高中化学教材中提高学生科学素养研究

.高中化学教材中提高学生科学素养研究 内容摘要：科学素养的主要涵义是指自然科学素养。从化学的角度去提高学生的科学素养。主要是包括科学素养的提高的意义和通过学习化学学科达到的目标，新课程的改革实施状况以及实施要求，还有就是培养学生学科素养与推进新课程改革的关系的研究，化学新教材的不同的知识板块的设置对提高学生科学素养的分析。关键字： 高中化学新教材 科学素养 分析目录1.1科学素养的含义：31.2科学素养的对比研究：31.3科学素养的提高方法和意义：41.4学生学习化学学科需要达到的目标有：42.新课程改革后的新教材52.1 国内外课程改革：52.2我国的化学教材的剖析：52.3人教版高中化学新课程教材的特点63.培养学生的科学素养与推进新课程改革的关系73.1科学探究的方法73.2新课程改革的目的84.举例（必修一、必修二）说明新教材如何提高学生的科学素养94.1充分利用教科书中丰富的栏目资源，落实新课程三维目标，培养学生的科学素养94.2努力开发多样化的课程资源，使学生树立化学意识，增强社会责任感和历史使命感。105.成功案例上海市新课程改革105.2 课程标准的具体要求115.3 实施课程改革之后的效果11参考文献12高中化学教材中提高学生科学素养分析 1.科学素养1.1科学素养的含义：科学素养主要指自然科学素养，如物理学科素养、化学学科素养、生物学科素养，天文学科素养等等。在科学素养的五大构成要素中，各要素之间不是孤立的，而是彼此相互作用和影响的，并且化学学科智能是化学科学素养的核心，能力是科学素养的发展方向。智力因素（化学知识、方法和能力）和非智力因素（化学科学观和化学学科品质）的发展是相辅相成的，两者在教育和实践的过程中紧密联系，共建化学科学素养的结构。其中学科品质是整个科学素养的动力系统，影响着智力因素的发展水平。1.2科学素养的对比研究：我国在2001年的时候调查显示，公民具备基本科学素养的比例为1.4%，然而再来看世界强国美国，在1990年就已经达到了6.9%。这样强烈的对比，显示出我国公民的基本科学素养与发达国家有很大的差距。1.3科学素养的提高方法和意义：人的化学学科的科学素养则是可以通过教育和实践两种方式来发展和提高，通过教育可以传授化学知识、技能和方法，培养学生的科学品德和能力，通过实践也可以运用所学的化学知识并且达到巩固的效果，发展其能力，培养人的科学品德及素养。2006年，我国发布了全民科学素养行动计划纲要，这一举动旨在推动我国公民的科学素养建设。近年来，科技教育受到各级各类的学校的广泛关注，以科技为特色的学校的创建正如火如荼。因此，从教材的角度出发来剖析如何提高学生的科学素养显得尤为重要。1.4学生学习化学学科需要达到的目标有：a. 科学知识层面1. 了解和运用基本的化学术语2. 能了解常见的化学实验仪器，知道它的性能和如何使用3. 能把化学和其他学科的相互联系起来4. 知道化学学科的主要的成就5. 了解物质分类的多个视角，理解物质及其变化的规律6. 掌握化学的基本概念，化学原理以及常见的单质和一些重要化合物的知识7. 必须掌握物质的结构决定了它的性质，性质决定用途的规律8. 了解化学原理应用于世纪生产的方法b. 科学方法和科学探究层面1. 能够分析出化学的一系列问题之中各种量之间的欢喜，并且能进行简单的化学计算2. 能够独立进行一些实验操作，能设计简单的化学实验以及控制实验的过程，能完成对应的实验报告3. 能掌握一些化学探究问题的实验方法和手段4. 必须能够使用化学的语言来表达一些化学问题和化学反应5. 学会观察，实验，分析，综合，测量，记录，条件控制，分类，类比，假设，模型化，处理数据，归纳和对比等科学研究的一般性方法。以及一些简单的化学科学研究的特殊方法，比如，萃取的方法和配制一定物质的量浓度的溶液的方法c. 科学态度、科学精神、STS层面1. 具有保护环境和合理使用资源的意识和责任感2. 既有可持续发展的观念，形成人与自然和谐发展的理念3. 具有尊重事实，积极探究和创新，重视合作的科学精神和科学态度4. 具有辩证唯物主义的思想，能够树立科学的三观。即，人生观、世界观和价值观5. 具有探究的兴趣，虚心和恒心以及严谨的科学态度6. 能够正确认识化学与生活、生产、自然、技术以及社会发展的关系2.新课程改革后的新教材2.1 国内外课程改革：美国的课程改革实施得非常早，并且国内学者对其有研究，主要从美国化学教材的每一章每一节的大致内容和教材的体系以及一些栏目的设置和他的主要特点等方面。国内学者通过研究和分析，认为美国的化学教材在提高学生科学素养这一块做得很好。在这样一种情况下，我国现如今也开始实施课程改革，上海市的新课程改革后，其化学教材主要是以培养高学生的化学科学素养为核心，并且针对提高学生的化学科学素养有自己的方式方法。目前，实施的效果良好。因此从高中化学教 材的视角来提高学生的科学素养势在必行。2.2我国的化学教材的剖析：教材还是从章节标题，小标题来划分主要的知识点。以高中化学教材人教版选修四的第一章第一节“化学反应与能量的变化”为例，因为“焓”这个概念是教材改革之后才在高中提出的，为了方便学生理解，在介绍的时候，第一句话就是“焓是与内能有关的物理量”，这样学生就可以很好的理解说，“焓”是和内能相关的一种能量。接着给出了“焓变”的概念：在一定条件下，某一化学反应时吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓差值（H）决定。然后教材就把这一抽象的概念形象化了，焓变和热效应的关系，在恒压的条件下，此时的反应的热效应等于焓变，就可以用H表示反应热。给出了H的单位kj/mol。化学反应过程中为什么会有能量的变化?（这一疑问的提出，无疑使得学生的思维立刻活跃起来，对科学知识的一种急切的渴望）。接下来教材给出了实验测得的1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时候放出的184.6kJ的热量，这是该反应的反应热。任何化学反应都有反应热，原因是由于在化学反应中，当反应物分子间的化学键断裂时候需要克服原子间的相互作用，这个过程需要吸收能量；当原子重新结合生成生成物分子，有新化学键的形成，又要释放能量。因此反应热就等于生成物分子形成时所释放的总能量（862 kJ/mol）与反应物分子断裂时所吸收的总能量（679 kJ/mol）的差。即上述反应放出的183 kJ/mol的能量。显然，通过分析和实验测得的反应热很接近。接下来教材就给出了放热反应的概念：生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量大。由于放出热量使得反应体系的能量降低，因此，规定放热反应的H为“-”。给出了反应热的表示方法：H=-184.6kJ/mol。吸热反应反之。教材这样的设置使得学生并没有对“焓变”本身有很深刻的理解，而是通过教材详细的介绍讲解反应热，对反应的热效应有了大体的理解，而H只是一个表示方法。教材并没有给大篇幅的内容介绍焓变的原因是焓变是学生的新概念，用新概念去解释新知识新问题，这使得学生会立即陷入知识的漩涡，通过层层推进来让学生理解，这个方式无疑是最好的。并且，学生对于上述所说的“体系和环境”，是很模糊不清的，因此附在旁边的“资料”卡片就有解释。被研究的物质系统称为体系，体系以外的其他部分称为环境。例如，研究物质在水溶液中的反应，溶液就是体系，而盛溶液的烧杯和溶液之外的空气等便是环境。“资料”卡片的设置就像是对于近视的人的一副恰如其分的眼镜，让原本模糊的事物变得清晰。并且额外的一些知识讲解会让学生觉得科学知识虽然神圣，但是是可以青睐的。新教材对学生的一种对图像和知识结合的能力要求颇高，这个是所有理科学科的特点，这不但是对知识的巩固更是检验你对知识的运用能力以及逻辑思维能力。接着，教材就给出了两幅图像，关于化学反应过程中的能量变化，形象的表示出了反应物生成物与能量变化的关系。 学习科学知识都有一个表示方法，化学这门学科，学生从一开始接触就是需要掌握一些化学方程式，这是一种手段，用来把抽象的事物形象化的手段。因此，第二个小标题就是讲解“热化学方程式”。教材给出了例1。它是采取告诉学生，科学文献上的表示方法，即热化学方程式。让学生自己去探究，这个方程式与我们以前熟悉的化学方程式的不同点。指明了反应的温度和压强，用括号注明了反应物和生成物在反应时候的状态。这里没有介绍理由，留下悬念给学生。这完全可以让学生对科学知识的一种探索到底的精神完全发挥出来。接下来的例2，就给出了当生成物H2O的两种不同状态，气态和业态的时候的反应热，发现他们的值不同。是因为液态水蒸发为气态水时要吸收能量。然后，教材像一个家长一样的态度，告诉学生说，现在你应该理解在热化学方程式中对参加反应的物质都要注明状态的原因了吧。这样亲切的态度，让学生有一种被呵护的感觉。让学生在这样的氛围下轻松的接受了科学知识，并且牢牢的掌握了。然后又给出一个设问的句子，说你是否注意到上述化学方程式中有一种以前没有出现过的写法，就是在化学方程式中出现非整数的化学计量数。如果说1个H2与半个O2反应生成1个H2O，这是难以理解的。（这里以一种安慰似的态度告诉学生说难以理解，学生反而会觉得宽慰）。但是在学习了物质的量的概念之后，却是合理的。（这里教材又变得严肃起来，像是在说，你必须就对知识有一个网状似的结构，要发散思维，有一点像是在责怪自己的孩子说，你应该要担当责任了）。接着给出了计量数倍数的关系。此时资料卡片又适时的出现了，再一次解释了H与计量数的关系。还有热化学方程式的英语翻译。这也体现了一种科学知识的国际性。最后以一句“正确地书写热化学方程式对于计算化学反应热有重要意义”结束这一节的正文内容。整个内容以一种娓娓道来的方式，既有母亲似的宽容又有父亲似的严肃。科学知识是严谨的，所以学习科学知识的思维要缜密。教材后面的“思考与交流”给学生学习科学知识提供了平台。与科学的再次碰撞，使得学生发现自己的潜力以及鼓励学生进行一个自己的总结与归纳。最后有一个“实践活动”，是关于“中和反应反应热的测定”。出发于化学学科实验研究的特征，从实验目的，实验用品，实验步骤和实验的数据处理。让学生对化学知识的严谨性有了更深层次的理解。2.3人教版高中化学新课程教材的特点1.保证基础性，突出时代性，体现选择性（1）必修模块教科书精选基础知识和基本技能，突出重点，既为全体学生的发展提供必需的化学基础知识和基本技能，又为继续学习选修课程的学生打下必要的基础。（2）选修模块的内容以学生个性发展的多样化需求为主，注意到与必修模块的合理衔接。选修模块的内容和必修模块同属于高中化学这门课程，在学科知识与教育理念上保持着内在系统性和水平的一致性，但相互之间又体现出一定的独立性。2.合理构建教科书的体系结构教科书注意正确处理社会发展需求，知识的逻辑顺序和高中学生的生理、心理发展顺序以及认知规律的关系，处理好必修课程和选修课程的区别与联系、各模块内容的要求与结构，合理构建教科书的体系结构。3.重视科学探究活动，注重科学方法和能力的培养为了帮助学生变被动学习为主动学习，促进学生学习方式的转变，教科书中编入以实验为主的多种探究活动和实践活动，使学生在做探究的过程中，学习科学方法和养成科学态度。例如，探究铁盐和铝盐的净水作用，调查分析空气污染的成因，设计电池装置，上网查阅元素周期表等3.培养学生的科学素养与推进新课程改革的关系培养学生的科学素养，使得科学教育从生活层面过渡到了科学世界，一定会引发科学教学方式的巨大变革。在高中化学新课程的改革之中，需要改变教学的方式就是要改变教师教学和学生学习的方式。也就是说要改变过去那种接受式的学习，倡导以科学探究为主要任务的方式来教和学。从科学的本质上来看，科学既是系统的知识体系，也是人对自然的一种探究方式。在进行科学探究的时候，学生能够经历科学探究的过程、了解科学探究的方法、获得科学的结论，从而来提高学习能力，并且迸发出创新精神。然而传统的教学方式则是利用教师的讲解和教材为核心，着重点在于教师的教学技能和学生的理解能力，这样一来就完全忽视掉了学生在学习科学知识的过程中的一种主动性和独立性，也非常不利于学生学习能力的形成和创新性思维的发展。因此，在如今这个时代，新课程改革所呼吁的是教和学的方式的改革，这样更有利于培养学生的学习技能和创新技能。 在中学的科学教育之中，要想培养学生的科学素养，必须利用科学探究这样一种方式，既体现了科学的本质又反映了人类生来所具备的探究本能的特点，并且也是学生培养自我技能的最佳手段。因此，就我国目前的国情来看，实施新课程改革必须要以科学探究为核心手段，这也成为新课程改革能否从根本上成功的一个重要因素。3.1科学探究的方法 （1 学生围绕学科问题展开探究活动 科学问题必须是要针对自然界中的物体和发生的事件提出，科学问题必须要与学生要掌握的科学概念有一定的关系，并且能够引发学生探究的兴趣，这样他们才会有动力来进行这项活动。在教学之中，一个恰如其分的科学问题能激发学生的创造力和求知欲，并能发现另外一些科学问题。（2 学生探究的途径科学问题的解释和解答必须是以实验结果为前提和基础的。实验者在实验之中所看到的现象或者是在特殊的仪器之下观察到的现象可以为问题的解决提供实验证据。那么同样的，学生在课程学习中，开展探究活动的时候也要通过观察现象和以前的实验证据来获得合理的猜测和解释，当然也可以从其他途径获得实验证据来进行完善。（3学生根据实验现象作出解答 科学问题的解答时一定是在证据和逻辑论证的基础之上建立的各种各样的联系。科学的解答必须要和自然世界现象和实验结论达成一致，并且要接受他人的质疑。因此科学解释决不能违背自然规律和实验结果，如果说实验结果和自然规律违背，那么就要重新审视自己的实验过程，以自然规律为前提来再一次进行实验。这点对于学生来说意味着对已经有的知识的理解和进一步的更新，激发学生的创造力以及思维的缜密性。（4学生相互交流和论证自己所给的解释但凡实验都有一定误差，所以为了尽量减小误差，学生必须要进行多次实验，综合之后，得出最后结论。并且对误差较大的实验结果进行分析和交流，找出原因。在课堂上，当有学生给出自己的结论之后，其他的学生就要结合这个结论提出质疑，重新审视实验证据，找出其中有悖于事实证据的地方或者是有悖于自然规律的地方，并且就相同的现象给出自己的解释。学生之间相互讨论和交流对科学问题的解释能够引导学生发现新的问题，通过这样的方式使得学生对相应的科学问题的解释达成一致并且通过不断的巩固实验使得学生能够较好的掌握实验。 综上，科学探究的方式和传统的模式有根本的区别。采取科学探究的方式主要是让学生在参与探究这个过程中，理解了科学知识、体验科学过程、掌握科学探究方法并且形成科学态度和精神。这样学生的个人综合能力和素质得到提高。 3.2新课程改革的目的 教育改革的根本目的是以学生发展为本，促进每一个学生的发展。由于学生的个性和需要的不同，所以只有设置多元化的课程才能满足不同学生的发展需要。从中学化学课程改革的历史来看，尽管中学化学课程改革在一个时期内追求学术性目的，在另一个时期内又转而面向大众普及化学知识，但在化学课程的实施中，人们总是希望化学课程能满足各种不同的需要。显然，实施单一的化学课程改革是很难达到这个目的的。为了促进学生的全面发展，课程的设置上必须要考虑到不同的兴趣和需要，那么设立选修课程就是根据学生的兴趣和职业倾向等要求自主决定是否选择的课程，从性质上划分为限制选修课程和任意选修课程。 各个国家的高中化学课程在重视基础科学知识的同时，也注重不同学生的需要。采取必修+选修的方式是最好的模式。一般来说，必修的课程是基础科学课程，是学生必须要掌握的知识，在高一和高二，选修课程则主要是在高二或高三年级。为了能够适应部分理科特长生的需要，不少的国家在高三年级会设置要求较高的选修课程。从美国、英国、德国和日本的中学化学课程设置上来看，开设多元化的化学课程供学生选择，从而满足学生的不同需要，已然成为了一种国际趋势。美国在1993年颁布了国家科学素养基准，1996年制定了国家科学教育标准，但他们在实施方法和方案的时候还是取决于各个学区或者是不同的学校自己来决定。就化学特色课程来说，不仅是美国和中国的学生的差异，即使是在同一所高中也会开设不同要求的化学课程来满足学生的不同需求。4.举例（必修一、必修二）说明新教材如何提高学生的科学素养必修课程化学1、化学2的内容标准不仅对“核心的化学概念”、“化学基本原理”、“常见物质的主要性质、来源和应用”作了详细的规定，同时对“化学方法”、“可持续发展的思想”等内容也有很具体的要求，为教师全面落实课程目标指明了方向。因此，我认为主要可从如下两个方面着手培养学生的化学科学素养。4.1充分利用教科书中丰富的栏目资源，落实新课程三维目标，培养学生的科学素养必修模块新教材人教版必修1和必修2中设置的11个栏目，这11个栏目以知识、技能和方法为载体，担负着培养学生科学能力、科学方法、科学品质、科学观等基本科学素养的使命。它们在呈现方式和内容设计上大胆创新，改变了传统教材单向传送知识的倾向，突出了教师与学生、学生与学生、学生与教材之间的交往互动作用。“思考与交流”呈现39次（共58个问题）“学与问”呈现18次（共24个问题）这两个栏目通过提出一些具有启发性、思考性的问题，引发学生思考、讨论与交流，达到复旧知新，创设情景，激发兴趣，启动思维，培养学生科学的思维能力，同时也为学生合作学习的培养和教师启发式教学思想的形成创造了有利的条件。“实验”呈现42次，但并没有区分演示实验还是学生实验，教学中可以因时因地因人制宜，教师应鼓励学生依据实验目的，对教材中提供的实验原理、实验器材、实验过程进行重新选择和规划，体现教学是“用教材教，而不是教教材”的新课程理念同时这也是培养学生创新意识和实践能力和的重要渠道。“实践活动”呈现10次（共19个活动）“科学探究”呈现14次，这些栏目是以探究为目的，具有思考性、探索性的学生活动。教师通过教材提供的探究课题，创设学习情境，呈现探究过程，体现知识获得的过程和方法，教科书中设计的不同类型的科学探究活动，涉及了多种不同的科学探究过程，蕴涵了多种科学方法，有助于提高学生适应未来社会生存和发展所必备的科学素养。实验探究、实践体验，帮助学生感受化学的美，使学生“体验”科学研究的过程，学会科学探究的方法，体验科学探究的乐趣；并使化学基础知识的教学与科学研究方法的学习有机地结合在一起，从而促进了过程与方法目标的具体实现，同时也培养了学生的实验探究能力和设计能力。例如在A2教材P15，教材安排了“第三周期元素（化学）性质递变性”的科学探究活动。我们认为教材编写者安排这个活动的目的有如下几个方面：（1）、从元素化学性质角度构建元素周期律的意义；（2）、培养学生实验探究和自学（阅读）探究的能力；（3）、培养学生运用“比较”和“归纳”“演绎”的自然科学方法；（4）、培养学生有利于学生自主合作探究、对话、交流、评价、创新的科学素养。在进行“镁与水反应”实验探究时，为使实验明显直观，启发学生对此进行改进，将水改成一定浓度的食盐水，则可收到比较满意的效果，事实表明，这样做既直观，对于培养学生的创新意识也是大有裨益的。“习题（复习题）”（共341题，其中调查研究题22道）该栏目通过练习、实践研究帮助学生检验对新知识的掌握程度；学会搜集资料、处理信息、应用知识解决某些实际问题的方法，提高分析、解决问题的能力。“归纳与整理”呈现8次，该栏目通过归纳整合构建知识，促成学生及时复习，学会归纳方法，自主进行知识体系的构建；促成学生养成良好的自学习惯和自学能力。“提示”呈现3次，该栏目通过搭建探究平台，为学生实验探究提供相关资料、数据和方法思路。“科学视野”呈现17次，“科学史话”呈现4次，“资料卡片”呈现26次，认真组织学生学习这三个栏目，对于拓展学生视野，激发学生学习兴趣，引导学生多角度地认识化学的价值；帮助学生深入理解所学知识，开拓视野，进一步领略化学的奇妙和魅力，体验化学家的科学态度、科学情感、科学意志，甚至为科学献身的精神，都是很有裨益的。充分利用这些丰富的素材，能有效地实现学生知识的增长和技能的获得，更能让学生经历“发现知识”的过程，完成知识的建构，将“是什么”的知识和“如何获取这种知识”融为一体，有效地培养学生自主学习和终身学习的能力。4.2努力开发多样化的课程资源，使学生树立化学意识，增强社会责任感和历史使命感。新的课程标准要求教学从学生已有的经验和将要经历及正在体验的社会生活实际出发，帮助学生认识化学和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，培养社会责任感，参与意识和决策能力。教科书是最基本的课程资源，是也应该是教学活动的主要媒体，但我们又不能仅限于此，我们应努力开发和利用多种其他的教学资源，如来自图书、报刊、音像、广播、电视和网络、社区资源等。如我们学校是一所农村中学，附近有炼钢厂、水泥厂、瓷厂、造纸厂、氮肥厂、等几家小型工厂。在高一阶段，学习到相关内容时就组织学生深入到这些工厂，了解生产原理、实际流程、生产成本和利润、三废处理甚至工人工资福利等等，让学生感受化学与化工的关联，关注民生问题，回到学校后，要求学生写参观体验小文章，并鼓励学生给这些化工厂的领导写信，让学生从化学的角度分析如何减少成本和如何最大限度地减小污染、善待环境、与环境和谐共进，激发学生利用化学知识发展经济的热情，并且增强学生社会责任感。高一已开设通用技术课程，因此我们组织学生利用百度或谷歌两个搜索引擎查询氧气、稀有气体、氯气、（包括死亡元素氟气）钠等等物质的发现史，使学生体验化学先辈为化学科学的发展所付出的艰辛劳动和严谨、坚韧的科学态度，使学生树立化学意识，增强历史使命感。5.成功案例上海市新课程改革 5.1课程目标 义务教育阶段的化学课程以提高学生的科学素养为主旨，激发学生学习化学的兴趣，帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，培养学生的科学探究能力，使学生获得进一步学习和发展所需要的化学基础之上和基本技能；引导学生认识化学在促进社会发展和提高人类生活质量方面的重要作用，通过化学学习培养学生的合作精神和社会责任感，提高未来公民适应现代社会生活的能力。 （1 知识与技能a. 认识身边一些常见物质的组成、性质及其在社会生产和生活中的应用，能有简单的化学语言予以描述。b. 形成一些最基本的化学概念，初步认识物质的微观构成，了解化学变化的基本特征，初步认识物质的性质与用途之间的关系c. 了解化学与社会和技术的相互联系，并能以此分析有关的简单问题d. 初步形成基本的化学实验技能，能设