（课程与教学论专业论文）高中化学新课程中科学方法教育的研究.pdf

中文摘要 摘要 我国新一轮化学课程改革特别重视科学方法，高中化学课程标准将“过程和方法”作 为课程目标的重要内容。科学方法是学生科学素养的重要组成部分，在高中化学课程中加 强科学方法教育是实现化学新课程目标的需要。 本文在参考大量文献的基础上，对我国高中化学课程中科学方法教育的研究成果和存 在的问题进行较全面的总结；通过问卷调查和访谈反映了我国高中化学教学中科学方法教 育的现状；进一步界定和明确与科学方法教育有关的基本概念；综合性地阐述科学方法教 育的价值和意义；结合高中化学新课程内容，运用系统分析方法建构高中化学课程中科学 方法教育的内容体系；针对科学方法教育的理念，从自然科学方法论和化学方法论中提炼 出具体科学方法的本质特征，并结合具体案例分析这些科学方法在高中化学教学中的应用 及其注意事项；建构高中化学课程中科学方法教育的1 7 1 标，结合具体的案例分析制定科学 方法教育课时目标的过程；分析高中化学新课程和新教材中的科学方法教育因素；提出了 判定化学知识中所蕴含的科学方法的原理和策略，深入分析利用这一原理判定科学方法的 具体过程；重点论述了体现科学方法教育内涵的基本原则，深入地挖掘了“隐性为主，显 性为辅”原则的具体内涵；提出了化学教学中科学方法教育的两种教学过程模式，并针对 不同类型的化学知识给出一般的教学过程。 本文在化学新课程实施的背景下，探讨和完善高中化学课程中科学方法教育的一些基 本理论。通过建构大量的案例将理论与具体的高中化学新课程的教学内容相结合，使理论 对教学更具有指导意义和可操作性，以提高教师科学方法方面的素质，促进高中化学新课 程中科学方法教育的有效开展，培养学生的科学素养，促进新课程目标的达成。 关键词高中化学新课程；科学方法；科学方法教育 英文摘要 a b s t r a c t k e y 帅r d c h e 蚵s t r yn e wc u r r i c u l u mi l l m o rh i g hs c h 0 0 l ；s c i e n c em e t h o d ；s c i e n c er r l e t l l o d e o u c a t l o n 广州大学学位论文原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引 用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 舞果由本人承担。 学位论文作者签名：撼爱韵日期：沙钻月弓d 日 广州大学学位论文版权使用授权书 本人授权广州大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 广州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：以泛铂 日期：弦。岁年箩月多一日 翩馘。施乏嗍：年，影泪 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的提出 1 1 1 概念的界定 1 1 11 科学方法和科学方法教育科学方法有广义和狭义之分，广义的科学方法是指在 人类的一切活动领域研究和解决问题的合理有效方式、策略和途径，包括自然科学方面、 包括社会科学方面、思维科学方面的方法，是具有普遍意义的科学方法。狭义的科学方法 是人类在认识和改造自然界的实践活动中形成的正确的行为方式和思维方式，是在进行自 然科学研究和解决自然科学问题中所采用的策略、途径和手段“1 。狭义的科学方法实际上 就是自然科学方法，属于自然科学方法论的范畴。是解决人和自然矛盾的方法。本文所言 的“科学方法教育”中的“科学方法”指的就是狭义的科学方法。 什么是科学方法教育? 以往的研究没有明确的界定，随着人们对科学方法教育研究的 深入，其内涵也在不断地丰富和完善。笔者认为当前对科学方法教育较全面的认识是，科 学方法教育是在科学教育和理科教育中以科学知识为基础，以自然科学方法的基本理论为 指导，通过一定的教学方式对学生进行科学研究方法和科学一般认识过程的启蒙和训练， 指导学生应用科学方法进行科学认知、获得知识和解决问题，以达到学生掌握科学知识、 理解科学的本质和价值，培养学生科学认知能力、实践能力和科学素养的目的。科学方法 教育是关于自然科学研究和认识方法的教育，科学方法教育的内容主要是一般自然科学方 法。 1 1 1 2 化学课程中的科学方法教育化学科学在发展的过程中形成了丰富的化学方法。 化学方法是人们在研究化学现象、规律、解决化学问题中所运用的策略、程序和办法，是 进行化学科学研究，形成化学理论，解决化学问题的有效手段0 3 。 化学方法作为一门自然科学的学科方法，理应属于自然科学方法的范畴。化学方法除 了包括化学学科特色的特殊方法之外，还蕴涵着丰富的一般自然科学方法，如观察方法、 实验方法、逻辑思维方法、模型方法、假说方法等。因此，在化学课程中可以针对化学方 法中的一般自然科学方法进行科学方法教育。从课程开发的角度来讲，化学课程中的科学 方法教育就是在化学课程中制定科学方法教育的目标，在化学教材中选择和组织进行科学 方法教育的素材和内容，在化学教学中以有效的途径和方式开展科学方法教育的教学活 动，对科学方法教育进行评价以达到科学方法教育的目的。 化学课程中的科学方法教育是科学方法教育在化学课程中的体现。其它学科课程中的 科学方法教育，如物理、生物、地理课程中的科学方法教育，也是科学方法教育在各学科 课程中的体现，它们共同构成了科学方法教育的体系。各学科课程中的科学方法教育在教 育实质、选择教育内容和目标的基本原则，以及实施途径等方面有很多相同之处，不同之 处在于学科教学的不同要求和特点决定了教学内容和目标有所不同。 1 1 1 3 科学方法教育与科学探究的区别和联系转变学生的学习方式是新一轮基础教育 第一章绪论 改革的重点。化学课程改革将科学探究作为改革的突破口，作为重要的课程内容，倡导以 科学探究为主的多样化的学习方式。那么科学方法教育和科学探究有什么关系呢? 科学方法教育与科学探究既有密切联系又有区别。其紧密联系表现在科学方法是科学 探究的核心。科学探究是科学家探索科学f 司题、发现科学规律的基本活动，也是人们认识 科学现象，获得并理解科学知识的重要途径。科学探究遵循定的程序，采用一系列科学 方法，对科学探究的研究表明，假说和实验是科学探究的核心方法。1 。对于学生来说，探 究是一个多侧面的活动，需要观察：需要提出问题；需要查阅书刊和其它信息源；需要设 计方案；需要运用各种手段来搜集、分析和解释数据；需要解释和预测；需要明确假设， 需要运用判定思维和逻辑思维，需要考虑其它的解释“1 。可见，科学探究是科学方法隐性 教育的一种方式，科学探究的核心是科学方法，科学探究的过程需要应用大量的科学方法， 科学方法为学生进行科学探究、认识客观事物提供了平台。 科学方法教育和科学探究也有区别。科学方法教育是比科学探究更广的概念，是课程 层面的问题，它涉及的课程要素包括教育目标、教学内容、教学方式、教学评价等。科学 探究是教学和学习的种途径和方式，更强调学生探索的过程和自主性学习，但对科学方 法强调得不够。科学方法教育更注重从科学方法和科学认识的一般过程来达成学生对科学 知识的获得、科学认知能力和科学观念的形成，重视学生对科学方法的认识以及应用科学 方法解决科学问题的能力。科学方法教育包含有科学方法的显性教育的成分。 1 1 2 科学方法教育的价值和意义 科学的发展离不开科学方法，科学方法是科学的灵魂。科学方法不仅在科学发展中有 重要价值，在科学教育中也有重要价值。早在1 9 世纪中期西方一些国家就开始关注科学 方法的教育功能和价值。时至今日，科学方法的教育价值得到教育界的普遍认同，很多国 家将科学方法作为科学教育和理科教育的目标，提出了在理科教育中加强科学方法的训 练。当前，人们对科学方法的教育价值和意义有以下认识”： 夺培养创新型人才 呤有利于学生形成终身学习的能力 呤培养学生解决问题能力和认知能力 夺有利于学生认识科学的内部机制和价值 冷有效促进科学态度和科学精神的形成 夺激发学生的学习兴趣 夺优化教学和学习过程 夺培养学生的科学素养 通过对以上意义的认识，笔者从两个方面对科学方法教育的意义进行了概括。 第，科学方法教育的时代意义。经济时代、信息时代的到来对教育提出了新的要求。 知识经济时代重视科学知识和科技的创新，需要大批创新型人才，能力型人才。信息时代 和知识大爆炸时代要求学生具有终身学习的能力，可持续发展的能力。新的世纪社会科学 第一章绪论 技术化的局面已经形成，大量的科技产品和科技信息充斥着社会的各个方面，大量的决策 和判断与科学的内部机制有关，这要求学生认识科学的本质和价值，以适应这个日益科技 化的世界。可见，社会和时代的发展对教育提出了新的要求。我国传统的科学教育强调授 予学生学科的知识体系，重知识的传授和技能的训练，忽视科学精神、科学方法的培养， 不利于了学生的长远发展，已经远远不能满足和适应新时代的要求。因此，必须改变科学 教育的价值取向，充分开发科学教育的价值功能。科学教育中重视科学方法，将科学方法 融入科学教育，进行科学方法教育是解决这一问题的有效途径。科学方法教育注重学生应 用科学方法通过科学研究和认识的一般过程获得科学知识达到科学认知，重视学生应用科 学方法解决问题，重视学生对科学方法、科学研究和认识过程的认识和体验，这有利于学 生科学认知能力、解决问题的能力和终身学习能力的形成，有利于学生对科学本质及其价 值的理解。另一方面，科学方法及其应用灵活多变，是科学认识中的活跃要素，科学知识 的创新往往建立在科学方法创造性应用的基础上，因此，对学生进行科学方法训练，应用 科学方法解决问题，其中蕴含着创新要素，有利于培养学生的创新意识和能力。可见，科 学方法教育重视科学方法在科学认知中的应用，将科学方法和科学知识有机地结合起来， 目标指向学生能力的形成，适应新时代的发展要求。 第二，科学方法教育能够体现科学教育的整体理念。现代科学观表明科学是科学知识、 科学过程和方法、科学精神的统一体，其中科学知识、科学精神是科学过程和科学方法的 产物m ，。这表明理科课程与教学不仅要重视科学知识的教与学，更要重视教给学生过去和 将来用来探索和检验知识的方法。如果学生不了解科学知识是怎样获得的。不能够以某种 方式亲身体验探究科学知识的过程与方法，就不能了解科学体系的全貌，不能真正理解科 学的本质和价值，也无法形成良好的科学精神。 当今国际科学教育的理念既重视科学知识的基础性和继承性，又重视科学方法的教育 功能，还重视人与社会、自然相关的科学观和科学精神。那么，在科学教育中如何实现这 一理念昵? 过去我国的科学教学中难以实现知识和能力的统一，原因就在于在科学教育中 缺少科学方法的应用，知识是能力形成的基础，但不是唯一要素，方法也是能力形成的必 要条件( 图3 - 2 ) ”。 型卜塑徊 赫警 图卜1 科学方法与能力i l 耋成的关系 f i g u r e l 1 t h ec o n n e c t i o no fs c i e f l c om e t h o da n da b il i t yf o r m i n g 要在科学教育中实现科学知识、科学方法与科学精神统一的整体目标，必须重视科学 方法在科学教育中的作用。科学方法教育能够将科学知识、科学方法和科学精神有机的统 一起来。科学方法教育指导学生通过科学认识的一般规律来掌握知识，使学生认识科学知 识的获得过程，这有利于将知识纳入学生的认知结构，形成应用知识的能力。实践证明科 第一章绪论 学精神在应用科学方法进行科学认知和科学实践的过程中形成，只有自觉地运用科学方法 才能对科学精神有切实体会，没有科学方法支撑的科学精神，所追求的真理性认识无疑是 抽象的”3 。科学方法教育能够使学生亲身经历科学知识与科学过程、科学方法的相互作用， 有利于学生科学精神的形成。可见，科学方法教育能将科学知识的掌握、科学方法的应用 与科学精神的培养有机地结合起来，体现了科学教育的整体理念。 1 1 3 课题研究的背景 11 3 1 科学方法教育在国际理科教育中的体现随着人类对科学教育价值的不断开发和 对科学教育内涵认识的深化，国际科学教育日益重视科学方法的教育价值，加强科学方法 教育成为很多国家科学教育改革的重要内容。这一点在当今很多国家的理科课程目标中有 很好的体现。 德国完全高中化学课程目标明确提出培养学生进行化学科学研究的方法，基本思路是 “提出化学专业问题，设计实验收集有关信息，对实验得到的信息进行处理和评价，提出 假设，验证假设，解决问题”，“掌握科学的思维方式，如归纳、演绎、模型等”9 1 。在日 本1 9 9 8 至1 9 9 9 年中小学教育全面改革所设置的高中理科课程目标中，【理科综合a 】的目 标是“通过对自然事物和现象的观察和实验，以能量和物质的组成为中心理解自然的事物 和现象，考察自然和人的关系，培养对自然的综合见解和思考方法，让学生学会观察和实 验的基本技能，测定和收集数据的手段，学会归纳、类推和演绎等科学方法”。除此之外， 日本的【综合理科b 】、【物理i 、h 】、【化学i 、i i 】、【生物i 、i i 】、【地学i 、i i 】的 课程目标都不同程度地强调科学探究、科学方法的掌握和科学思维能力的形成“。英国教 育和科学部在1 9 8 6 年所作的一份5 一1 6 岁科学教育的政策性报告中甚至称“科学教 育的主要特征是向学生介绍科学方法”“。美国国家科学教育标准( 草案) 明确指出： “科学探究是学生科学学习中基本的、起支配作用的原则”，“学会用科学方法和原则作个 人决策”，强调学生对科学方法和一般程序的体验“。 综合考查当今国际理科教育的目标，可以发现大多数重视科学探究的过程，科学方法 和科学探究能力，重视在科学探究的过程中进行科学方法的渗透。可见，当今的国际理科 教育十分重视科学方法的教育价值，注重科学方法和科学知识的融合，以充分开发科学教 育的功能。 1 1 3 2 我国中学化学课程中科学方法教育的研究状况 1 科学方法教育在我国中学化学课程中不断加强科学方法教育思想起源于西方，最早 可追溯到文艺复兴时期培根( e b a c o n 1 5 6 1 1 6 2 6 ) 的唯物主义认识论和方法论。第。次 较为明确和系统地提出科学方法教育思想的是法国教育家狄德罗( d d i d e r o t 1 7 1 3 1 7 8 4 ) ， 他认为学习和研究科学知识必须有正确的方法，并对“观察”、“思考”、“实验”三种获得 科学知识的方法进行了详细论述。把科学方法教育引入教学是在1 9 世纪中后期自然科学 课程进入学校开始的，当时很多理科教育家积极主张把科学方法引入理科教学。当时，斯 宾塞( h s p e n c e r , 1 8 2 0 一1 9 0 3 ) 就把培根的观察方法、归纳方法和实验方法引入教学。引导 4 第一章绪论 学生自己发现和研究“。从将科学方法引入科学教育思想的提出到如今重视以科学探究方 式进行科学教学的科学教育思想，已经有2 0 0 多年的历史了。 我国化学教育界对科学方法教育价值的认识较晚。1 9 8 0 年我国化学教育家陈耀亭首次 提出“在化学教学中应以自然科学方法论为依据，培养学生解决化学问题的能力”“。1 9 8 6 年，他根据科学方法论的层次理论提出“化学教学法不仅要接受现代教学论、教育心理学 的指导，而且还要以自然科学方法论为指导理论”的论断，从而引发了在化学教学中进行 科学方法教育的研究“。1 9 8 7 年，我国在全日制中学化学教学大纲中首次把科学方法 作为化学教学的目的和要求，提出要“重视科学方法教育“”1 。2 0 0 2 年颁布的全日制普 通高级中学化学教学大纲将“引导学生学习科学方法，提高学生的科学探究能力”作为 化学教学目标的重要内容之一“”。教育部2 0 0 3 年4 月颁布的普通高中化学课程标准( 实 验1 明确提出“构建知识与技能、过程与方法、情感态度价值观相融合的高中化学课程目 标体系”。可见，我国中学化学课程越来越熏视科学方法的教育价值，这为我国中学化学 课程中加强科学方法教育的理论和实践研究提供了保障。 2 我国中学化学课程中科学方法教育的理论研究状况我国中学化学课程中科学方法教 育的研究已经有2 0 多年的历史，理论研究取得了一定的成果，已初步形成完整的理论研 究框架。理论框架主要由科学方法教育的意义、内涵、目标、内容、途径、评价等构成， 具体内容还包括科学方法教育的教学方式，教学原则、方法要素分析、教学策略、影响因 素等。 从研究内容来看，前人做了不少开拓性的工作，为科学方法教育的进步研究奠定了 基础。如东北师范大学的郑长龙对“科学方法是化学教学中学生科学的认识方法”的论述 “，为化学课程中科学方法教育的研究奠定了理论基础，指明了方向。上海师范大学的吴 俊明对中学化学中科学方法的教育的诸多问题进行了论述，提出了“科学方法教育内容要 以一般科学方法为主，兼顾其它方法”，并对如何进行科学方法教育给出了建设性的意见 “。重庆师范学院的林长春对“中学化学课程中科学方法教育目标的构建和科学方法教育 的评价”进行了开拓性的研究o ”。扬州大学的王礼祥对“初中化学教学中科学方法教育” 进行了不少实证性研究，对科学方法教育的影响因素和教学策略进行了探讨乜2 1 。华东师范 大学的卢怀跃对“通过探究性化学教学进行科学方法教育”进行了先导性研究。 虽然中学化学课程中科学方法教育的理论研究内容涉及课程层面的所有问题，但是总 的来看，还存在不少问题。从笔者收集的资料来看，零散性和经验性的研究居多，系统性 的研究较少，某些理论内容涉及较少，远未形成规模，高质量的研究不是很多。 笔者对中国期刊网数据库的期刊论文进行统计发现，涉及中学化学课程中科学方法教 育的论文共有3 2 篇，其中在我国具有代表性的化学教育、化学教学和中学化学 教学参考三种期刊上的论文有2 2 篇。这3 2 篇论文所涉及的科学方法教育理论研究内容 与论文篇数的统计如下表： 从表1 - 1 可以看出，对科学方法教育的意义、内容、途径、教学方式的研究较多，对 第一章绪论 于科学方法教育的内涵、目标、评价、原则的研究较少，而对科学方法教育的影响因素、 教学策略和科学方法的判定几乎没有涉及，这些内容是在一些硕士毕业论文中有所体现。 因此，一些科学方法教育的理论内容研究还需要加强。 表卜1 中国期刊网期刊论文涉及的科学方法教育理论内容与论文篇数 t a bie 1 1t h et h e o r yc o n t e n to fs c ie r c 6 t h o de d u e a tio na n dt h en 啪b e ro fp a p e r i np e r i o d i c a io fc h ；n ap e r i o d i c a in e t 理论内容论文篇数理论内窖论文篇数 教育内容7意义 8 途径 1 1 内涵 l 目标3教学方式5 评价l原则2 对于中学化学课程中科学方法教育的理论研究存在以下问题：( 1 ) 虽然确定了化学课 程中科学方法教育的内容，但多数是初中阶段的教育内容，对于高中阶段化学课程中针对 哪些科学方法进行教育没有明确，因此高中化学课程中的科学方法教育内容有待确定；( 2 ) 科学方法教育内容的确定没有充分的科学依据，造成一些内容的选择不科学，例如有些入 把系统方法和技术方法归入中学阶段科学方法教育的内容；( 3 ) 所确定的科学方法教育内 容范围太广，有的几乎覆盖了科学方法的所有层次，很多科学方法学生难以接受，教学难 以操作，目标也难以实现：( 4 ) 对科学方法在化学教学中的应用的研究很多不能把握科学 方法的本质特征，不能与化学教学很好的结合，因此对教学实践的指导性不强。对于科学 方法教育内涵的界定不明确，不少研究将科学方法教育理解为在教学中对学生进行科学方 法的训练。掌握科学方法，这会弱化科学方法在化学教学中教育功能。对于一些体现科学 方法教育内涵的原则分析的不够深入，没有给出把握好这些原则的具体要求。所构建的化 学课程中科学方法教育目标是中学阶段的，具体到高中阶段的教育目标几乎还没有。 总得看来，我国中学化学课程中科学方法教育的理论研究还很薄弱，很多研究内容还 不够深入、较笼统，不少有方法论的味道，不能和教学实际有机结合，教学指导性和可操 作性不强。 3 我国高中化掌教学中科学方法教育的现状有调查表明，我国公众对科学研究方法的 理解程度较低。中国科协从1 9 9 0 年起采用国际测试标准对我国公众的科学素质进行全国 性的抽样问卷调查。从三次调查结果看，我国公众的科学素质是相当低的。与英、美和欧 共体1 2 国相比，在科学知识方面相差还不算太远，中国公众、美国公众、欧共体1 2 国公 众理解科学知识的比率分别是3 0 1 、3 5 7 、3 7 o 。在科学研究过程和科学方法方面， 差距很大，理解科学过程和方法的比率分别是2 6 、1 3 3 、9 0 。对科学研究方法的 理解程度，据1 9 9 6 年对我国公众的测试，很了解的只有1 0 ，了解一些的有3 3 ，不 理解或者理解错误的有9 5 7 。下面是各国在调查中都采用的一道题o “： 假设一种治疗高血压的药物被怀疑治疗效果不好，下面是科学家在解决这个问题时可 第一章绪论 能使用的3 种方法，您认为哪种方法科学家最有可能采用? a 征求患者的意见；b 利用医学知识来断定此药有效；c 将病人分成两组，让一组病人服 用该药，另一组病人不服用该药，然后将两组病人的情况进行比较；d 不知道 正确答案是c 。我国公众选择c 的占4 2 6 ，选择a 的占j 1 3 ，选择b 的占1 9 7 ，不知道的达2 4 9 ，而英国公众选择c 的比例超过5 6 。 这从一个侧面反应了在我国科学教育中科学方法教育还很薄弱。造成这种状况的原冈 与我国科学教育中历来重视科学知识忽视科学方法，重视结果忽视过程有很大的关系。近 代西方的自然科学如此发达，诺贝尔奖得主如此之多，与他们较早地认识科学方法的教育 价值，在科学教育中重视科学方法很大的关系。从这方面看，我国在科学教育中一定要重 视科学方法和过程，注重学生的长远和终身发展，而不是追求暂时的知识掌握。 当前，中学化学老师对科学方法教育的重要性认识不足及其科学方法知识的缺乏是造 成科学方法教育效果不理想的主要原因。笔者对安徽师范大学和安徽省淮北煤炭师范学院 2 0 0 5 届化学教育专业的部分毕业生和高中的一线化学教师进行了科学方法素质方面的问 卷调查( 问卷见附录1 ) 。对毕业生的调查，在安徽师范大学实发问卷8 0 份，收回7 8 份， 回收率达9 8 ，回收问卷均有效；在淮北煤炭师范学院发出问卷6 0 份，收回6 0 份，回收 率达1 0 0 ，回收问卷均有效。对问卷进行分析，统计对具体科学方法熟悉的毕业生占调 查人总数的百分比。统计结果见表1 - 2 。 表卜2 熟悉科学方法的毕业生占调查总人数的百分比 t a b i e l 一2t h ep e r c e n to fg r a d u a t e sw h ok n o ws c i e n c em e t h o dw e ii o c c u p yt h e w h o i en u m b e rw h oa r es u r v e y e d 百分比( )百分比( ) 科学方法科学方法 安师大煤师院安师大煤师院 观察9 5 79 7 5归纳3 5 42 8 8 实验 8 0 47 7 6演绎1 7 52 0 4 类比 8 36 7科学抽象7 96 2 比较 9 0 49 2 6假说5 5 44 1 0 分类 8 5 67 8 4模型5 43 _ 3 化学研究一般过程 3 5 72 6 4 从统计结果可以看出，毕业生的科学方法知识是匮乏的，对于经验方法( 观察和实验) 和一些简单的思维方法( 如分类、比较) 熟悉的人较多，而对其它方法熟悉的人相对较少， 很多毕业生根本不知道干 么是类比方法和模型方法。这些毕业生粥以上将成为高中化学 教师，他们科学方法知识的不足，势必造成他们今后在化学教学中不能很好地进行科学方 法教育。对于造成毕业生科学方法知识不足的原因，笔者通过对一些毕业生进行访谈，了 解到他们的专业没有开设关于科学方法论方面的课程，只是在公共课中开设了自然科学辩 证法；这一届毕业生接触了化学新课程的内容和新的教育理念，包括化学教学中重视科学 7 第一章绪论 方法，但是由于内容太笼统，学生不能够深入地了解；另外，由于过去我国科学教育主张 以学科为中心的课程和教学，致使学生很少受到过科学方法方面的训练，这些原因造成了 毕业生对科学方法认识的不足。 笔者访谈了2 2 位高中化学一线教师。这些教师主要是笔者的大学同学及其同事，他 们已经有两年多的教学经验，所在的高中分布在安徽、福建、山东、河北、广东、浙江、 辽宁、江西、上海等几个省市。因此，此项调查有一定的普遍意义。 调查结果发现：( 1 ) 高中化学教师科学方法知识匮乏的现象普遍存在，除观察、实验、 分类法和比较法外，对课程标准中提到的科学抽象、模型、类比和假说等科学方法相当不 熟悉，不少教师将科学方法理解为科学的学习方法。由此导致教师在化学教学中不能很好 地指导学生利用科学方法进行科学认识和化学问题探究，不能提炼化学知识及其认知过程 中的科学方法要素，不能通过自身应用科学方法解决化学问题进行很好的示范，同时也缺 乏进行科学方法教育的意识。( 2 ) 化学教师的科学方法教学策略的使用还停留在自发状态。 一些教师的教学设计中体现了一些科学方法的运用，但是这样设计的理由解释是为了学生 容易理解，或者根据教材中的安排顺序进行的，或者是为了培养学生的能力，几乎都没有 提到这样设计有利于学生认识科学的研究方法。( 3 ) 由于科学方法的掌握难以评价，又没 有什么评价标准，科学方法教育在高中化学教学中还处于一种可有可无的地位，教师教学 有很大的随意性。 教师科学方法方面的素质较低成为我国中学化学教学中加强科学方法教育的瓶颈问 题。虽然我国高中化学课程标准明确提出将科学方法作为化学课程的目标，但是课程标准 对科学方法教育的内容、目标未作明确具体的规定。再加上理论研究基础薄弱，对科学方 法教育的指导力度不够，给教师在化学教学中的实际操作造成了很大的困难，导致科学方 法教育一直处于盲目和随意的状态，效果很不理想。 1 1 3 3 高中化学新课程重视科学方法教育这次高中化学课程改革高度重视科学方法的 教育价值是以往教学大纲从未有过的。新课程的课程目标、课程理念、课程内容和课程的 实施、评价以及教材的编写都不同程度地体现了对科学方法的重视。能否将科学方法融入 化学教学当中，发挥科学方法的教育功能，能否成功地实施以科学探究为主的教学和学习 方式，成为能否实现高中化学新课程目标的关键。 1 2 课题研究的主要内容 本文在对我国中学化学课程中科学方法教育理论研究进行总结和对科学方法教育现 状进行调查分析的基础上，针对其中存在的问题，深入探讨了高中化学课程中科学方法教 育的一些理论。依据化学新课程的理念，结合化学薪课程内容，通过建构大量的案例将高 中化学课程中科学方法教育的理论探讨和具体的教学实际结合起来。主要研究内容包括： 高中化学课程中科学方法教育的内容体系；科学方法教育内容体系中具体科学方法的本质 特征，及其在高中化学教学中的应用；高中化学课程中科学方法教育的目标和制定科学方 法教育课时目标的过程；高中化学新课程和新教材中的科学方法教育因素分析：化学知识 第一章绪论 中科学方法的判定原理和策略，以及利用这一原理判定科学方法的具体过程；科学方法教 育的基本原则；化学教学中进行科学方法教育的教学过程设计等。 1 3 课题研究的意义 该课题是在我国新一轮化学课程改革和实施的背景下提出并开展的。本研究结合高中 化学新教材的具体内容探讨科学方法教育的一些基本理论，建构了大量的案例，将理论与 化学教学实际结合起来。一方面丰富和完善科学方法教育的基本理论，另一方面为高中化 学教师进行科学方法教育提供借鉴和依据，有利于提高教师科学方法教育方面的素质，促 进高中化学新课程中科学方法教育的实践。从化学新课程实施的角度讲，可以优化化学教 学过程，提高学生的科学素养，促进高中化学新课程目标的达成。 第二章高中化学新课程中科学方法教育的内容 第二章高中化学新课程中科学方法教育的内容 2 1 化学方法的内容体系 化学作为自然科学的一个重要组成部分，有其基本的研究方法，这些方法就是化学科 学研究方法，简称化学方法。化学课程中的科学方法教育就是通过学生对化学方法的认识 和掌握来达到对学生进行一般自然科学方法的教育。化学科学研究方法的内容体系结构如 图2 - 1 。 惭法j 橼一 l 一般方法 经验 圭囊比法 科学抽象法 模型法假说骏证法 逻辑法数学方法系统方_ ；去色造性思维方法 i 厂+ 厂厂_ l 厂_ 观察法实验法概念法理想化法 符号法 分析法综台法比较法分娄法归纳j 去演绎法 r _ 广 测量记实验条件实验数据的 录法控制 去处理方法 i 厂_ 表格化 化学用语化线圈化 图2 1 化学方法的内容体系 fig u r e 2 1t h ec o n t e n ts y s t e mo fc h e m is t r ym e t h o d 此结构图是在原有基础上进一步完善的结果，基本上反映了当前化学科学研究方法的 基本内容体系。 2 2 高中化学新课程中科学方法教育内容的确定 2 2 1 确定科学方法教育内容的依据 高中阶段化学课程中要以哪些科学方法有针对性地进行教育呢? 这是实施科学方法教 育必须明确的问题，也是制定科学方法教育目标的依据之一。高中化学课程中科学方法教 育要与教材的内容体系相结合，选择重要的、典型的科学方法作为教育内容。所选择的科 学方法要符合学生的认知水平和能力发展水平，既要能促进学生正确地探索、认识化学知 识，又要有利于促进学生的智力发展，培养学生分析和解决化学问题的能力。另外，还要 突出化学和高中化学教学的特征，重视分析和解决问题的具体方法。 2 2 1 1 高中化学课程中科学方法教育目标科学方法教育的目标是确定科学方法教育内 容的出发点和重要依据。高中化学课程中科学方法教育的目标指向就是通过让学生了解和 第二章高中化学新课程中科学方法教育的内容 掌握化学科学研究的一般方法和研究过程，领悟科学方法在科学研究中的作用，能够利用 自然科学研究的一般方法解决化学问题，进行科学探究，培养学生应用科学方法进行科学 认知和解决化学问题的能力，促进学生对科学本质和价值的认识。科学方法根据其适用范 围和概括程度大致可以分为三个层次：哲学方法、一般自然科学方法以及具体学科的特殊 科学方法。由高中化学课程中科学方法教育的目标可见，高中化学课程中科学方法教育 的主要内容是化学科学研究的一般方法和过程。 高中化学课程中的科学方法教育之所以将一般自然科学方法作为科学方法教育的主 要内容，主要出于以下方面的考虑。首先，一般研究方法是基本的、重要的、具有普遍性 的方法，比如观察、实验等方法是获取感性认识的主要途径，分析、综合、比较、分类、 归纳、概括等方法是处理和加工信息的基本方法，类比、模型、假说是认识事物的普遍思 维方式。这些方法不仅被普遍应用在一般自然科学当中，在现实生活、工作中也经常用到， 有较强的迁移价值。其次，这些科学方法是学生进行科学认知的“般方法，掌握这些方法 有利于学生思维能力和智力的形成。而特殊的化学方法不具有普遍性，大多数是作为化学 知识内容来要求和加强的。数学方法虽然是自然科学研究的一般方法，但是在高中化学中 主要是以化学计算知识来要求的，因此不作为科学方法教育的内容来要求。另外，之所以 将化学科学研究和认识的一般过程作为科学方法教育的内容，是因为科学方法和科学研究 过程是密不可分的。科学的研究过程是应用科学方法解决问题认识科学规律的过程，科学 方法是在科学实践的过程中形成的，对科学方法的认识和掌握离不开科学研究过程，某些 科学方法的应用过程也就是科学认识的一般过程。 因此，依据科学方法教育的目标与科学方法的特征，将化学科学研究的一般方法和过 程作为高中化学课程中科学方法教育的主要内容。 2 2 1 2 高中生的思维和认知发展水平科学方法教育的内容及其要求要适应学生的发展 水平。初中阶段学生认知的主要特点是思维的抽象逻辑性占优势，但在很大程度上还需要 经验的支持，因此初中阶段的科学方法教育主要以实验、观察和逻辑思维方法为主。高中 阶段的学生正处于身心发展的第二高峰期，神经系统的发展开始成熟，这为其认知能力的 发展提供了重要的物质基础。高中生的思维开始趋向于以理论型思维、抽象逻辑思维为主 的思维方式，认知的发展迅速上升，认知的自觉性和独立性增强，认知结构不断完善，认 知结构中的因素基本上趋于稳定状态，认知结构形成协同发展的新局面。“。这一阶段是学 生逻辑思维能力、抽象思维能力形成的关键时期。因此，高中阶段的科学方法教育除了要 加强对学生进行实验、观察和逻辑思维的训练外，还要重点对学生进行科学抽象、假说、 模型等方法的训练，使学生能够运用这些方法经过科学的一般认识过程进行科学认知和解 决问题。但是一些方法对还处于掌握化学基础知识和方法的高中生来说是很难认识和掌握 的，如系统方法、移植方法等。这些方法由于涉及的知识面较广，对探究能力要求较高， 因而不宜作为科学方法教育的内容。另外，化学方法中的创造性思维方法，即化学研究中 的直觉、灵感和想象等，具有非逻辑性的特点。这些方法需要建立在大量的感性认识和理 第二章高中化学新课程中科学方法教育的内容 性思维的基础上，有很大的或然性，不容易把握，因此也不适宜作为科学方法教育的内容， 我们也不能期望高中生通过灵感和直觉进行科学认知和解决问题。 2 2 1 3 高中化学赫教材高中化学新教材是依据高中化学课程标准编写的，其体现了课 程标准的基本理念，是进行化学教学实现课程目标的物质媒体。课程标准在课程性质、课 程理念、课程目标、内容标准、实施建议等部分都不同程度地体现了对科学方法的重视。 课程标准中直接提到的科学方法有比较、分类、归纳、概括、假说、模型、观察、实验、 查阅资料等，这些方法都属于一般方法的范畴。 以课程标准实验化学教科书为核心的化学教材在内容的安排和呈现上也在一定程度上 体现了对科学方法的重视。例如，教科书化学必修1 第一章“从实验学化学”就强调化学 实验和观察在化学研究和学习中的地位和作用，注重学生对化学实验基本方法的掌握。第 二章“化学物质及其变化”介绍了一些化学的基本理论和概念，强调科学抽象、逻辑思 维方法，特别是物质的分类方法、归纳方法在化学中的运用。化学必修2 第一章“物质结 构元素周期律”中的元素周期律知识的呈现方式是按照“问题一演绎式假说一实验一验证 假说一得出结论”的过程来让学生进认知的，其中应用了假说、实验、逻辑思维等方法。 另外，一些元素化合物知识是进行实验、观察、假说、归纳、演绎等方法训练的良好素材。 课程标准实验化学教科书中安排的内容体现了化学科学研究的一般方法，是进行科学方法 教育的基本素材。课程标准和新教材中所体现的科学方法是科学方法教育的基本内容。 2 2 2 高中化学额课程中科学方法教育的内容 根据确定高中化学课程中科学教育内容的依据，结合化学方法的内容体系，确定高中 化学新课程中科学方法教育的内容如下( 图2 - 2 ) 。 缝验法鬟比穆科学抽墓挂模型洼俄说验证_ | 盎逻辑法 il 厂 广1 广r 广 t 观蔡法实验法橇念法理勰化法符号法舟折 当综台祛比鞍_ i 蛊分类法归纳j 毫漉蟀j 击 广_ 1 翻量记实验条倬宴醯数据的 录；圭控t i 圭扯理方法 厂寸 裹格化化学用语化蛙窝化 图2 2 高中化学新课程中科学方法教育的内容 f g u r e 2 - 2t h ec o n t e n to fs c i e n o em e t h o de d u c a t i o ni nc h e m i s t r yn e wc u f r i o u l mo f s e n i o fh i g hs c h o o i 所确定的科学方法教育内容体现了一般自然科学研究方法在化学科学中的应用。这些 科学方法在化学研究和学习中出现的频率很高，囊括了高中化学课程标准中所提到和要求 第二章高中化学新课程中科学方法教育的内窖 竺罡l 竺罡i ，j l ，j i 一 塞誉1童匝矗 1 圭i 第二章高中化学新谭程中科学方法教育的内容 性很强的学科，可以说化学研究是在观察中进行的o 。古代人们进行化学发现最重要的就 是观察，如对一些物质，如木炭、硫磺、硝石化学性质的认识都是通过观察获得的。人类 对于燃烧现象的观察使人们探索燃烧现象的本质，1 8 世纪的燃素说就是由于人们观察的最 普遍感觉是燃烧时好像有某种东西( 烟、气) 从中逃走的感性认识而提出的。 化学教学中的观察是教师指导学生通过观察获取化学事实的活动，是学生获得化学感 性资料的基本途径。在化学教学中要引导学生学会观察，善于观察，形成善于从观察中思 考和发现问题的良好习惯。要进行科学的观察一般要遵循以下原则： ( 1 ) 目的性原则。观察要有一定的目的性，以减少观察的盲目性和随意性，有重点地进 行观察。 ( 2 ) 客观性原则。要客观地进行观察，先入为主、带着主观框框去观察，往往造成观察 的不客观性。 ( 3 ) 全面性原则。在有重点观察的基础上进行全面观察，能够占有较充分的材料，得出 可靠的结论。从时间分布、空间分布、事物整体及环境等方面进行全面观察。 ( 4 ) 观察与思考相结合的原则。“观察”中的“察”就有体会和思考的意思，只有在观察 的过程中进行思考才能发现问题，而在观察中能否发现问题、提出问题是衡量观察 水平高低的重要标志】。 案例1钠和水反应现象的观察教学 老师：钠和水反应剧烈，大家要注意观察反应过程中钠的变化、水的变化以及周围环境的 变化，你看到什么? 听到什么? 通过触摸感觉到什么? 通过观察把你观察到的现象具体描 述出来，看谁观察的更全面、细致。 老师进行钠和水反应的演示实验操作。 老师：现象非常明显，哪位同学能把整个反应过程的现象描述出来? 看谁观察的更全面、 细致。 学生对现象的描述：钠漂浮在水面上，融化成小球；四处游动，发出滋滋的声音；有白雾 生成；最后消失了；烧杯变热；烧杯里的水变红。 老师：这些现象背后的原因是什么呢? 钠为什么会漂浮在水面上并且融化成小球呢? 老师引导学生逐一思考和分析每一现象背后的原因。 案例分析 钠和水反应的现象是复杂、迅速的。学生只有全面细致地观察才能将反应现象完整的 描述出来。因此教师在实验前要注意引导学生把握全面观察与重点观察，在引导学生分析 现象的过程申，建立对钠和水反应的理性认识。这是指导学生进行全面细致观察、观察和 思考相结合的典型实验观察。 2 3 2 实验法 实验方法就是依据研究目的，使用科学仪器和设备，有意识地去控制自然过程条件， 模拟自然现象，排除次要因素，突出主要因素，使研究对象以纯粹的、便于观察和分析的 第二章高中化学新课程中科学方法教育的内容 形态表现出来，从而得以探索客观规律，认识客观世界的一种方法。实验能将不能直接观 察的现象变为可直接观察的现象，具有简化和纯化环境的作用，能使相应的化学现象重现， 提供重复观察实验现象的机会”。 实验推动了化学学科的发展，化学学科的基本概念、原理、定律及元素化合物知识大 部分都是通过实验方法来获得和验证的。通过化学实验可以获得化学实验事实、验证化学 假说、检验化学理论等。化学实验设计所遵循的基本程序就是“实验构思一实验设计一仪 器准备一实验实施一处理和评价实验结果”。 化学实验方法除了包括实验实施的一般程序外，还包括一一些具体的科学方法，如测量、 测定、实验条件的控制、实验观察、记录和数据的表格和线图处理等。很多师生对化学实 验的认识就是操作、观察和记录，其实没有把握住实验的精髓，这与我国中学化学实验教 学大多数是验证和演示实验的教学方式有很大的关系。化学实验的关键和精髓在于“实验 条件的控制”。所谓实验条件的控制，就是将影响实验结果的诸条件中的一个条件作为可 变因素，其它条件保持不变，探究此条件对实验结果的影响，以便找出最佳实验条件的一 种科学方法。“。化学实验离不开一定的实验条件，只有对化学实验条件进行严格有效的控 制，才能获得准确的化学实验事实，取得重大的化学发现。从这个意义上说，没有化学实 验条件的控制，就没有化学实验科学，控制实验条件是化学实验的灵魂，是实验设计和实 验成败的关键。因此，要想有效地开展实验教学活动，学生必须具有控制实验条件的意识 ”“，具有控制实验条件的能力。 案例2 波义耳的燃烧实验与实验条件的控制 著名化学家波义耳在研究金属燃烧的实验中，发现放在封闭玻璃瓶里的铜片剧烈燃烧 后，打开玻璃瓶进行称量，与燃烧前相比较质量增加了。于是，波义耳认为这是铜与燃素 结合的结果。类似的实验为燃素说这一错误的燃烧理论提供了实验基础。而拉瓦希在研究 燃烧理论时，是在封闭的条件下进行金属燃烧的实验研究，从而推翻了燃素说得出了氧化 说燃烧理论。 案例分析 渡义耳提出错误假说的主要原因就是没有严格控制实验条件，在臻烧结束进行称量时， 没有继续封闭玻璃瓶，导致空气中的氧气进入瓶内，与金属发生反应生成了氧化物。可见， 严格的实验条件控制有时可以导致重大的化学发现。实验条件控制得不严格，不仅会使化 学实验失败，还会导致错误的实验结论。 化学实验在化学中的地位决定了化学教学中要以实验为基础。化学教学以实验为基础， 不能理解为仅仅是做实验，从下面四个方面理解是比较全面的。 ( 1 ) 化学知识的认知、理解和巩固，学生能力的培养等，都要力争通实验去完成”3 。 ( 2 ) 让学生亲自做实验，观察各种现象，对实验结果进行思维加工和处理得出结果，获 得科学知识，亲身体验通过实验进行探索规律的活动和方法。 ( 3 ) 结合实验事实和实验过程，让学生认识化学概念和理论是怎样形成的。 第二章高中化学新课程中科学方法教育的内容 ( 4 ) 让学生通过实验运用已学的知识解决问题，使他们在科学态度、科学方法以及分析 和解决问题的能力等方面