“初中化学探究性实验指导策略的研究”课题研究中期评估报告

“初中化学探究性实验指导策略的研究”

课题研究中期评估报告

常州市北港中学化学子课题组（执笔：陈建娣）

一、 课题提出背景

化学是一门以实验为基础的学科，实验一直被认为是能帮助学生获得化学知识、掌握实验技能，激发学习兴趣、培养实验能力的一种教学手段，它在初中化学教学中始终占有十分重要的位置。初中化学实验过去以验证性实验为主，将探究性实验作为初中化学的基本教学要求，第一次在2001年的《九年义务教育全日制初级中学化学教学大纲（试用修订版）》中正式提出。大纲指出：教师应“适当引入一些探究性实验”，“应逐步加强学生的探究性实验”，“适时地安排一些学生自主探究的实验”，“探究性实验和综合实践活动能较好地体现学生的创新思维和实践能力”。最近，根据《基础教育课程改革纲要（试行）》编写的新化学课程标准提出“科学探究是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段化学课程的重要内容”，化学教学中比较常见的一种探究活动是进行适合学生的探究性实验。初中化学探究性实验包括以下几个基本环节：发现问题、提出问题→根据已有知识和经验提出猜想→设计实验方案→进行实验→观察分析、得出问题的结论。

在实施新课程教学两年多的时间里，学生在进行探究性实验时存在的问题有：一、学生只习惯于思考老师向他们提出的问题，而不会主动地去发现问题、提出问题。二、当老师给学生设置了问题情景后，让他们能独立地设计实验去解决问题时，学生多半会到教材中找现成的实验方案，很少有学生能创造性地去设计新的实验方案。而提出问题，设计解决问题的方案恰恰是探究性实验最重要的两个环节。针对以上学生在进行探究性实验中存在的突出问题，由我校全体化学教师组成化学子课题组，对初中化学探究性实验进行认真的思考和实践。

二、课题界定与支撑性理论

1、 课题界定

探究性实验是用科学探究的方式进行的实验操作或从事的实验活动。在化学教学中，一般是在教师的指导下，从教材、自然、社会和生活中选择和确定实验专题，由学生自己或小组讨论制定实验方案，并操作实施。从而让学生主动地获取化学知识，认识和解决化学问题的一种实验活动。探究性实验一般具有开放性、探究性、实践性、过程性、体验性等基本特点。开放性——实验专题来源于学生的学习、生活和社会等多方面、实验方案的设计可以各不相同呈多样化；探究性——实验内容、实验方案是在教师指导下学生主动提出问题、解决问题、探求结论；实践性——实验内容紧密联系实际，实验设计和操作学生主动参与；过程性——注重实验设计和实际操作过程活动，注意学习和掌握一些科学的研究方法，培养学生发现问题和解决问题的能力；体验性——注重实验获得的亲身体验，逐步形成积极求知的态度、激发探究创新的欲望。

初中化学是义务教育阶段的化学课程，是化学教育的启蒙阶段。初中化学的探究性实验应是基础性的探究性实验，它应从学生最熟悉的学习和生活中选取专题，让学生掌握最基本的实验方法和学习方法，培养学生最根本的科学思维和实践能力，充分体现素质教育的精神和要求。

2、 理论依据

素质教育理论：关于教育问题的论述和中共中央、国务院《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》明确指出实施素质教育以提高国民素质为根本宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力为重点。本课题就是根据素质教育理论来研究在初中化学实验中能帮助学生自主实验、独立思考，能培养学生探索精神、创新思维，能有利学生开发潜能、勇于实践的一种实验类型。

学科教学理论：在《化学实验论》中，中学化学实验可分为验证性实验和探究性实验两种基本类型。传统的中学化学教学往往以验证性实验为主，这种实验教学以教师为主、以获取书本知识为重点、以学生模仿操作为基础、以实验结果为评价标准，学生在实验中处于被动学习的地位。探究性实验则以学生为主、以掌握科学方法为重点、以学生自主探究为基础、以实验过程和实践能力为评价标准，学生在实验中处于主动学习的地位，能激起学生学习化学的持续兴趣，增强学好化学的自信心。本课题通过对两种不同实验类型的比较，研究初中化学探究性实验基本特点、基本目标、操作模式、评价标准以及进行教学实践的探索。

新课程标准：在全日制义务教育《化学课程标准》（实验稿）中强调“化学实验是进行科学探究的主要方式”，“教师要注意改进传统的实验教学，精心设计各种探究性实验，促使学生主动学习，逐步学会探究”。本课题着重研究如何帮助学生了解探究性实验的基本过程和方法，培养学生初步的科学探究能力和态度，使学生掌握进一步学习和发展所需要的化学基础知识和基本技能，在实验实践中获得探究的体验和意识，从而提高学生科学探究的素质

三、国内外同类型课题研究状况

探究性实验在2001年的《九年义务教育全日制初级中学化学教学大纲（试用修订版）》中已经正式列为初中化学教学的基本要求。在《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》中将科学探究作为课程改革的突破口，把探究性实验作为进行科学探究的重要方式。目前，探究性实验在国外教育比较发达国家的中小学理科教学中已普遍采用。在我国，个别实验学校在探究发现式的教学试验中也运用了探究性实验，而大多数的中学仍很少运用探究性实验进行化学教学，对探究性实验的功能、模式、方法研究甚少。在高等师范院校中个别教师对探究性实验的理论有所研究，至于有关探究性实验的论著不多，尤其是适合初中化学教学实践的专著更是少见。因此对初中化学探究性实验的理论和实践进行比较系统的、针对性的理性思考和实践很有必要。

四、研究的目标、内容和方法

（一）研究的目标

1、通过本课题的研究，提炼出有助于学生“探究性实验”实施的指导策略；

2、学生掌握探究性实验学习的方式，具有独立思考、自主探究、合作交流的意识和主动学习能力。

3、进一步转变教师的教育观念和教学行为。通过创造性的劳动和研究，将课程从“特定知识体系的载体”的定位上转移到促进“师生共同探索、共同发展”的定位上。

通过合理运用化学探究性实验的指导策略，培养学生自主实验、独立思考的学习习惯。培养学生的探索精神、创新思维，勇于实践的能力。从而开发学生潜能，促进学生的主动学习。

（二）研究的策略和内容

1、教师示范，学生感知探究性实验

刚接触化学的初三学生对化学仪器和实验基本操作都不了解，要让他们进行探究性实验几乎是不可能的。在教学过程中，教师为学生设计好探究性实验报告，内容包括：提出问题、作出猜想、实验方案、实验步骤和现象、实验分析和总结、得出结论。学生通过实验报告和老师的示范实验，感知实施探究性实验的一般方法。

例如：当学生遇到探究性实验“探究镁的性质”时，学生几乎是无从下手。怎样让刚接触化学学习的学生成功地迈开他们探究实验的第一步呢？老师精心为他们设计了如下实验报告：探究性实验——镁的性质（学案）

提出问题镁是一种重要的金属，它可能有什么性质？与铁、铜等常见金属的性质有什么相同和不同之处？

作出假设（猜想）                                                                    

制定实验方案

观察镁带的外观，试试看是否容易被折弯、扭断。

用砂纸打磨镁带，它的外观有什么变化？

用打磨好的镁带连接一节干电池和电珠，看看它是否能导电。

取一段打磨好的镁带，用坩埚钳夹持，用酒精灯外焰加热。当镁带开始燃烧时，移到石棉网上方，让它继续燃烧，观察燃烧的现象和燃烧后产物的状态。

取另一段打磨好的镁带，放入食醋中，看看有什么现象发生。

进行实验，观察现象，作好记录。

分析、归纳、证实或否定猜想                                     

交流、讨论，得出结论：镁的性质有                              

当学生一边观察老师的演示实验，感受探究的过程的同时，一边填写实验报告。在边观察、边模仿、边参与、边体验的过程中，学生感知了探究性实验。

2、学生尝试、教师给予帮助和指导

学生在感知了实施探究性实验的方法和一般过程以后，教师创设问题情景，让学生尝试探究性实验中的某几个环节，例如：简单实验方案的设计，探究性实验的基本操作。在此过程中，学生设计的实验方案的可操作性、安全性，教师都要在学生进行实验操作前仔细批改，及时给予指导。在学生实施实验方案的过程中，他们在基本操作时的规范性、观察实验的方法、实验现象的记录等出现的问题，教师也要及时提供帮助。通过学生亲自动手尝试，加深对探究性实验的认识和实施水平。

下面是《空气的捕捉》探究性实验的过程：

探究课题：如何将一个集气瓶中空气捕捉到另一个集气瓶中。

面对问题，学生一时无法着手。

设置台阶：如何捕捉到本班级教室里的空气？

 设计实验方案：

学生甲：用一个塑料袋抓紧，赶跑袋中的空气。然后在教室里松开手，张开袋口在教室里跑一圈。当塑料袋鼓满时，扎紧袋子。这样我就捕捉到了我班级教室里的空气。[同学们一边笑，一边表示赞同。老师评价：方案很生动、很生活化，并且可行]

学生乙：拿一个针筒，先把栓塞向前推，排尽空气。然后到教室里后拉栓塞抽入空气。

学生丙：拿一个集气瓶先装满水，带到教室后，把水倒掉，教室里的空气就会进入瓶中。

……

回到课题：如何将一个集气瓶中空气捕捉到另一个集气瓶中。

学生由于受到上一个问题的启发，并在老师适时的引导下，设计出了如下方案：在第一个集气瓶上塞双孔橡皮塞（连接导管和分液漏斗），另一个集气瓶先装满水，倒放在水槽中。当从分液漏斗中加水时，第一个集气瓶中的空气就通过导管进入了另一个集气瓶中，当集气瓶中的水排尽时，就成功地将一个集气瓶中空气捕捉到另一个集气瓶中。

3、适时独立与合作，发展实施探究性实验的能力

学生在尝试的过程中，对设计实验方案和进行实验基本操作的能力有了提高。教师可以引导学生从身边的一些现象中去发现问题、提出问题、作出猜想，进而独立地设计解决问题的方案，并根据方案进行实验、分析实验，从而找出问题的答案。学生在刚开始的探究中总会遇到困难和挫折，教师引导他们采取小组合作、师生合作的方式来化解困难，一步步展开探究性实验。

下面是《质量守恒定律》的教学片段

（1）教师创设问题。

（电脑的大屏幕上显示：①取暖时所用的煤和木材的燃烧之后质量变少的情景。②取一小断镁带在空气中点燃之后质量变大的情景）通过大屏幕所显示的两个事例，结合生活中的一些现象，你们有什么发现？你认为化学反应前后物质质量总和与反应后生成的各物质的质量总和是什么关系？

（2）学生提出猜想。

（学生们展开了热烈的讨论和猜想，5分钟之后）生1：我觉得反应之后质量应该变大，根据前面学过的Mg+O2→MgO 、 P+ O2→P2O5这两个反应就可算出是变大。生2、我反对生1的看法，我认为变小，从事例1就可以观察到燃烧后生成炉渣和灰烬要比燃烧前煤和木材的质量要小。生3：我觉得不会改变。从表面上看煤和木材燃烧后质量确实减少了，而我通过它们燃烧的化学反应C+O2→CO2中却算出没变。因此我猜想化学反应前后物质质量总和与反应后生成的各物质的质量总和是不变的。

（3）教师启发引导。

通过刚才的讨论和交流，同学们产生了三种不同的猜想，那么究竟哪一个是正确的呢？各小组可根据你们自己的猜想来设计实验方案或参考书上的实验方案。在探究过程中若有不能解决的问题，可求助其他组的同学，也可问老师。

（4）学生设计实验方案。

学生设计的方案有很多，有代表性的有以下四种。方案①取一小段蜡烛在一小块木板上，把它们一起放在托盘天平上，调节托盘天平达到平衡。在托盘天平上点燃蜡烛，观察托盘天平的平衡情况。

方案②取一段镁带，在托盘天平上称的质量W1。用坩埚钳夹持，在酒精灯上点燃，把燃烧后的白色粉末收集起来并在托盘天平上称的质量W2，比较反应前后质量的变化。

方案③在小烧杯中加入20mL稀硫酸铜溶液，取一根砂去铁锈的铁钉，将盛有硫酸铜溶液的烧杯和铁钉一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量W1。将铁钉浸到硫酸铜溶液中，观察现象，将盛有硫酸铜溶液的烧杯和铁钉一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量W2，比较反应前后质量的变化。

方案④在100mL锥形瓶中加入10mL左右的澄清石灰水，将一支内有少量小块大理石的小试管有细铁丝固定在与100mL锥形瓶配套的橡皮塞上，将一支盛有稀盐酸的滴管插入橡皮塞，将上述锥形瓶放在托盘天平上称量，记录所称的质量W1。将滴管中的稀盐酸慢慢加到盛有大理石的试管中，观察现象。待反应完全后，再将锥形瓶放在托盘天平上称量，记录所称的质量W2，比较反应前后质量的变化。

（5）师生共同评价。

学生对以上实验，产生了如下想法：

①“蜡烛燃烧后质量减少，是由于生成的气体没有被称量所造成的” ；

②“镁带燃烧后质量变大，是由于参加反应的氧气没有被称量所造成 的”

③“铁与硫酸铜的反应质量不变，因为反应中既没有气体参加反应，又没有气体生成” ；

④“研究蜡烛燃烧反应的质量变化，应将参加反应的氧气和生成的二氧化碳、水一起称量” ；

⑤“如果把蜡烛放在一个集气瓶中点燃，塞上塞子再称，质量可能就不变了” ；

⑥“在密闭容器中进行实验，反应前后物质质量肯定不会发生变化” ；

（6）进行实验再探究。

同学们在采纳大家意见的基础上重新修改实验方案后，再实验就看到了反应前后天平是平衡的。

（7）师生得出结论。

通过实验探究大家达成共识，那就是：参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。我们把这一规律称为质量守恒定律。

4、变演示实验为探究性实验，发展学生探究能力

教师的演示实验有些是操作难度较大的，有些是有一定危险性的。这些实验如果放手让学生去探究是不现实的。但教师可以设计一些探究性问题，比如：设计反应的装置，设计实验的操作步骤等。既可以避免学生实验的危险性，又同样培养了学生对实验的探究能力。

下面是《“铁的冶炼”模拟实验》的教学

铁的冶炼模拟实验是用Fe₂O₃粉末和CO气体反应，反应原理：Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂。这是一个教师演示实验，因为CO气体有毒，操作不当引起泄漏会使人中毒；而且CO气体有可燃性，加热混有空气的一氧化碳气体可能造成爆炸。因此，如果放手让学生探究有许多的安全隐患。如何变演示实验为学生的探究性实验，以发展学生探究学习的能力。教师设计了如下探究问题：根据反应物的状态（气、固）、反应条件（高温）选择适当的仪器，连接反应装置。学生根据提供的仪器：试管、具支试管、硬质玻璃管、导管（长、短）、双孔橡皮塞、单孔橡皮塞、酒精灯等，装配出了如下反应装置（铁架台已省略）。

 

         

甲                    乙                     丙

  丁                 戊

在师生讨论交流时，同学们觉得甲、乙、丙三套装置都是合理的；而丁和戊两套装置由于只有气体的进口，没有气体回流的出口，因此是不合理的。在学生实验和交流的过程中，他们表现出的探究意识和探究能力，是在观察老师的演示实验中无法实现的。

（三）运用的主要研究方法和手段

本课题主要采用文献资料法、行动研究法、经验总结法。

文献资料法主要通过搜集查阅、整理分析有关探究性实验的教学理论及实践经验进行研究。

行动研究法是一种教育研究活动，指教师和教育管理人员密切结合本职工作综合运用各种有效的研究方法，以直接推动教育工作的改进为目的的教育研究活动。

经验总结法是在组织我校化学教师进行探究性实验的教学实践基础上，追索教学过程中各种因素的影响作用，揭示其规律和方法。

五、课题研究计划

第一阶段：准备阶段（2004．9——2005．2）

①论证研究课题，制定研究方案。

②建立课题组，培训教师

第二阶段：实施阶段（2005.3—2006.10）

①确定各校子课题研究方案，明确研究任务。

②制定研究计划，开展研究活动，积累研究资料。

③进行中期评估，撰写阶段性论文、小结，初步提出探究性实验纲要

第三阶段：总结阶段（2006.11—2007.11）

①撰写总结性论文，形成探究性实验纲要。

②撰写子课题研究报告

③整理材料，准备验收。

六、预期研究成果

（一）针对不同形式的探究性实验，形成不同的教师指导策略。

（二）整合策略，形成探究性实验的教学模式。

     

教师创设问题  → 学生提出猜想  → 教师启发引导  →   学生设计研究过程  →

 

学生自主研究  → 交流研究成果师生共同评价  → 得出研究成果

 

（三）学生掌握探究性实验学习的方式，具有独立思考、自主探究、合作交流的意识和主动学习能力。

七、阶段成效

1、学生方面

学生对探究性实验的一般过程已有了解。

在教师的指导下，能独立或以合作的形式进行简单的探究性实验，并能完成实验报告。

在老师设置了具体探究情境后，能对难度大的探究性实验展开探究。特别在提出问题、设计探究方案方面有了很大的进步。

2、教师方面

通过一个阶段的实践和反思、总结，完成了：教师示范，学生感知探究性实验；学生尝试、教师给予帮助和指导；适时独立与合作，发展实施探究性实验的能力；变演示实验为探究性实验，发展学生探究能力这四个实验阶段。从实践过程中，根据不同阶段学生对探究性实验了解程度、不同难度的探究性实验，采用不同的指导策略。比如；教师示范策略，边讲边实验策略，小组合作、师生合作实验的策略，变演示实验为探究性实验的策略，动画模拟演示实验的策略等。并灵活、综合运用这些策略，向全市化学老师开了一节课题研究课，受到专家和同行的认可。

八、下一阶段的打算

在前阶段研究的基础上，继续对学生在探究性实验方面存在的不足和问题开展研究，寻找更适合于学生主动学习探究性实验的指导策略。对已总结出的指导策略，在实施过程中不断改进，以求完善。

九、反思

    前一阶段的工作是忙碌的、烦琐的。但不管从学生还是老师都从中学到了许多，也获得了一些阶段性的成效。但总感觉在课题研究方面有些力不从心，不知自己这样做方向对不对。希望在接下来的研究中的得到专家们的指导。我们将继续本着一边研究、一边发现问题、一边再研究解决问题的策略的思想，本着一切为了学生的主动地学习的原则，继续扎扎实实地开展我们的课题研究工作。

十、课题研究组成员

陈建娣  30岁  教龄10年    职称中学一级

周曙春  42岁  教龄23年    职称中学高级

汪振华  27岁  教龄3年     职称中学二级