學校代碼： 10200 研究生學號： 10200201022002 分 類 號： 密 級： 無 碩 士學位論文 學生實驗探究能力現(xiàn)狀及發(fā)展策略研究 以 “過氧化氫分解 制取氧氣 的最佳實驗條件探究” 為例 to of 者 ： 郭瑞紅 指導教師 ： 周仕東 副 教授 學科專業(yè) ： 教育碩士 研究方向 ： 學科教學 （化學） 學位類型： 教育碩士 東北師范大學學位評定委員會 2012 年 5 月 獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人鄭重聲明：所提交的學位論文是本人在導師指導下獨立進行研究工作所取得的成果。據(jù)我所知， 除了特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本人的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確的說明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 學位論文作者簽名： 日期： 學位論文使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解東北師范大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，即：東北師范大學有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)東北師范大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮 印或其它復(fù)制手段保存、匯編本學位論文。 （保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)書） 學位論文作者簽名： 指導教師簽名： 日 期： 日 期： 學位論文作者畢業(yè)后去向： 工作單位： 電話： 通訊地址： 郵編： 東北師范大學碩士學位論文 1 摘 要 理科課程改革的最終目標是提高學生的科學素養(yǎng)，核心是科學探究。實驗探究是科學探究在化學教學 中的具體化，是化學實驗教學中落實科學素養(yǎng)目標的重要途徑。 而 實驗探究能力是指學生在化學學習中運用實驗來探究化學物質(zhì)及其變化的本質(zhì)和規(guī)律的一種能力，是化學教學中學生的科學素養(yǎng)發(fā)展程度的重要體現(xiàn)和標志。 然而 要找到發(fā)展 學 生實驗探究能力的有效教學策略，必須首先知道學生的實驗探究能力現(xiàn)狀。國內(nèi)外文獻中對實驗探究能力現(xiàn)狀的研究大多采用問卷調(diào)查的方法，而對實驗探究能力發(fā)展 的 研究大都從實驗探究能力要素的角度提出，是一種還原論思維方式，忽視了探究 是一個整體；因 此，有必要從系統(tǒng)論 的角度 出發(fā)，從整體上提出發(fā)展學生科學探究能力的策 略。 以杜威探究教學理論、施瓦布探究教學理論、建構(gòu)主義學習理論和系統(tǒng)論為理論基礎(chǔ)，從一個簡單的實驗出發(fā)，對學生的實驗探究情況進行質(zhì)性研究，投入四種不用的教學策略，從而更加全面的了解學生的實驗探究能力現(xiàn)狀，并嘗試找到發(fā)展學生實驗探究能力的有效策略。 通過現(xiàn)場觀察學生的探究表現(xiàn)，分析學生的實驗預(yù)習報告、實驗報告和實驗反思，得到學生實驗探究能力的現(xiàn)狀如下：日常思維占主體，缺乏科學思維；迷信權(quán)威，缺乏批判精神；實證意識薄弱；對問題缺乏系統(tǒng)性思考；對實驗結(jié)果處理能力欠缺。 在連續(xù)兩年研究的基礎(chǔ)上，找到了發(fā)展學生實驗探 究能力的有效 策略 方法論指導探究，而且發(fā)現(xiàn)科學方法與探究能力之間存在張力， 并 嘗試 對探究教學提出幾條建議：在探究教學內(nèi)容上，選擇 以 發(fā)展學生的思維和能力為目的的實驗；在實驗探究教學中教師的指導，不是放任自流，也不是包辦代替，而 應(yīng)該 給予方法論指導，也可以進行實驗原理與方法論相結(jié)合的指導；用實驗 展示催化劑原理，通過實驗學化學。 關(guān)鍵詞 ： 實驗 探究； 實驗 探究能力 ； 學生現(xiàn)狀 ； 方法論指導 東北師范大學碩士學位論文 2 he of is to is of of in is an of in of in to of in is an of of of to as a of of of so of to to of of to of to of of to in of to of of of of to is a of to as a s a on of as a on of a of to of to an of to of of of to is as of of of of on On of of to to to of to to of of in is it on be to of 東北師范大學碩士學位論文 3 北師范大學碩士學位論文 4 目 錄 中文摘要 . 1 英文摘要 . 2 目 錄 . 4 1 緒 論 . 6 究背景 . 6 驗探究能力研究現(xiàn)狀 . 6 外實驗探究能力的研究現(xiàn)狀 . 6 內(nèi)實驗探究能力的研究現(xiàn)狀 . 8 一步研究需要解決的問題 . 9 究 目的與問題 . 9 究意義 . 10 論意義 . 10 踐意義 . 10 究框架 . 11 2 實驗探究能力的理論基礎(chǔ) . 12 念的界定 . 12 學探究 . 12 學探究能力 . 12 驗探究 . 13 驗探究 能力 . 13 驗探究能力的理論基礎(chǔ) . 13 威實用主義的探究教學理論 . 13 瓦布探究教學的探究理論 . 14 構(gòu)主義學習理論 . 14 統(tǒng)論 . 14 3 “過氧化氫分解制取氧氣的最佳實驗條件 ”實驗 中的 實驗探究能力 探 查 . 16 驗內(nèi)容的選擇 . 16 過氧化氫分解制取氧氣的最佳實驗條件探究 的實驗設(shè)計 . 16 擇 過氧化氫分解制取氧氣的最佳實驗條件 實驗的理由 . 16 究對象的選擇 . 17 學策略的選擇 . 17 全 自主探究式 . 17 前討論式探究 . 18 中討論式探究 . 18 法論指導 探究式 . 18 究方法的選擇 . 19 入學生的質(zhì)性研究法 . 19 東北師范大學碩士學位論文 5 獻分析法 . 19 談法 . 19 本分析法 . 19 4 學生實驗探究能力現(xiàn)狀與分析 . 20 常思維占主體，缺乏科學思維 . 20 生表現(xiàn)情況（一） . 20 因分析 . 20 信權(quán)威，缺乏批判精神 . 21 生表現(xiàn)情況（二） . 21 因分析 . 21 證意識薄弱 . 22 生表現(xiàn)情況（三） . 22 因分析 . 23 問題缺乏系統(tǒng)性 思考 . 24 因素研究 . 24 因素最佳之和 . 25 性遷移思維 . 25 限思維 . 27 實驗結(jié)果處理能力欠缺 . 27 生表現(xiàn)情況（四） . 27 因分析 . 27 5 發(fā)展學生實驗探究能力的有效策略 . 29 展學生探究能力有效策略 方法論指導 . 29 響實驗的因素 . 29 有經(jīng)驗和初步實驗的意義 . 31 格法 . 31 述 方法論指導 與注意問題 . 32 6 結(jié)論與建議 . 33 要結(jié)論 . 33 法論 指導 有效的探究教學策略 . 33 學方法與探究能力之間存在張力 . 33 探究教學的建議 . 33 究教學內(nèi)容的選擇 以發(fā)展學生的思維和能力為目的 . 33 驗探究教學中教師的指導 不是放任自流，也不是包辦代替，而是給予方法論指導 . 33 實驗展示催化過程，通過實驗學化學 . 34 驗原理指導與方法論指導相結(jié)合 . 34 參考文獻 . 36 致 謝 . 38 東北師范大學碩士學位論文 6 1 緒 論 究背景 科學探究 是理科課程改革的核心， 發(fā)展學生的科學素養(yǎng)是課程改革的終極目標。我國也從 2001 起在全國范圍內(nèi)實施新課程改革，改變以往 以學科為中心的課程觀 ，提倡 以個人為中心的課程觀 和 以社會為中心的課程觀 相融合的課程觀，倡導從學生和社會的發(fā)展需要出發(fā)，將科學探究作為課程改革的突破口，激發(fā)學生的主動性和創(chuàng)新意識，從而促進學生積極主動的學習。 新課程標準提出 通過以化學實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學研究的過程，激發(fā)學習化學的興趣，強化科學探究的意識，促進學習方式的 轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力 ， 1只有通過科學探究才能使學生掌握 作為適應(yīng) 21 世紀的勞動者和公民所需要的解決問題、交流和思考的能力 。 2 驗探究能力研究現(xiàn)狀 外實驗探究能力的研究現(xiàn)狀 外實驗探究能力的研究現(xiàn)狀 1909 年，教育家約翰 杜威 （ 在美國科學促進協(xié)會的一次報告中指出科學教育過于重視知識的積累，而忽視了科學作為一種思考方式和 認知 態(tài)度；科學不僅僅是需要學習的一堆知識，而且也是一種學習的過程和方法。 3 截止 20 世紀五六十年代，探究作為一種 科學教學方式，越來越被人們接受。教育家約瑟夫 施瓦布 （ J. 為樹立這一科學教育觀念起了非常重要的作用。他認為科學應(yīng)該被看做一種概念結(jié)構(gòu)，隨時可能因發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)而被修改。施瓦布強調(diào) 探究教學的兩個組成部分 作為探究的科學和探究的活動，在中學科學教育目標中應(yīng)當優(yōu)先注意的是前者 。美國 的 2061 計劃和美國國家科學教育標準，都將 探究 作為學習科學的中心環(huán)節(jié)。英國推出的 1998 年教育改革方案中，首次將科學課程與英語、數(shù)學并列成為三大核心課程，在科學課程中，特別強調(diào)對學生科 學探究能力的培養(yǎng)。此外，還出現(xiàn)了許多形式的探究教學模式， 如 ：薩其曼探究教學模式、結(jié)構(gòu) 化 的探究、指導型探究、自由探究 和 學習環(huán) 等 。 （ 1） 過程技能 集合模型 這是一種還原論思維方式下采用過程分析法得到的科學探究能力模型， 該模型 認為1中華人民共和國教育部制訂 普通高中化學課程標準（實驗稿） S 北京：人民教育出版社， 2003： 5 2美國研究理事會科學、數(shù)學及技術(shù)教育中心 科學探究與國家科學教育標準 教與學的指南 M 羅興凱，等譯 北京：科學普及出版社， 2004： 5 3同 2： 7 東北師范大學碩士學位論文 7 學生的科學探究能力 是 一系列過程技能的集合， 而且 這些技能是可以通過練習獨立發(fā)展的，學生的過程技能得到發(fā)展之后，其科學探究能力就相應(yīng)的得到了發(fā)展。這種人為的肢解科學探究能力的模型受到了人們的強烈質(zhì)疑，因為學生即使通過練習掌握了這些過程技能，也不一定能用 于解決實際問題，不能證明學生的科學探究能力得到了發(fā)展。 （ 2） 控制變量 特征邏輯策略模型 這種模型基于將科學探究的本質(zhì)理解為科學思維和科學推理，而科學思維的一個重要特征是運用邏輯推理來解釋相關(guān)證據(jù)，這樣就將 邏輯思維 和 科學思維 很好的聯(lián)系起來。這種模型將科學探究過程描述為按照邏輯策略操作和處理相互獨立的多變量的過程，對應(yīng)的科學探究能力就成為能進行控制變量的實驗探究的能力。這種模型在本質(zhì)上只是突出了控制變量法的功能特征模型，將學生的科學探究限定為控制變量的實驗，顯然縮小了科學探究的范圍，影響了對科學探究 包含的其他要素的關(guān)注。 （ 3） 問題解決 模型 正是由于上述兩種模型都認為 科學探究 存在一種程序性的 科學方法 ，而不是靈活可變的探究過程 。為了解決上述問題，一些研究者從認知科學的角度出發(fā)，將科學探究看做問題解決的一種形式。在探究活動中，探究者從自己的 工具箱 里面挑選合適的 工具 。對于任何一個給定的探究任務(wù)，并不是所有的工具都被需要，而關(guān)鍵技巧就在于探究者如何正確的挑選并懂得如何去使用所需要的工具。 米勒 （ 將科學探究能力包含的成分分為三類： 一般的認 知技能； 實踐的技能； 探究的策略。 這種模型將科學探究的主體和探究過程作為一個整體進行研究，彌補了 控制變量 特征模型的不足，對研究和發(fā)展學生的科學探究能力具有很好的指導作用 。 代表性的是英國約克大學在 目中提出的模型，如圖 1示。 圖 1型 1 1郭玉英 學生的科學探究能力：國外的研究與啟示 J 課程教材教法 ， 2005（ 7）： 28 東北師范大學碩士學位論文 8 內(nèi)實驗探究能力的 研究現(xiàn)狀 實驗探究能力 文獻分布 在對國內(nèi)實驗探究能力研究現(xiàn)狀進行綜述之前，筆者將 實驗探究能力 作為主題詞在中國知網(wǎng)中進行檢索，共得到 156 篇文獻，除去 8 篇專利和會議文獻，再除去 2 篇不相關(guān)文獻，剩余 146 篇文獻。這些文獻中，除 1 篇博士論文和 46 篇碩士論文外，其余99 篇文獻均出自非核心期刊雜志且研究的內(nèi)容較為相似，大多是在理論層面提出發(fā)展學生實驗探究能力的策略，故舍去它們。集中對 46 篇碩士論文和 1 篇博士論文進行分析，從文獻所屬學科和研究對象所處的學段進行分析，發(fā)現(xiàn)除廖元錫的新課程高考方 案及考試大綱對高中科學領(lǐng)域模塊課程實施的影響研究博士論文同時涉及物理、化學、生物外，其余的文獻均只涉及一門學科，具體文獻情況呈現(xiàn)如下： （ 1） 從分布學科來看 由表 1以看出，對實驗探究能力的研究在三門學科中 均 有分布，尤其以化學學科較多， 說明化學學科教育專業(yè)的碩士研究生很關(guān)注化學實驗探究能力，這為我們的研究奠定了很好的基礎(chǔ)。 （ 2）從分布學段來看 我們將 46 篇文獻按照研究對象所屬的學段來統(tǒng)計（如圖 1發(fā)現(xiàn)研究大學生實驗探究能力的文獻有 3 篇，研究高中實驗探究能力的有 30 篇，研究初中實驗探究能力的有 10 篇，還有 3 篇同時涉及初中和高中，其中范建軍的初、高中化學探究性實驗教學銜接研究是研究化學學科初高中實驗探究能力的銜接 的 。 （ 3）從化學學科來看 由于我們重點研究的是化學實驗探究能力，故從化學學科的角度來看，研究 很豐富 ，27 篇文獻除 1 篇是關(guān)于大學生實驗探究能力外，其余均分布在基礎(chǔ)教育，而又以高中為主，占到了總文獻數(shù)的約 60%（如圖 1 圖 1對象所屬學段的文獻統(tǒng)計 圖 1化學學科各學段 分布 文獻 的統(tǒng)計 探究能力的研究 張平通過問卷的方 法對 280 位初中生 的實驗探究能力 進行了調(diào)查。 田秀青 、趙紅分051015202530大學 高中 初高中 初中文獻數(shù)大學4%初高中7%初中30%高中59%大學 高中初高中 初中東北師范大學碩士學位論文 9 別 通過調(diào)查問卷 、能力 測試卷 的方式對高一同學的實驗探究能力進行了調(diào)查， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)學生的化學實驗探究能力水平較低 。 郭玉英 通過綜述國外的探究教學模型，指出科學探究是一個復(fù)雜的過程，涉及理論和實踐領(lǐng)域的多方面問題，絕不能將其簡單化和程式化，否則，不僅不利于學生科學探究能力的發(fā)展，而且會造成學生對科學探究的誤解。對科學探究主要存在兩種誤解：一種認為科學探究存在固定的模式，往往將課程標準中的科學探究要素當作程序性的知識教給學生，或者取其中的單個要素進行獨立訓練； 另一種則是對科學探究的理解過于寬泛，認為只要放手給學生，就是科學探究，忽略了對科學探究本質(zhì)特征的把握和對學生科學探究能力的有目的的培養(yǎng)。 探究能力培養(yǎng)的研究 對探究能力培養(yǎng)的研究，大都結(jié)合物理、化學、生物等具體學科展開，主要集中在以 下幾個方面： （ 1）影響學生 實驗 探究能力的因素 ，以周廣清、田秀青、金爽的研究為代表，主要包括內(nèi)因和外因兩個方面； （ 2） 實驗 探究能力培養(yǎng)的策略 與途徑 ，以周為煌、張平、范永梅等的研究為代表，這方面的研究較多，提出的策略也較 豐富 ； （ 3） 培養(yǎng) 實驗探究 能力的原則 ，田秀青、楊江 紅、崔贊等的研究分別提出了 可行性、興趣性、全體參與性等原則； （ 4） 實驗 探究中應(yīng)注意的問題 ，例如 吳淑花等人指出：強化學生的實驗探究意識 ， 培養(yǎng)學生實驗設(shè)計能力；重視評價與交流的作用；完善物理實驗教學評價。 一步研究需要解決的問題 由以上的研究可以看出國內(nèi)外對實驗探究能力的研究從實驗探究能力的內(nèi)涵到培養(yǎng)實驗探究能力的教學模式、方法策略、原則以及在實驗探究中應(yīng)該注意的問題都有非常深入的研究。但是綜合分析，還 存在 以下問題 需要解決 ： 從國內(nèi)外 提出的提高學生實驗探究能力 水平 的 教學 策略 、教學模式以及教學途徑 看 ，大 都是從 實驗 探究能力要素的角度提出的， 是一種還原論思維下的思考方式，必然會導致實驗探究的程式化， 忽略了探究 是 一個整體的過程， 實驗探究沒有固定的模式， 所以應(yīng)該 嘗試 從 系統(tǒng)論的角度出發(fā)，從整體上提出 發(fā)展 學生科學探究能力的策略， 提高 學生的實驗探究能力。 究目的 與 問題 在分析總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了已有研究 中 存在 需要進一步解決的問題 ， 再 結(jié)合當前的社會發(fā)展需要，我們提出了 學生實驗探究能力 現(xiàn)狀及 發(fā)展策略研究的研究課題， 以期對以下問題進行深入探討： 學生的實驗探究能力現(xiàn)狀如何？如何發(fā)展學生的實驗探究 能力？ 本文以一個特殊的實驗 過氧化氫分解的最佳實驗條件探究為 例 ， 運用質(zhì)性研究法，通過對學生探究實驗全程 進行 觀察，對學生的實驗預(yù)習報告、實驗報告 和 實驗反思進行分析， 并嘗試 投入 幾 種教學策略 ， 希望 能夠 全面 的了 解 了 學生的 實驗探究能力現(xiàn)狀 ， 也希望能夠找到發(fā)展學生實驗探究能力的有效策略。 東北師范大學碩士學位論文 10 究 意義 論意義 與已有的以還原論方法研究不同， 本研究 擬 以系統(tǒng)論的角度出發(fā)，嘗試從整體上研究學生的實驗探究能力， 嘗試揭示科學探究能力的要素與發(fā)展策略。 踐意義 力 發(fā)展 學生 的實 驗探究能力 事實證明，一個 沒有真正參與過 科學探究的 學生是無法真正理解探究的。 科學探究作為一種方法和能力，不是靠說教就能掌握的，需要人的親自參與、親身體驗，所以設(shè)計了 這個 研究， 一方面可以 了解我們 學 生的探究能力現(xiàn)狀， 另一方面可以 嘗試一些策略來幫助他們體會科學探究，并學會科學探究。 展以課堂觀察為主的 質(zhì)性研究 方法 在關(guān)于學生實驗探究能力現(xiàn)狀的研究中，大多采用問卷調(diào)查的方法，通過統(tǒng)計進行量化分析，而本研究采用陳向明的質(zhì)性研究法，深入到學生當中，觀察學生的行為、與學生進行交流討論，從而更加真實 的描繪學生的探究能力現(xiàn)狀 。 東北師范大學碩士學位論文 11 究框架 科學探究能 力 科學探究教 學 科學探究教學能 力 學生如何進行探 究 發(fā)展探究能力的有效策略 實驗選擇 研究對象 研究方法 質(zhì)性研究 不同教學策略的選擇 學生實驗探究能力現(xiàn)狀 探查： 學生的實驗探究的主要特征表現(xiàn)有哪些？ 尋求：發(fā)展學生探究能力的有效策略。 發(fā)展學生實驗探究能力的有效策 略 圖 1論文研究框架 東北師范