【毕业学位论文】（Word原稿）学生实验探究能力现状及发展策略研究——以“过氧化氢分解制取氧气的最佳实验条件探究”为例-优秀教育硕士专业学位论文

学校代码： 10200 研究生学号： 10200201022002 分 类 号： 密 级： 无 硕 士学位论文 学生实验探究能力现状及发展策略研究 以 “过氧化氢分解 制取氧气 的最佳实验条件探究” 为例 to of 者 ： 郭瑞红 指导教师 ： 周仕东 副 教授 学科专业 ： 教育硕士 研究方向 ： 学科教学 （化学） 学位类型： 教育硕士 东北师范大学学位评定委员会 2012 年 5 月 独 创 性 声 明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。据我所知， 除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范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 印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 （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： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 电话： 通讯地址： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 1 摘 要 理科课程改革的最终目标是提高学生的科学素养，核心是科学探究。实验探究是科学探究在化学教学 中的具体化，是化学实验教学中落实科学素养目标的重要途径。 而 实验探究能力是指学生在化学学习中运用实验来探究化学物质及其变化的本质和规律的一种能力，是化学教学中学生的科学素养发展程度的重要体现和标志。 然而 要找到发展 学 生实验探究能力的有效教学策略，必须首先知道学生的实验探究能力现状。国内外文献中对实验探究能力现状的研究大多采用问卷调查的方法，而对实验探究能力发展 的 研究大都从实验探究能力要素的角度提出，是一种还原论思维方式，忽视了探究 是一个整体；因 此，有必要从系统论 的角度 出发，从整体上提出发展学生科学探究能力的策 略。 以杜威探究教学理论、施瓦布探究教学理论、建构主义学习理论和系统论为理论基础，从一个简单的实验出发，对学生的实验探究情况进行质性研究，投入四种不用的教学策略，从而更加全面的了解学生的实验探究能力现状，并尝试找到发展学生实验探究能力的有效策略。 通过现场观察学生的探究表现，分析学生的实验预习报告、实验报告和实验反思，得到学生实验探究能力的现状如下：日常思维占主体，缺乏科学思维；迷信权威，缺乏批判精神；实证意识薄弱；对问题缺乏系统性思考；对实验结果处理能力欠缺。 在连续两年研究的基础上，找到了发展学生实验探 究能力的有效 策略 方法论指导探究，而且发现科学方法与探究能力之间存在张力， 并 尝试 对探究教学提出几条建议：在探究教学内容上，选择 以 发展学生的思维和能力为目的的实验；在实验探究教学中教师的指导，不是放任自流，也不是包办代替，而 应该 给予方法论指导，也可以进行实验原理与方法论相结合的指导；用实验 展示催化剂原理，通过实验学化学。 关键词 ： 实验 探究； 实验 探究能力 ； 学生现状 ； 方法论指导 东北师范大学硕士学位论文 2 he of is to is of of in is an of in of in to of in is an of of of to as a of of of so of to to of of to of to of of to in of to of of of of to is a of to as a s a on of as a on of a of to of to an of to of of of to is as of of of of on On of of to to to of to to of of in is it on be to of 东北师范大学硕士学位论文 3 北师范大学硕士学位论文 4 目 录 中文摘要 . 1 英文摘要 . 2 目 录 . 4 1 绪 论 . 6 究背景 . 6 验探究能力研究现状 . 6 外实验探究能力的研究现状 . 6 内实验探究能力的研究现状 . 8 一步研究需要解决的问题 . 9 究 目的与问题 . 9 究意义 . 10 论意义 . 10 践意义 . 10 究框架 . 11 2 实验探究能力的理论基础 . 12 念的界定 . 12 学探究 . 12 学探究能力 . 12 验探究 . 13 验探究 能力 . 13 验探究能力的理论基础 . 13 威实用主义的探究教学理论 . 13 瓦布探究教学的探究理论 . 14 构主义学习理论 . 14 统论 . 14 3 “过氧化氢分解制取氧气的最佳实验条件 ”实验 中的 实验探究能力 探 查 . 16 验内容的选择 . 16 过氧化氢分解制取氧气的最佳实验条件探究 的实验设计 . 16 择 过氧化氢分解制取氧气的最佳实验条件 实验的理由 . 16 究对象的选择 . 17 学策略的选择 . 17 全 自主探究式 . 17 前讨论式探究 . 18 中讨论式探究 . 18 法论指导 探究式 . 18 究方法的选择 . 19 入学生的质性研究法 . 19 东北师范大学硕士学位论文 5 献分析法 . 19 谈法 . 19 本分析法 . 19 4 学生实验探究能力现状与分析 . 20 常思维占主体，缺乏科学思维 . 20 生表现情况（一） . 20 因分析 . 20 信权威，缺乏批判精神 . 21 生表现情况（二） . 21 因分析 . 21 证意识薄弱 . 22 生表现情况（三） . 22 因分析 . 23 问题缺乏系统性 思考 . 24 因素研究 . 24 因素最佳之和 . 25 性迁移思维 . 25 限思维 . 27 实验结果处理能力欠缺 . 27 生表现情况（四） . 27 因分析 . 27 5 发展学生实验探究能力的有效策略 . 29 展学生探究能力有效策略 方法论指导 . 29 响实验的因素 . 29 有经验和初步实验的意义 . 31 格法 . 31 述 方法论指导 与注意问题 . 32 6 结论与建议 . 33 要结论 . 33 法论 指导 有效的探究教学策略 . 33 学方法与探究能力之间存在张力 . 33 探究教学的建议 . 33 究教学内容的选择 以发展学生的思维和能力为目的 . 33 验探究教学中教师的指导 不是放任自流，也不是包办代替，而是给予方法论指导 . 33 实验展示催化过程，通过实验学化学 . 34 验原理指导与方法论指导相结合 . 34 参考文献 . 36 致 谢 . 38 东北师范大学硕士学位论文 6 1 绪 论 究背景 科学探究 是理科课程改革的核心， 发展学生的科学素养是课程改革的终极目标。我国也从 2001 起在全国范围内实施新课程改革，改变以往 以学科为中心的课程观 ，提倡 以个人为中心的课程观 和 以社会为中心的课程观 相融合的课程观，倡导从学生和社会的发展需要出发，将科学探究作为课程改革的突破口，激发学生的主动性和创新意识，从而促进学生积极主动的学习。 新课程标准提出 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 ， 1只有通过科学探究才能使学生掌握 作为适应 21 世纪的劳动者和公民所需要的解决问题、交流和思考的能力 。 2 验探究能力研究现状 外实验探究能力的研究现状 外实验探究能力的研究现状 1909 年，教育家约翰 杜威 （ 在美国科学促进协会的一次报告中指出科学教育过于重视知识的积累，而忽视了科学作为一种思考方式和 认知 态度；科学不仅仅是需要学习的一堆知识，而且也是一种学习的过程和方法。 3 截止 20 世纪五六十年代，探究作为一种 科学教学方式，越来越被人们接受。教育家约瑟夫 施瓦布 （ J. 为树立这一科学教育观念起了非常重要的作用。他认为科学应该被看做一种概念结构，随时可能因发现新的证据而被修改。施瓦布强调 探究教学的两个组成部分 作为探究的科学和探究的活动，在中学科学教育目标中应当优先注意的是前者 。美国 的 2061 计划和美国国家科学教育标准，都将 探究 作为学习科学的中心环节。英国推出的 1998 年教育改革方案中，首次将科学课程与英语、数学并列成为三大核心课程，在科学课程中，特别强调对学生科 学探究能力的培养。此外，还出现了许多形式的探究教学模式， 如 ：萨其曼探究教学模式、结构 化 的探究、指导型探究、自由探究 和 学习环 等 。 （ 1） 过程技能 集合模型 这是一种还原论思维方式下采用过程分析法得到的科学探究能力模型， 该模型 认为1中华人民共和国教育部制订 普通高中化学课程标准（实验稿） S 北京：人民教育出版社， 2003： 5 2美国研究理事会科学、数学及技术教育中心 科学探究与国家科学教育标准 教与学的指南 M 罗兴凯，等译 北京：科学普及出版社， 2004： 5 3同 2： 7 东北师范大学硕士学位论文 7 学生的科学探究能力 是 一系列过程技能的集合， 而且 这些技能是可以通过练习独立发展的，学生的过程技能得到发展之后，其科学探究能力就相应的得到了发展。这种人为的肢解科学探究能力的模型受到了人们的强烈质疑，因为学生即使通过练习掌握了这些过程技能，也不一定能用 于解决实际问题，不能证明学生的科学探究能力得到了发展。 （ 2） 控制变量 特征逻辑策略模型 这种模型基于将科学探究的本质理解为科学思维和科学推理，而科学思维的一个重要特征是运用逻辑推理来解释相关证据，这样就将 逻辑思维 和 科学思维 很好的联系起来。这种模型将科学探究过程描述为按照逻辑策略操作和处理相互独立的多变量的过程，对应的科学探究能力就成为能进行控制变量的实验探究的能力。这种模型在本质上只是突出了控制变量法的功能特征模型，将学生的科学探究限定为控制变量的实验，显然缩小了科学探究的范围，影响了对科学探究 包含的其他要素的关注。 （ 3） 问题解决 模型 正是由于上述两种模型都认为 科学探究 存在一种程序性的 科学方法 ，而不是灵活可变的探究过程 。为了解决上述问题，一些研究者从认知科学的角度出发，将科学探究看做问题解决的一种形式。在探究活动中，探究者从自己的 工具箱 里面挑选合适的 工具 。对于任何一个给定的探究任务，并不是所有的工具都被需要，而关键技巧就在于探究者如何正确的挑选并懂得如何去使用所需要的工具。 米勒 （ 将科学探究能力包含的成分分为三类： 一般的认 知技能； 实践的技能； 探究的策略。 这种模型将科学探究的主体和探究过程作为一个整体进行研究，弥补了 控制变量 特征模型的不足，对研究和发展学生的科学探究能力具有很好的指导作用 。 代表性的是英国约克大学在 目中提出的模型，如图 1示。 图 1型 1 1郭玉英 学生的科学探究能力：国外的研究与启示 J 课程教材教法 ， 2005（ 7）： 28 东北师范大学硕士学位论文 8 内实验探究能力的 研究现状 实验探究能力 文献分布 在对国内实验探究能力研究现状进行综述之前，笔者将 实验探究能力 作为主题词在中国知网中进行检索，共得到 156 篇文献，除去 8 篇专利和会议文献，再除去 2 篇不相关文献，剩余 146 篇文献。这些文献中，除 1 篇博士论文和 46 篇硕士论文外，其余99 篇文献均出自非核心期刊杂志且研究的内容较为相似，大多是在理论层面提出发展学生实验探究能力的策略，故舍去它们。集中对 46 篇硕士论文和 1 篇博士论文进行分析，从文献所属学科和研究对象所处的学段进行分析，发现除廖元锡的新课程高考方 案及考试大纲对高中科学领域模块课程实施的影响研究博士论文同时涉及物理、化学、生物外，其余的文献均只涉及一门学科，具体文献情况呈现如下： （ 1） 从分布学科来看 由表 1以看出，对实验探究能力的研究在三门学科中 均 有分布，尤其以化学学科较多， 说明化学学科教育专业的硕士研究生很关注化学实验探究能力，这为我们的研究奠定了很好的基础。 （ 2）从分布学段来看 我们将 46 篇文献按照研究对象所属的学段来统计（如图 1发现研究大学生实验探究能力的文献有 3 篇，研究高中实验探究能力的有 30 篇，研究初中实验探究能力的有 10 篇，还有 3 篇同时涉及初中和高中，其中范建军的初、高中化学探究性实验教学衔接研究是研究化学学科初高中实验探究能力的衔接 的 。 （ 3）从化学学科来看 由于我们重点研究的是化学实验探究能力，故从化学学科的角度来看，研究 很丰富 ，27 篇文献除 1 篇是关于大学生实验探究能力外，其余均分布在基础教育，而又以高中为主，占到了总文献数的约 60%（如图 1 图 1对象所属学段的文献统计 图 1化学学科各学段 分布 文献 的统计 探究能力的研究 张平通过问卷的方 法对 280 位初中生 的实验探究能力 进行了调查。 田秀青 、赵红分051015202530大学 高中 初高中 初中文献数大学4%初高中7%初中30%高中59%大学 高中初高中 初中东北师范大学硕士学位论文 9 别 通过调查问卷 、能力 测试卷 的方式对高一同学的实验探究能力进行了调查， 结果发现学生的化学实验探究能力水平较低 。 郭玉英 通过综述国外的探究教学模型，指出科学探究是一个复杂的过程，涉及理论和实践领域的多方面问题，绝不能将其简单化和程式化，否则，不仅不利于学生科学探究能力的发展，而且会造成学生对科学探究的误解。对科学探究主要存在两种误解：一种认为科学探究存在固定的模式，往往将课程标准中的科学探究要素当作程序性的知识教给学生，或者取其中的单个要素进行独立训练； 另一种则是对科学探究的理解过于宽泛，认为只要放手给学生，就是科学探究，忽略了对科学探究本质特征的把握和对学生科学探究能力的有目的的培养。 探究能力培养的研究 对探究能力培养的研究，大都结合物理、化学、生物等具体学科展开，主要集中在以 下几个方面： （ 1）影响学生 实验 探究能力的因素 ，以周广清、田秀青、金爽的研究为代表，主要包括内因和外因两个方面； （ 2） 实验 探究能力培养的策略 与途径 ，以周为煌、张平、范永梅等的研究为代表，这方面的研究较多，提出的策略也较 丰富 ； （ 3） 培养 实验探究 能力的原则 ，田秀青、杨江 红、崔赞等的研究分别提出了 可行性、兴趣性、全体参与性等原则； （ 4） 实验 探究中应注意的问题 ，例如 吴淑花等人指出：强化学生的实验探究意识 ， 培养学生实验设计能力；重视评价与交流的作用；完善物理实验教学评价。 一步研究需要解决的问题 由以上的研究可以看出国内外对实验探究能力的研究从实验探究能力的内涵到培养实验探究能力的教学模式、方法策略、原则以及在实验探究中应该注意的问题都有非常深入的研究。但是综合分析，还 存在 以下问题 需要解决 ： 从国内外 提出的提高学生实验探究能力 水平 的 教学 策略 、教学模式以及教学途径 看 ，大 都是从 实验 探究能力要素的角度提出的， 是一种还原论思维下的思考方式，必然会导致实验探究的程式化， 忽略了探究 是 一个整体的过程， 实验探究没有固定的模式， 所以应该 尝试 从 系统论的角度出发，从整体上提出 发展 学生科学探究能力的策略， 提高 学生的实验探究能力。 究目的 与 问题 在分析总结前人研究成果的基础上，发现了已有研究 中 存在 需要进一步解决的问题 ， 再 结合当前的社会发展需要，我们提出了 学生实验探究能力 现状及 发展策略研究的研究课题， 以期对以下问题进行深入探讨： 学生的实验探究能力现状如何？如何发展学生的实验探究 能力？ 本文以一个特殊的实验 过氧化氢分解的最佳实验条件探究为 例 ， 运用质性研究法，通过对学生探究实验全程 进行 观察，对学生的实验预习报告、实验报告 和 实验反思进行分析， 并尝试 投入 几 种教学策略 ， 希望 能够 全面 的了 解 了 学生的 实验探究能力现状 ， 也希望能够找到发展学生实验探究能力的有效策略。 东北师范大学硕士学位论文 10 究 意义 论意义 与已有的以还原论方法研究不同， 本研究 拟 以系统论的角度出发，尝试从整体上研究学生的实验探究能力， 尝试揭示科学探究能力的要素与发展策略。 践意义 力 发展 学生 的实 验探究能力 事实证明，一个 没有真正参与过 科学探究的 学生是无法真正理解探究的。 科学探究作为一种方法和能力，不是靠说教就能掌握的，需要人的亲自参与、亲身体验，所以设计了 这个 研究， 一方面可以 了解我们 学 生的探究能力现状， 另一方面可以 尝试一些策略来帮助他们体会科学探究，并学会科学探究。 展以课堂观察为主的 质性研究 方法 在关于学生实验探究能力现状的研究中，大多采用问卷调查的方法，通过统计进行量化分析，而本研究采用陈向明的质性研究法，深入到学生当中，观察学生的行为、与学生进行交流讨论，从而更加真实 的描绘学生的探究能力现状 。 东北师范大学硕士学位论文 11 究框架 科学探究能 力 科学探究教 学 科学探究教学能 力 学生如何进行探 究 发展探究能力的有效策略 实验选择 研究对象 研究方法 质性研究 不同教学策略的选择 学生实验探究能力现状 探查： 学生的实验探究的主要特征表现有哪些？ 寻求：发展学生探究能力的有效策略。 发展学生实验探究能力的有效策 略 图 1论文研究框架 东北师范