《证据推理与模型认知双导向的初中化学实验教学研究》开题报告

《证据推理与模型认知双导向的初中化学实验教学研究》开题报告

一、选题背景与意义

政策与理论背景

2022版新课标将"证据推理"与"模型认知"列为化学核心素养关键能力。

当前实验教学存在"照方抓药"式操作（教材实验步骤固定化），学生高阶思维培养不足。

现实问题

教材实验成功率过高（如氢气燃烧火焰总为淡蓝色），掩盖真实科学探究中的不确定性。

学生对异常现象（如铜与浓硝酸反应出现绿色气体）普遍存在"回避解释"或"机械记忆"倾向。

研究意义

理论价值：构建"异常现象→假设论证→模型修正"的教学逻辑链。

实践价值：开发可推广的"非常规实验教学案例库"，培养科学质疑精神。

二、研究现状综述

国内研究

实验改进研究（如王祖浩团队对"空气中氧气含量测定"装置的优化）。

不足：多侧重器材创新，较少关注异常现象的教学转化。

国际研究

美国《科学教育标准》强调"失败实验"（Failed　Experiment）的教育价值。

日本"理科实验事故集"用于培养学生风险预判能力。

研究空白

缺乏针对初中生的异常现象分级分类体系（如仪器误差类vs.理论冲突类）。

未建立异常现象与核心概念教学的联结路径（如通过"钠燃烧产物发黑"深化氧化反应认知）。

三、研究内容与方法

核心概念界定

"异常实验现象"：与教材预期结果不符但具有教学价值的实验现象（如镁条燃烧产生黄色火焰而非耀眼白光）。

具体内容

模块一：异常现象资源开发

筛选20个典型异常现象（如"电解水时氢气体积偏小"），建立危险等级标签（★-★★★）。

模块二：教学模式构建

设计"SEE"教学流程：Stimulate（现象刺激）→　Explore（小组探究）→　Explain（模型解释）。

模块三：评价工具设计

开发"实验异常处理能力量表"（含现象描述、假设提出、方案设计三维度）。

研究方法

准实验研究法：选取4个平行班（2实验班+2对照班）对比教学效果。

微课分析法：录制学生解释异常现象的语言样本，进行认知水平编码。

德尔菲法：邀请15位专家对异常现象教学价值进行权威评级。

四、创新点

首创"异常现象教学矩阵"，按认知难度（记忆→创造）和学科大概念（物质变化→能量转化）二维分类。

开发"化学实验异常现象AR模拟软件"，安全呈现高风险实验异常（如浓硫酸喷溅）。

五、预期成果

出版《初中化学非常规实验教学指南》（含配套数字化资源包）。

形成"证据推理-模型认知"能力测评题库（含30道情境化试题）。

发表论文《异常实验现象在化学概念转变中的作用机制》。

六、参考文献

[1]　中华人民共和国教育部.《义务教育化学课程标准（2022年版）》.北京师范大学出版社，2022.

[2]　郑长龙.《化学实验教学论》.高等教育出版社，2016.

[3]　National　Research　Council.《Framework　for　K-12　Science　Education》.2012.

七、研究计划

阶段ﻩ时间ﻩ任务

1ﻩ2024.09-12ﻩ文献研究与异常现象案例采集

2ﻩ2025.01-06ﻩ实施"SEE"教学模式并收集数据

3ﻩ2025.07-09ﻩ开发AR模拟软件并结题验收