运用化学实验培养学生的科学探究能力的探讨

运用化学实验培养学生的科学探究能力的探讨化学新课程改革强调以提高学生的科学素养为宗旨突出强调创新精神和实践能力的培养，而学生创新精神和实践能力的培养需要通过学生具体的探究活动来实现。新课标指出,科学探究是一种重要的学习方式,也是化学课程的重要内容。而化学是一门以实验为基础的科学,化学实验正是进行科学探究的主要方式。在化学教学中,实验既可以激发学生学习的兴趣,又可以让学生获得新知识,验证巩固原有知识,更重要的是它还能让学生掌握科学的学习方法。问题提出化学新课程改革强调以提高学生的科学素养为宗旨突出强调创新精神和实践能力的培养，而学生创新精神和实践能力的培养需要通过学生具体的探究活动来实现。《高中化学课程标准（试验）》和《义务教育化学课程标准》均指出，中学化学教学要“有利于学生体验科学探究的过程，学习科学探究的方法，加强对科学本质的认识，增强创新精神和实践能力”，让学生“经历对化学物质及其变化进行探究的过程，进一步理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高科学探究能力”。在中学化学教学中，充分利用化学学科“以实验为基础”的基本特征，挖掘和开发化学实验在探究性学习中的功能，对于培养和提高学生的科学探究能力具有重要的意义。化学教师要善于从教材中挖掘适合的实验内容，有计划地为学生开展探究实验提出要求和创造条件，引导他们开展探究实验从而实现学习观念和方式的转变。由于诸多因素的影响，在中学特别是农村中学化学实验教学中普遍存在着这样的现象：（1）由于实验器材、药品不足等原因，造成部分实验无法开展，而教师对化学实验的作用认识不够，又造成“讲实验”“背实验”多，学生动手实验机会少，技能低。（2）中学化学实验教学中存在着不平衡性。教材中验证性实验比重过大，探索性实验的比例不足；过分重视实验的结果，忽视实验过程和思维方法；过分重视化学实验的理想化模式，忽视了化学实验客观性模式的讨论,如实验室用KClO3分解制取O2，因生成了Cl2明明具有刺激性气味，教师却说是“无色无味”，完全忽略了学生的主体体验。（3）缺乏宏观的理论指导和对实验教学的整体把握。教师往往追求某一实验或某一课堂的目标，而对于如何在整个中学化学实验教学中促进学生探究式学习，培养学生的创造性思维缺乏整体把握和理论指导。（4）在实验教学中没有应用与新课程改革相适应的科学的评价体系，尤其是从促进学生探究能力培养的角度缺乏正确的认识，相对滞后的实验教学方案及实验评价手段，必然导致中学教师对这方面的探索失去信心和兴趣。（5）教师自身缺乏探究和创新意识。没有勇于探究的教师，很难培养出勇于探究的学生。要利用化学实验培养学生科学探究的能力，必然要求教师对实验进行反复的探索，从实验的原理、药品的选择、仪器的安装、操作的步骤等方面开展深入的研究，挖掘实验教学的直观性、主动性、探索性等有利成分，对实验进行科学的、符合学校、学生实际的优化。从而调动学生的积极性、主动性和创造性，使学生在化学实验教学活动中乐学、肯学，真正参与到教学活动中来，积极思维，勇于创新，使学生的创新思维得到发展，探究能力得到培养和提高。二、课题界定美国学者彼得森指出：“科学探究是一种系统的调查研究活动，其目的在于发现并描述物体和事物之间的关系。其特点是采用有秩序的和可重复的过程；简化调查研究对象的规模和形式；运用逻辑框架作解释和预测。探究的操作活动包括观察、提问、实验、比较、推理、概括、表达、运用及其它活动。”科学探究能力的培养能使学生自主地获取知识和技能、体验和了解科学探究的过程及方法、形成和提高创新意识、树立科学的价值观。化学实验本身就是一个动手和动脑的过程，是一个探索知识的过程，是一门充分发挥学生主观能动性，以学生自主学习、直接体验和研究探索为基本形式的活动课程。化学实验的功能和探究性学习的特征决定了化学实验必然是培养探究能力的重要途径。在中学化学教学中，充分利用化学学科“以实验为基础”的基本特征，挖掘和开发化学实验在培养学生探究能力中的重要作用，有利于学生掌握和运用化学基础知识、基本方法和技能来解决一些日常生活中的化学现象，从而培养学生观察、思维和独立进行实验操作以及独立解决化学问题的能力；培养学生理论联系实际的学风和实事求是、严肃认真的科学态度;同时对于改变学生的学习方法，形成终身学习的能力也具有非常重要的意义。本课题拟对化学实验作为培养学生探究能力的途径和方法的有关问题作初步探讨。三、理论依据本课题是以新课程标准对化学学科课程的教学目标、化学学科的研究性课程、化学实验教学形式的改革为理论依据，将皮亚杰的建构学习理论、果维茨基的“最近发展区”学习理论、布鲁纳的发现学习理论和施瓦布的探究学习理论有机融入化学实验教学，着力培养学生科学探究能力。1、化学学科课程的教学目标是贯彻全面发展的方针，提高学生的素质，为国家培养合格的公民。它强调以社会、学科、学生自身发展所广泛需要的化学基础知识和基本技能教育学生，使其具有一定的化学科学思想和方法，并发展学生的能力和个性特长，培养创新精神和实践能力，为今后参加社会主义建设和终身学习打好基础。2、化学学科的研究性课程是以学生独立活动为主的课程，它不仅有着与学科课程相同的教学目标，也有着不同于学科课程的活动目标。更注重培养学生的创新精神和实践能力，帮助学生了解社会和现代科技知识，增强环保意识，提高对科教兴国的认识，培养团结合作的精神，充分发挥学生的聪明才智和个性特长，锻炼学生克服困难的意志。以学生自主学习和研究探索为基本方式，以培养学生创新精神、实践能力和个性养成教育为基本目标的活动课程。3、从化学实验教学形式看，新课程将很多验证性实验改为探究性实验。同验证性实验相比，探究性实验具有明显的优越性。①实验前学生不知道实验现象、结果，这就要求他们认真和正确的操作，仔细观察并实事求是地记录，谁实验不认真，谁就不能获得正确的结论，这有利于培养他们科学实验的基本品质。②有利于发展智力、培养能力。探究性实验不仅要求有一定的操作能力、观察能力，还要求把观察实验的过程和抽象思维的过程结合起来，要求有去伪存真，由表及里的分析方法，通过宏观现象，得出微观本质。“探索法”的教学过程，不是简单地、直接地让学生去掌握前人的科学结论，而是引导学生掌握科学的学习方法，通过实验探索规律、发现真理。四、课题价值当今时代，衡量一个人素质，关键看是创新能力的高低，因此在学校教育中培养学生的创新精神和实践能力就成为素质教育的重要价值趋向。实践证明，开展探究教学更有利于培养学生独立思考的习惯，激发学生的创新意识，开发学生的创新潜力，全面提高学生的科学素养，拓宽学生获取信息的渠道。研究利用化学实验，培养学生的科学探究能力的意义重大，其价值主要表现在：1、科学探究能力的培养，有助于改变学生学习方式。新课程改革强调为了有效地促进学生发展，要求改革传统教学方法，改变课堂教学中“没有学生”的现象，变注重学习结果为注重学习过程；变学生的被动学习为主动学习；变学生的接受式学习为探究式学习，广泛地应用探究教学、问题解决、情景教学、合作教学、开放教学、实践教学等行之有效的模式，并且积极探索转变学习方式的新途径。2、科学探究能力的培养，有利于激发学生强烈的好奇心和求知欲。好奇心和求知欲是学生创新思维的源泉。在化学教学中，利用实验激发学生好奇心和求知欲，关键是要改变学生的学习方式。例如：教师可以指导学生大胆地进行一些探索性的实验或设计新的实验过程，采用新的实验方法去发现“新问题”、探索物质的“新的”相关性。在教师的精心指导下学生在实验中亲自参加研究和探索问题的全过程，通过分析、归纳，独立“发现”结论。这种教学形式符合中学生的年龄特点和心理特点，也符合认识规律，符合探究学习的特点，教师的主导作用和学生的主体作用都得到充分发挥。3、科学探究能力的培养，有利于培养学生创新思维。教育家陶行知先生曾说过：“要创造，非你在用脑的时候，同时用手去实验；用手的时候非用脑去想不可。”化学教学中，学生主要的动手活动就是化学实验，因此，化学实验应是培养学生创新思维的重要手段。在化学教学中若改变教学方式中，让学生针对一定的问题设计实验方案、然后进行实验、收集证据、再对收集到的数据进行比较分析、最后得到结论，这种探究活动其目的虽然不同于科学家的探究活动，但其探究过程实质是一致的，都是“提出方案——设计实验——收集数据——分析研究数据——得到结论”。这种方式形象、直观，更能激发学生的兴趣，更能调动学生的手、脑及各种器官的协同作用。化学教材中有些实验装置不够完善，有些实验现象不够明显，有些实验设计不够合理。通过各种探究究活动，师生共同改进实验原理和装置，使学生体会到化学实验的研究大有可为，同时也在改进之后亲身体验了探究的乐趣和成功的喜悦。4、科学探究能力的培养，有利于提高学生多学科知识的综合运用能力。在化学实验教学中往往是各学科知识的综合运用。例如，在实验药品用量的计算中要用到数学知识；原电池、电解池等实验中要用到物理的知识；一些联系生产生活实际的实验，如模拟温室效应、植物光合作用等还要用到生物学知识；实验报告的书写体现语文的文字表达能力等。尤其是在现代化学研究中运用大量的电磁学、光学、生物学、计算机等技术，为化学实验提供强有力的研究工具和手段。如果一个人不能够综合运用这些学科的知识，很难有什么新的发现。对于中学生来说，虽然他们的知识有限，但在实验教学如能充分利用现有的条件促进他们对这些知识的探究，将会培养他们成为新世纪需要的复合型人才。5、科学探究能力的培养，有助于提高学生应考能力。近年来，高、中考越来越重视对学生能力的考查、对学生综合素质的考查以及对学生实验技能的考查，实验的重要性也愈加突出，实验不再是一个可有可无的过程。根据新教材和新标要求，化学课程改革应先改革实验教学，理论指导实际，实践检验真理。从应对考试角度来看，利用化学实验培养学生科学探究能力成为我们的必然选择。6、促进教师专业化成长。通过对课题的研究，促进教师转变教育观念，树立以人为本的教育理念，同时加强教师之间及师生之间的合作意识，共享研究成果，拓展教师专业成长的方式和途径。五、研究内容本课题研究的中心是采用现代教育理论和方法，真实地、科学地研究中学化学实验教学的方式方法，形成一套科学的利用实验培养学生科学探究能力的模式和策略。1、学习科学探究的基本程序和方法，倡导探究式学习，改变学生学习方式。以促进学生探究学习为核心的教学模式的构建，要遵循学生学习的基本规律，将科学探究的基本特征和要素融入一系列的学习活动中。结合中学生的认知水平和年龄特点，科学探究一般按照提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等步骤进行。本课题研究的是在学生了解科学探究的基本程序和方法后，将教材中部分验证性质实验改为探究性质实验，将部分学生实验变化开放性实验课题，让学生按照实验目标及要求，以小组合作形式制定实验方案、选择实验仪器，自己设计、操作，调动学生的手、脑、眼等多种感官参与，通过观察、记录、分析、讨论，在实验的过程中发现问题、分析和解决问题，真正全面地理解、运用实验原理，逐步形成求真、求实的科学精神。如在学习初中化学金属与盐置换反应的规律时,让学生自己设计探究实验，选择几种金属(如镁、铝、铁、锌、铜、银等)和几种盐溶液（如硫酸铜、硝酸银、氯化亚铁、硫酸镁等）进行探究实验，经过实验分析、讨论、交流、总结，再加上老师的引导，从而得出金属活动顺序，利用金属活动顺序对自己的实验进行再认识，既实现准确掌握的知识目标，又培养了学生科学探究意识和设计能力。又如“CO2的制取和性质”实验中，学生往往只知道要选择块状石灰石而不用粉末状的石灰石或者碳酸钠，用稀盐酸而不能用浓盐酸或稀硫酸进行实验，要用锥形瓶而不能用大试管作为反应容器，要用向上排空气法而不用排水法收集CO2，至于为什么这样并没有深刻的认识。将此实验改为开放性实验，在保证实验安全的前提下，让学生试着改用粉末状的CaCO3及碳酸钠粉末、浓盐酸或稀硫酸去进行尝试，用大试管替换锥形瓶、用排水法收集气体，再与教材设计实验进行对比，结合实验室制备气体