高中化学 实验探究教学的研究与实践

高中化学实验探究教学的研究与实践

常州市教育教研室 吴永才2011 年 4 月 20 日

化学是什么？ 1 ．化学是研究物质的科学。 【著名美国化学家鲍林】 2 ．化学是关于物质及其组成、结构、属性和相

互转化的科学。【原苏联《综合技术辞典》】 3 ．化学为分子的科学。 【美国高分子化学家弗劳瑞】 4 ．化学是研究物质在原子、分子水平上的变化

规律的科学。【《化学发展简史》】 5 ．化学是研究物体由于量的构成的变化而发生

质变的科学。【恩格斯】

化学是什么？ 6 ．化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化的一

门科学。【初中课本】 7 ．化学―人类进步的关键。 【美国化学家格林•西奧多•西博格】 8 ．化学是一门中心的、实用的、创造性的科学。

【美国著名化学家 R• 布里斯罗、化学的今天和明天】 9 ．化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、

结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其特征是研究分子和创造分子。

【普通高中化学课程标准（实验）】 10 ．化学是一门以实验为基础的科学。

一、概念界定二、现状分析三、对策研究

一、概念界定

1 ．科学探究 《美国国家科学教育标准》： “ 科学探究指的是科学家们用来研究自然界并根据研究所获事实证据做出解释的各种方式。科学探究也指学生建构知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动。” 《化学课程标准》： “ 科学探究是使学生积极主动获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。它涉及提出问题、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、表达与交流等要素。”

2 ．实验探究 实验探究是指通过实验来进行的一种探究活动，它是

科学探究在化学实验教学中的具体化。 《普通高中化学课程标准》中指出：“通过以化学实

验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学生学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方法的转变，培养学生的创新精神和实践能力。”

3 ．实验探究教学 实验探究教学是指在教师的启发引导下，学生运用已

有的知识和技能，以新知识的探索者和发现者的姿态，通过查阅资料、猜想假设、实验探究、推理论证等一系列探究活动，发现问题、探索问题、解决问题，从而获取知识、发展能力的一种教学方法。

1 ．国内外的研究现状早在 18世纪，卢梭和第斯多惠等人所提出的直观教学、

主动探究的观点，是实验探究教学思想的萌芽。 1889年，阿姆斯特朗认为只有通过观察、实验来探究

自然事物和现象的运动规律，才能从本质上对科学有个理解，他将实验与探究有机结合起来，从而形成了实验探究教学的基本思想。

1909年，杜威首先指出在学校科学教育中要用探究的方法，杜威提出“做中学”的思想，对实验探究教学的发展起了巨大的推动作用。

二、现状分析

1961 年，施瓦布强调：一方面，作为探究的科学本质如果不为普通大众所理解，科学的发展和社会的进步都是不可能的；另一方面，教育的基本途径―教学，也应看做是一种探究过程。施瓦布建议，教师首先要到实验室去，引导学生体验科学实验的过程，教师必须用探究的方法来教科学，学生则必须用探究的方法来学科学。

20世纪 80年代以来，英国在中小学理科教育中将实验与探究作为对学生进行科学认识与科学方法教育的一个重要手段与途径。日本学者提出了“引导发现”、“引导探究”等观点，我国学者提出了“诱思探究”、“引导探索”等观点。

我国从 1977 年恢复高考以来，实验探究教学历经几个阶段的发展，越来越受到人们的重视，有关理论和实践的研究也有了一定的突破，比较突出的是东北师大的郑长龙教授对“实验探究教学”作了系统的研究与实验，华师大二附中的“开放式化学实验教学模式”以及南京金陵中学的“探究性实验教学”。

1997 年“诱思探究教学”在全国推广， 1999 年上海市教科院普教所借鉴国外探究教学的理论和实验经验提出“研究性学习”概念，引导学生从社会生活和学科教学中发现问题、确定研究主题、创设一种类似科学研究的情境，运用类似科学研究的方法，旨在促进学生创新意识和创新能力的提高。

2002 年西南师范大学教授靳玉乐等人在其实验研究的基础上，总结并编写了全国中小学教师继续教育教材《探究教学论》一书，从理论和实践两个层面上对探究教学的本质、意义、理论基础、特点、模式等方面进行了详细的论述等。

实验探究教学已逐渐被人们广泛地理解和接受，有关的理论也在不断地发展和完善之中，但在新课程背景下，实验探究教学还缺少系统的、全面的、深入的研究，尤其是针对教学实践中师生面临的实际问题的研究。

2 ．省、市内的教学现状 课改前（ 05年秋）①“黑板”实验和“口头”实验普遍存在②实验以教师演示实验为主③实验以验证性实验为主④学生动手探究的实验少⑤实验的考核（考查）力度不够

课改后（ 05年秋至今） 高中化学新教材在实验的数量和质量上有所

提高，淡化了教师的演示实验和学生实验，加强了实验的自主性和选择性，但由于重视程度不够、实验条件不够、工作量大、课时紧、高考压力大、教师怕麻烦等原因，高中化学实验教学有弱化的趋势，尤其是教师对新课程、新教材的开发与创新、对教学实际问题的研究与解决的主动性和自觉性还有待进一步加强。

课改前存在的问题？

附：常州市区实验探究教学现状

（ 1 ）高中化学教师实施实验探究教学情况的调查结果

调查内容 人数 百分比 听说过或阅读过有关 探究性实验案例 82 98.8%尝试采用探究性实验教学 37 44.6%觉得有必要将某些验证性实验 79 95.2% 改为探究性实验曾有意识的指导学生 进行过探究性实验的教学与设计 35 42.2% 调查人数 83

①无论是三星级高中还是四星级高中，听说过或阅读过有关探究性实验案例的占 98.8%，但由于种种原因有意识尝试着采用探究性实验教学的老师却一半不到，一大半老师采用的仍是验证性实验。

②95.2%的教师认为有必要将部分验证性实验改为探究性实验，但由于各种原因，真正实施于行动的仅占 42.2%。转变观念，将意识落实到行动又待进一步加强。

③对于实验探究性教学中探究问题的确立， 25.3%的老师来源为教材中的演示实验， 37.3%的老师来源于学生生活和社会中的问题， 37.4%老师则根据教材知识生成产生。探究性实验课题的产生， 4.8%为教师提问题，教师设计实验， 69.9%为教师提问题，学生设计实验， 25.3%为学生自己提出问题，自己设计实验。

④大多数教师有开展实验探究性教学的意识，但落实到行动上却困难重重。 42.2%的老师认为是受应试教育制约， 53.0%老师则是因为课时数不够，认为受学校实验条件限制、受教师专业水平制约寥寥无几。

附：常州市区实验探究教学现状 （ 2 ）高中学生对实验探究教学的情况调查结果 调查内容 人数 百分比 认为实验在化学学习中重要 683 96.9% 对化学实验感兴趣 571 81.0% 喜欢目前化学实验的开设方式 124 17.6% 喜欢与同学合作完成实验 586 83.1% 积极参与分组实验 301 42.7% 高中学习期间设计并完成过家庭小实验 137 19.4% 认为自己能独立设计和完成探究实验 635 90.1% 实验前考虑过实验中可能会出现的其他现象 108 15.3% 实验时注意过实验中可能出现的其他现象 475 67.4% 能想法找到异常现象的原因 346 49.1% 调查人数 705

①大多数学生认为实验在化学学习中非常重要，同时近 81.0%的学生对化学实验有兴趣，但不喜欢目前学校化学实验的开设方式。

②90.1%学生认为自己能独立设计和完成探究实验，在化学课堂学习中， 42.7%的学生能积极参与分组实验， 83.1%的学生喜欢与同学合作完成实验。但在高中阶段自己设计和完成家庭小实验的学生仅有 20%。

③仅有 15.3%的同学在实验前考虑过实验中可能会出现的其他现象，而 67.4%的同学在实验时注意过可能出现的其他现象，有一半同学能想法找到异常现象的原因。

附：常州市区实验探究教学现状

（ 3 ）高中学生对学校实施实验探究教学的情况调查结果 调查内容 人数 百分比 学校对教材中的实验都能开齐 552 78.3% 课堂上老师经常组织学生进行探究实验 142 20.1% 学校组织化学课外实践活动 153 21.7% 学校开放实验室由学生做探究实验 95 13.5% 调查人数 705

①78.3%的学生认为学校能开齐教材所规定的实验内容，但仍有将近 20%的学生认为

只能完成部分实验内容。②仅有 20.1%学生参与过教师组织的探究

实验，近 80%的学生认为学校几乎没有组织过化学课外活动。

③大部分学校未开放过实验室给学生自主进行探究实验。

附：常州市区实验探究教学现状

2005年江苏进入新课程改革以来，高考化学试卷中实验题所占的比重变大（考试说明内容比例为 20%），而考试方向也由知识型转向了能力型。然而，江苏高考化学不计入总分，只计算等级，在某种程度上使得学生和部分教师在思想在不重视。尤其是 2009年开始选修科目 1B1C也可以填报本科志愿，使得化学在学生心目中的重视程度大大下降。

新课程实施以来，根据江苏省课程设置化学教学的课时较原来减少，许多教师为了赶进度尽量少做或不做实验，加上新课程对实验资源的要求越来越高，使得探究性实验教学得不到充分重视。

高中化学实验探究教学中存在的主要问题

⑴过分强调教材中的探究 →师、生的创造性缺失 ⑵过分强调学生的自主探究 →教师的指导作用弱化⑶过分强调探究的结果 →忽视探究的过程与方法⑷过分强调预设问题的探究 →忽视生成问题的探究

㈠价值取向 化学学科价值： 1 ．生命化价值 新课程更加关注人的发展，尤其凸现将学生的发展和

教师的发展融为一体。新课程强调“在人类文化背景下建构化学课程体系，充分体现化学课程的人文内涵，发挥化学课程对培养人文精神的积极作用”。

新课程强调以人为本，面向全体学生，考虑个性差异，重视交往合作，重视亲身体验，强调不同的人在化学上都能得到不同的发展，以人为本的教育旨在了解生命的意义，理解生命的内涵，提升生命的价值。

三、对策研究

2 ．社会化价值 新教材基于人在社会上生存和发展的需要，融合了人的

认知发展特征和学科发展线索，建构了新的内容体系，阐述了核心的化学概念和原理，揭示了化学与社会发展的相互关系，引领学生学会用化学的眼光和思维去审视我们赖以生存的世界，为将来走向社会夯实基础。

新教材改变了人们传统的以“学科为中心”的思维方式，淡化了知识结构的系统性与严密性，而强化了知识学习的主动探究和意义建构。新教材强调理解为本、学以致用，引导学生运用化学的视角（知识、技能与方法）去认识化学与社会、生活、生产和科技等方面的联系，从而增强社会责任感、参与意识和决策能力。

新教材明确指出化学是认识和创造物质的科学，是社会可持续发展的基础。新教材倡导学生在学会学习的过程中学会交往、学会合作、学会生存，以实现人的可持续发展，达到人与社会和谐统一的发展。

㈠价值取向 从学生发展的角度： 科学精神与人文精神统一、整体素质发展与个性发展统一、人的社会性发展与个性发展统一。

学习并借鉴国内外关于实验探究教学的研究成果，在实践中尝试体会，反思提高，从而不断丰富和完善实验探究教学的理念，构建新课程高中化学实验探究教学模式，更好地指导和服务于实践。

㈡教学设计

附： 1 ．课题研究的目标设计⑴充分利用实验手段，发挥实验的教育功能。⑵开展实验探究教学，进一步有效转变教师

的教学方式和学生的学习方式。⑶聚焦课堂教学，选取典型案例，进行研究

分析，努力建构新课程实验探究教学模式。⑷建立高中化学实验探究教学资源库，实现共享资源，分享经验和智慧。

2 ．高中化学实验探究教学的目标设计

⑴设计原则：①科学性原则②主体性原则③主导性原则④开放性原则⑤创造性原则⑥可行性原则

2 ．高中化学实验探究教学的目标设计 ⑵设计形式： 在中学化学探究性实验教学设计的过程中，准确、清晰地陈述实验教学目标，有利于教师的实验教学设计，有利于学生进行实验探究学习，也有利于中学化学实验教学的评价。一个规范的教学目标应包含以下四个基本要素：

①学习主体：学生是化学实验探究教学的主体，化学实验具体目标陈述的主体应该是学生而不是老师。因为教学目标是对学生预期应该主动获得的全部经验的描述。按照这一要求，化学实验探究教学目标的陈述可表达为“学会……”、“能理解……”、“能体验到……”等等。而不宜使用“培养学生的科学态度……”“激发学生的实验兴趣……”等句式，因为这里陈述的主体不是学生而是教师。

②具体可操作化的行为：行为指通过学习以后，学生能做什么，或者有什么心理感受或体验。一般用动宾短语来较为准确地描述学生的行为。动词表明学习的要求，宾语说明学习的内容。可以用那些可以外观或测量的行为动词（如理解、掌握、识别、解释、提出、

写出、设计 ) ，或者用难以观测的表示内在意识和心理状态的动词 (如感受、体会、关注、领会、体验等 ) 来进行陈述。行为的表述，关键是选择准确恰当的动词。因为它代表了对学生学习行为的要求。

③学习或探究的条件：条件指影响学生产生学习结果的特定限制或范围，主要说明学生在何情景下完成目标。条件的陈述包括下列因素：环境因素 (如地点 ) 、人的因素 (个人、小组或在教师指导下 ) 、信息因素 ( 所用到的图表、资料、书籍、网络等 ) 、明确性因素 (需要提供了什么刺激条件来引起行为的产生 ) 。

④需要达到的标准：标准又叫“行为程度”，是指目标达成的最低表现水平，用以评量学生学习结果的达成度。

2 ．高中化学实验探究教学的目标设计 ⑶设计内容： 知识与技能目标： 包括对旧知识的复习和新知识

（基础知识，仪器的使用，实验方法和设计思路等）的理解和掌握。

过程与方法目标：目标包括观察能力，发现和提出问题的能力、预设结果的能力、实验设计和评价能力等。它是科学探究能力在化学实验教学中的具体化，是化学教学中学生科学素养发展程度的重要体现和标志。

情感态度与价值观目标： 积极参与实验探究活动，能体验实验探究的乐趣、主动与人合作，注重科学素养和唯物主义世界观的形成等。

高中化学实验探究目标设计的具体内容 知识与技能目标 基本概念、基本理论等 物质知识 化学实验常识性知识 实验应用知识（生产、生活、科技） 化学科学新信息 识别仪器、装置、药品 各种仪器、药品正确选择与应用 分析和处理实验数据和结果 表达结果及评价结果（分析、解释现象） 处理实验安全问题及偶发问题 实验设计（方法、仪器、试剂的选择与修改、技术条件的控制） 正确、流利地读写化学用语 正确、熟练地进行化学实验基本操作 准确、全面地观察、记录实验现象 准确测量实验数据 熟练绘制实验装置图

高中化学实验探究目标设计的具体内容

过程与方法目标 选择适当的化学实验方法（观察的方法、数据与结果的获得方 法、科学抽象与具体的方法、逻辑的方法等）并对其进行评价。 对自己的化学实验能力，学习的优缺点的意识与控制。 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。 能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思索，逐步形成独立思考的能力，善于与人合作，具有团队精神。

学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。

能对自己的化学探究过程进行计划、反思、评价和调控，提高自主学习化学的能力。

高中化学实验探究目标设计的具体内容 情感态度与价值观目标 发展学习化学的兴趣，乐于探究物质变化的奥秘，体验科学探

究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。 有参与化学探究活动的热情，有将化学知识应用于生产、生活

实践的意识，能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断。

注意与化学有关的社会热点问题，逐步形成可持续发展的思想。 树立辩证唯物主义的世界观，养成务实求真、勇于创新、积极

实践的科学态度，崇尚科学，反对迷信。 热爱家乡，热爱祖国，树立为中华民族复兴、为人类文明和社会进步而努力学习化学的责任感和使命感。

具有严谨、求实的科学态度；严肃认真、谦虚谨慎、善于合作的作风；良好的实验习惯。

认识到化学的学习是一个需要付出多种劳动的过程，逐步形成自觉、果断、顽强和自制的意志品质。

善于质疑、坚持真理、勇于探索、敢于创新通过自己的提出问题、分析问题、解决问题，提高自己乐于探究志趣。

附：高中化学实验探究教学目标设计案例

探究氢氧化铝的性质 知识与技能目标 能正确记录和描述所观察到的实验现象；理解和掌握氢氧

化铝与强碱、强酸反应的规律，会书写相关方程式。 过程与方法目标 通过对实验探究结果的分析过程掌握科学探究的一般方法；

学习科学归纳法在探究中的应用。 情感态度与价值观目标 通过提出问题、分析问题、解决问题，提高自己乐于探究

的志趣，体验科学探究的乐趣；通过与人交流、讨论，培养合作学习的方式；通过对氢氧化铝两性的理解，培养辨证唯物主义世界观。

⑷高中化学实验探究教学情境设计

利用多样化的实验素材，设计实验探究情境利用多样化的实验方式，设计实验探究情境利用多样化的实验手段，设计实验探究情境

⑸高中化学实验探究教学的问题设计

在知识、经验关联处 在兴趣、情感激发处 在认知冲突处 在知识疑难处 在实验异常处

开放性、自主性、启发性、思维性、创造性。

㈢内容分析

省级课题子课题：（省“十一五”规划重点课题）★⑴高中化学实验探究教学的现状研究★⑵高中化学实验探究教学的特点与功能研究★⑶高中化学实验探究教学设计研究★⑷高中化学实验探究教学实施策略研究★⑸高中化学实验探究教学评价策略研究▲⑹初、高中化学实验探究教学的衔接研究▲⑺高中化学验证性实验与探究性实验的比较研究▲⑻DIS在高中化学实验探究教学中的应用研究

1 ．高中化学实验探究教学的特点

以化学实验为载体，突出教学的探究性、学生学的主体性和教师教的主导性。

⑴体现探究内容的综合性与科学性⑵体现探究过程的自主性与开放性⑶体现探究方式的灵活性与选择性

2 ．高中化学实验探究教学的功能⑴有利于学生自主建构学科知识⑵有利于学生学习科学探究的方法⑶有利于学生养成良好的科学态度和科学精神⑷有利于学生提高实验的综合能力

⑴实验探究教学是学生思维能力发展的源泉⑵实验探究教学是训练学生科学方法有效的途径⑶实验探究教学是学生养成科学态度的必由之路⑷实验探究教学是提高学生实验能力的有力保证

3 ．高中化学实验探究教学的实施

⑴基本结构 实验探究教学模式是在教师的启发引导下，学

生运用已学习掌握的知识和技能，以新知识的探索者和发现者的姿态，通过查阅、假设、佐证、实验等一系列探究活动，发现问题、探索问题和解决问题，亲自体验知识和能力形成过程的一种教学模式，其基本结构为：

结构： 确立问题 →提出假设→实验探究→分析归纳→延伸拓展功能：　创设情境→激活思维→发现新知→获得结论→巩固迁移作用： 激发兴趣动机→培养思维能力→培养实验能力→培养分析能力→发展创造能力

附：科学研究的过程 问题→收集资料和事实→整理加工资料和事实→

提出和验证假说→得出结论→应用 科学研究是以科学实验为基础的运用科学方法而

展开的探究过程。 科学研究过程中主要用到的科学方法： 观察法（包括测量和记录） 实验法（包括测定、实验条件的控制和记录） 资料和事实的处理方法（包括线图化、表格化） 科学抽象法模型法 假说法

⑵基本要素①提出有探究价值的问题，并进行猜想和假说②收集并整理有关资料整合已有信息。③设计实验方案。④实验与观察，获取事实与证据。⑤数据分析与处理。⑥表达与交流。

3 ．高中化学实验探究教学的实施模式⑴引导探究（定向探究）

3 ．高中化学实验探究教学的实施模式⑵自主探究（自由探究）

模式一： 问题→理论探究（假说）→实验探究（佐证）

→科学推断（结论）→（拓展迁移）应用模式二： 问题→实验→观察分析→结论→应用模式三： 问题→实验事实→提出假设→实验验证 →结论→应用……

⑷高中化学实验探究教学实施策略

①全体参与，营造探究氛围②启发诱导，创设问题情境③示范引路，训练探究方法④独立实验，开发思维潜能⑤强化应用，培养创造能力

㈣经验与问题

教师的角度： 1 ．教师参与实验探究教学实践的积极性得到了提高 附：近五年教师市级公开课实验探究教学情况一览表

年份 新授课 复习课 总节数 理论节数 实际节数

06 25 8 33 21 11

07 15 7 22 10 6

08 23 7 30 18 13

09 21 7 28 17 15

10 16 6 22 14 13

2 ．教师对实验探究教学的观念发生了巨大的转变①认识到实验探究与落实知识点并不矛盾，故在课堂上精心设计探究课题，将知识点融入到实验探究中去。

②认识到实验探究和课堂教学课时可以有机整合，故在课堂上给学生足够的思维时间和充裕的活动空间，课外又注重学生的拓展延伸。

③认识到实验探究教学对学生可持续发展能力的培养起着举足轻重的作用，故教师在课堂上能充分注重学生的主体作用，能放手让学生自己设计、自主探究、自我分析归纳、自我反思。

④课堂上能注重对学生生成问题的探究，而并不拘泥于教师预设的探究。

⑤教师在实验探究教学中，不仅关注实验探究的结果，而且关注实验探究的过程与方法，注重学生情感态度价值观的培养。

3 ．教师设计和实施实验探究教学的能力和水平得到了提高

公开课评价记录： （ 2010年 12 月 4日 省前黄中学 课题：金属的电化学腐蚀） 1 ．备课认真、尽心，问题研究深入，教学设计精致，过程、细节考虑充分，弹性而精心的预设促进了课堂教学的有效生成。

2 ．思维精巧、语言精练、启发精要、点评精到、课件精美。曹老师积极创设真实的探究情境，让学生在情境中感知，引导学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题，引导学生进行知识的自主建构和自我反思，有利于培养学生的学习能力。

3 ．重视实验设计和实验探究，实验探究有创新，充分发挥实验的科学性、启发性、开放性、探究性、生成性等价值引导功能。

4．重视师生、生生互动，倡导倾听与对话，充分发挥学生的主体作用，有效促进学生的思维发展，放得开、收得拢。体现出曹老师丰富的教学经验和灵活的驾驭、调控课堂的能力。

5．知识容量大、思维要求高，尤其是“实验探究五”的能力要求更高，曹老师勇于创新和实践，引发学生的认知冲突，激发学生的探究欲望，有利于培养学生的可持续发展能力。

学生的角度： 1 ．实验探究教学促进了学生对知识的深层

理解和知识技能的巩固。 2 ．实验探究教学激发了学生的学习兴趣，

促进了学生情感态度、价值观的发展。 3 ．实验探究教学提高了学生的多方面的能

力。

问题 1 ．教师的理论水平、专业素养、研究态度有待进一步提高

2 ．学生的个体差异性一定程度上影响实验探究教学的实施

3 ．实验条件及实验室管理对实验探究教学有一定的制约

4．学科地位下降及课时不足等影响实验探究教学的开展

5. 研究需要更好的合作 ,更多的支持 ,更大的耐心和毅力

谢谢 !