中国化学会化学教育委员会基础教育“十二五”规划课题(2014年度)

城市重点高中化学实验教学功能开发与实施研究

开题报告

一、问题的提出

2010年，重庆市普通高中课程改革正式实施。以高中新课改为契机，深入推进素质教育，全面实现普通高中教育培养目标，不断提高教育质量，培养学生的创新精神和实践能力，促进学生全面而有个性的健康发展，推进普通高中学校特色化、多样化发展，推动城乡普通高中教育统筹协调发展。[1]

普通高中课程包含语言与文学、数学、人文与社会、科学、技术、艺术、体育与健康、综合实践活动八个学习领域。每一学习领域由课程价值相近的若干科目组成，八个学习领域包括语文、外语(英语、日语、俄语等)、数学、思想政治、历史、地理、物理、化学、生物、信息技术、通用技术、艺术（或音乐、美术）、体育与健康等13-14个科目和综合实践活动。其中通用技术、艺术是新增设的科目，艺术与音乐、美术并行设置，供学校选择。普通高中的每一科目又由若干模块组成，模块之间既相互独立，又反映学科内容的逻辑联系。高中化学就包含有8个模块，2个必修模块为化学1和化学2，6个选修模块为化学与生活、化学与技术、物质结构与性质、化学反应原理、有机化学基础、实验化学等。每一模块都有明确的教育目标，并围绕该特定内容，整合学生经验和相关内容，构成相对完整的化学学习内容。

改革至今，除了对新课程教材体系需要深入研究之外，基础教育课程改革已经进入了深水区。课程评价体系正酝酿着改革，最近国家发布了2017年高考新的考试招生制度，新的招生制度中，将实现多元录取。由高考成绩、高中学业水平测试成绩（A、B、C等级划分)、个人素养三部分组成，各占录取一定的比重。具体实施方案为文理不再分科；高中水平测试一年多考，每门课科考两次，以最高分记入档案；压缩高考科目，统一的高考只考语文、数学和综合三门。其中综合为物理、化学、生物、政治、历史、地理6选3自主组合。

化学作为一门以实验为基础的学科，实验教学在整个化学教育中占有不可替代的重要作用，化学实验教学功能是否充分开发与实施，直接关系到人才培养的质量。化学实验教学课程体系、教学内容和教学方法的建设与实践，始终是化学实验教学功能开发中心建设的核心主题，需要不断改革和发展。

因此，以高中毕业生为对象的高考也必然会从理念、内容到实施方式都将与过去有很大的变化。在今后的高中学习中，学生的个性化需求将极有可能变得越发明显，高考科目选择更多地尊重学生的学习兴趣及学业需求。化学，作为一门以实验为基础的自然科学，与工业、农业、日常生活、医学、材料等均有十分紧密的联系。所以按照新的高考改革制度，选择化学学科的学生必定对化学学科知识应比较擅长，对化学有较大兴趣，将来有可能从事有关化学方面的学习和研究。因此，对化学学科的能力要求相应也会提高。 

基于以上分析，我们化学名师工作室认为，作为城市重点高中，学校教学硬件设施较好，学生能力较强，教师基本素质较高，并且教师对中学化学教材以及传统的中学化学教学已经有比较深入的研究。在此基础上，以教材的知识为依托，进一步拓展教材中的实验，开发实验的教学功能，引申其内涵，转换其应用，将化学现象和化学原理融合为一体，然后将研究成果应用于教学中，让学生以实验室作为学习化学的主要场地，改变学生长期以来一直恪守的被动地接受教师知识传输的学习方式，将学生置于一种主动探究并注重解决实际问题的学习状态中。因此，本课题充分利用化学学科特点，开发与实施化学实验教学功能，改变传统的化学教学就显得尤为重要。它将提高学生学习化学的积极性和主动性，激发他们探究化学世界的兴趣，培养他们观察现象、分析问题、解决问题的能力，提高他们的逻辑思维、独立操作和自学能力，使他们获得比较熟练的实验技能，学会用实验手段研究化学问题的方法，

二、国内外研究现状

1．国外方面

随着理科课程进入学校和科学实验方法论的形成和发展，实验成为理科课程中的重要组成部分，开始进入课堂。1898年，英国化学家、科学教育运动的积极倡导者和促进者阿姆斯特朗在其论文“Heurisitic Method of Teaching or the art of Making Children Discover Things for Themselves”中提出，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进行理解， 阿姆斯特朗正是抓住了“发现式实验”这一探究教学的关键环节，将实验与主动探究有机结合起来，从而形成了实验探究教学的基本思想，在理科教育发展史上写下了光辉的一页。

50年代末60年代初，以美国为先导，在世界范围内开展了一场旨在提高理科教学质量的理科教育现代化运动。在这次教育改革中，实验探究教学思想有了进一步的发展。美国著名科学家、芝加哥大学教授施瓦布对此做出了重要贡献。1961年，施瓦布在哈佛大学举行的纪念会上，作了题为“作为探究的理科教学”的报告，主张让学生通过自主地参与知识获得的过程，掌握科学研究所必须具备的科学方法，探究的获得科学概念，并逐步形成探究能力和科学态度。这种思想，不仅继续强调自主性、探究性和观察、实验等科学方法，而且更强调科学概念的掌握、探究能力的形成和科学态度的培养在运用观察、实验等科学方法而展开的探究过程中的统一。对于探究过程，施瓦布提出了五个阶段：（1）明确问题；（2）收集适合问题解决的资料；（3）提出假说；（4）验证假说；（5）导出结论。施瓦布等人的实验探究教学思想强调学生像“小科学家”那样进行探究、发现，该思想对美国基础教育阶段的高中化学实验教学有着深远影响。

随着全球课程改革的逐步推进，日本有的学者提出了引导发现、引导探究的观点，强调教师在学生实验探究过程中的积极作用，这对当今高中化学实验教学中教师为主导、学生为学习主体的教学思想有着重要影响，逐步成为高中化学实验探究教学发展的主流。

2．国内方面

近年来，新课程教育教学改革如火如荼地进行着。无论是基础教育课程改革，还是高等教育课程改革都在快速发展，化学实验教学功能的开发与实施研究，为我国学生化学素养的提升有着不可忽视的贡献。

自上世纪90年代开始，我国许多重点大学开始效仿和实施类似美国麻省理工学院(MIT)的本科生科研计划，开始大力推进化学实验教育教学[2]。1998年10月，南开大学成立了化学实验教学中心，2006年4月被批准为首批国家级实验教学示范中心[3]。2003年5月，山东大学化学与化工学院的开始开放创新实验项目[4]。2007年，浙江大学建设化学实验教学示范中心，在多年实验教学改革成果基础上，坚持以学生为本，知识传授、能力培养和素质提高协调发展的基本思路，开展以能力培养为核心的多项实验教学实践[5]……在化学实验教学研究中，高等教育位于领先地位，建设了一支又一支满足现代实验教学需要的高素质实验教学队伍；创建了仪器设备、资源共享、开放服务的实验教学环境；不断完善运行机制和管理体制，为提高各高校实验教学质量提供了有力保障。无论在全国大学生化学实验邀请赛中、还是化学学院本科生发表的多篇SCI论文都说明化学实验教学中心取得了成效。

在基础教育阶段的高中化学实验教学研究中，实验探究教学虽然已经逐渐被人们广泛地理解和接受。在新课程实施过程中，教师结合教学实践积极参加课堂教学改革，泰宁第一中学的连良霞老师分别从做好演示实验，培养学生的思维能力；实施分组实验，培养学生的动手能力；增加探究性实验，培养学生的实践能力；拓展实验内容，培养学生的学习兴趣等方面进行着高中化学实验教学开发与实施[6]。广东仲元中学曾国琼[7]、华宁县第一中学的刘粉珍、崔庆庶[8]分别对部分高中实验进行延伸拓展，培养学生的创新思维能力；重组、变换、补充、改进实验，培养学生的创新意识；探索、设计实验，培养学生的创新实践能力……

从以上的文献研究中发现，高考教育中的化学实验教学功能开发较全面，基础教育阶段的高中化学更多从课堂教学中思考并实践着提高化学实验教育功能，树立全新的教学理念，让学生成为课堂的主人。因此，在新课程背景下，对高中化学实验教学进行全面、深入、系统地研究还很少，探索学生在实验室完成高中化学学习的更少；当前有关实验教学的研究，主要还是基于传统教材实验内容本身的，有关学科能力和学科素养培养的实验教学研究的成果还很少，迫切需要补充有值得推广价值的研究成果；对中学化学实验教学的实践探索及行动研究很少，特别是主要以实验室为学生学习化学的主要场所的实践和研究成果几乎没有。

正是在这样的背景下，我们课题组根据学校具有较好的教学条件，课题组核心成员刘怀乐老师等对中学化学实验已经有较深入的研究的基础上，致力于高中化学实验教学功能开发，并将研究成果运用于实际教学中，希望对推进城市高中化学实验教学竭尽绵薄之力。

三、理论基础与依据

1．建构主义学习理论

作为对传统学习观的一场革命性挑战，建构主义的提出者皮亚杰指出：学习不是被动地接受外部信息刺激，而是主动地构建知识，是学习者根据自己的经验背景，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，对外部信息进行选择、加工和处理，从而通过意义建构的方式获得的。毫无疑问，城市重点高中化学实验教学功能开发与实施的设想与建构主义学习理论的核心是一致的，都强调以学生为中心，学生在开放式实验中自己动手实验，对知识主动探究、主动发现和对所学化学知识的主动建构。

2．发现学习理论

美国教育家布鲁纳提出的发现学习理论认为：学习的实质是把同类事物联系起来，并把它们组织成赋予它们意义的结构，学习就是认知结构的组织和重新组织。知识的学习就是在学生的头脑中形成一定的知识结构，学生成为一个“发现者”而不是被动的知识“接受者”。在这样的理论思想指导下，通过学生在实验过程中对知识进行组织、再组织，形成更加有意义的化学知识结构网络和实际体验，这一点是城市重点高中化学实验教学功能开发与实施进行研究的核心与灵魂。

3．行为主义学习理论

行为主义学习理论应用在学校教育实践上，就是要求教师掌握塑造和矫正学生行为的方法，为学生创设一种环境，尽可能在最大程度上强化学生的合适行为，消除不合适行为。在学习过程中，学生可以自定学习步调，自主进行反应，逐步达到总目标。在实验室中，学生进行各种各样实验操作，在老师的指导下强化正确操作与化学知识，纠正不正确的认知。因此，行为主义学习理论也是本课题的重要理论依据之一。

4．主体性教育理论

所谓主体性教育，是指根据社会发展的需要和教育现代化的要求，教育者通过启发、引导受教育者内在的教育需求，创设和谐、宽松、民主的教育环境，有目的、有计划地规范、组织各种教育活动，从而把他们培养成为能够自主地、能动地、创造性地进行认识和实践活动的社会主体。

综上所述，本课题有着“多元化”的理论基础与依据，建构主义学习理论、发现学习理论、行为主义学习理论和主体性教育理论为本课题的提供了重要的理论支撑。

四、核心概念界定

城市重点高中：城市重点高中位于城市区域，在生源、师资、实验设备国家都会有所倾斜，因此学校配备的化学实验室等硬件条件相对较好，本课题组成员以重庆市巴蜀中学 为例进行高中化学实验教学功能开发与实验研究。不同学校的具体条件略有不同，但为了能更好得获得课题成果的普适性，综合国家评选重点高中的条件，我们界定城市重点高中应具有的基本条件为：学校有六年以上办学历史；校长具有中学高级教师职称；学校高中规模不少于20个班；具备较好办学条件，其中占地面积不低于150亩；具有先进办学理念；建有素质较高可持续发展的教师队伍；具有较强的校本课程开发和课程资源的整合能力，办学行为规范，班容量符合规定，坚持以教育科研促进学校发展、推进素质教育，并取得显著成果；学校管理科学化、制度化、精细化。

高中化学：高中是我国九年义务教育结束后更高等的教育机构，上接初中，下启大学，一般为三年制。化学是一门以实验为基础的自然科学，与工业、农业、日常生活、医学、材料等均有十分紧密的联系，它的发展推动着物理学、生物学、地理学、天文学等学科的发展，被称为21世纪的“中心科学”(Central Science)。高中化学是指学生在初中接触了一年化学知识之后，进入高中阶段的化学学习，是进一步研究物质的组成、结构、性质、及其变化规律的学科，通过高中化学的学习，学生将获得化学研究的基本方法、化学基本概念和基本理论、常见无机物及其应用、常见有机物及其应用和化学实验基础五个方面的知识、方法、能力。

化学实验教学：化学是一门研究物质的组成、结构、性质、及其变化规律的科学。传统的化学实验教学是指在高中开设的基础规范性化学实验，训练学生实验的基本技能、规范实验基本操作、培养良好的实验习惯。而这里的化学实验教学是指广义的化学实验教学，包括一切有利于学生理解掌握各种物质的组成、结构、性质、及其变化规律的所有实验举措，包括教学时的演示实验、学生操作的课堂探究实验、学生课外趣味实验等等。

实验教学功能： 实验教学是为全面开发实验教育功能，运用实验的学习资源，进行设计、实施、评估的教学过程。高中化学实验可使学生在认知、技能、思维、科学方法、情意等领域发挥其独特的教育功能，是中学化学教学的基础。因此高中化学实验教学功能主要表现在以下几个方面：(1)为学生形成化学概念、掌握化学基础理论提供了大量感性认知。(2)帮助学生检验和巩固化学知识。(3)培养学生的观察能力和思维能力。(4)培养学生的实验技能。在实际的操作过程中，教师还会引导学生手脑并用，有助于学生的全面发展。(5)培养学生的科学态度对学生进行科学方法训练。化学实验可以培养学生一丝不苟、精益求精、实事求是的科学态度。另一方面，学生对化学实验现象和实验数据的记录和分析，本身就渗透着对于学生科学方法的训练。(6)有效激发学生的学习积极性，化学实验可以引发学生学习化学的直接兴趣、求知欲、更高层次的学习兴趣。除此之外，实验教学还可以培养学生团结协作、勤俭节约、爱护环境等科学态度和科学品质。

实验学习法教学模式：实验研究有两个方面，一方面是研究实验操作问题，另一方面是研究实验教学问题。学生对化学实验技能的学习包括：实验基本操作技能、数据处理和完成实验报告的技能、在一定程度上改进实验方法和自制教具与学具的技能。而根据学生的实验学习过程进行的实验教学包括：能根据教学要求，确定实验目的，选择合适的实验内容和实验教学形式；在演示实验中能配合课堂讲授，引导学生观察思考；能在学生分组实验的预习、实验、完成实验报告三个环节上，进行恰当的组织引导工作，善于对学生进实验技能训练；能组织好边教边实验的教学活动；能组织引导学生开展生动多样的课外实验活动；为提高教学质量，能设计、改进某些演示实验或学生实验。

五、研究内容与目标

1．对高中化学教材实验的研究。包括实验仪器的改进，实验方法的改进，使操作更简单，现象更明显。

2．补充高中化学教材实验。对高中化学实验设计与创新的实践与理论研究，并整理出与高中化学教材匹配的适合学生自主学习的高中化学实验教材。

3．实施化学实验学习法。对提高学生科学素养的研究，拟想组建对化学有兴趣的，或将来有志于化学研究的实验班，学生根据高中化学教材以及我们自己编写的高中化学实验教材，试行在实验室自主学习化学，完成高中化学的元素化合物部分的学习。

通过研究，构建适合高中学生实际，体现化学学科特点，具有城市重点高中特色的化学实验学习法的教学模式，丰富化学实验教学的内容和完善实际操作，整理出一套既适合高中师生参考和利用的，又便于学生自主学习的《高中化学实验研究》（书名后面再议）的参考书。

课题结题时，课题组成员至少有1～2篇发表在全国化学核心刊物上的具有原创性的文章。文章作为附件编入结题时的《高中化学实验研究》专著中。

六、课题创新点

将中学化学实验的研究系统化，探究出更多原创性的实验。探索学生在化学实验室完成高中化学的部分学习的一种新的教学模式，借鉴高校化学实验教学开发中心建设模式，开创性建设基础教育阶段高中化学实验教学功能开发中心。

七、研究方法、手段和途径

1．研究方法

主要通过以下四种方法实施本课题的研究：

（1）文献研究法。根据研究课题，查阅国内外有关文献资料，组织课题组成员查阅中学化学实验教学研究活动的相关资料，以及各种教学模式，武装课题组的理论基础，并在该理论基础上，实施中学化学实验学习法的研究。

（2）行动研究法。一方面，课题组所有成员对高中化学实验进行深入、系统的研究，包括教材实验原理的研究，装置的改进，实验设计、创新的研究，对学生化学实验法学习模式的研究并形成初步方案。另一方面，将研究成果应用于课堂教学，试行学生在实验室完成高中化学学习（主要元素化合物部分）。

（3）案例研究法。

（4）经验总结法。

2．研究手段和途径

课题组的研究手段与途径设想为以实验室作为学生高中化学学习的主要阵地，具体操作设想如下：

(1)组建化学创新实验班（学生进入高一时，将喜欢学化学的学生集中编班）

(2)创建开放式化学创新实验室。在这个实验室里配有高中化学所需的常见仪器、药品（非危险药品），同时配有较多资料，便于师生随时查阅。

(3)学生根据教材，课题组编写的高中化学配套实验书，以及其他参考书，自主学习理论（老师起主导作用）。化学课或课外活动时间学生都可以进入实验室，获取高中化学部分知识。

八、预期成果形式

通过研究，构建适合高中学生实际，体现化学学科特点，具有城市重点高中特色的化学实验学习法的教学模式，丰富化学实验教学的内容和完善实际操作，预期最终将以研究报告的形式结题，课题组成员至少有1～2篇发表在全国化学核心刊物上的论文，同时整理出一套既适合高中师生参考和利用的，又便于学生自主学习的《高中化学实验研究》的参考书。其中，课题组成员发表在全国化学核心刊物上的论文将编入《高中化学实验研究》专著。

九、课题完成的保障

1．课题负责人和主要成员完成本课题的研究能力强。

朱华英：（2014年）全国新课程实施优秀个人，重庆化学专家库成员，巴蜀中学新课程名师工作室主持人（主持的名师工作室获2013年全国化学新课程实施优秀团队），重庆市“十五”期间中小学教育技术装备工作先进个人。在《化学教育》、《化学教学》、《中学化学教学参考》等核心期刊上发表了关于中学化学实验教学研究的论文40余篇，在重庆、四川、西藏等省市常以中学化学实验专家身份为的化学国培班及西南大学化学教育本科生、研究生作关于中学化学实验教学方面的专题讲座。

刘怀乐：巴蜀中学化学名师工作室顾问，获重庆市政府颁发的“教育工作终身贡献奖”荣誉称号。先后有400多篇论文刊登在国内多家重要化学教育教学期刊上，出版了《中学化学重点难点实验研究》《中学化学教学实证与求索》和《中学化学教学思维》等5部专著，其中大部分是关于中学化学实验教学方面的内容，被誉为“中学化学实验研究专家”。

郑红兵：中学化学高级教师，重庆市化学教学骨干教师，重庆市首批化学学科名师，巴蜀中学化学名师工作室顾问。

李有胜：中学化学高级教师，全国化学竞赛一级教练、巴蜀中学化学竞赛主教练，巴蜀中学化学名师工作室成员。

总之，课题负责人所有成员不仅具有完成本课题的很好的研究基础和很强的研究能力，更主要的是大家热爱化学，热爱化学实验研究，热衷于化学实验教学功能的开发，具有开创精神。

2．完成本课题所需的专家指导、设备需求学校将全力支持。

专家指导：巴蜀中学每年都邀请化学教育教学专家到学校针对每年新形势下的化学教学作指导，针对课题组成员进行至少一至两次的理论培训及实践指导。在专家指导之下，课题组成员承诺将充分利用课内课外的时间进行研究，每小组每周一次成果及心得交流；课题组大组每月有一次集中学习或交流总结，每个成员每学期交一篇相关的论文或总结报告，每人每年发表一篇论文。

设备保障：学校提供一间开放式实验室。实验室内有中学常用化学实验仪器、药品（非危险药品）及相关资料。

3．经费保障

本课题获得学校的大力支持。学校每年将拨付5万至6万元作为课题专用经费，用于请专家，课题组成员外出学习，资料购置，以及某些仪器药品的购置。（课题组将严格遵守学校财务制度，课题经费单独立户、专款专用，不挤占不挪用课题经费。）

十、课题组构成

课题指导小组成员：李常明  李远蓉  钱胜

课题组顾问：王国华校长  舒义海书记  刘雅林副校长  张学忠主任  周刘波主任

课题负责人：朱华英

主研人员：刘怀乐，郑红兵，李有胜，陈小军，范蓓，王燕，冯晓瑜

参研人员：潘虹，郑军，刘光影，田博文，康翔飞，李万海

十一、课题组具体分工及研究计划

1．具体分工

城市重点高中化学实验教学功能开发与实施研究将从高中化学教材实验功能开发与研究、高中化学教材补充实验开发与研究、化学兴趣实验的开发与研究、化学实验学习模式探索四个方面入手，共同完成高中化学实验教学功能的开发与实施，因此，课题组将划分出如下四个子课题进行深入研究，由主研人员负责，带领多名参研教师共同完成子课题研究。具体的分工如下：

（1）《化学兴趣实验开发与研究》由郑红兵主要负责，参加者有潘虹、郑军、王燕。

（2）《高中化学教材实验功能开发与研究》由范蓓、陈小军主要负责，参加者有刘光影、田博文。

（3）《高中化学教材补充实验开发与研究》由李有胜、冯晓瑜主要负责，参加者有康翔飞、李万海。

（4）《化学实验学习模式探索》由朱华英、郑红兵主要负责，参加者有李有胜、冯晓瑜等。

2．研究计划

论证准备阶段(2015.1——2015.4)：成立课题组，设计研究方案，进行系统论证；查找理论文献，搜索有关资料，发放问卷调查并分析整理，为课题研究做准备；建立管理网络，制定和落实层级管理制度，为课题研究有序展开做准备；初步确定课题整体思路，重点做好开题论证及准备工作。

初步展开阶段(2015.4——2015.7)：进一步细化研究方案，深化部分细节论证；分类整理文献资料，去粗取精；从高中化学教材实验功能开发与研究、高中化学教材补充实验开发与研究、化学兴趣实验的开发与研究、化学实验学习模式探索四个方面根据分工开始展开研究。

深入攻坚阶段(2015.7——2016.12)：在巴蜀中学开放式实验室中开展各子课题研究，与学生全方位展开互动，多方面收集反馈信息，及时完善课题研究内容；资料整理归结，论文撰写，初步完成《中学化学实验教学功能研究》一书，完成高中化学教材实验功能开发与研究、高中化学教材补充实验开发与研究、化学兴趣实验的开发与研究、化学实验学习模式探索四个子课题，由总课题组评审结题。

结题完善阶段(2017.1——2017.2)：最后资料整理、收集整理所有反馈信息，细化研究分析，整理部分教案、课件归档。由课题负责人朱华英、课题核心成员刘怀乐完善《中学化学实验教学功能研究》专著；由课题组核心成员郑红兵、李有胜完成《城市高中化学实验法学习模式探索研究》研究报告。

参考文献

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