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如何培养学生探究能力,提高科学素养


如何培养学生探究能力,提高科学素养
“新课标”下化学方面培育学生科学素养和探究能力
[摘要]新课标中的“科学素养”理念和三个维度的课程目标是新课标的一大亮 点,方向明确,内容翔实,要求具体,给化学教学赋予了新的教育内涵,对中学化学课 程的改革和发展具有重要的指导意义,为了探索适应新课标下的教学,正确培养学生的 科学素养,就必须明确科学素养的涵义,了解科学素养的意义,明确与科学素养相匹配 的化学教学目标体系,才能培养出具有科学素养的人。 [关键词]课程标准,化学,实验,科学素养, 探究能力, 培养 教育部颁布的《全日制义务教育化学课程标准》(以下简称“新课标”)明确指出: “义务教育阶段的化学课程以提高学生的科学素养为主旨,激发学生学习化学的兴趣, 帮助学生了解科学探究的基本过程和方法,培养学生的科学探究能力,使学生获得进一 步学习和发展需要的化学基础知识和基本技能,引导学生认识化学在促进社会发展和提 高人类生活质量方面的重要作用,通过化学学习培养学生的合作精神和社会责任感,提 高未来公民适应现代生活的能力。”[1]新的化学课程目标从提高未来公民科学素养的高 度,构建了从知识与技能、过程与方法、情感、态度与价值观三个维度的课程目标体 系,全面体现了新课改理念和对学生科学素养的要求,更符合学生的发展需要,具有较 强的时代感[2]。长期以来的化学课堂教学片面强调知识与技能目标,忽视了全面培养学生 的科学素养。因此,如何发挥化学课程的教学内容覆盖面广,实验类型多,与生活关联 强的学科优势,使其真正成为培养学生科学素质的重要领域,应是每位化学教师研究和 探索的课题。

1 科学素养的概念
“科学素养”一词源自英文 scientific literacy,这个词本身有两个不同的含义: 一个是跟学者专家有关,指有学识、有教养;另一个跟普通公民有关,是指有文化、能 阅读、书写和计算。最旱给科学素养下定义的是美国斯坦福大学科学教育专家赫德(p.d. h u rd )他于 1958 年撰写了《科学素养:对美国学校的意义》(science literacy,its meaning for american schools)一文,文中把科学素养解释为理解科学及其在社会中的 应用,并探讨了科学与社会的联系[3],随着科技和社会的发展,科学素养的内涵也发生着 变化。20 世纪 50 年代,科学素养强调的是了解科学术语和科学过程,能阅读报纸或杂志 上有关的科学技术方面的报道和争论的能力。到 20 世纪 70 年代,随着科学技术对社会
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影响的增大,科学素养的内涵中增加了对科学与社会的关系、科学的道德规范、科学和 人类的关系等方面的要求:重视解决问题的能力,如运用科学方法解决日常问题、掌握 科学研究基本程序等。自 20 世纪 80 年代中期以来,科学素养的内涵进一步丰富和深 化,包括了科学世界观、科学事业的性质、科学思维习惯以及科学对人类事务的影响等 方面[4],2000 年,联合国经济合作与发展组织(oecd)启动了著名的 pisa 项目,其中对科 学素养的定义是:科学素养是指在科学技术极大地影响着人们的生活的条件下,科学地 思考问题的能力。这种素养包括理解科学概念并运用科学观念的能力。其中,科学概念 涉及物理、化学、生物科学、地球与空间科学等学科。我国在由国务院 2006 年 2 月 6 日 正式发布的《全民科学素质行动计划纲要》也对“公民科学素质”的内涵作了界定: “公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识,掌握基本的科学方法,树立 科学思想,崇尚科学精神,并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能 力”。

2 培养学生科学素养的意义
2.1 中小学基础科学教育,是我国实施科学素养行动的最紧迫和最关键的任 务
自 20 世纪 90 年代初以来,中国科协针对 18 岁至 69 岁的成年公众相继进行了 5 次 科学素养的专门调查。调查结果显示:中国公众的科学素养整体水平虽然呈现快速增长 的趋势,但与发达国家相比还有很大差距,随着受测试者的受教育程度的提高,具备科 学素质的比例也在提高。但是,从比较中我们看到,我国具备科学素养的公众中受过正 规的学校科学教育的比例均与美国、欧洲、加拿大等发达国家存在较大的差距。各国经 验表明,正规的科学教育是提高公众科学素养的最基本的途径和最主要的手段,因此, 我国的学校教育,从小学、中学到大学,在提高公众科学素养方面任重而道远,特别是 中小学基础科学教育,是我国实施科学素养行动的最紧迫和最关键的任务。

2.2 未成年人是实施科学素养行动的重点人群之一
目前,世界各国都将未成年人作为提高科学素养的重点人群,未成年人科学素养水 平是我国未来人力资源的基础,决定国家未来的科技创新能力,是实现 21 世纪中叶我国 成年公民具备较高科学素养的长远目标的关键。随着我国“全民科学素质行动计划” (2049 计划)的正式启动和实施,人们日益认识到,公民具备科学素质是建设创新型国家 的重要基础,培养学生的科学素养具有重要的现实意义。我国《全民科学素质行动计划
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纲要》将未成年人列为实施科学素养行动的四大重点人群之一,提出要完善基础教育阶 段的科学教育,提高学校科学教育质量,使中小学生掌握必要和基本的科学知识与技 能,体验科学探究活动的过程与方法,培养良好的科学态度、情感与价值观,发展初步 的科学探究能力,增强创新意识和实践能力。

2.3 培养学生的科学素养是适应现代生产和生活的需要
科学技术的社会化和社会的科学技术化,是现代科学技术发展的一个显著特征和重 要发展趋势,科学、技术与社会相互作用的结果,一方面使得科学技术渗透到社会的各 个领域,极大地改变了人们的生产方式、工作方式、工作质量、学习方式和生活方式。 另一方面也对享受现代科学技术福祉的公民素质提出了更高的要求,要求每一位公民都 应具有一定的科学素养,具有一定的科学知识和科学方法,能认识科学的本质和价值, 能积极参与有关科学技术的社会问题讨论和决策,一个不具有基本科学素养的公民,是 很难在未来的社会中生活和生存的,因此,培养学生的科学素养是学生将来适应现代生 产和生活的需要。

2.4 培育学生的科学素养是化学课程改革的重点
化学教学旨在把未来的公民培养成为具有一定的化学科学基础知识,正确地认识化 学这一科学的本质,成为具有良好的科学态度、情感和价值观,能认识科学、技术与社 会之间相互关系,具有人类和社会可持续发展的意识、有社会责任感的公民。由于化学 作为一门自然科学,其教学内容覆盖面广,利于多层次、多渠道地实施科学素养教育, 所以教育部颁布的《化学课程标准》确立了化学课程改革的重点是“培养学生学习化学 的兴趣、以提高学生的科学素养为主旨”,这一新课程理念对中学化学课程的改革和发 展具有重要的指导意义。

3.基于科学素养的化学实验教学目标体系
科学素养的基本要素包括“科学知识”、“科学过程和科学方法”、“科学的本质 和价值”,培养科学素养,如何构建与科学素养相匹配的化学实验教学目标体系是关键
[3]

,为此新课程标准制定了化学实验教学目标体系如下表所示:

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表 化学实验教学 目标 实验知识与技 能 实验探究能力

化学实验教学目标体系 培养学生的科学索养 化学实验事实知识,化学实验仪器和药品方面的知识, 化学实验安全方面的知识,化学实验基本操作技能,化学实 验仪器和药品的选择技能,综合运用技能 发现和提出实验问题能力,猜想与假设能力,实验设计 能力,控制实验条件能力,收集证据能力,得出结论能力, 反思与评价、讨论与交流能力

实验态度、情 感与价值观

被动型实验态度,兴趣型实验态度,自觉型实验态度, 正确的情感与价值观

注:表格引自:张建夫等.化学课程中学生科学素养的培养.

4、实施科学素养的实验教学策略
4.1 在化学实验中感悟科学情感,培养中学生良好的科学品质
科学品质是一种非智力因素,它主要包括情感、意志、兴趣、作风、态度等方面。 良好的科学品质能使人们乐于参与科学的学习与实践活动并从中得到乐趣和满足,能使 人们有坚强的意志,表现出高度的自觉性、顽强性和自制性,能坚持实事求是的作风, 谦虚谨慎、勤奋努力。在中学化学教学中,通过多种生动活泼、丰富多彩的实验活动, 逐渐培养学生的良好品质,对发展学生科学素质有重要意义。 化学实验及实验过程中蕴含着大量的、直观的素材,及时适度地利用这些素材组织 教学,不仅可以使学生从中感悟化学实验的内在乐趣,而且还能让学生的科学情感在实 验的过程中得到陶冶和提升。例如,通过向学生展示整洁规范的实验环境、摆放有序的 仪器装置、形状多样的实验仪器、丰富多彩的实验现象等,培养学生的鉴赏能力,以此 激发学生学好化学的兴趣;通过教师规范而熟练的操作演示及讲解说明,让学生在感受 实验操作的同时,引发对化学实验规范的思索,确立基本的科学实验态度;通过学生实
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验、家庭小实验、趣味实验等实践活动,让学生在动手实验、观察现象、揭示本质的一 系列活动中亲身体验化学实验的内在乐趣,激发求知和探究的欲望;通过组织学生撰写 实验报告或设计实验方案等活动,让学生把在实验过程中的感悟充分表达出来,培养学 生实验表达能力和创造能力。

4.2 解决生活中的化学问题,提高学生学习化学的积极性
学生的化学素质重要的是看他能否运用化学知识去理解、解释、解决生活中的化学 问题,去学习新知识以适应社会发展的需要,因此,在中学化学教学中应紧密联系生 活、生产、科技等方面的知识,训练学生应用化学知识解决实际问题的能力。新课标提 倡从生活走进化学、从化学走向社会。学习化学的兴趣是学习化学的主要动机之一。生 活中的化学与学生有着密切的关系,从学生熟悉的身边化学现象入手,引导他们发现问 题、展开探究,增强学生学习科学的兴趣,加深他们对化学知识在生活中应用的认识。 例如,学习“水”时,介绍新型能源的开发、目前各国开发新能源的举措等,又如,学 习酸的通性、ph 时,要求学生用 ph 试纸测定肥皂水、食醋、矿泉水等液体的 ph 值,要 求农村学生测自家土地的 ph 值,判断各种液体和不同土壤的酸碱性,使学生亲身体验到 生活离不开化学,化学源于生活。

4.3 在团结协作的实验探究中,培养中学生的科学精神
21 世纪不仅是竞争的时代,也是交流合作的时代。科学技术的进步、社会分工的细 化,人际之间的交往将日益频繁。新课标要求培养学生团结合作的能力,因此,合作也 是化学教学的重要课题和目标,理应成为学科教学关注的热点。 中学化学实验中,有许多都是以团队协作形式呈现的,如小组实验、兴趣实验、研 究性实验等等。教学中,应根据不同的实验类型,积极创造条件,组织学生开展小组研 讨和实践活动,让学生在交流才智、集思广益、共同解决问题的过程中学会交往,从中 培养学生的团结协作意识。

4.4 在改进实验的过程中,培养中学生的创新能力
中学化学实验中,还应培养敢于超跃现状的科学创新精神。科学精神是科学素质的 灵魂,也是培养科学素质的人格要素,它体现的是人们对所从事的科学活动的关心和热 爱,对科学研究的基本态度。因此,中学化学实验教学中,不仅要培养中学生严谨细致 的科学作风、实事求是的科学态度、团结协作的团体意识,还应注重在实验探究中培养 敢于超跃现状的科学创新精神。在当前大力提倡和实施素质教育的今天,根据化学实验
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的自身优势,创设条件,促进学生创新精神的培养,不仅是素质教育的要求,更是时代 赋予教师的职责,因此,在化学教学中应增加实验教学的探究性,引导学生对教材中现 有实验方案进行改进或优化,对有关仪器或药品进行变换或替代,这是实验教学中培养 学生创新思维的有效方法[5]。

5、培养学生科学探究能力
化学是一门以实验为基础的科学,化学实验对于化学课程目标的全面落实具有重要 的作用。化学实验是培养学生创新意识的最佳途径,科学探究作为一种重要的学习方 式,教学中可采用形式多样的探究活动。例如,学习“水”后,让学生走出课堂,调查 本地水资源的利用和河水污染情况,深入社会生活实际去获得第一手的信息,通过发现 问题后提出解决问题的合理化建议,并写出调查报告。又如,空气中氧气的含量测定的 演示实验,将其改为探究实验方法,用多种方法进行实验,实验的目的是了解空气中氧 气的含量,等等。 兴趣是最好的老师,它是影响学生学习自觉性、积极性和学习效果的最直接因素。 著名心理学家布鲁纳说:“学习的最好刺激乃是对所学材料的兴趣。”新课程标准明确 提出教师教学要关注学生的情感和情绪体验,强调在课堂教学中首先要创设民主、和 谐、融洽的情感氛围,以情唤起学生的共鸣,使学生轻松愉快和满怀信心进行认知活 动。强调“设置情境,以趣导学”,培养学生的思维探究能力。心理学研究表明,当一 个人对某种事物发生兴趣时,他就会主动、积极、执着地去探索。学生在学习活动中, 对自己感兴趣的现象、原理、规律等,总是主动、积极地去认识、探究。 可见,兴趣是 学习的基础,也是探究的动力。前苏联教育家苏霍姆林斯基一语道破了学无无兴的严重 性:“学生在某一学科上落后并不可怕,可怕的是他那冷漠的态度”。 因此,在教学 中,应设法激趣,以诱发学生的探究动机。

5.1 通过直接设疑提问,刺激学习兴趣,引导学生思考
如在学习 NO2 与水的反应时,我设计了以下问题:①观察现象②如何验证 NO2 与水 反应的产物③改进实验使 NO2 尽可能多的转化为硝酸,并写出总反应方程式④如果③中 NO2 改为 NO 呢? 在这样几个递进的问题中,学生通过讨论,合作,不仅自己在探究中获 得新知识,复习巩固旧知识,而且还从最后两个问题中联系到了工业生产硝酸,思维也 有了拓展。在这个过程中,我们要很好地引导学生,使不同水平的学生都有展示自己才 华的机会,要肯定学生思维上的闪光点,及时地给予表扬与赞同,使学生的发散思维发 挥地淋漓尽致。
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5.2 引导学生积极参与实验,自主进行实验探究,激发学生学习兴趣
学会了科学探究的方法。化学作为一门以实验为基础的学科,实验是它的灵魂。化学 实验不仅使学生能够获取直观信息、认识化学世界,而且能够帮助学生认识化学规律、 形成化学概念、理解和巩固化学知识、提高各种能力,更重要的是化学实验过程本身就 是培养学生创新精神和探究能力的最佳途径。比如,让学生演示氨易溶于水的“喷泉实 验”的同时,思考喷泉实验的基本原理是什么?是否还有产生喷泉的其他装置?能否设 计黄色的、黑色的、蓝色的喷泉?教师提前设计一套装置,在实验锥形瓶外有一水槽, 瓶中加入酒精,水槽中加入冷水后,再加入足量浓硫酸和生石灰,结果也产生了喷泉。 这样,不同层次学生的探索兴趣都会得到激发,创造能力也会得到不同程度的培养和提 高。

5.3 从化学在社会和生活实际应用入手,激发学生的兴趣和培养探究能力。
化学是当代科学技术和人类物质文明迅速发展的基础和动力。化学学科自身的发展 促进了人类生活质量的改善和生活水平的提高。人类的衣、食、住、行无不与化学和化 学材料息息相关。在课堂上让学生亲身体验化学与我们社会生活的广泛联系,感受到化 学是鲜活的、生动有趣的,体会到化学是实在的、有用的。如在讲《原电池》这节内容 时,先提出问题:“为什么初中制取 H2 时,要在硫酸中加硫酸铜呢?为什么我们用的干 电池会产生电流 ?”接着讲“好,我们学了今天的内容就能解决这些问题。”新课学 习以后,学生自己运用所学的知识来回答一开始提出的问题。又如学习“氮氧化物的产 生及转化”时,学生看完课件后,就产生了好奇:人遇到雷雨要躲,而庄稼为什么却喜 欢雷雨?这样学生在好奇中处于积极主动思维的学习状态,主动讨论去寻求答案。 当 学生能用化学知识解决一些日常生活中的问题后,他们就会产生成就感。学生的兴趣被 激发,必然产生进一步去了解、去认识的求知欲望,探究意识在这种欲望中自然形成。

6、通过多种途径,营造探究氛围
真正的现代教学观 ,就是采用各种教学手段,最大限度地调动感知器官,激起学生 高度的学习兴趣和最大限度的集中注意力,连续不断地启发学生积极思维和探究能力。

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6.1 教学中巧问善诱是营造这种氛围的最好方法。
教学过程是一个特殊的认识过程,也是一个复杂的思维过程。思维源于问题,问题促 进思索。教师富有针对性和启发性的课堂提问可以激发学生的思维,启迪学生的心扉, 鼓舞学生探究的勇气。因此,教学中要善于问,更要会问,更要指导学生多问善问。要 问得恰当,问在知识关键处;让学生感到时时有问题可想,促使联想,对比思考,设想 种种解决方案,从而使一系列复杂的心理活动在学生的大脑中展开,学生形成开放式探索 性思维。如讲《盐类的水解》一节可以这样引入这样的问题:“酸的溶液由于 c(H+)>c (OH-)而显酸性,碱的水溶液由于 c(H+)<c(OH-)而显碱性,正盐的组成中只有 金属离子和酸根离子,既无 H+又无 OH-,但它们的水溶液并不都显中性,你们知道这是 为什么吗?”这些 问题揭示了日常概念与科学概念的矛盾,激起了学生强烈的好奇心, 很快吊起学生的学习“胃口”,思维马上变得活跃起来,教学难点很容易予以突破。当 然,对于学生的回答,教师要充分肯定正确的见解,对错误的回答要善于诱导,为学生 的思潮推波助澜,为学生创设一个安全可靠的心理港湾。

6.2 创设质疑情景,激发自主探究的欲望。
传统的教育在能力培养过程中,往往存在一种缺陷即缺少独创性。经验告诉我们, 在已知与未知之间,在学过和未学过的知识之间,在未知领域与新领域的知识之间没有 学生不可逾越的鸿沟。只要教师能为学生架设联系的桥梁,诸多认识问题是可以突破 的,这正是探索性实验培养的关键。 尽管我国近几年来教改一直进行,但传统的教学方法在教育领域里始终占据着主要地 位,即要求学生理解教材里的知识,并通过反复做习题来熟记知识,学生的大脑储存和 堆满了考题,但鲜有独辟蹊径、标新立异的勇气,也难以具备发现新问题、运用新方 法、提出新见解的能力。质疑是探究的开始,更是创新的动力。成功的化学教育应该是 使学生在存疑、思疑、质疑、解疑、释疑、答疑的过程中,能够具备发现问题、分析问 题、解决问题的能力。化学教师必须走出传统教学的窠臼,精心创设质疑情境,使学生 学会批判性质疑和探究性质疑。

7、引导学生自己解决问题能力,形成自觉的探究习惯
通过指导学生收集、查阅资料,自己解决浅层问题。课堂教学中常常会有一些与本 节知识有关,即本节知识的生长点,但这些知识又不属于本节必须掌握的内容。可指导
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学生自己查找相关资料进行阅读、分析,以成为本节课的延续和深化。这样做学生就逐 渐养成不断探究化学奥秘的习惯。 讨论,是培养学生探究能力的很好手段。学生可根据已有的知识,最大限度地发挥 其创造潜能,调动其探究积极性。通过引导学生讨论,使学生解决有争议的、有难度的 问题,并能在这样的探究中找到乐趣。化学学习中会有许多有争议或有难度的问题出 现,教师鼓励学生通过讨论解答。讨论时,教师要启发学生层层深入地分析问题,疏导 思维障碍;纠正思维偏差等。 指导学生整理、小结,归纳各知识点及各知识点之间的联系,分析知识点与考点的 关系,研究学习方法,并对自己的学习过程、思维方法、思维品质进行评价和整理,从 而使知识达到高层的迁移。探究习惯一旦养成,思维品质也就得到了最大限度的优化, 探究能力自然也就得到了提高。 总之,中学生科学素养的形成不是一朝一夕就能培养出来的,需要教师不断地引 导、培养。全面提高学生的科学素养,使中学生养成用科学的观点去观察、去思考、去 质疑的素养,需要中学教师坚持不懈、共同努力,才能抓出成效。化学课堂的教学是为 学生的发展服务的,学习不再是只为了分数和高考,而在于技能掌握、科学素养的提高 以及科学态度、价值观的形成,在于科学的探究能力及合作精神的培养,在于创新潜能 的激发。

参考文献: [1] 中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准[m].北京:北京师范大学 出版社. [2] 石碧希.精心设计课堂教学、落实课程三维目标[j].福建教育学院学 报,2004(12):5-6. [3] 张建夫,赵辉,苑乃香.化学课程中学生科学素养的培养[j].周口师范学院学 报,2006, 23(2):77-80. [4] 范冬萍.提高公众科学素养与科学教育新理念[j].华南师范大学学报(社会科学 版) ,2006,(6):9-14.

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[5] 李清林.浅谈化学教学中学生科学素养的培养[j].泸州职业技术学院学 报,2007(1):82-84. [6]上官子木 2006.3 [7]《中国教育与探索》 中国科技文化出版社 2007 年第 11 期 《创造力危机——中国教育现状反思》 华东师范大学出版社

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