以化学实验为主的探究性学习的研究.docx
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以化学实验为主的探究性学习的研究
以化学实验为主的探究性学习的研究
戴明叶
内容摘要：
本课题在全面分析以化学实验为主的探究性学习的相关理论和研究成果的基础上，对初中生的以化学实验为主的探究性学习的现状进行了调查分析，根据化学课程改革的基本理念确定了初中生以化学实验为主的探究性学习能力的评价指标体系，研究分析了影响初中生化学实验探究学习能力提高的因素，建构了以化学实验为主的探究教学的策略。
研究表明，在初中化学的教学中，以化学实验为主的探究性学习是提高学生学习能力的重要途径。
关键词：
化学实验 探究性 学习
一、研究缘起
当前我们正处于世界性的新技术革命时代并步入一个崭新的知识经济时代。
近半个世纪以来，科学技术正以空前的速度和规模迅猛发展，信息科学、生命技术、能源科学等各种科学对人类的影响越来越大。
知识经济时代的特点及其对人才的特殊要求对教育提出了新的任务。
为了适应当代世界经济改革的需要，20世纪80年代末以来，一些发达国家对本国的学校教育系统作了重大改革。
就基础教育而言，各国改革的一个基本点集中在如何使本国的青少年具备21世纪所需要的基本素质。
1．探究学习是基础教育课程改革的要求
改革开放以来，我国基础教育取得了辉煌成就，基础教育课程建设也取得了显著成绩。
但是，我国基础教育总体水平还不高，原有的基础教育课程已不能完全适应时代发展的需要。
国务院在《国务院关于基础教育改革与发展的决定》中明确要求：
“积极开展教育教学改革和教育科学研究。
继续重视基础知识、基本技能的教学并关注情感、态度的培养；充分利用各种课程资源，培养学生收集、处理和利用信息的能力；开展研究性学习，培养学生提出问题、研究问题、解决问题的能力；鼓励合作学习，促进学生之间相互交流、共同发展，促进师生教学相长。
”教育部也在《基础教育课程改革纲要（试行）》中的课程改革目标部分提出：
“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。
”
新一轮的义务教育课程改革强调转变学生的学习方式，提倡“科学探究”等多元化的学习方式作为课程改革突破口，并从课程目标、教学内容、教学方式、教学手段、教学评价等各方面促进学生学习方式的转变和全面发展。
从我国基础教育改革的现状来看，也迫切需要研究探究性学习的问题。
2．以化学实验为主的探究学习是初中生学习化学的重要途径
化学有两个重要的特点，一是以实验为基础，二是在生产和生活实际中具有广泛的应用。
化学的这两个特点使科学探究在化学发展过程中能够发挥十分重要的作用。
翻开化学科学发展的历史，我们能十分清楚地看到，任何化学概念、理论和原理的形成与发展、任何化学发现或发明在生产和生活中的应用，都离不开科学探究。
纵观近现代化学发展史，新元素、新物质的发现，新学说、新理论的创立，无不与化学家们敢于开拓新的思路，进行创造性的探索实验密切相关。
在探究过程中，化学家并不是在盲目地乱撞，而是有一定的研究程序，即科研方法:
观察、实验、记录、处理数据、发现规律（得出结论），用规律（结论）反过来又可以指导进一步的实验。
科学发现的历史也就是科学探究的历史。
著名化学家戴安邦认为“实验室是培养全面化学人才的最好场所”。
由此可见，化学实验在化学研究和学习中所起的作用非同一般。
化学特别是基础教育阶段的化学仍然是一门“以实验为基础”的科学，挖掘和开发化学实验在化学探究性学习中的功能，对于进一步激发学生的学习兴趣、转变学生的学习方式，形成终身学习的意识和能力具有重要的意义。
化学实验是学生化学学习中的能动的实践活动形式。
化学实验为学生创造了亲身参与实践的机会，具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。
化学实验是进行科学探究的重要方式，实验既是化学研究的基本方法，也是学生学习化学的重要手段，通过观察与实验，使学生知道科学家探索发现化学规律的过程，培养和提高学生的观察能力和逻辑思维能力，培养学生的实验动手能力和创造能力，帮助学生掌握科学的学习方法。
要做到这一切，离开了实验，不让学生动手实践是不可能的。
无论是从实践（实验探究活动）与认识，还是从感性认识（化学实验事实）与理性认识（化学概念和理论）的关系来看，化学实验对化学教学认识都有着不可替代的作用，具有重要的认识论功能。
化学实验具有直观具体、形象生动的特点，而这正符合学生从感性到理性、从具体到抽象、从简单到复杂的认知特点。
化学学习研究的成果早己证明，让学生通过实验学化学，在做中学化学是最有效的学习化学的方法。
二、相关研究综述
1．探究学习教育思想的提出与发展
从历史上看，国外关于探究学习的研究思想可以追溯到18世纪，在欧洲，以卢梭、裴斯泰洛齐、福禄倍尔等为代表的一批教育家，试图通过促进儿童的自由发展，把人的精神从中世纪的蒙昧和迷信中解放出来。
他们认为人与生俱来就有探究的欲望，这种观点为研究探究学习奠定了思想基础。
19世纪末至20世纪初，美国教育家杜威最早提出在学校教育中要采用探究的方法，倡导学生在真实的活动中进行科学探究，并提出了实施科学探究的基本模式。
杜威的理论使探究学习从观念层面向实践层面前进了一大步。
20世纪50年代末至60年代初，以美国为先导在世界范围内开展的旨在提高理科教育质量的世界理科现代化运动中，科学探究的教育思想得到了较大的发展，施瓦布和萨奇曼为此作出重要贡献。
其中，施瓦布提出了探究学习教学法，他认为，探究教学的目的是培养学生的科学探究能力，他将探究过程分为“固定式探究”和“流动式探究”，在此基础上，他又提出了实施科学探究教学的基本程序。
施瓦布的研究不仅深化了探究学习这一领域的理论研究，更是提供了具有操作性的实践模式。
直到今天，探究学习在国外的教育教学过程中依然具有旺盛的生命力。
以美国为代表，在世界范围内开始的最新一轮的理科课程改革运动中，科学探究占有非常重要的地位。
在美国没有哪个观点像“探究”或“探究教学”那样受到科学教育界广泛地关注。
在当今国际科学教育改革热潮中，inquiry己成为出现频率最高的几个关键词之一。
2．我国有关探究学习的研究
在国际科学教育改革热潮的影响下，我国教育研究者和教师对传统的教学方式进行了反思，并开始尝试各种形式的探究学习。
1999年，第三次全国教育工作会议提出要全面推进以培养创新精神和实践能力为核心的素质教育，在这一精神的指导下，教育部花了近一年半的时间，完成了对九年义务教育主要学科教学大纲的修订。
此次修订把探究学习摆到突出位置，强调要突出培养学生的创新精神和实践能力。
在2001年3月正式出版的我国理科各科国家课程标准中，科学探究的意义以及如何通过国家标准促进探究式学习实施的问题，得到了普遍的重视。
与此同时，新颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》也从课程改革目标、教学过程和教材开发与管理等方面，大力倡导学习方式的改革，提倡“引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习”。
以此为契机，我国的教育工作者以“研究性学习”和“探究学习”为核心，开始了新一轮的对传统教学的反思，可以说促进学生开展探究学习是本次课程改革的主旋律。
3．化学实验探究教与学的研究
在基础教育化学课程改革中，广大化学教育研究工作者和化学教师都十分关注中学生以化学实验为主的探究性学习的研究。
其研究成果主要体现在以下几个方面：
化学实验探究学习中学生能力培养研究。
汪甜、崔鸿、刘胜祥研究发现在实验探究中可以培养学生的科学素养。
并指出可以通过“发挥学生的主体作用、变演示实验为探索性实验、改进演示实验延伸探索过程、促成学生设计论证性实验”等策略，在化学实验探究学习中培养学生的科学素养。
陈雪泥的研究也表明，在实验探究中可以培养学生实验设计能力、实验评价能力和优化实验方案的能力。
闫孝平认为化学实验探究能培养学生的创新能力。
他指出“化学实验探究学习活动有利于满足学生求知需要、学习情感和自信心，实现知识的学习与创新，构建和完善自己的认知结构，使其立体化，能力多元化。
”陈岳钦认为通过求全求新求异可以在化学实验探究性学习中培养学生的发散性思维能力。
化学实验探究教学的研究。
马媛媛在“中学化学实验探究学习模式的研究”中发现，中学生的化学实验探究学习模式可总结成
雷升等研究了中学化学实验探究教学模式，提出了化学实验探究教学的四阶段模式：
冷霞研究发现，以化学实验为主的探究教学模式可表示为
问题（探究的方向）→实验（发现）→组织形成解释→分析探究过程。
问题（理论假设）→实验（验证假设）→组织形成解释→分析探究过程。
化学实验探究学习教学策略的研究。
吴蓉香在“新课程化学实验探究学习的教学策略”一文中指出，在化学实验探究学习的提出问题阶段，可用创造需求策略、引发冲突策略；在实验探究阶段，可用体验亲身经历的策略、促进交流的策略；在总结评价阶段，可用灵活运用知识策略和引导学生评价与反思的策略。
三、本课题的研究思路和方法
1．研究方法
本课题组以江苏省扬州市邗江实验学校为主要研究基地，采用了多种方法深入探讨了一系列有关化学实验探究学习的问题。
文献研究法：
运用国内外理论对有关概念进行了科学界定，对本课题的研究目标作了具体描述，分析了化学实验在探究性学习中的独特功能，为课题研究提供了可靠的理论依据。
调查研究法：
对江苏地区初中学生探究究性学习的现状、化学实验在探究性学习中的作用、现行教育影响初中学生化学探究性学习的因素展开了调查与分析。
课题组调查了15所中学的4000多名初中生学生。
访谈法：
访谈了有关的教育研究专家和部分中学化学教师、学生，进一步深入了解了化学实验在探究性学习中的作用及影响初中学生进行探究性学习的因素；
实验研究法：
进行了对比班实验研究，在实践中探索了基于化学实验的探究性学习的课堂教学模式及相应策略，建构了基于化学实验的探究性学习的评估机制。
个案研究法：
研究了初中学生在基于化学实验的探究性学习中的差异性，对个别学生、个别班级、年级或特定群体等典型个案进行深入全面的调查和剖析。
2．研究思路
与自然科学相比，教育研究具有其独特性，这种独特性除要求研究者更精心的进行研究过程的设计外，还需要在研究过程中巧妙而有逻辑性地运用各种研究方法，以获得大量信息，为研究结果的获得提供最充分的事实依据，才能通过研究过程获得学生学习、教师教学过程中的规律，教育研究才真正具有价值。
本课题的研究思路见图1。
实践研究
理论研究
探究性学习的开展现状调查
化学实验在探究性学习中的功能
影响初中学生化学探究性学习因素的调查
化学实验探究性学习系统的分析与建构
互为基础，互相补充
初中化学实验的开发
以化学实验为主的网络及课堂学习方式
以化学实验为主的课堂教学策略和学习策略的实践
以化学实验为主的探究教学模式
以化学实验为主的网络学习站点的设计
化学实验探究性学习评价体系
图1课题研究的基本研究思路
三、以化学实验为主的探究性学习的研究成果与讨论
1．建构了初中生化学实验能力评价指标
化学实验探究学习评价的内容体系要体现出实验探究学习的基本要素，即发现问题并提出问题的能力、提出假设的能力、制定实验探究方案的能力、收集证据的能力、分析证据并形成结论的能力、评价与反思的能力、合作与交流的能力等。
发现问题并提出问题的能力。
在美国哈佛大学的师生中流传着这样一句名言：
“Theonerealobjectofeducationistohaveamanintheconditionofcontinuallyaskingquestions.”（教育的真正目的就是让人不断地提出问题）。
“疑是思之始，学之端”（孔子语）。
问题既是思维的起点，又是思维的动力。
在化学新课程中，发现并提出问题的能力被作为科学探究能力的重要要素而受到高度重视。
在进行实验探究过程中，学生的探究活动同样是由问题开始的。
学生能在已有的知识经验基础上进行实验，在认知冲突中产生问题，在实验异常现象中发现问题。
不断发现、提出和解决问题，是成功实施实验探究的重要保证。
不能提出问题，实验探究也就无从谈起。
评价学生的提出问题和发现问题的能力，要评价其对问题的科学表述，要看他们所提问题的数量，更要看其所提问题的质量。
对学生提出问题的基本要求是：
（1）能在课堂化学实验学习中，经过独立实验或启发发现应进一步进行探究的问题。
（2）能比较清楚地表述所发现的问题。
提出假设的能力 当在实验中发现问题后，学生要根据一定的科学知识、事实材料及自身经验对发现的问题作出推测性论断和假定性解释，这就是“猜想”或“假设”。
学生在实验探究中，面对所要解决的问题，首先要围绕该问题搜索与此相关的信息，并利用己经掌握的化学相关知识对问题所包含的因果关系进行大胆地猜测，这是学生实验探究中重要的行为。
提出假设的能力是学生实验探究能力的不可或缺的要素，也是学生创新能力的重要体现。
评价学生提出假设的能力，对学生的要求是：
（1）能对实验中发现的问题提出可验证的假设。
（2）能对提出的假设进行质疑。
制定实验探究方案的能力。
在实验探究中，对问题提出的假设或猜想，必须通过再次实验进行证实或证伪。
为使验证假设或猜想的实验能顺利而有效地进行，必须设计实验方案、制定实验计划。
制定实验计划是实验探究过程中的重要环节，是假设或猜想的具体化和程序化。
一般说来，可通过多种途径制定实验探究方案，如可查阅资料、调查访问、同学讨论等。
具体说来，学生在制定实验探究方案时，不仅要考虑该实验的理论基础、实验方法，以及实验条件、程序步骤，还应充分考虑到可能遇到的问题与困难。
评价学生制定探究方案的能力，教师首先应该关心学生是否积极主动地设计方案，是否自己独立设计实验探究方案，评价学生制定方案的目标是否明确，提出方案的思路是否清晰，对实验条件和可能遇到的问题是否考虑周全，探究步骤是否合理，设计的方案是否具有可行性，以此对学生的制定实验探究方案能力有一个全面、细致、客观的评价。
收集证据的能力。
实验是学生在化学实验探究学习活动中收集证据的最主要途径，能否顺利实施实验探究方案，能否客观地记录实验事实是其收集证据能力的核心。
评价学生收集证据的能力，要观察学生是否具有较强的实证意识，是否能独立地或与他人合作完成实验并实事求是地记录实验结果，是否能将实验结果用图表等形式加以表述等。
分析证据并形成结论的能力。
通过实验获得的数据等并不能等同于实验探究的结论，在实验探究过程中，研究者需要在收集大量实验事实的基础上，根据信息、事实或现象之间的关系，通过分析、比较、概括和归纳等方法，找到多个实验的因果关系及相互联系，从而形成正确、有效的实验结论。
学生的实验探究过程就是为了获取新的解释与结论，学生需要将收集的证据特别是实验事实与已有的知识联系起来，形成超越已有知识的新的理解。
评价学生分析证据并形成结论的能力，要考查学生对收集的数据能进行简单的加工和整理的能力，看学生判断实验事实与假设之间关系的能力，评价学生对自己获得的实验结果和数据进行归纳的能力，以及学生最终归纳、总结实验结论的能力。
评价与反思的能力。
学生实验探究过程中的评价与反思是指学生为了保证实验探究的成功、提高探实验究的效果、达到学习的目标，而在实验探究活动的全过程中，将自己正在进行的实验探究活动作为意识的对象，不断地对其进行积极自觉地计划、监察、检查、评价、反馈、控制和调节的过程。
这个过程从探究活动阶段来说包括以下几方面：
①在开始实验探究之前，分析实验条件、制定目标、设计方案。
②在实验探究活动过程中，监控实验进程，反馈、维持或调整整个实验。
③在实验探究活动结束之际，检查和评价实验探究的结果，并采取相应的补救措施。
④在实验探究活动完成以后，作深入的反省和总结。
评价学生的反思评价能力，主要看如下几点：
（1）是否有对实验探究结果的可靠性进行评价的意识。
（2）能否在老师的指导或通过与他人讨论，对实验探究活动进行反思，发现自己与他人的长处以及存在的不足，并提出改进的具体建议。
（3）能否体验到实验探究活动的乐趣和实验成功的喜悦。
团结合作能力。
在一些比较复杂、繁琐的科学探究活动中，研究者不可能独立完成，需要与人合作。
合作与交流能力己成为适应未来社会学生必需的基本能力之一。
现代科学技术的发展都是人们合作探索的结果。
在中学化学课堂的实验探究活动中，学生为达到实验探究目标，需要与同学、教师进行交流、讨论与合作，这是很好的培养学生与人合作能力的机会。
学生各自从不同的角度提出对实验的疑惑；一起讨论如何科学进行实验的方法；根据个人的实验特点进行合理分工，在实验探究过程中担当不同的角色，比如谁搭装置，谁做实验等；交流实验探究活动中的体会等。
总之，在实验探究活动中与他人合作，同学之间能够取长补短，从而从思想、情感、思维多方面得到长足的发展。
传统评价为了达到甄别的目的，往往把学生置于严格的个人环境中，不允许学生之间相互交流探讨，尤其在做实验时，让学生面对实验孤军奋战，避免实验互助现象。
这不利于学生养成相互合作的精神和技巧，不符合当代社会生活对人的要求。
新的评定则鼓励学生之间的合作，允许学生通过分工协作的形式共同完成实验探究。
学生在小组合作中的表现，对整个实验完成所做的贡献，也成了合理的评价内容。
合作表现的评价宜采取小组评价的方式，主要看其在小组实验活动中所起的作用，能否主动与小组成员进行沟通，能否和谐、互助地完成探究实验，能否自觉地完成小组份内的事情等。
交流能力。
课堂实验探究活动可以以个人的或小组的方式进行，但不管采取哪种方式，进行探究情况的交流讨论都是必要的。
交流的方式可以是通过口头语言，也可以是通过书面语言（比如实验报告、实验感言等）。
学生在相互的交流过程中，每个人都可以发现自己和别人在实验中的长处与不足，可以相互学习、相互借鉴、取长补短、共同提高。
对交流情况的评价主要通过学生的活动表现去评价。
一是看学生是否积极主动地阐明自己的观点，介绍自己的实验方法，乐意与别人分享自己的实验成果；二是看学生能否尊重别人的发言，虚心听取他人的实验方案；三是看语言表达是否清楚，在论证自己的观点或反驳别人的观点时是否摆事实、讲道理。
评价学生在实验探究活动中的表达与交流的目标为：
（1）用口头、书面等方式比较明确地表述实验探究过程和结果，并能与他人进行交流讨论。
（2）与他人交流讨论时，既敢于发表自己的观点，又善于倾听别人的意见。
表1 化学实验探究能力指标体系
一级指标
二级指标
等级
发现问题和提出问题的能力
1．在课堂化学实验学习中，经过独立实验或启发发现应进一步进行探究
的问题。
2．比较清楚地表述所发现的问题。
提出假设的能力
1．对实验中发现的问题提出可验证的假设。
2．能对提出的假设进行质疑。
制定实验探究方案的能力
1.能在教师指导下或通过小组讨论，根据所要探究的问题设计化学实
验方案。
2.能考虑方案的多样性，并选择可行性强和简约化的方案进行实验。
3.具有控制实验条件的意识
收集证据的能力
1.有较强的实证意识。
2.能独立地或与他人合作对实验过程和结果进行记录。
3.用图表、实验报告等形式对实验结果加以表述。
分析证据并形成结论的能力
1．对收集的数据能进行简单的加工和整理，判断实验事实与假设之间的关系。
2．能对自己获得的实验结果和数据进行归纳，得出正确的实验结论。
实验探究情况的交流能力
1．能积极主动地阐明自己的观点，介绍自己的实验方法，乐意与别人分享
自己的实验成果；
2．能尊重别人的发言，虚心听取他人的意见；
3．语言表达清楚，在论证自己的观点或反驳别人的观点时，能摆事实、讲
道理。
团结合作能力
1．分工合理；
2．相互配合；
3．协调统一。
评价反思的能力
1．有对实验探究结果的可靠性进行评价的意识；
2．发现自己与他人在实验中的长处和不足；
3．提出改进后续实验活动的具体建议。
2．探查了初中生化学实验探究能力水平现状
在分析并总结了实验探究能力的要素与基本能力要求的基础之上自编了《化学探究学习情况调查问卷》，对邗江实验学校九年级学生进行问卷调查，共发放问卷500份，回收有效问卷457份。
数据分析及处理均采用统计软件包SPSS11.0forwindows。
研究结果显示：
（1）提出问题并形成课题的能力、猜想与假设的能力、制定探究方案的能力、收集证据的能力、分析证据并形成结论的能力、评价与反思的能力、合作与交流的能力是构成实验探究能力的必不可少的要素。
（2）九年级学生实验探究能力普遍偏低，探究能力各要素发展不平衡。
（见图2和表2、3）
（3）虽然调查法能在一定程度上能够对学生的实验探究能力作出正确评估，但在条件允许的情况下，实验探究能力的考察应尽量在实际活动中进行。
从图中可见，化学实验总能力偏低，分数集中在40～60分之间，平均分仅为51.80分；化学实验能力各要素发展不平衡，其中猜想与假设的能力较好，得分率达到了64.2%，设计方案、得出结论和应用能力的得分率均稍大于50%，而提出问题与评价反思的能力较弱，其得分率分别为39.4%和40.7%。
表2初中生化学实验能力的描述性统计
能力要素
满分
最小值
最大值
平均分
标准差
得分率（%）
提出问题
猜想假设
设计方案
得出结论
应用能力
评价反思
总能力
10
15
27
23
10
15
100
0
3
0
1
0
0
19
10
15
27
23
10
14
86
3.94
9.63
14.61
12.29
5.22
6.10
51.80
2.25
2.28
5.21
3.78
2.33
3.27
12.38
39.4
64.2
54.1
53.3
52.2
40.7
51.8
从表2可以看出：
男女生提出问题的能力、猜想假设的能力、应用能力与评价反思的能力都没有显著性差异（P≥0.05），两者的均分十分接近。
但男女生设计方案的能力、得出结论的能力以及总能力都存在显著性差异（P＜0.05），从均分可以看出男生的上述能力显著高于女生。
在实验能力的各要素中，设计方案和得出结论需要学生具有较强的逻辑思维能力。
因此，产生上述能力差异的原因可能与男女两性智力因素发展特色上具有不平衡的特点有关，即男性的抽象性或逻辑思维能力较强，男性的独立思考和综合分析的能力也较强。
表3男女生化学实验能力的差异
能力要素
性别
平均分
标准差
F
P
提出问题
男
4.1386
2.21496
.962
.084
女
3.7267
2.28852
猜想假设
男
9.7822
2.32915
1.564
.190
女
9.4658
2.21932
设计方案
男
15.0941
5.63448
3.263
.049
女
14.0062
4.60366
得出结论
男
12.7079
3.88758
.654
.031
女
11.8509
3.55002
应用能力
男
5.2079
2.31722
.003
.810
女
5.2671
2.33120
评价反思
男
6.1782
3.37947
1.144
.621
女
6.0062
3.16721
总能力
男
53.1089
12.80617
3.015
.033
女
50.3230
11.60636
3．分析了影响初中生化学实验探究能力的提高的因素。
影响学生实验探究能力提高的因素众多，在化学教学中哪些因素才是相对重要的呢？
我们在综合分析文献资料和征求专家、一线教师意见的基础上，假定影响学生实验探究能力的因素可能有性别、年龄、化学成绩、
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