初中化学论文：通过化学实验科学探究化培养学科素养的研究

1通过化学实验科学探究化培养学科素养的研究【摘 要】目前多数初中化学实验教学还停留在教师做实验、学生背实验的层面，学生学得无趣，教师教得辛苦，这种状况令人担忧。本文针对这一状况进行了化学实验科学探究化的专题探索与研究，通过将传统化学实验形式转化为科学探究活动，不断激发、增进、提升、拓展学生的化学学科素养，研究实践证明这些做法取得了良好的教学效果。【关键词】初中化学、化学实验、科学探究、学科素养一、研究背景（一）源自新课标对初中化学实验的要求2011 年教育部颁布的化学新课程标准规定，义务教育阶段的化学课程以提高学生的科学素养为主旨，帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，发展科学探究能力 1。对初中生来说，科学素养包括了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等三方面 2。科学探究是学生主动地获取化学知识和解决化学问题的重要实践活动，涉及到提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素。学生通过亲身体验科学探究活动，学习科学探究的基本方法，提高学生的科学素养。在教学活动过程中，科学探究对提高学生的科学素养具有不可替代的作用 1。（二）基于广州市中考实验考查的实证分析从 2012 年广州市初中毕业生学业考试年报数据分析中可知，中考考生对于最基本的实验方法和实验操作的记忆较好；对现有实验方案的理解能力中等；而对实验方案的设计能力最差。还是停留在“照方抓药式做实验”的层面 3，部分考生甚至完全缺乏最基本的实验设计能力和实际操作技能。（三）着眼目前化学实验科学探究化的现状化学是一门以实验为基础的学科，很多知识必须通过实验提供感性认识才有可能实现认知的迁移。但目前实验教学的情况是令人担忧的 3。主要表现在：化学实验需要花大量时间做前期准备；学生实验课堂难于驾驭；教师本身对化学实验中科学素养与科学方法的理解不够深入，对教学内容的处理无法达到新课标要求。导致学校实验开出率不高，甚至基本上不做实验，谈何化学实验的科学探究化？2二、操作模式进行化学实验的科学探究化研究，首先要明确将传统化学实验向科学探究转化的操作模式，即本文所说的“化学实验的科学探究化”操作模式。初中化学实验是基础化学实验，传统的做法是在教师引导下，按照教科书上既定的实验方案进行实验操作，功能主要是验证课本知识的正确性，附带训练学生的实验操作技能。而进入新课程改革以来，面临传统化学实验向科学探究转化的必然趋势，教师必须掌握化学实验科学探究化的新教育观念与实践技能。科学探究的基本过程归纳为“四个环节”：假设（针对问题根据现有理论提出的猜想）设计（依据假设提出的实验方案）实验（根据实验方案进行的具体实验）结论（根据实验结果证明或证伪假设，从而形成新的理论） 。从逻辑关系来看，科学探究与科学实验是两个外延不同的概念， “科学探究”是比“科学实验”外延更大的概念，后者包含在前者之中。而化学实验的科学探究化教学，则要按照新课标的要求，结合科学探究教育的本质来展开，要求培养学生的科学素养，所以必须在以上科学探究的程序中增加反思、评价、表达与交流活动的内容，这样一来就将化学实验科学探究化活动归结为以下的活动流程图，并以此作为实施化学实验科学探究化教学的基本程序：以上流程图虽然是本研究的基本步骤与程序，但在研究实践中发现和证明它并非一成不变，而是根据不同的教学情境和实际需要，某些步骤是可以省略或者颠倒的。三、研究方法（一）文献研究法参阅相关文献资料，深入研究目前化学新课标对化学实验教学的导向及要求；广泛了解现时特别是本地区初三化学实验开设情况；具体掌握我校 2012 届广州市中考关于实验考查的数据分析得出的真实情况。（二）问卷调查法3进行学前问卷调查，了解学生（化学）学前对化学这门科学的初步认识及学习意向与兴趣，为制定新的研究策略和方法提供依据。实验结束后再进行一次问卷，检查与评价本实验研究取得的效果。（三）行动研究法由于教学研究的特殊性，不可能像一般自然科学研究一样很客观地选择研究方法，只能在两个研究对象班中通过实际教学进行研究。为了保证在研究中不会降低教学质量， “误人子弟” ，在对照班依然采用比较稳定的传统常规教学方式。一个学期的研究后，以两班学生化学学习的兴趣、素养及考试成绩进行比较，论证通过初中化学实验科学探究化培养初中学生化学科学素养的可行性。四、研究过程（一）研究条件准备1研究时间：2012 年 9 至 2013 年 2 月。2研究对象：我校 2013 届初三（4） 、 （5）两班，共 90 人。其中（5）班为实验班，共 42 人；（4）班为对照班，共 48 人。3变量控制：常量包括两个班同时授课 20 周，同一任课教师，用相同的测试方式。实验研究中的其他因素都控制在基本相同的实验条件下，学生的学习起始基础基本相同，化学实验教学内容相同，都是趣味实验、演示实验、分组实验、课外实验等。变量即传统化学实验教学与科学探究化教学。对照班只进行传统常规化学实验教学；实验班则采用化学实验科学探究化教学。4前期调查：对实验班和对照班的学生进行第一次问卷调查，发放 90 份调查问卷，收回问卷 90 份，有效问卷 100%。问卷数据统计结果如下： 问题 对照班 实验班1.知道化学是以实验为基础的学科 87.5% 90.5%2.对化学感兴趣 93.8% 90.5%3.以前做过物理或生物实验 100.0% 100.0%4.很喜欢做实验 93.8% 97.6%5.很期待初三的化学实验课 93.8% 92.9%6.有信心把化学学好 75.0% 73.8%从问卷数据统计来看，实验班和对照班的调查情况大致相同。两个班的学生对化学充满好奇，均对化学实验表现出强烈的兴趣与愿望，对学习化学充满信心。（二）具体行动研究4以下是在实验班进行化学实验探究化教学的几个较典型的行动研究案例。1通过趣味实验探究化激发学生化学素养用生动活泼的绪言课揭开化学科学探究的序幕，激发学生学习兴趣，培养科学素养。趣味探究实验一：气球飞翔。事先将分别填充氢气和空气的外观完全相同的两只气球展示给学生看，让学生猜测放开后它们会怎样飞（假设）？然后当众释放两只气球（实验），学生看到一个升上空中，另外一个掉落地上（现象），学生随即开始热烈地讨论（交流）。这里的基本探究形式是假设实验反思交流。趣味探究实验二：手指点灯。取出两只酒精灯，点燃其中一只。在旁边放两杯水，教师先把自己的食指放在第一杯水（水）中蘸一下，再放入另一杯水（酒精）中蘸一下，将蘸水的食指在燃着的酒精灯上点着，迅速移到另一只酒精灯将它点燃，随即手指上的大火熄灭（实验）。学生们立刻表现出吃惊的表情（假设及反思）。这里采用的科学探究形式是：实验假设反思交流。趣味探究实验三：水变牛奶。向学生展示两只盛有无色溶液的烧杯（一只盛蒸馏水，另一只盛氢氧化钙溶液），然后用二通管同时向两只盛有无色液体的烧杯中吹气，不一会儿，一只烧杯中的水无明显现象，另一只烧杯中的水变成一杯乳白色的“牛奶”（实验与事实）。这时学生感到非常惊讶（假设与猜想），并开始了热烈的讨论（反思与交流）。这里又是先实验后假设。以上三个趣味探究实验中有两个就是先实验后假设，看起来趣味实验探究化，主要的形式是先实验后假设。这也说明科学探究模式不是一成不变，而是灵活多变的。2通过演示实验探究化增进学生化学素养为实现演示实验的探究化，我把比较安全的演示实验的设计与操作权还给学生，把学生分成若干个学习小组，实行竞争式探究。例如，在探究燃烧条件时，把传统教学程序设计成探究式教学：【小组讨论 1】自然界中所有的物质均可以燃烧吗？燃烧的条件是什么？【PK 猜想】各小组陈述讨论结果。【小组讨论 2】商讨探究燃烧与可燃物、氧气、温度有关的实验方案。【PK 实验方案】各小组陈述他们设计出来的实验方案。5【进行实验】由设计实验方案优胜小组成员上台共同完成探究实验。【描述实验现象】其它小组观察实验现象并描述实验现象。【得出结论】大家一起完成这个科学探究。【反思与评价】找出探究方案设计与实验操作中的不足。实验 7-1不足地方是向烧杯中通入氧气的操作麻烦；白磷燃烧生成五氧化二磷会污染空气。【表达与交流】如右图改进课本实验。科学探究层层递进，大家在探究中学习化学，极大地调动了学生的学习的积极性和参与意识，激发学生的自信心和学习激情，增进学生化学素养。3通过分组实验探究化提升学生化学素养笔者认为，学生的分组实验要充分体现自主性科学探究的一般过程。在教师帮助下由学生设计分组实验方案；让学生参与课前的准备工作，与学生共同探讨实验注意事项及安全问题，使学生全程体验实验探究化的过程。例如，引导学生进行酸的化学性质实验的科学探究化设计：现在有下列物质，稀 HCl、石蕊溶液、锌、生锈的铁钉（表面是 Fe2O3） 、氢氧化铜（取米粒大小） 、AgNO 3溶液、稀 H2SO4、镁带、Ba(OH) 2溶液、BaCl 2溶液；请你设计实验，探究稀盐酸、稀硫酸能与那些物质反应，完成下表:加入的物质 加入的物质酸 名称或化学式类别 现象 化学方程式酸 名称或化学式类别 现象 化学方程式稀HCl稀H2SO4【归纳小结】请你分析上表的有关信息，总结出酸的通性。1.酸+ + ； 2.酸+ + ；3.酸+ + ； 4.酸+ + ；5.酸+ + 。事实证明，在以上分组实验科学探究化中学生们都能全情投入，全体参与假设与6设计，有人操作，有人记录，分工合作，共同完成；有讨论，有思考，深入探究，愉快学习。如此学习化学，学生的化学科学素养获得进一步提升。4通过课外实验探究化拓展学生化学素养新课标还指出，要引导学生认识化学、技术、社会、环境的相互关系。开展化学课外活动，使学生有机会把学到的化学知识、技能和科学方法都运用到实践活动中，将自己感兴趣的化学实验进行科学探究化，更有利于拓展学生的化学素养，在本研究期间笔者组织学生参加了“2012 年广州市中学生大晶体制作比赛”和“第十三届广州市中学生我与化学活动”。在“大晶体”制作活动中，从“晶体种类实验设计实验操作解决问题反思失败改良实验实验报告”的科学探究全过程，均由学生自主完成。让学生充分地体验到科学探究的一般过程，大大拓展了探究能力，提高了科学素养。在此次活动中共取得了 1 个广州市级一等奖，7 个广州市级二等奖。在寒假期间，笔者再组织学生开展“我与化学”科学探究活动，把初中阶段的实验科学探究化推至更高阶段。共开展了 10 个探究课题，覆盖实验班的所有学生。分别获得 2 个一等奖，1 个二等奖，7 个三等奖的好成绩。通过这两次活动，把学生探究化学的领域发展到生活、社会。用学生的话来说：“这个假期不寂寞！”“化学科学探究已成了我们生活的一部分。” 五、研究结论经过一学期两种不同方式的教学与学习后，再次对两个班的学生关于化学兴趣与素养进行（化学）学后问卷调查，收集数据如下：题目 对照班 实验班1、学习化学不觉得有困难 47.9% 76.2%2、觉得学习化学不需要死记硬背 20.8% 64.3%3、觉得科学探究学习过的知识更容易理解和记忆 85.4% 100%4、仍然对学习化学感兴趣 47.6% 85.7%5、有信心把化学学得更好 64.6% 83.3%6、已经了解科学探究的一般过程 62.6% 80.9%从上面的数据可以看出，一个学期的学习后，能一直保持对化学探究感兴趣的学生，实验班中高达八成以上,而对照班中的人数不够一半。实验班的学生中，超过2/37的学生不觉得学习化学存在困难，而对照班的学生中，超过半数的学生已经觉得学习化学有困难了。实验表明，如果过多的化学知识没有建立在科学探究的基础上，多数学生会慢慢产生厌学情绪，对化学逐渐失去了信心。只有经常参与化学实验探究，学生学习化学才能更有趣，化学科学素养才能得到持续发展。研究实践表明，经过化学实验探究化训练的初三（5）班，始终热爱学习化学，大多数学生学会了设计实验方案，实验操作能力普遍得到提高，初步掌握了科学探究的基本过程，学会了运用观察、实验等方法获取信息，能用文字和化学语言表述有关的化