学要“有利于学生体验科学探究的过程，学习科学探究的方法，加强对科学本质的认识，增强创新精神和实践能力”，让学生“经历对化学物质及其变化进行探究的过程，进一步理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高科学探究能力”。在中学化学教学中，充分利用化学学科“以实验为基础”的基本特征，挖掘和开

2、发化学实验在探究性学习中的功能，对于培养和提高学生的科学探究能力具有重要的意义。化学教师要善于从教材中挖掘适合的实验内容，有计划地为学生开展探究实验提出要求和创造条件，引导他们开展探究实验从而实现学习观念和方式的转变。由于诸多因素的影响，在中学特别是农村中学化学实验教学中普遍存在着这样的现象：（1）由于实验器材、药品不足等原因，造成部分实验无法开展，而教师对化学实验的作用认识不够，又造成“讲实验”“背实验”多，学生动手实验机会少，技能低。（2）中学化学实验教学中存在着不平衡性。教材中验证性实验比重过大，探索性实验的比例不足；过分重视实验的结果，忽视实验过程和思维方法；过分重视化学实验的理想化模

3、式，忽视了化学实验客观性模式的讨论,如实验室用kclo3分解制取o2，因生成了cl2明明具有刺激性气味，教师却说是“无色无味”，完全忽略了学生的主体体验。（3）缺乏宏观的理论指导和对实验教学的整体把握。教师往往追求某一实验或某一课堂的目标，而对于如何在整个中学化学实验教学中促进学生探究式学习，培养学生的创造性思维缺乏整体把握和理论指导。（4）在实验教学中没有应用与新课程改革相适应的科学的评价体系，尤其是从促进学生探究能力培养的角度缺乏正确的认识，相对滞后的实验教学方案及实验评价手段，必然导致中学教师对这方面的探索失去信心和兴趣。（5）教师自身缺乏探究和创新意识。没有勇于探究的教师，很难培养出勇

4、于探究的学生。要利用化学实验培养学生科学探究的能力，必然要求教师对实验进行反复的探索，从实验的原理、药品的选择、仪器的安装、操作的步骤等方面开展深入的研究，挖掘实验教学的直观性、主动性、探索性等有利成分，对实验进行科学的、符合学校、学生实际的优化。从而调动学生的积极性、主动性和创造性，使学生在化学实验教学活动中乐学、肯学，真正参与到教学活动中来，积极思维，勇于创新，使学生的创新思维得到发展，探究能力得到培养和提高。    二、课题界定    美国学者彼得森指出：“科学探究是一种系统的调查研究活动，其目的在于发现并描述物体和事物之间的关

5、系。其特点是采用有秩序的和可重复的过程；简化调查研究对象的规模和形式；运用逻辑框架作解释和预测。探究的操作活动包括观察、提问、实验、比较、推理、概括、表达、运用及其它活动。”科学探究能力的培养能使学生自主地获取知识和技能、体验和了解科学探究的过程及方法、形成和提高创新意识、树立科学的价值观。化学实验本身就是一个动手和动脑的过程，是一个探索知识的过程，是一门充分发挥学生主观能动性，以学生自主学习、直接体验和研究探索为基本形式的活动课程。化学实验的功能和探究性学习的特征决定了化学实验必然是培养探究能力的重要途径。在中学化学教学中，充分利用化学学科“以实验为基础”的基本特征，挖掘和开发化学实验在培养

6、学生探究能力中的重要作用，有利于学生掌握和运用化学基础知识、基本方法和技能来解决一些日常生活中的化学现象，从而培养学生观察、思维和独立进行实验操作以及独立解决化学问题的能力；培养学生理论联系实际的学风和实事求是、严肃认真的科学态度;同时对于改变学生的学习方法，形成终身学习的能力也具有非常重要的意义。本课题拟对化学实验作为培养学生探究能力的途径和方法的有关问题作初步探讨。三、 理论依据    本课题是以新课程标准对化学学科课程的教学目标、化学学科的研究性课程、化学实验教学形式的改革为理论依据，将皮亚杰的建构学习理论、果维茨基的“最近发展区”学习理论、布鲁纳的发现学习

7、理论和施瓦布的探究学习理论有机融入化学实验教学，着力培养学生科学探究能力。    1、化学学科课程的教学目标是贯彻全面发展的方针，提高学生的素质，为国家培养合格的公民。它强调以社会、学科、学生自身发展所广泛需要的化学基础知识和基本技能教育学生，使其具有一定的化学科学思想和方法，并发展学生的能力和个性特长，培养创新精神和实践能力，为今后参加社会主义建设和终身学习打好基础。    2、化学学科的研究性课程是以学生独立活动为主的课程，它不仅有着与学科课程相同的教学目标，也有着不同于学科课程的活动目标。更注重培养学生的创新精神和实践能力，帮助

8、学生了解社会和现代科技知识，增强环保意识，提高对科教兴国的认识，培养团结合作的精神，充分发挥学生的聪明才智和个性特长，锻炼学生克服困难的意志。以学生自主学习和研究探索为基本方式，以培养学生创新精神、实践能力和个性养成教育为基本目标的活动课程。    3、从化学实验教学形式看，新课程将很多验证性实验改为探究性实验。同验证性实验相比，探究性实验具有明显的优越性。实验前学生不知道实验现象、结果，这就要求他们认真和正确的操作，仔细观察并实事求是地记录，谁实验不认真，谁就不能获得正确的结论，这有利于培养他们科学实验的基本品质。有利于发展智力、培养能力。探究性实验不仅要求有一

9、定的操作能力、观察能力，还要求把观察实验的过程和抽象思维的过程结合起来，要求有去伪存真，由表及里的分析方法，通过宏观现象，得出微观本质。“探索法”的教学过程，不是简单地、直接地让学生去掌握前人的科学结论，而是引导学生掌握科学的学习方法，通过实验探索规律、发现真理。四、 课题价值    当今时代，衡量一个人素质，关键看是创新能力的高低，因此在学校教育中培养学生的创新精神和实践能力就成为素质教育的重要价值趋向。实践证明，开展探究教学更有利于培养学生独立思考的习惯，激发学生的创新意识，开发学生的创新潜力，全面提高学生的科学素养，拓宽学生获取信息的渠道。研究利用化学实验，

10、培养学生的科学探究能力的意义重大，其价值主要表现在：   1、科学探究能力的培养，有助于改变学生学习方式。新课程改革强调为了有效地促进学生发展，要求改革传统教学方法，改变课堂教学中“没有学生”的现象，变注重学习结果为注重学习过程；变学生的被动学习为主动学习；变学生的接受式学习为探究式学习，广泛地应用探究教学、问题解决、情景教学、合作教学、开放教学、实践教学等行之有效的模式，并且积极探索转变学习方式的新途径。    2、科学探究能力的培养，有利于激发学生强烈的好奇心和求知欲。好奇心和求知欲是学生创新思维的源泉。在化学教学中，利用实验激发

11、学生好奇心和求知欲，关键是要改变学生的学习方式。例如：教师可以指导学生大胆地进行一些探索性的实验或设计新的实验过程，采用新的实验方法去发现“新问题”、探索物质的“新的”相关性。在教师的精心指导下学生在实验中亲自参加研究和探索问题的全过程，通过分析、归纳，独立“发现”结论。这种教学形式符合中学生的年龄特点和心理特点，也符合认识规律，符合探究学习的特点，教师的主导作用和学生的主体作用都得到充分发挥。3、科学探究能力的培养，有利于培养学生创新思维。教育家陶行知先生曾说过：“要创造，非你在用脑的时候，同时用手去实验；用手的时候非用脑去想不可。”化学教学中，学生主要的动手活动就是化学实验，因此，化学实验

12、应是培养学生创新思维的重要手段。在化学教学中若改变教学方式中，让学生针对一定的问题设计实验方案、然后进行实验、收集证据、再对收集到的数据进行比较分析、最后得到结论，这种探究活动其目的虽然不同于科学家的探究活动，但其探究过程实质是一致的，都是“提出方案设计实验收集数据分析研究数据得到结论”。这种方式形象、直观，更能激发学生的兴趣，更能调动学生的手、脑及各种器官的协同作用。化学教材中有些实验装置不够完善，有些实验现象不够明显，有些实验设计不够合理。通过各种探究究活动，师生共同改进实验原理和装置，使学生体会到化学实验的研究大有可为，同时也在改进之后亲身体验了探究的乐趣和成功的喜悦。4、科学探究能力的

13、培养，有利于提高学生多学科知识的综合运用能力。在化学实验教学中往往是各学科知识的综合运用。例如，在实验药品用量的计算中要用到数学知识；原电池、电解池等实验中要用到物理的知识；一些联系生产生活实际的实验，如模拟温室效应、植物光合作用等还要用到生物学知识；实验报告的书写体现语文的文字表达能力等。尤其是在现代化学研究中运用大量的电磁学、光学、生物学、计算机等技术，为化学实验提供强有力的研究工具和手段。如果一个人不能够综合运用这些学科的知识，很难有什么新的发现。对于中学生来说，虽然他们的知识有限，但在实验教学如能充分利用现有的条件促进他们对这些知识的探究，将会培养他们成为新世纪需要的复合型人才。5、科

14、学探究能力的培养，有助于提高学生应考能力。近年来，高、中考越来越重视对学生能力的考查、对学生综合素质的考查以及对学生实验技能的考查，实验的重要性也愈加突出，实验不再是一个可有可无的过程。根据新教材和新标要求，化学课程改革应先改革实验教学，理论指导实际，实践检验真理。从应对考试角度来看，利用化学实验培养学生科学探究能力成为我们的必然选择。6、促进教师专业化成长。通过对课题的研究，促进教师转变教育观念，树立以人为本的教育理念，同时加强教师之间及师生之间的合作意识，共享研究成果，拓展教师专业成长的方式和途径。    五、研究内容    本课

15、题研究的中心是采用现代教育理论和方法，真实地、科学地研究中学化学实验教学的方式方法，形成一套科学的利用实验培养学生科学探究能力的模式和策略。1、学习科学探究的基本程序和方法，倡导探究式学习，改变学生学习方式。以促进学生探究学习为核心的教学模式的构建，要遵循学生学习的基本规律，将科学探究的基本特征和要素融入一系列的学习活动中。结合中学生的认知水平和年龄特点，科学探究一般按照提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等步骤进行。本课题研究的是在学生了解科学探究的基本程序和方法后，将教材中部分验证性质实验改为探究性质实验，将部分学生实验变化开放性实验课题，

16、让学生按照实验目标及要求，以小组合作形式制定实验方案、选择实验仪器，自己设计、操作，调动学生的手、脑、眼等多种感官参与，通过观察、记录、分析、讨论，在实验的过程中发现问题、分析和解决问题，真正全面地理解、运用实验原理，逐步形成求真、求实的科学精神。如在学习初中化学金属与盐置换反应的规律时, 让学生自己设计探究实验，选择几种金属(如镁、铝、铁、锌、铜、银等)和几种盐溶液（如硫酸铜、硝酸银、氯化亚铁、硫酸镁等）进行探究实验，经过实验分析、讨论、交流、总结，再加上老师的引导，从而得出金属活动顺序，利用金属活动顺序对自己的实验进行再认识，既实现准确掌握的知识目标，又培养了学生科学探究意识和设计能力。又

17、如“co2的制取和性质”实验中，学生往往只知道要选择块状石灰石而不用粉末状的石灰石或者碳酸钠，用稀盐酸而不能用浓盐酸或稀硫酸进行实验，要用锥形瓶而不能用大试管作为反应容器，要用向上排空气法而不用排水法收集co2，至于为什么这样并没有深刻的认识。将此实验改为开放性实验，在保证实验安全的前提下，让学生试着改用粉末状的caco3及碳酸钠粉末、浓盐酸或稀硫酸去进行尝试，用大试管替换锥形瓶、用排水法收集气体，再与教材设计实验进行对比，结合实验室制备气体的要求分析以上改变的缺点或不足，学生在自主探究的环境中认识了物质性质的差异，明确了实验设计的基本要素，不仅对这一实验的认识会深刻得多，同时也为高中学习cl

18、2、nh3等气体的实验室制法以及影响化学反应速率的因素等知识奠定了良好的基础。 2、充分挖掘乡土资源，构建具有农村特色的探究式实验教学资源体系。化学来源于生活，生活中无处没有化学，化学就在我们身边，时时处处皆可探究。现行初中教材（人教版九年级化学上、下）中设计了10个家庭小实验，高中化学教材（人教版高中化学必修+选修）中设计了16个家庭小实验，如“1+1是否一定等于2”、“ 自制简易净水器”、“巧除水垢”、 “自制酸碱指示剂”等，这些小实验取材方便，操作简单，有一定的趣味性，学生容易接受。通过这些家庭小实验，既让学生学习了知识，又让学生学会将所学知识用于解决生活中的问题，学以致用。有些小实验看

19、似简单，学生不下功夫却不易成功，如高中化学第二册（必修+选修）介绍了葡萄糖和淀粉等重要知识后，设计了自制甜酒酿的家庭小实验。别小看这件特殊的家庭作业，只有课本上的化学知识，根本不能完成。不少同学经历了失败后，通过查询资料、向父母或有经验的师傅请教等，才知道自制甜酒酿的操作要领，然后又在家里试验了多次才酿造成功。此时此刻，同学们品尝到了除了甜酒酿的醇香外，还有探索、创造、成功的甘露以及失败的苦涩。农村学校实验条件不如城市学校，但为学生提供了更为丰富的课外实践活动的空间，各种土壤、丰富的动植物、清澈的河水、清新的空气，为学生进行探究实验提供了丰富的资源，土壤、河水的酸碱性测定、化肥的含氮量测定等既

20、培养了学生的科学探究能力，其测定结果还可为父母或亲人的科学种植提供依据，为农村经济发展服务；通过自制简易净水器，提高动手、动脑能力，还可以解决农村饮水卫生问题。充分发挥农村中学特点，因地制宜开展家庭小实验和综合实践活动，不仅可以拓宽学生实验的空间，又让学生在解决困难（如寻找替代器材和药品，自制简单实验代用品等）中活跃思维、增强信心，同时也使学生感受身边的化学物质和化学变化，增强学习兴趣、巩固课堂知识，在运用知识解决问题的过程中培养科学探究和创新能力，创设具有农村特色的探究能力培养模式。3、探索不同年级学生科学探究能力的发展性评价体系。科学探究能力的评价是本实验的一个重点研究内容。发展性评价就是

21、以促进学生的全面发展为根本目的的学生评价和评价体系。不同年龄段的学生，其评价的维度和标准应该有所区别，评价要有利于促进学生的全面发展，要通过评价信息的及时反馈，调节教与学的进程，通过评价促进学生萌发成就感，以激发学生的学习内趋力。学生本人、同伴、教师、父母及社区都应该成为评价的积极参与者和重要的资源，其中最重要的是学习者对探究学习过程的自我评价，只有学习者的自我评价才最能起到反思的作用，引起自我的改进。本课题拟通过对学生提出问题、猜想与假设能力、制定计划与设计实验能力、实验操作与数据收集能力、分析论证与反思改进能力、自我评价与合作交流能力等五个维度的多元评价，采用定性评价和定量评价有机结合，分

22、别形成较为科学、系统的九年级、高一和高二学生科学探究能力的评价体系。六、研究原则    1、实验性和探究性原则    所研究的化学实验要经过科学研究的全部基本过程，即从研究动机和设计研究方法开始，经过反复观察和实验，让学生获得如何进行学习的方法和经验，培养学生自己发现问题、独立判断、独立思考、解决问题的能力。这能使学生面对繁杂的信息时代从容地搜集、选择、处理直至活用信息。    2、生活性和趣味性原则    化学与人类的生活、工农业生产有着密切关系。现代化学的发展促进了工农业

23、生产、医疗、卫生事业的发展；促进了环境保护和矿物资源的合理使用。化学学科的研究性学习涉及到上述各个方面，具有很大的广延性，使学生面对丰富多彩的化学研究学习的内容，这些内容又和学生的生活与当地的生产实践密切相关，从而驱动学生产生探索自然奥秘，追求科学奥妙的兴趣。    3、开放性和多元性原则    包括（1）实验设计方案是开放性的，学生自行确立，各种方案比较、筛选。（2）实验场所不仅仅局限于教室、实验室，还可以在家里，到工厂或是上网查阅资料等等。（3）学习方法、思维方式也是开放的，综合多门学科知识，思维方式从平面到立体；从单一到多元；从

24、静态到动态；从被动到主动；从封闭到开放。 4、可行性和安全性原则实验内容主要是教材实验的改进和补充，但必须符合“最近发展区”理论，不能超过学生的年龄特征和认知水平，即设计实验必须切实可行，使学生通过个人或集体努力，能够顺利完成探究任务;同时，由于学生实验操作能力有限，经验不足，应尽量避免使用有毒、有害药品和具有一定危险性的实验操作，保证安全。七、研究方法    1、文献资料法：搜集、查阅、整理有关中学化学实验教学最新资料，了解当前形势下中学化学实验研究的最新动态，并通过对文献的研究形成对事实的科学认识的方法。    2、调查法：通过问

25、卷调查，了解新课程改革背景下实施中学化学实验探究式教学所面临的困难和成功的经验，为开展实验教学研究提供素材。3、实验观察法：有明确的观察目的和周密的实施计划，在人工控制的环境中进行系统的观察。    4、个案分析法：对中学化学实验教学中的成功案例，包括探究实验课堂教学案例、多媒体辅助化学实验案例、合理利用身边的教学资源开展探究实验案例等，进行归类分析、剖析，探索出利用化学实验培养学生科学探究能力的基本策略等。八、实验周期及步骤本课题研究周期为二年：2008年2月2010年6月;   1、准备阶段（2008.22008.4）：本阶段主要采取文献法

26、和调查法，对课题提出的背景、课题研究的必要性进行全面的论证;开展个别的化学实验课的探究试点工作;开展中学化学新课标、新教材学习研讨活动。完成课题的申报工作;    2、第二阶段（2008年5月2008年8月）：开题论证阶段继续对课题研究进行全面的论证，组织学习现阶段国内外关于探究实验教学研究成果，进行前期的理论学习和培训，在课题研究的基本理论框架及研究内容等方面达成共识，进一步分析和理清相关研究问题的概念，撰写心得体会，有条件的可以写成论文;完成课题研究方案和开题报告;3、第三阶段（2008年9月2010年5月）：教学实施阶段：本阶段主要是确立课题研究的基本框架，

27、各成员根据本课题的主要任务，自行选择研究方向、预计目标及初步方案，报课题组审批，经课题组讨论通过后，确定实验方案，开展实验研究工作，并撰写相关教案和论文; 各成员根据实践方案进行广泛深入的教学实践，围绕初、高中化学探究性实验的策略进行教学实验研究，形成和提炼出具有代表性的典型案例，并及时进行交流; 不断修正和完善教学实验方案，提出学生科学探究能力评价的基本方案，举行校、万州区范围内的探究性实验教学示范观摩课，及时进行资料的整理和阶段小结，接受区级中期评估验收; 制定研究网站的基本框架，建成中学化学探究性实验的专题网站，网站的内容包括主要相关理论、探究实验教案、教材知识背景及素材、形成性习题，为

28、师生探究教学提供服务，并将活动资料（文字、图片、影像等）展示，;开通实验探究论坛，为教师、学生及家长提供交流平台，探讨存在问题，共享实验成果；4、第四阶段（2010年5月2010年6月）：总结结题阶段：本阶段主要是整理教学实践资料，总结实验结果，最终达到整个课题的研究目标。这个阶段的主要研究内容及成果是：（1）撰写相关的总结和论文;（2）完成课题研究报告;（3）编写利用化学实验，培养学生科学探究能力的研究实践汇编;（4）完善各年级学生科学探究能力评价体系；（5）完善充实中学化学探究实验专题网站。    九、成果形式    实验报告、教

29、师专业成长成果、研究论文、多媒体课件、实验案例集、评价体系、专题网站等。 十、课题保证1、学校对本课题高度重视。我校对教育科研高度重视，学校主要领导亲自抓科研，并且在人力、物力、财力上均可根据需要最大限度地提供保障。2、学校实验设施按中学一级标准配备，化学实验开出率超过95;学校购买了大量实验教学、探究性教学图书，同时建有基于internet的校园网和现代远程教育网，为实验的开展、资料的查找、师生的交流等提供了必要的保障。3、本课题由桥亭中学校长舒正辉主持，全面负责课题的组织、管理和指导；课题组组长冉龙荣是学校教学、教研骨干，化学教研组长，担任过市级课题基于信息化的教务管理系统的开发和区级课题运用远程教育促进教师专业化成长的研究主研，撰写的论文充分运用远程教育资源，搭建农村教师专业化成长平台获得中央教科所电教委员会三等奖、万州区教育学会一等奖，被重庆市远程教育专著收录；论文基于探究性实验的化学创新思维培养初探获万州区教育学会三等奖、专委会一等奖；指导学生科研活动浦里河（余家场流域）的污染情况调查荣获重庆市三等奖、万州区一等奖;主研教师刘华忠指导学生参加中学生化学能力竞赛荣获全国三等奖; 主研教师秦怀军获万州区青年教师基本功竞赛三等奖，其实验能力强、教学经验丰富。 4、课题组特邀万州区教科所化学教研员袁晓明老师、李晓平老师、程绍钦老师、何