初中化学探究性实验教学的研究与实践课题结题报告

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《初中化学探究性实验教学的研究与实践》课题结题报告执笔人：毕建祯随着化学新课程的启动和推进，我校作为一所城乡结合部的一所普通完中，在实施化学新课程的过程中，遇到了新的问题和困难。特别是对于新课程提倡的探究性实验，在学生学和老师教的过程中，困惑最大。针对此现状，我校化学组成立了《初中化学探究性实验教学的实践与研究》课题组，并被列为集美区级课题。经过几年的实践和研究，取得了一定的成绩。在总结研究成果的基础上，我们提出如下报告。一、课题提出的背景（1）化学是一门以实验为基础的自然学科，化学实验是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，它在初三化学教学中始终占有十分重要的位置。初三化学实验课改前以验证性实验为主，而把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”。等等这些指导性的言语都在告诉我们探究性教学应该启程了。（2）厦门市从2003年进入国家化学新课程标准实验区，面对新的教材和新的化学课程标准要求原有的实验教学方式是统一的实验要求、实验教学模式，学生的个性发展不利，单一的实验内容又脱离社会实际，已逐渐显示出不足之处。为了增强学生学习的主动性、能动性和独立性。因此开展化学探究性实验的教学与研究，是化学教学走素质教育之路的有效途径。(3)我校随着厦门市一起进入国家化学新课程标准实验区，在实践过程中，根据我校学生特点和学校化学实验室仪器设备条件，把新人教版教材上的50多个实验按分类可分为学生探究实验、教师演示实验、学生家庭小实验等，而其中有以学生探究实验为主（上册13个，下册11个）。这次我们共选择了其中的19个进行探究教学，但学生在进行探究性实验时存在诸多的问题，如：刚开始大多学生只习惯于思考老师向他们提出的问题，而不会主动地去提出问题、发现问题或者敢于提出自己不同的见解和方案；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。而大家知道，学生会提出问题，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。随着新课程实施的不断深入以及我校实验室条件的不断改善，在汲取过去几年新课程实施中的经验和不足，我校化学组确立“初中化学探究性实验教学的研究与实践”课题，旨在进一步以学生为主体，促进学生主体发展。同时也想为进一步提高教师的专业成长搭建一个平台。二、课题研究的理论依据化学探究性实验是指在教师的引导下，学生根据化学教学的内容或日常生活、生产中遇到的问题，对自然界及研究的现象提出问题，从问题或任务出发，通过形式多样的探究实验活动，利用已知的、外加的因素去作用于研究对象，借助化学探究性实验，独自或与他人合作加以探索，来认识研究对象的未知性质、组成、变化特征，以及与其他对象或现象的联系等的一种教学方式。其教学过程中一般围绕八个要素展开，即：提出问题（或创设情境）、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。借助该形式，引导学生主动进行实验设计、现象观察，结果分析，从中发现科学概念或原理，达到获得知识，形成概念，掌握技能，优化思维，培养情感体验，提高综合能力的目的。在新课标中强调“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化学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，在探究性实验教学实践中让学生获得探究的体验和意识，从而提高学生科学探究的素质。三、课题研究的目标1、通过本课题的研究，提炼出化学探究性实验教学实施的指导策略；2、进一步转变教师的教育观念和教学行为；5 3、通过合理运用化学探究性实验教学的指导策略，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，促进学生的主动发展。4、通过本课题的研究，整合资源把研究过程的各种素材提炼、汇编成册以供大家今后参考。四、课题研究的阶段和内容本课题研究的最终目标是转变学生实验学习的方式，促进学生主动发展，提高教师的教学策略研究水平。因此，我们将课堂作为课题研究的主要阵地。（一）前测工作为了了解学生实施探究性实验的基础，在进行课题研究前（2006年3月），笔者对55名2006届初三学生进行了摸底调查。（调查详表另见文件夹）其中调查部分内容结果如下：在课堂上老师提出问题后你喜欢积极思考和探究吗？非常喜欢8人占14.5%；喜欢47人85.5%你知道什么叫科学探究吗？知道19人、占34.5%，不知道36人、占65.5%你做过探究性实验吗？做过10人、占18.2%，没做过45人、占81.8%你了解科学探究的一般过程吗？了解10人、占18.2%，不了解45人、占81.8%你想尝试化学探究性实验吗？想55人、占100%，不想0，无所谓0在对19名“知道科学探究”的学生进行进一步访谈中得知，大多数学生都是从初二物理教材中了解到科学探究的，却没有做过探究性实验。但让我感到欣喜的是，在调查的55名学生中，100%的学生都想尝试化学探究性实验。可见他们对于刚刚接触的新学科—化学有着浓厚的兴趣和探究的欲望。同时我们组织了本课题组成员集中和分散等方式进行理论学习：《探究多彩的化学实验与教学设计》（北京师范大学出版社）、《走进美国课堂》、《探究性学习教学示例》、《化学教学》、《微型实验探究活动的设计》、《化学实验教学论》、《反思教学》、《中学化学》、《课堂教学实验评价方案》、《中学化学实验设计与教学论》、《经典教学案例与创新课堂设计》（世界知识出版社）、《培养学生化学学习兴趣的策略 》王锦秀等书籍和文章，并谈心得。提高了课题成员的理论修养。（二）课堂实践第一阶段：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，教师先为学生设计好探究性实验报告，内容包括：发现问题—提出问题—作出假设—设计方案—进行实验—交流讨论--归纳总结—得出结论”，然后老师做演示实验。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。比如，在给学生第一节课上课时，我们常常给学生演示镁条在空气中燃烧，当学生第一次遇到老师给同学们演示实验时，几乎是即兴奋又无序观察过程现象。怎样让刚接触化学学习的学生成功地迈开他们观察和思考有关化学实验过程问题呢？老师应为他们对未知实验进行示范引导，让他们感知化学探究实验的神秘与魅力：探究性实验——镁条的性质（教师告知）提出问题：镁是一种重要的金属，它可能有什么性质？与你平时常见金属的性质有什么相同和不同之处？作出假设（猜想）（内容教师在屏幕在显示）：制定实验方案：①观察镁带的外观，试试看是否容易被折弯、扭断。②用砂纸打磨镁带，它的外观有什么变化？③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。进行实验，观察现象，作好记录（内容教师在屏幕在显示）：分析、归纳、证实或否定猜想（教师在屏幕在显示）：交流、讨论，得出结论：镁的性质—可以在空气中燃烧（内容教师在屏幕在显示）当学生一边观察老师的演示实验，感受探究实验的同时，边观察、边思考、边体验的过程中，学生感知了化学探究性实验的神秘。学生实验后感知，原来这些知识可以通过实验自己去发现和总结，化学探究实验是这样有趣啊。第二阶段：学生尝试、教师给予指导和帮助5 学生在感知了探究性实验，并有亲自动手去做探究性实验的冲动后，教师可尝试着稍稍放手，在先学生学习化学实验的一些基本要求和技能后，让学生尝试化学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。在此阶段，学生设计的实验方案的可操作性、安全性，教师在学生实验前要仔细批改，及时给予指导。前几次学生进行实验的过程中，在基本操作的规范性、实验观察的方法、实验现象的记录等方面出现的问题，教师及时提供帮助。学生通过亲自动手尝试，对探究性实验的认识和实施有了进一步的认识。下面是化学探究性实验《空气的捕捉》教学过程：探究课题：如何将一个集气瓶中的空气捕捉到另一个集气瓶中？[面对问题，开始时学生一时无法着手]。此时教师可创设问题情境：你如何捕捉教室里的空气？思考之后，学生提出问题的解决方案：学生A：抓紧一个塑料袋，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！很棒得！]学生B：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。[老师评价：方案很实用、很会利用生活品，可行！也很棒得！]学生C：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。[老师评价：方案很化学！、很会思考，可行！也很棒得！]……教师把学生回归到刚才的课题：如何将一个集气瓶中空气捕捉到另一个集气瓶中？学生在上一个问题讨论的基础上，并从老师提供的实验仪器中受到启发（投影几种常见的仪器），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-教师给予点拨），另一个集气瓶里装满水，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。教师肯定了实验方案的可行性，并对学生的实验基本操作给予指导。在教师适时诱导和帮助指导下，学生第一次独立进行了简单的探究性实验，体验到了探究的乐趣。第三阶段：师生、生生合作，发展探究性实验的能力学生对实验方案的设计和实验基本操作及简单的仪器使用有了一定的了解后，教师可以适时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、进行实验、分析实验，找出问题的答案。在探究过程中学生遇到困难时，我们总是鼓励他们采取一些可行的措施，如小组合作、师生合作的方式来化解困难。又如《质量守恒定律》的教学设计，丁红老师是这样设计教学片段的：（1）她创设问题情境：取暖时所用的煤和平时蜡烛的燃烧之后质量变少：取一小断镁条在空气中点燃之后质量变大。再结合生活中的一些现象，引导学生进行猜测：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。生A：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B：我认为变小，煤和蜡烛的燃烧之后生成炉渣和灰烬或气体要比燃烧前煤和蜡烛的质量要小。生C：我觉得不会改变。从表面上看煤燃烧后质量确实减少了，而我通过它燃烧的化学反应C+O2→CO2中却算出没变。蜡烛燃烧后质量确实减少了，情况与上述分析相似。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）丁红老师这样启发引导学生：大家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？它又隐含着怎样的道理呢？现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。（教师此时巡视辅导帮助他们分析可能出现的一些新问题）学生设计的方案有很多，教师选出有代表性的有以下几种。学生方案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。学生方案②：取一段镁带，在托盘天平上称的质量m1。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m2，比较反应前后质量的变化。学生方案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m1。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m2，比较反应前后质量的变化。5 [说明：其中方案①和方案②，学生从老师提出的问题情境中受到启发。方案③同学们参考了教材上的实验方案。由此可见，学生自主设计实验方案的灵活性和创新性有待于提高。此时教师的引导和指导是很重要的。）（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“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。通过化学实验探究大家达成共识，最后总结得出：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。[说明：这样的课非常地费时间，往往一课时的教学内容，两课时也完成不了。所以在平时的教学中，教师只能精选有代表性的实验来尝试教学]第四阶段：拓展课外探究实验随着学生对探究性实验学习能力的逐步提高，在研究过程中，我们采取了边学习课本中的探究性实验，边增加家庭小实验和对生活中一些化学现象探究的学习。并重点研究如何指导学生进行对比实验的设计。(三）教学中具体的探究设计在近三年的实践与研究中，针对不同阶段学生对探究性实验的实施水平、针对不同特点的探究性实验，我们总结出了一些不同的教学指导策略。比如：教师示范策略，边讲边实验策略，合作实验策略，变演示实验为探究性实验策略，动画模拟演示实验策略，等等。比如：丁红研究课《氧气的实验室制取》、《二氧化碳的实验室制取》、《奇妙的金属性质》、《分子的运动》、《质量守恒定律》、《粗盐的提纯》、《探究铝的化学性质》、《酚酞试液遇氢氧化钠溶液一定变红吗》、《中和反应》等；毕建祯研究课《自然界的水》、《空气中氧气含量的测定》、《人体吸入空气和呼出气体的探究》、《寻找新的催化剂等等；彭扬飞研究课《常见的酸和碱》、《探究酸的化学性质》、《金刚石、石墨、C60》、《酸碱盐复习课》、《能用排水法收集二氧化碳吗》、《蜡烛燃烧实验探究》、《酒精燃烧的趣味实验》、《白磷燃烧的实验》、《木炭的吸附性》、《金属的锈蚀》、《探究铜的化学性质》等等。五、课题研究的主要绩效1．集体的协作大家共享课题组成员经过长时间的摸索总结与实践，进行整理汇编成《初三化学探究性实验讲与练小专题》。它既可以作为学生初三化学学习的参考书，也可成为中考复习有关化学探究实验内容的资料，亦可作为教师们开展探究实验教学的参考用书。2.在一定的程度上促进了学生的主体发展，对老师的备课也是一种挑战性工作。在最初的化学探究性实验教学中，我们发现他们一般依赖于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。当老师设置了问题情境，让学生通过探究实验来解决问题时，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。学生在热热闹闹地完成实验后，对实验现象、实验结果进行分析的意识很薄弱或没有这种习惯。而这些恰恰是探究性实验的重要环节，也是促进学生探究能力、提高科学素质的基本途径。5 通过学生在有限的时段（初三还不到一年）的化学探究性实验的课堂教学，学生在学习主体发展上得到了一定的提高。当然课前老师对收集学生的方案进行批阅是一定要的，所以课前老师的功夫要下的足。由于学生学习方式也得到了一定的转变，同时也促进了学生的主体发展，教师在辅导学生们参加的各类比赛均取得可喜成绩。近三年市中考和学科竞赛中均有学生获得可喜的成绩。这些成绩的取得，发生在学生们身上的悄然改变，让我们相信，我们的课题研究取得了一定的成效。当然这也离不开其他科任老师和班主任等各方面的支持和帮助。3.教师的化学探究性实验教学行为悄然发生了改变，促进了教师的专业化成长教师从不知怎样从事探究性实验的教学，到逐渐熟悉探究性实验的一般过程和教学方法。特别在课题研究的过程中，我们通过一节节的课题研究课，总结出了一些有效的探究实验指导策略：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，等。这些教学策略，帮助教师在实际教学中灵活运用，课堂上同学们的表现也与之前有不同了。2005年11月，毕建祯区级公开课初三《自然界的水复习课》，效果良好；2006年11月，丁红参加集美区初中化学课堂创新大赛，获一等奖；2006年12月，厦门市优质课评选中获三等奖；2007年4月，毕建祯获十一五课题全国高中化学优质观摩录象课《含硫化合物的性质和应用课堂实录》评比一等奖；2007年12月，毕建祯在福建省新课程高中化学优质课观摩教学评比中获得省级三等奖；2007年11月，获福建省农村初中化学优质课观摩教学评比三等奖；2007年11月，丁红在厦门市第三届中学课堂教学改革创新大赛中，获得三等奖同时教学设计：课题3《氧气的制法》，则收入了福建省的汇编；2007年11月毕建祯被评为厦门市园丁奖。06年度丁红考核优；07年、08年连续2年毕建祯年度考核优。四人次执教过学区级公开课或担任市、区教研主讲教师，课题组教师毕建祯所撰写的《新课程理念下初中化学有效教学策略的研究》参加2006.4厦门市化学学会论文汇编、评比获得二等奖；毕建祯所撰写的《困惑实践反思》参加2006.5厦门市化学教育教学论文汇编、评比获二等奖。毕建祯所撰写的《多元智能理论与化学教学个案教学设计》获2007．4全国教育科学教育部“十一五”规划课题研究成果评比获全国一等奖；毕建祯所撰写的《含硫化合物的性质和应用课堂实录》获全国教育科学教育部“十一五”规划课题研究成果评比获全国一等奖；毕建祯所撰写的《化学教学个案设计-氯气》获2008．3福建省教科所评比获省二等奖。课题组成员中丁红、彭扬飞、毕建祯等指导学生参加化学进行区、市、省等级别的竞赛，都有很多人次获得嘉奖。同时为了总结经验。六、问题探讨5 由于初中化学学习只有初三一年的时间，并要面临中考，学生时间紧，任务多。而探究性实验由于其开放性、灵活性的特点，开展时花费的时间多。虽然考虑了适当增加家庭小实验等课外探究实验，但学生们还是感觉到想做探究却苦于时间紧的无奈。同时，在三年的研究过程中，我们研究的初三学生每年都在更新，虽然这在客观上为对比性研究提供了许多第一手的材料，但同时也制约了本课题研究的深度。在研究过程中，虽然课题组成员有针对性的学习了大量的理论书籍，但总感觉理论知识很不够。这也使我们在研究过程中曾经一度茫然失措。经过市、区理论组专家们的亲自点拨指导，受到许多的启发。在新一轮的研究中，全组成员仍迫切需要更多地理论学习，以更有效地开展研究。同时因本人调到高中教学，也给课题的开展带来诸多的不便和客观上的困难。探究性实验的教学主要通过在学生探究建构知识基础上，教师进行科学合理的设计，并让学生通过实验探究获得充分体验的基础上形成积极的情感、态度和价值观。具体操作中，虽然在教学设计上尽可能考虑到为不同层次的学生创设探究学习的空间。但从课堂反馈来看，能力强的学生发展得更好，而一部分学习基础差、参与意识弱的学生发展得不太理想。如何设计不同的探究问题、运用不同的指导策略，以最大限度地满足不同层次学生探究性实验学习的需求，但同时又能避免课时的限制。对于我们来说是困惑，又是在下一阶段研究中努力要去思考和解决的问题。5