培养中学生基本科学素养化学实验教学研究课题研究报告

培养中学生基本科学素养的化学实验教学研究》课题研究报告

一、课题研究的背景与动因

1. 基于培养中学生基本科学素养与化学新课程改革深化的需要

中学化学新课程“以提高学生的科学素养为主旨”，并从“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三个维度建立了新的中学化学课程目标体系；倡导“以科学探究为主的多样化的学习方式”；重视学生的“亲身经历和体验”；强调“创设生动活泼的学习情景”。化学是一门以实验为基础的自然学科，化学实验是中学化学课程的重要基石，在提高学生的科学素养和促进学生全面发展方面有着不可替代的作用；化学实验在使学生适应21世纪科技发展、培养学生终身学习能力和塑造学生可持续发展意识等方面，也发挥着十分重要的作用。

我国著名化学家戴安邦教授曾经指出：“全面的化学教育不仅传授化学知识、技术，更要训练科学思维和科学方法，培养科学精神和科学品德。”化学实验教学作为化学教学的重要组成部分，是训练科学思维和科学方法的有效途径。通过化学实验的学习，可以帮助学生掌握科学的化学概念和化学术语，正确理解原理和规律，使其具备较为扎实的化学基础知识和基本技能；在化学实验的研究和探索中，学生可以亲身经历和体验化学实验的过程，初步形成科学的化学思想、科学的化学研究方法、科学的探索精神以及科学的学习态度；通过化学实验的学习，发展学生学习化学的兴趣，感受化学世界的奇妙与和谐，逐步形成可持续发展的思想。

课程改革已经走过近10年，中学化学教学在走过的近十年中在对学生的素质教育的培养方面取得了一定的成就，但受诸多方面因素的束缚，中学化学教学中也存在着一些问题。化学实验被异化为一种形式，沦为知识灌输的附庸或者点缀，化学实验的地位和作用并没有的得到充分的体现，有时甚至呈下降的趋势，教学过程中教师只重视书本知识的传授，轻视实验教学，不能充分发挥化学实验在化学教学中所特有的功能。课堂教学中的实验大多是“教师做，学生看”，很少给学生创造动手的机会，实验后也很少让学生对实验现象进行深入的分析，甚至课程目标中规定的必做学生实验也不能全部开设。因而影响了学生观察能力、实验能力以及思维能力的发展。显然，化学实验的教学改革已成为制约着化学新课程改革的十分重要的因素之一。

2. 基于充分发挥中学化学实验教学的教育功能的需要

在传统的化学实验教学中，所用到的化学知识往往被理解为化学基本概念、化学基础理论、元素及其化合物的性质及化学实验操作技能，即使是化学实验的基本技能也主要被理解为是实验的动作技能。实验能力的这种较狭义的理解和定位，在我国中学化学教学历史上维持了较长的时期，并产生一些偏误，这对学生在化学实验过程中化学素养的提高产生消极作用甚至副作用。

化学实验教学是化学教学中不可缺少的重要组成部分，它不仅能够帮助学生形成化学概念，理解和巩固化学知识，获得比较熟练的实验技能，培养学生观察现象、分析问题、解决问题的能力，还能培养学生的非智力因素，是更好的进行非智力因素培养的阵地。研读《化学课程标准》我们可以发现，新课程中的化学实验在激发学生对科学的学习兴趣；培养认真细致、实事求是的科学态度；塑造团结协作、坚韧不拔的科学品质等方面具有十分重要的作用。如何充分发挥中学化学实验的教学功能，关键是教师如何在新课程理念指导下进行化学实验教学的设计和实施及教学后的反思总结。

3. 基于提高教师实验课堂教学能力和实验教学设计能力的需要

传统的中学化学实验教学，在实验教学的设计中，往往采用演示讲授模式，即将教师的演示实验与教师的启发式讲授相结合的教学模式。这或许是目前中学阶段最为普遍的实验教学模式。该模式可图示为：

演示课 实验事实 结论 应用

图示中相关的课题通过教师示范演示实验，引导学生观察、思考和讨论，以达到学习一个化学变化和现象或揭示一个化学规律，掌握基本的化学知识和实验技能的目的。

新课程立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，着眼与提高学生的科学素养的课程理念，要求以科学探究作为突破，引领中学化学实验教学，如在新课程中的化学实验教学中运用实验探究教学模式，最好在教师的组织引导下进行的，教师在运用实验探究模式进行教学的过程中，要精心设计和组织化学教学内容和教学过程，努力激发起学生的探究兴趣，最大限度地发挥学生的积极性、主动性和创造性，引领学生自主、合作、探究学习，着力培养和发展他们的解决化学问题的能力和创造能力，从而实现课程目标中所要求的提高学生的科学素养和科学探究能力，促使学生全面而有个性的发展。

基于上述认识，我们认为以培养中学生的实验素养为着力点，提升中学生的化学素养、科学素养，促进中学生全面而个性化的发展为研究课题。

二、课题研究的目标与思路

1、课题界定

科学素养：是运用科学知识确定问题和做出具有证据的结论，以便对自然世界和通过人类活动对自然界的改变进行理解和做出决定的能力。主要包括科学知识、科学过程与方法、对科学本质的理解、科学态度情感与价值观、科学技术与社会的关系等方面。

中学生基本科学素养：指通过中学阶段的学科活动，使中学生具备知识、方法与态度等方面的基本科学素养。在本课题中的中学生基本科学素养仅指从化学学科实验教学的角度对上述三位目标的达成。

化学实验教学：是指在一定的教学情境下为实现一定的化学教学目的以化学实验作为载体而开展的化学学习活动。化学实验教学是化学教学的重要组成部分，通过以化学实验为主的多种探究活动，获得有关化学实验的基础知识和基本技能，学习实验研究的方法，能设计并完成一些化学实验。有参与化学科技活动的热情，有将化学知识应用于生产、生活实践的意识，能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断。

培养中学生基本科学素养的化学实验教学研究：是在当前基础教育课程改革的大背景下，依据《课程标准》，充分认识中学生基本科学素养与化学实验教学的关系基础上开展实证研究，通过优化中学阶段化学实验教学的设计，切实有效提高实验教学的有效性，充分体现实验教学的意义，以培养中学生的实验素养为着力点，努力提升学生的科学素养，促进中学生综合素质的全面提升。

2、课题研究目标

（1）在新课程改革的背景下，合理定位中学各阶段化学实验教学的目标、内容、方式，为各类学校开展化学实验教学提供教学参考和典型范例，进一步理解化学实验教学对全面提高学生科学素养的积极价值。

（2）在新课程改革的背景下，总结在中学化学实验教学中培养学生基本科学素养的基本策略，对化学实验教学的评价体系做出探索性研究，进一步寻求化学实验教学对全面提高学生科学素养的有效方式。

（3）在新课程改革的背景下，通过本课题的研究，锻炼和培养一支具有实验教学和研究能力的教师队伍。进一步优化化学实验的课堂教学。

3、课题研究思路

本课题的研究思路是：调研问题，规划课题，建立机制，实践研究，提炼经验，推广应用。即找准课题研究切入点，以行动研究为基本方法，合理定位各阶段中学化学实验教学的目标、内容、方式，为各类学校开展化学实验教学提供教学参考；培养中学生基本科学素养的基本策略，对化学实验教学的评价体系做出尝试性讨论研究，为中学化学实验有效教学的开展提供保证，全面提中学生的化学实验学习的质量；打造具有实验教学和研究能力的教师队伍。在专家的指导下进行自我诊断，积累主题教研的案例，分析提炼实践成果。

三、课题研究的内容与进展

1、中学生基本科学素养的内涵指向

“科学素养”首次使用者是美国斯坦福大学的学者赫德（P.D.Hurd）。他于1958年发表了一篇题为《科学素养------对美国学校的意义》（Science Literacy:Its Meaning for American School）的论文，把“科学素养”一词用于理科教育问题的探讨。其所提出的“理科教学必须培养出具有科学素养的公民”的主张，成为世界发达国家热点研究的问题。美国于1996年公布了《美国国家科学教育标准》建立了一个以培养所有学生科学素养为目标的国家科学课程，它将科学素养表述为：“理解和深谙进行个人决策，参与公民事务和文化事务、从事经济生产所需要的科学概念和可许过程”，并且认为“科学素养有不同的程度和形式，它扩展和深化到人的整个一生，而不仅仅是在学校的一段时间”。世界其它发达国家包括日本（2002年实施的新的《学习指导要领》）、英国（2000年修订的课程学习大纲）等国家也在相应课程中规定了具体的实验教学目标和内容，以保证学生科学素养教学目标的达成。

2001年国家教育部颁布了《全日制义务教育化学课程标准》，指明化学课程应以提高学生的科学素养为主旨，并指出科学探究对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。《普通高中化学课程标准》也明确指出高中化学课程以进一步提高学生的科学素养为宗旨，着眼于学生未来的发展。化学实验是中学阶段最重要的一种科学探究学习方式，故基础教育课程改革实施以后，如何通过化学实验培养中学生的基本科学素养成为全国中学化学教学研究的最热点问题之一。

2、新课程背景下中学化学实验的特点

中学化学新课程及教材根据近十年来国内外化学学科发展和中学化学实验改革的新进展，在选择实验内容、实验手段和实验的培养目标三个方面体现高中化学实验的时代特征。通过化学实验与学生生活实际和社会实际的密切联系，一方面使学生感到化学就在自己身边，从而提高学生学习化学的兴趣；另一方面也可以使学生在掌握化学知识的基础上，能够清楚所学的知识能做什么和怎么做，从而对化学的本质和价值有一个正确的认识，体现新课程中化学实验的时代性。

新课程背景下的中学化学实验对于实现中学化学课程目标具有不可替代的作用。化学实验为学生创设了亲身参与实践的情境，具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。新课程中的中学化学实验加强了探究性实验的力度，努力发挥探究性实验及其教学对于加强师生互动，激励学生探究精神，以及培养学生创新精神和实践能力等方面的作用，为每一位学生的全面发展做出应有的贡献。

化学是一门应用性和实践性很强的科学，它与人类的生产、生活实际紧密相连。化学实验是化学学科的基础之一，因此必然具有很强的应用性。化学在为人类造福的同时，也直接或间接地危害了生态环境，威胁到人类的生存和可持续发展。作为未来社会的公民，学生应当关注这些问题。选取这些问题作为实验内容，对于学生从化学的视角来解释和解决现实中的与化学有关的生活和社会问题，具有十分重要的作用。

3、新课程背景下中学化学实验的教育功能

3.1有助于激发学生的学习兴趣

美国心理学家布卢姆说过：“学习最大的动力是对学习材料的兴趣。”化学实验现象具有生动直观新奇变化等特征,常伴有发光发热、气体生成、沉淀产生、颜色变化等，学生对五光十色交织在一起的化学现象，感受颇深，从而点燃了学生对学习化学的导火索,引发了学生的求知欲，吹响了学生积极思维的号角。新课程中化学实验具有很强的时代性和应用性，特别是在实验内容的选择上，力求反映现代化学研究的成果和发展趋势，积极关注21世纪与化学相关的社会现实问题；从学生日常的生产和生活入手，增强实验的真实性和实用性，实验的内容丰富多彩，促使学生对化学实验的学习产生浓厚的兴趣。

3.2是学生进行科学探究的主要途径

化学实验是人们认识和研究物质的一种科学方法，是人们根据研究的对象和研究的目的，创造性地运用科学知识和实验手段，有计划地实施探究性实践活动的过程。因此，化学实验过程本身就是一个创造性地探究过程。化学发展的历史也证明：化学科学的任何一项重大的突破，无一例外地是经过化学实验而取得的。正如波义耳所说，没有实验，任何新的东西都不能深知。新课程中的化学实验，虽然绝大多数是对物质及其变化的再认识，但从本质上看，这一过程与科学家进行的科学研究中的化学实验是一致的。当化学实验被用作探究性学习的途径时，化学实验的创造性和探究性便充分显示出来。学生在实验过程中积极地动脑动手，体验科学家科学探究的过程和方法，获得科学探究的乐趣和成功的喜悦。所以，在学生的化学学习过程中，必须充分利用实验教学去引领学生进行科学探究。

3.3是学生获取化学学科知识和化学实验技能的重要手段

化学实验能为学生认识化学概念和理论提供化学实验事实。中学化学教学中的很多的概念和理论，一般首先从认识物质的性质入手。而物质的性质，尤其是化学性质，只有借助与一定的实验手段，在一定的实验条件下，使物质发生变化才会表现出来。学生在化学实验的过程中，观察物质及其变化的实验现象，获得直接的化学实验事实，而且在化学实验事实的基础上，学生逐步认识化学概念和理论。毫无疑问，化学实验是学生掌握和提高实验技能最重要的手段和途径。学生在化学实验的过程中，一方面可以学习和巩固化学知识，更重要的是可以掌握和提高实验技能。俗语说：“拳不离手，曲不离口”，化学实验技能是在化学实验的过程中，通过一点一滴的学习和积累所掌握的，离开了化学实验，掌握和提高实验技能就成了无稽之谈。

3.4有助于培养学生创新精神和实践能力

“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”创新是多种思维和能力的展示和综合，是多重实践的迭加和智慧的结晶。基础教育中的“创新”是指在学习人类已有知识的同时，模拟其发现过程，并进行科学研究方法和科学态度的教育。基础教育中的创新能力，是指学生的一种自我发现和自我超越能力，是学生群体对自然规律及学科研究方法进行学习和探索的一种综合能力。创新能力包括对各类知识的认知能力，分析和解决问题的构思能力，寻找掌握知识、解决问题方法的新颖、奇特的应对能力以及独创的实践能力。敢于提出疑问，善于发现问题，这是科学探索的第一步，而由质疑进而深入探索，就会使人们观察问题越来越独到，反应越来越敏锐，提出问题越来越有价值，见解也就越来越犀利和深刻。爱因斯坦曾经说过：“发现问题比解决问题更有价值。”在《普通高中化学课程标准》中设计的实验就十分注重对学生发现问题和解决问题能力的培养，许多化学实验本身对学生就具有较强的启发性，鼓励学生对有疑问的现象和结果进行质疑，从中培养学生的创新能力。

4、新课程背景下中学化学实验教学设计的基本原则

4.1基础性原则

基础性原则是基础教育课程改革的一个重要的课题，通过化学实验学习，所有学生必须掌握经典的化学学科知识及具备灵活运用的能力，必须使学生在搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、合作与交流的能力等多方面都得到提高。概括起来，它突出了实验在学生学习化学基础知识、掌握实验技能、发展能力、培养能力、形成科学方法、养成科学态度等方面的多功能性。这就要求将实验教学设计作为提出问题、探索问题的重要手段，促使全体学生在教师引导下，通过实验探究活动，以“必然的形式重演”科学知识的产生过程，在活动中，学生不仅要学习已知的基础知识，而且还要学习过去和将来探索及检验这些知识的方法。

4.2应用性原则

新课程中中学化学实验内容的设计在强调基础性的同时，也十分强调实验内容的应用性。设计的实验贴近学生的生活，使学生能够运用化学实验来了解身边的世界，解决身边的问题。让学生体会到化学实验是有趣的、有用的，从而产生对化学实验的兴趣。从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。

4.3探究性原则

一切真知来源于实践，实验恰恰是学生学习活动中十分重要的实践活动。化学实验中有不少可以让学生进行亲身体验化学知识、定律、原理的形成和发展过程的题材，其影响因素往往比较复杂，因此常有不鲜明甚至异常的实验现象出现，实验失败、重现性差的情况也不少见。其中有许多问题值得学生进行探讨、研究。化学实验既能产生一个个引人注目的问题，又能提供种种感性材料，引发学生的认真观察和积极思维，为学生解决问题提供经验素材。结合建构主义的观点，学生在学习中，决非简单的反映和识记某些化学事实、概念和原理，而是经过教师、学生和媒体的交互作用，不断地丰富、完善自身的认知结构和情意品质，最终使学生形成相应的学习能力和风格。

四、课题研究的成效与成果

自开题以来，我们已完成课题二阶段的研究，课题组老师学习了国内、外先进的课程和教学理论，检索了大量文献资料，特别是关于国外中学化学学科课程改革及其实验教学的相关文献，开展了有效的比较研究，收集了近30多篇文章分成理论学习和经验学习两个部分，以电子稿的形式发送到课题组老师邮箱里，供老师们平时学习；同时编制了《培养中学生基本科学素养的化学实验教学研究》调查问卷，对不同类型初、高中学校近二十个实验班1000多名学生进行问卷调查，并在分析调查问卷的基础上开展了相关的实证研究。通过资料学习和调查研究对本课题的实施有非常好的指导意义。

课题组老师在研究过程中，不断学习，勤于实践，进行理性思考，不断反思总结，积累研究案例，撰写高质量科研论文。

为提高广大中学化学教师实验教学水平和科研水平，推动中学化学课程改革的全面深化，提高化学实验教学的有效性，提高我市化学教师的实验创新能力和教学研究能力，市教科院于2013年9月25日在无锡市后宅中学举行了2013年市初高中化学创新实验比赛，从大市选送的50多件作品中选出15件作为决赛，进行现场演示和讲解自己实验（或教学片段）的核心内容。并邀请南京晓庄学院陈凯老师、无锡市滨湖区教研室主任黄一敏老师、无锡市梅村高级中学化学教研组组长、无锡市名教师周雪春老师担任评委。老师们从实验的趣味性、实验的探究性、实验的微型性、实验的新型性（传感技术）、实验的绿色化等方面，从实验本体、实验教学设计与实施策略等方面进行分析讨论，并通过演练、教学模拟示范对化学实验有效教学开展有效性研究，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。

根据课标要求和高中实验教学的需要课题组组织教师编写各阶段实验报告手册，化学（必修1、必修2、选修1、选修3、选修4、选修5）共6册实验报告册，由江苏人民出版社出版，供全市各学校使用；初中阶段实验报告手册由各区编写，交教科院审定、修改后再下发到全市使用。为各学校开展学生实验教学提供切实指导。

表二：《高中新课程标准实验报告册》编写一览表

数字化实验通常指利用传感器、数据采集器和计算机进行的实验，是信息技术应用于化学教学的重要途径之一。应用先进的数字化实验器材，开发新颖实用的实验已经成为中学化学教学研究的热点。课题组老师积极参与并指导青年老师参加由中国教育学会化学教学专业委员会与南京师范大学化学与材料科学学院主办、省教育学会化学教学专业委员会承办全国“威尼尔（Vernier）杯”化学数字化实验创新设计大赛，并取得了可喜成绩。

表三：全国“威尼尔杯”化学数字化实验创新设计大赛获奖一览表

结合不同年级的化学课程学习要求，课题组有选择性的开展化学课堂实验教学的研究，充分发挥学生在实验教学中的作用，总结中学生基本科学素养的培养策略，积累相关的教学案例资料。开课老师围绕实验展开的教学活动设计独具匠心。课后与会老师肯定了开课老师对课堂实验教学的积极探索，通过观摩和研讨，大家普遍感到，如何在课堂上真正发挥实验的教育功能，如何让学生通过实验学习化学的基本概念、基本方法和基本观念，根本在于教师要努力建立正确的观念，不断提升自身的修养。

课题研究过程中，在老教师等老师的精心指导，一批青年教师脱颖而出，分别获得省市教学比赛大奖：

近几年来市高考化学成绩达B率每年上升2个百分点，2013年达到74.5%。竞赛成绩年年上升，2013年有10人获全国一等奖，占全省获奖人数的五分之一。市代表队参加省金钥匙团体赛决赛，2011年获全省第2名，2012年获全省第一名。

五、课题研究的问题与反思

本课题的研究还是比较顺利，但是由于课题组老师都为各学校的骨干老师，平时都是忙于繁忙的课务和相应的管理工作，他们的研究一般都是在自己工作之余进行的，因此研究时间很难得到保证。造成理论学习、研讨、反思不够，在实验教学案例设计和课题论文撰写方面投入时间不多，撰写的文章数量偏少、研究成果偏少；实验教学研究还没有深化，以实验为载体的各类开课、听课活动不多，资料积累不够，且教师设计相关课例在实验班中实施时，获得的参考信息仍比较片面，没有体现出各类班级学生的共性，获得的有推广价值有可操作性的典型范例还很少。虽然面对的困难很多，但是课题组老师仍然会竭尽全力去完成课题的研究。