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课题研究
西安市基础教育小课题研究结题报告
立项号
2012XKT-
ZXHX127
课题名称
中学化学实验教学中培养学生科学探究能力的研究
负责人
胡桦
所在单位
西安高级中学
结题报告
关键词
科学探究新课程高考化学实验
结题
报告
摘要
科学探究是一种重要的教学方式,发展中学生的科学探究能力是探究性学习的重要目标之一。
学生科学探究能力的培养是知识经济时代科学教育的首要任务。
将探究教学引入当前教学实际当中,有助于为正在进行的课程改革提供新的视野,扩展广大教育工作者对当前所面临的课程改革和发展的理解。
本文通过学生问卷、教师问卷等方式,通过文献资料、课例研究等方法探索化学实验复习中培养学生科学探究能力的策略,并通过教学实践总结经验,以期获得对新课程背景下高考化学实验教学及复习备考的有益启示。
结题报告
一、课题研究的背景
(一)时代发展的要求
1、探究能力与素质教育
20世纪80年代末期以来,在教育领域里追求人的素质获得全面发展,已经成为国际教育改革的重要趋势。
在我国,全面推进素质教育也已经成为基础教育改革的重要方向。
《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出,要实施素质教育,就必须积极实行启发式和讨论式教学,激发学生独立思考和创新意识,切实提高教学质量。
要让学生感受、理解知识产生和发展的过程,培养学生的科学精神和创新思维习惯,重视培养学生科学探究等方面的能力。
因此,强调以学生为中心、以探究为主的教学,着力培养学生的探究能力,就成为素质教育的关键之所在。
2、探究能力与创新教育
当前,开展创新教育,培养学生的创新精神和实践能力,已经成为我国整个教育改革的灵魂。
正如文化教育学家斯普朗格所认为的那样,“教育绝非单纯的文化传递,教育之为教育正在于它是一个人心灵的唤醒,这是教育的核心所在”[1]。
即教育的最终目的不是传授已有的东西,而是要把人的创造力诱导出来。
这种创造力集中体现的是科学探究的能力和科学精神,它才是教育真正需要“唤醒”的东西。
3、探究能力与科教兴国
科教兴国,已经成为我国的一项基本国策。
然而,我们在科教兴国的战略问题上,往往过多地强调科技的经济功能,偏于技术的、物质的乃至产品的层面,却往往忽略了科学探究、科学理性和科学思想对人、对社会的根本性作用。
教育的“功利性”也总是与“应试教育”一起成为培养全面发展的人的最大桎梏。
探究教学以培养学生的科学探究能力为核心目的,通过科学方法、态度的训练与养成教育,逐渐使科学理性之光真正照耀于亿万人的心田,激发人们不断思考、不断探究、不断发现。
因此,从某种程度上讲,培养科学探究能力应该是科教兴国战略真正实施的表现之一。
(二)课程改革的需要
“突出科学探究、重视培养学生的科学探究能力是当前国际科学教育改革的核心理念”[2]。
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”。
倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑,逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判思维能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力等等,重在培养创新精神和实践能力。
发展学生的科学探究能力即是教给他们自主探索自然界和现实生活中科学问题的方法和技能。
(三)新课程高考的需要
高考试题有两大功能:
一是指挥高中教学的功能,二是为国家选拔人才的功能。
纵观近几年的新课程高考化学实验题,普遍突出对化学实验探究能力的考查。
实验作为化学学科的重要特征之一,实验探究是提高学生科学探究能力和科学素养的重要学习方式。
作为具有导向作用的新课程高考,自然而然会把化学实验探究的考查作为评价学生探究能力和创新能力的重要手段。
因此,新课程考试大纲一直都将科学探究置于化学考查的重要位置。
近几年的《普通高等学校招生全国统一考试化学考试大纲》(课程标准实验版)在“化学实验与探究能力”方面要求考生能“在解决简单化学问题的过程中,运用科学的方法,初步了解化学变化规律,并对化学现象提出科学合理的解释”,并在“化学实验基础”中进一步要求考生“了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法”,能根据实验试题要求做到:
“设计、评价或改进实验方案;了解控制实验条件的方法;分析或处理实验数据,得出合理结论等”。
在这一理念的引领下,新课程高考试题中的实验探究,往往通过设置一定的情景,让学生做出猜想与假设,并针对猜想与假设开展一系列的实验探究。
(四)探究现状的思考
2007年9月我省全面实施新课程,经过几年的探索和实践,许多教师已经积累了许多宝贵的经验,与此同时,新课程的实施也对广大师生在思想层面和操作层面都造成了极大的冲击,许多困惑和不解纷至踏来。
在诸多问题中,“培养探究能力的策略”首当其冲。
根据对我校学生有关探究性学习的问卷调查,比照其他省市、学科的调查结果,可以总结为以下方面:
1.探究意识方面:
具备比较强的探究兴趣,其中最感兴趣的是“在实验室里进行研究”和“完成一项实验任务”等活动进行体验式学习。
这说明学生乐于探究,希望通过不同的探究形式解决问题,发展探究能力。
但主动探究意识并不是很强。
2、探究方法技能和习惯:
说明学生在探究技能方法和习惯上具备一定的基础,但在收集利用信息的技能和方法上比较欠缺,需要加强引导和训练。
表现在学生更多是只能解决课内问题(参考书主要是复习资料),很多学生还不会利用图书馆和网络获取更多信息,认真阅读钻研教材的好习惯也不够;学生习惯于相互之间的讨论,而缺乏向教师求教的习惯。
3、探究能力:
从学生的探究能力来看,大部分高中学生虽然具有一定的推理论证能力,但缺乏提出问题、设计实验、反思与批判等能力[3]。
在探究实验中多数学生还只重结果而轻过程,重数据而轻本质,没有学会探究的方法,养成科学的态度。
学生们渴望探究,但高考这根指挥棒多偏重结论性知识的考查,使得他们“不得不”忽视探究的过程。
这些情况说明,高中学生各方面的探究能力还很弱,学生们的探究愿望没有得到真正的满足,也没有真正转变为实际探究中的各项能力。
4、影响学生科学探究能力因素:
调查结果显示,“学生进行探究的内驱力、学生的认知结构和认知发展水平、教师的科学素养、学习资源和探究学习环境”是影响学生科学探究能力的主要因素。
在这些因素中,教师的科学素养尤其是引导探究学习,培养学生探究能力等方面的策略是重要的决定因素[4]。
科学探究方法的获得,除了学生在学习中主动探索,不断积累以外,主要靠教师在教学实践中加以培养和训练,教给思维方法,指导思维路径,使学生领会并付诸实践,以逐步形成习惯,形成能力,并在交流中得到进一步强化[5]。
但是从“教师对探究性教学的理解和培养探究能力的教学策略”的调查结果看,大部分教师虽然知道探究的主要步骤,但缺乏具体的教学策略。
这表明,大多数在非探究学习中培养出来教师,任职中若不经过专门的探究教学策略的培养和实践,是不能很好的对学生开展有效的探究学习指导。
此外,探究活动的开展由于受到时间、学习资源等因素的影响不能经常开展。
以上调查结果反映了在“学生的探究动机、现实的探究能力与教师的指导策略“三个方面存在着多对矛盾。
学生想探究,但缺乏必要的指导和实践,探究能力自然较低;教师想指导,但缺乏相应的教学策略,缺少解决探究活动中困难的途径。
面对这些问题和矛盾,畏难甚至退缩不前是行不通的,也是与国家推进课程改革的决心相背离的。
我们应该找原因、想办法,不断探索与总结培养学生探究能力的教学策略,为新课程的顺利实施和推进提供支持。
二、课题概念的界定
1、科学探究
1996年出版的《美国国家科学教育标准》把科学探究定义为“科学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。
科学探究也指的是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动”。
高中新课程标准对探究学习的定义是:
“所谓探究学习就是从学科领域或现实社会生活中选择和确定研究主题,在教学中创设一种类似学术(或科学)研究的情境,通过学生自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探究活动,获得知识、技能,发展情感与态度,特别是探究精神和创新能力的学习方式和学习过程”。
中学生探究学习的主要目标有三个:
一是获得理智与情感的体验,二是实现知识的构建,三是掌握分析问题和解决问题的方法。
探究学习一般包括七个要素,即“提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与搜集证据、分析与论证、评估、交流与合作”。
2、科学探究能力:
是保证学生顺利完成探究性活动的心理特征。
科学探究能力是过程技能的集合;科学探究能力是一种科学思维和科学推理能力。
三、课题研究的理论基础
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、维果茨基的“最近发展区”学习理论、布鲁纳的发现学习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。
①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。
②有利于发展智力、培养能力。
探究性实验不仅要求有一定的操作能力、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。
二、课题研究的意义
在21世纪国际理科课程改革的浪潮中,科学探究是一面最为鲜艳的旗帜,我国在本世纪初启动的面向21世纪的基础教育化学课程改革中也明确提出“将科学探究作为本次课程改革的突破口”。
由此可见,培养学生的科学探究能力受到了教育界的广泛关注,因此在化学教学中积极主动地培养学生的科学探究能力和品质应成为化学教师的共识。
研究化学实验教学中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,有利于突出学生的学习主体和提高学生的学习效率
能力的建构必是把学生放在建构的核心地位,学生自然是能力建构的主体,通过创设学生在学习过程中遇到的实验问题情境有助于吸引学生的学习动机,激发探究的欲望,进而实施探究活动,整个过程都是以学生为主体而进行的,学生得到了真实的学习体验,能力也在体验中潜移默化的提升和建构,并能应用到新的学习情境中去,无疑能大大增强学生的学习兴趣,也提高了学生的学习效率。
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,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,化学实验应是培养学生创新思维的重要手段。
4、科学探究能力的培养,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、科学探究能力的培养,有助于提高学生应考能力。
近年来,高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。
根据新教材和新课标要求,化学课程改革应先改革实验教学,理论指导实践,实践检验真理。
从应对考试角度来看,在化学实验教学中培养学生科学探究能力成为我们的必然选择。
6、科学探究能力的培养,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、研究的目标、内容、方法、步骤及过程
(一)研究目标
1、通过问卷调查和测试评价,了解我校学生探究能力的现状以及新课程实施以来教师在培养学生探究能力的过程中遇到的主要问题。
2、根据调查的结果,有针对性的构建在高中化学实验教学中培养学生探究能力的策略。
3、探索提高高考实验复习的有效性的途径和方法。
(二)研究内容
1、选择我校高一至高三学生进行抽样调查与测试,以了解学生探究能力的现状(包括探究各环节中存在的问题及影响探究活动开展的因素、学生探究能力的实际水平等)。
2、构建培养学生探究能力的策略
3、探索提高高考实验复习的有效性的途径和方法
①高考中考查对学生的探究能力考查的要素。
②高考化学实验复习策略。
(三)主要研究方法
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、课例分析法:
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,探索化学实验中培养学生科学探究能力的基本策略等。
5、经验总结法:
运用该方法总结在实验教学中培养学生探究能力的方法途径和策略。
六、研究结果与成效
(一)有关学生化学探究能力的问卷调查结果
学生方面
1.大多数学生学习化学的目的是为了应付高考、增加知识和提高自身素质,真正对化学学科充满兴趣和爱好的学生仅占21.8%,近40%的学生感觉化学内容过于枯燥,学习困难
2.学生最感兴趣的是探究性实验和贴近生活的化学知识,其次是美观的图片和丰富的信息、化学家的发明创造小故事以及拓展视野栏目。
调查发现,学生对化学老师课堂教学的满意度比较高,73.7%的学生感到满意,22.5%的学生基本满意。
72.9%的学生认为教师经常通过设置问题情景、组织互动活动的方式来启发思考和引导探究。
探究性教学方式已经走进课堂并发挥着它的作用。
但是,能够组织并指导学生进行课外小课题探究的教师比较少。
大多数学生欢迎并愿意接受探究性学习,更喜欢在同学之间通过实验和讨论交流等探究方式学习,机械的死记硬背是学生最讨厌的学习方式。
关于课堂互动方式,课堂讨论、动手实验和游戏等是大多数学生喜欢的,老师最习惯使用的课堂提问是最不受学生欢迎的。
3.为了清楚地了解学生的化学探究能力现状,我们对探究能力及其各要素进行了描述性统计。
结果发现高中学生化学探究能力普遍偏低,探究能力各要素发展不平衡。
从统计结果来看,探究能力及各要素得分符合正态分布。
化学探究能力的平均得分为53.16,分数主要集中在41~65,普遍偏低从平均分这一统计指标可以大致看出,学生探究能力各要素的发展现状不太平衡;各要素的发展现状都不容乐观,其中要定探究方案的能力、合作与交流的能力显得尤为突出,平均得分率仅为33.20%和48.79%。
可见学生化学探究能力普遍偏低,探究能力各要素发展不平衡,其中,制定探究方案的能力及合作与交流的能力最为欠缺。
教师方面
我们对教师进行了问卷、座谈和随机听课,主要就教师的教育理念、探究性学习开展情况和新课程实施中的问题和困难等几个方面进行了调查。
1.教师的教育理念
通过调查可以看出,面对新课改的形势,90%以上的教师感到了压力。
教师通过学习课程标准及相关材料和接受各个层次的培训,对新课改的目标和任务有着明确的认识,面对新课程的科学探究理念和教学目标的三维化,清晰地意识到转变课程观念、改变教学行为、提高自身素质和能力是教师的首要任务。
许多教师已经积极地行动起来投身于新课改之中,主动地通过自身学习、与同事合作交流、接受培训等渠道来提升自己的素质和能力。
2.探究教学中的困难
化学新课程教科书的内容具有综合性、现代性、开放性和灵活性,打破了原有的以学科结构知识体系的编写方式。
教学中的困难:
首先教师对新教科书的基本理念理解不透彻,其中的“拓展部分视野”和“化学史话”等栏目没有得到有效的利用,理论联系实际有困难;其次新教科书的内容知识点显得比较分散和零乱。
有关理论性的化学内容在深度层次的递进上有顺序不当和衔接不好的问题。
因此不少教师使用旧教材补充教学内容。
3.高考与教学不匹配
高考制度和教学水平的评价机制与新课改的理念和目标不相配套,高考和教学评价阻碍了新课改发展的脚步;新课程的探究教学具体实施缺乏可参考的模式,教师对教学的深度、难度及广度的把握上都有困难。
(二)新课程高考化学实验题的特点分析
1.新课程高考化学实验题“源于课本,高于课本”
从近年来的高考化学实验题可以看出,实验题的选材明显回归教材,大多来自对教材实验的改进或衍变,体现了“源于教材又高于教材”的命题思想。
实验题虽然在教材中可以找到类似的题目但又不完全一致,都有不同程度的装置创新、条件创新、方法创新等。
如近几年新课程高考化学卷有关科学探究能力考查试题的选材大多来自实际应用情境和真实情境,内容涉及了诸如环境、医药、化工、学生生活实际和学生真实实验等。
2.新课程高考化学实验题的呈现形式丰富多样
新课程高考化学卷中的有关科学探究能力考查的试题以数据表格、图表、装置图、流程图、关系曲线和文字表述等形式呈现出图文并茂的特点。
新课程卷中的实验题大都设计了完整的实验探究过程,答案的开放性也很强,要答好这类题除思路清晰外,还应具备较强的逻辑思维能力和分析推理能力。
3.新课程高考化学实验题的考查侧重点
《普通高等学校招生全国统一考试大纲(理科˙课程标准实验版)》在“化学实验与探究能力“部分明确要求学生“在解决简单化学问题的过程中,运用科学的方法,初步了解化学变化规律,并对化学现象提出科学合理的解释”。
并且各课改实验区在各自的考试说明中进一步强调科学探究能力的考查。
近年来高考试题注重对化学基本实验知识的考查,重视对学生实验操作能力的培养,如2011年全国理综第29题。
注重对定性和定量实验的综合考查,重视对学生实验探究能力的培养,如2011年福建理综第25题。
注重对实验方案的设计和评价的考查,重视对学生分析问题能力的培养,如2011年北京理综第27题。
注重以化学工艺流程为载体,综合考查学生的化学实验推理和应用能力。
这些特点充分说明化学高考实验试题在紧扣化学学科主干知识的基础上突出考查化学实验能力、注重多实验整合,多元能力并考。
同时改变传统教学方式与学习方式、培养学生的科学探究能力和创新能力以及提高学生科学素养的新课改理念在新课程高考化学卷中得以淋漓体现,
(三)化学教学中培养探究能力的策略
1.把握不同课程模块的特点,合理选择教学策略和教学方式
高中化学课程是由若干模块组合构建的,教师应注意领会每个课程模块在课程中的地位、作用和教育价值,把握课程模块的内容特点,考虑学生的学习情况和具体的教学条件,采取有针对性的教学方式,优化教学策略,提高教学质量。
例如,化学1、化学2课程模块旨在帮助学生形成基本的科学素养,提高学习化学的兴趣,同时也为学生学习其他化学课程模块打下基础。
教师在教学中要注意与初中化学课程的衔接,在教学内容的处理上注重整体性,引导学生学习化学的核心概念、重要物质以及基本的技能和方法,加强化学与生活、社会的联系,创设能促使学生主动学习的教学情景,引导学生积极参与探究活动,激发学生学习化学的兴趣。
2.联系生产、生活实际,拓宽学生的视野
化学科学与生产、生活以及科技的发展有着密切联系,对社会发展、科技进步和人类生活质量的提高有着广泛而深刻的影响。
高中学生会接触到很多与化学有关的生活问题,教师在教学中要注意联系实际,帮助学生拓宽视野,开阔思路,综合运用化学及其他学科的知识分析解决有关问题。
3.突出化学学科特征,更好地发挥实验的教育功能
以实验为基础是化学学科的重要特征之一。
化学实验对全面提高学生的科学素养有着极为重要的作用。
在化学教学中,可以从以下几个方面发挥实验的教学功能。
(1)引导学生通过实验探究活动来学习化学。
(2)重视通过典型的化学实验事实帮助学生认识物质及其变化的本质和规律。
(3)利用化学实验史实帮助学生了解化学概念、化学原理的形成和发展,认识实验在化学学科发展中的重要作用。
(4)引导学生综合运用所学的化学知识和技能,进行实验设计和实验操作,分析和解决与化学有关的实际问题。
4.重视探究学习活动,发展学生的科学探究能力
教学中根据教学内容要求积极开展实验探究活动。
有针对性的调动学生主动参与探究学习的积极性,引导学生通过实验、观察、调查、资料收集、阅读、讨论、辩论等多种方式,在提出问题、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、表达与交流等活动中,增进对科学探究的理解,发展科学探究能力。
(四)高考化学实验复习的策略
1.高考实验内容主要为:
基本实验,实验设计,实验报告的完成和分析,新情景实验的评价和剖析等。
对学生探究能力方面有以下几个要求:
通过仔细观察主要的实验现象得出相关的结论的观察能力;综合运用实验知识解决化学问题的实验能力;以课本实验为基础,对实验进行拓展和深化,在正确理解课本实验原理的基础上考查学生的创新能力;通过开放性试题,侧重考查学生的实验变迁能力,探究性自学能力及化学语言组织能力;此外综合性试验的分值也在逐步加大。
2.新课程高考化学实验复习策略
首先革新实验教学理念,将实验作为一种科学方法,使学生的知识转化为真知,真知转化为能力,是实施实验探究过程与问题解决的依据,应贯穿于解决化学问题的实验探究过程之中。
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