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在高中化学实验教学中实施创新教育的探索 课题研究报告曹文莉 （天津市北京师范大学天津附属中学 300222） 内容提要：二十一世纪教育改革和发展的方向是以提高国民素质为根本宗旨，造就新世纪建设者和接班人。化学学科是一门以实验为基础的自然学科，化学实验重视学生创新能力的培养，强化学生审美意识、环保理念、绿色化学理念、合作品质、节约意识。本文是十一、五区级规划课题结题报告，对在高中化学实验教学中对学生进行创新教育作了理论和实践性的探讨，对于课堂教学有一定的借鉴意义。关键词：高中 化学实验教学 创新教育一、问题的提出二十一世纪对我国来说，面临的是高技术和高素质的挑战。正如江泽民同志所说的：“要迎接科学技术突飞猛进和知识经济兴起的挑战，最重要的是坚持创新，创新的关键是人才，人才的成长靠教育，教育水平提高了，科技进步和知识经济发展才有后劲。”因此，以提高国民素质为根本宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力为重点，造就新世纪建设者和接班人，就成为面向二十一世纪教育改革和发展的方向。化学学科是一门以实验为基础的学科，如果习惯以“应试”为目的，用照本宣科、照“方”抓“药”，甚至采取讲实验、画实验、背实验的教学方式，就会使学生处于被动接受知识的地位，使他们只会死记硬背化学知识，机械模仿教师的实验方法与操作过程，不仅影响了双基的掌握，而且这样教出的学生缺乏创新的愿望和激情，思维僵化，缺乏变通和独创，这与社会发展不相符合。本课题是根据邓小平“三个面向”和江泽民“要迎接科学技术突飞猛进和知识经济兴起的挑战，最重要的就是要求创新。”的要求提出的，对创新教育的研究是教育发展的必然。根据著名心理学家特孟(LMTerman)的研究发现,有创新能力的人具有完成任务的坚毅精神、自信而有进取心、谨慎、好胜心强等人格特点。要使学生具备创新意识与创新能力，最重要的是培养学生的创新型人格，学生具备了创新型人格特征，就可能具有创新意识，既而具有创新能力。在高中化学实验教学中实施创新教育，显得尤为重要。两年来，在区教科所和学校领导的关怀下，我们全体课题组成员围绕“在高中化学实验教学中实施创新教育的探索”作了一些研究，取得了一点成绩，基本上达到了预定的研究目标。二、课题研究的意义培养学生的创新能力是历史赋予的职责。创新非常重要，但也并不神秘，它是人脑的机能，人人都具有，只是高低程度不同而已。陶行知先生说过：“处处是创造之天地，天天是创造之时，人人是创造之人。”生命伊始，创造即起，生命不止，创造不息。我国古时候司马光砸缸救人就是一种与众不同的创新意识和行为，所以高中实验教学中的创新教育将对化学教学理论不断补充、完善起着重要作用，将为中学化学增添新活力，为社会的发展起微薄之力。三、课题研究的目的1、促进化学教学的改革，培养学生学习化学的兴趣，提高化学教学质量和后果，提高学生的化学素质。力求通过课题的研究和实施，使化学教学从传统的教学模式中解脱出来，开发学生的学习潜能，使学生能敞开创新的萌芽之门，培养他们的创新意识、创新实践能力。同时，通过学生的创新学习，促进化学教学质量的提高。2、提高课题研究人员的创新意识，并付诸教学实践中，以适应社会发展的需要。要培养创造型的学生，首先要有创造型教师和教育思想。通过本次研究过程，促进教师进一步学习理论、探索新的教学法，更新观念，提高教学科研能力，培养一些创新型化学教师，提高化学教师的专业水平。3、通过在高中化学实验教学中的创新教育，使学生学会创造性地去学习、思考、提高效率，并且能延伸到其它学科和今后的工作、学习中去，乃至终身。4、通过本次研究过程，带动实验室管理的完善，最大限度的发挥实验室课程资源效益，提高实验教师的创新理念，提高实验教师的指导、评价实验能力。带动计算机辅助教学手段的推广和应用，带动化学课件的开发。四、课题研究的理论依据1、建构主义学习理论：知识是不能传授的，学习者只有基于一定的经验并在一定情境下借助他人的帮助，才能获得知识。建构主义学习理论认为：知识是不能传递的，教师传递的是信息，知识必须通过学生主动建构才能获得。学习使学生自己的事情，只有学生及主动去学习，学生的知识才能建构。它提倡：教师指导下的、以激励学生为特征的、以学生为中心的学习，强调学生是认知主体，是知识意义的主动建构者。认为学生学习化学不是简单的记住教师所教的内容，而是让学生通过吸收并与原来知识相融合的过程建立新的认知结构，它既是一种主动的建构过程，也是一种再创造的过程。因此要使学生有效的自主学习，必须根据学生原有的认知结构进行教学，促进学生认知结构的转换与建构，从而达到完善认知结构，开发学生智力，培养学生能力的目的。2、现代人本主义理论：强调人的潜能的发展和自我实现，主张教育是为了培养心理健康、具有创造性的人，并使每个学生达到自己所能及的最佳状态。人本主义就是强调学习中人的因素，必须尊重学习者的意愿、情感、需要以及价值观，师生间应建立良好平等的关系，教师应该是学生的引导者、帮助者、促进者和参与者。教学是一项多环节的、复杂的系统工作，而课堂教学是所有教学活动的主体区域，是教学中的一个重要环节。因此，在实验教学中充分体现人本观，尊重学生的人格地位。师生的人格关系平等，关系融洽，学生就能主动地去发展、去创新，去发展自己的创造性思维和培养自己良好的学习习惯。3、素质教育理论：素质教育是以开发儿童身心潜能、完善和全面提高新一代合格公民应具备的基本素质为根本目的的教育。 素质教育是人类以自身的身心素质为对象的再生产和再创造，是人类运用自身创造的物质文明和精神文明的历史成果去开发、塑造和完善年轻一代身心结构与功能的社会实践方式。素质教育是通过科学的教育途径，充分发掘人的天赋条件，提高人的各种素质水平，并使其得到全面、充分、和谐发展的教育。 素质教育是依据人的发展和社会发展的实际需要，以全面提高全体学生的基本素质为根本目的，以尊重学生主体性和主动精神、注重开发人的智慧潜能、注重形成人的健全个性为根本特征的教育。素质教育是以促进学生身心发展为目的，以提高国民的思想道德、科学文化、劳动技术、身体心理素质为宗旨的基础教育。素质教育的意义有三：第一是面向全体学生；第二是让学生德、智、体、美全面发展；第三是让学生主动发展。 素质教育是为实现教育方针规定的目标，着眼于受教育者群体和社会长远发展的要求，以面向全体学生、全面提高学生的基本素质为根本目的，以注重开发受教育者的潜能、促进受教育者德智体诸方面生动活泼地发展为基本特征的教育。 五、课题研究过程1、研究假设创新是指根据一定的目的和任务，运用一切已知信息，通过开展能动的思维活动，突破原有框架，而获得的解决问题的一种全新方式，或产生对社会和个人极有价值的产品的智力品质。包括产生出某种目标或新的情景的解决问题的设想，创造出新的社会价值的能力、人格特征，产生前所未有的事物。它包含了两个方面：一方面是科学家、发明家的特殊才能，与众不同的、敢于标新立异和打破常规的创造能力。另一方面是自我实现的创造性，是自我潜在能力的开发。对于中学生和一般人来讲，主要是后者，我们称之为创新能力；而创新能力主要是指创新的思维、创新的精神、创新的意识。在这一假设中，我们可看到创新能力是作为要达到的目标（设为F）而要达到这一目标，受到两个自变量的影响，第一个自变量是“教师的教法（Y1）第二个自变量是”学生的学法（Y2）。上述二个自变量“教师的教法”、“学生的学法”又受到若干变量的影响，而本课题侧重在化学实验的角度去探索，主要变量有：实验现象（设为X1）、改进实验（设为X2）、探究实验（设为X3）、实验设计（设为X4）等等，即：F=f（Y1、Y2）Y1=f（X1、X2、X3、X4），Y2=f（X1、X2、X3、X4）2、研究方法文献分析法、行动研究法、调查研究法、实验法、观察法、问卷法、个案研究法、对比法、谈话法等。3、研究内容对实验班在化学教学中采取以下方式培养创新能力：（一）用实验过程及实验现象激发学生的创新意识。通过查阅文献资料，利用化学发展史激发学生的创新意识。通过给学生做趣味实验，举办化学晚会，培养学生创新意识。通过指导学生进行家庭小实验，培养学生创新意识。（二）通过改进实验，培养学生创新精神。通过改进课本实验装置，减少药品用量，推广微型实验，培养学生创新精神。将环保理念渗透在化学实验活动中，注意尾气回收、妥善处理废弃物，培养学生创新精神。改演示实验为并进实验、分组实验，增加学生动手机会，培养学生创新精神。（三）通过探究性实验，培养学生的创新能力。通过把课本上验证性实验改为探索性实验，培养学生的创新能力。加强实验与生活的联系，运用身边物质设计探究实验，培养学生的探究能力。关注环境、大气、生态、水质等方面的保护，设计探究实验，培养学生的探究能力。利用开放性实验习题，创设问题情境，培养学生的创新能力。（四）如何通过实验设计，培养学生创新能力。通过综合设计实验，创设实验情境，学生提出假设并通过实验验证，培养创新能力。通过再现中、高考实验设计题目，训练学生动手操作，培养创新能力。在实验操作考试中增加实验设计内容，培养学生创新能力。4、研究方案设计（一）测试对象的确定：选定北师大附中高一年级基础相近并由同一任课教师所教的两个教学班，其中一个为实验班。利用以下的手段和方法培养学生的创新能力，另一个班为对照班进行正常教学。表1 实验前化学学习成绩差异性检验班级人数总分平均分标准差Z差异检验实验班48376878.515.320.25不显著对照班48372077.515.28注：S越小，分数越集中，离散程度越小。Z（差异检验的一种方法），Z1.96时，差异不显著；1.96 Z2.58时差异非常显著 通过上表可以看出，实验班和对照班在前一次的考试中，无论是平均分和标准差都无明显差异，说明所选两个班基础相近。 （二）测试方法：利用学生创造性思维能力的综合测试表对实验班和对照班进行前测和后测并对实验班和对照班的化学考试成绩进行材料积累，统计测量结果，并分析结果得出结论。5、实施过程及案例课题组按照预定方案进行研究、实践操作下面做一案例分析：化学实验既是学生学习化学知识和技能的最好的实践活动，也是学生能够充分发挥想象力和创造力的活动过程。学生可以在化学实验活动中动手又动脑，亲临其境，大胆创新，感受和体验各种学习过程和经验。教师可根据教学的需要，改进一些实验的常规教学方法，或让学生动手设计实验方案，从而激发学生的参与意识，提高学生的创新能力。例如；在探讨浓硫酸和稀硫酸如何鉴别时，学生提出了多种方案，如：蘸取待测液滴在白纸上；取等量蓝矾加入适量的两种酸等等，原理是利用浓硫酸的特性区分。在此基础上有学生就提出是否可利用两溶液中含水量的多少进行区分。方法：加热两种溶液，观察：试管口有无白雾，有白雾的是稀硫酸，无现象为浓硫酸。此方法是否可行呢？实践是检验真理的唯一标准。同学们就做了个小实验，分别在小试管中加入适量的浓硫酸和20%的稀硫酸，加热。结果发现两支试管口都产生白雾，但是加入浓硫酸的试管口产生的白雾有强烈的刺激性气味。由此得出：仅靠是否产生白雾是无法区分两种酸的。但是在实验过程中学生发现了新的方法：加热时稀硫酸很快沸腾，而且容易暴沸；而浓硫酸产生白雾时还没有沸腾，两种酸的沸点有明显的差异，浓硫酸显然是一种高沸点的酸。通过实验学生对浓硫酸是高沸点的酸有了直观感性的认识，由感性认识上升到理性认识，得出新的检验方法既利用浓硫酸、稀硫酸沸点的差异来鉴别。通过实验方案的改进可培养学生的创新能力，通过实验装置的改进同样可激发学生的创新潜能，提高创新能力。通过实验的创新，学生的思维经历了发散与聚合这两种创造性思维的主要方式，受到了创造性思维的训练，在此过程中不仅促进学生对反应原理进行再认识，对实验装置再设计，而且开发了学生的创新潜能，培养了学生的创新能力和创新精神。6、实验数据、结论及成果（一）检测数据表2创造性思维能力综合评价成绩对比表对照班实验班实验前76.578.2实验后80.391.6表3 实验后一学期学生化学学习成绩差异性检验班级人数总分平均分标准差Z差异检验实验班48376878.514.382.05显著对照班48343271.516.84表4实验后一年学生化学学习成绩差异性检验班级人数总分平均分标准差Z差异检验实验班4838888114.682.48非常显著对照班48344671.820.75表5 实验后三学期学生化学学习成绩差异性检验班级人数总分平均分标准差Z差异检验实验班48386480.514.562.60非常显著对照班48352873.519.73表6实验后二年学生化学学习成绩差异性检验班级人数总分平均分标准差Z差异检验实验班4837927912.452.85非常显著对照班48338470.521.25（二）结论实验前学生创造性思维能力的调查结果显示，对照班与实验班在创造型思维能力、学习习惯、学习方法、实验能力等方面还存在着问题。实施方法培养学生创新能力后，实验班的学生在学习过程中，普遍显得主动，思维活跃，提出问题的积极性较高，提问具有一定的创造性。从表二数据统计可以看出：实验班学生实验设计能力、发散思维、创新能力明显增强。从对照班也可以看出随着学生化学知识的增多，学生创造性思维能力也有增强，但不显著。表一统计结果显示：实验班与对照班的成绩在实验前基本相近。表三统计结果显示：半年后的期末考试中，实验班的成绩比对照班的成绩明显提高，差异显著。表四统计结果显示：标注差数据说明实验班分数较集中，离散程度小；Z检验结果显示二者差异性非常显著。主要原因有三点：通过以上实验，有利于调动学生学习的积极性，使本来化学成绩不太好的学生也爱学化学了。实验班尽管在试卷难度较大的情况下成绩也有提高，达到显著性差异，说明此实验对培养创新型人才大有好处。从实验成绩可以看出个体与整体、个体在整体中的位置，以及成绩差异性都表明实验班的化学成绩的变化明显优于对照班。表五和表六也同样说明了一实验结果。通过上述分析可以看出，经过两年的跟踪调查显示，在高中化学实验教学中培养学生的创新能力，学生的学习成绩有了显著提高，学习态度、问题意识、学习习惯、实验设计能力、发散思维有了长足的进步。（三）课题研究成果两年来，在区教科所领导和学校领导的指导、关心下，经过我校化学课题组全体人员的共同努力，课题研究取得了一些成果。（1）提高了学生的创新能力通过两年的创新教育研究，学生的创新性心理品质得到了培养。学生的观察能力、思维能力、想象能力增强了，发现问题、分析问题和解决问题的能力，得到了提高，发散性思维能力和创造性思维能力也得到了培养。通过各项活动，学生的实践能力得到了提高，实践是培养学生创新能力的源泉。学生的信念、奉献精神、热情、意志、毅力得到了培养，坚定的信念和奉献精神是创新能力得以发挥的基础，饱满的热情和顽强的意志是创新能力得以发挥的重要因素。（2）提高了教师的教育科研能力课题组通过多种方式，请专家作讲座，送出去参加理论培训，组织集中学习与教师个人自学相结合，课题组成员理论素养提高较快。向科研要质量，已成为化学教师的自觉要求。（3）提高了学校化学教学质量在课题研究中，由于注意培养学生创新能力，重视学生创新心理及个性品质的培养，使学生的精神面貌得到了较好的培养，个性得到了充分的发展。课题组教师在教学中，注意调动学生的积极性，强调全员参与，人人动手动脑，培养学生的创造性思维。学校化学教育教学质量也不断提高。高考、会考、统考成绩名列前茅。通过教师们的不断探索和学生的努力，在历年考试中也取得了许多优异的成绩。2008年高考成绩，我校有19人达到600分以上。 学生学科竞赛成绩喜人。通过师生们的共同努力，在各项化学竞赛中也取得了不少成绩。教学教育论文方面取得了丰硕成果。从2006年课题研究以来，课题组老师有多篇论文在市、区级评比中获奖或发表，其中，曹文莉老师的论文在化学教学中实施绿色化学教育的实践探索获市级三等奖；论文重视化学实验教学 培养学生综合能力获市级三等奖；论文化学实验对培养学生创新精神的作用获区级一等奖。课题组编辑了一本实验教师优秀创新论文选编。在各种评优活动中硕果累累。通过两年来的课题研究，教师的教学教育水平有了明显的提高。曹文莉老师在2006年天津市优秀教学设计评选活动中获一等奖；在在2007年ScienceWord优秀教学设计评比活动中获二等奖；刻录了一张新课程优秀实验教学课件光盘,为今后的化学教学提供借鉴意义。（4）编辑了一本教师优秀设计、改进、探究实验选编。在课堂教学方面，各位实验教师尽可能从创新角度去挖掘素材，培养学生的创新意识，在每年的对外公开课和校级公开课上，教师们都积极构建创新型的课堂教学，将学生的创新意识的培养融合到课堂教学中，深受同行们好评。课题组编辑了一本实验教师优秀设计、改进、探究实验选编，并把这些好的方法应用到教学实践中去。7、在化学实验教学中培养学生创新能力应注意的问题第一，教学目标重在培养能力。在教学过程中更重视培养学生的思维能力和创新素质。创新素质包括创新意识，即推崇创新、追求创新的观念和意识；创新思维，即积极的思维求异性、敏锐的观察力、丰富的想象力、独特的知识结构及活跃的灵感等；创造技能，即信息加工能力、一般工作能力、动手操作能力、创新成果的表达能力等；创新情感和创新人格，即远大的理想、坚强的信念、强烈的创新欲望和激情等。第二，教学策略重在提倡开放性。首先要留给学生展示其个性、发挥其才能的足够空间；其次在时间安排、主题选择、研究方法的确定、结论的发表等方面，都要有较大的自由度；再次要特别注重因材施教，以发挥每个学生的个性优势和潜能。第三，教学内容重在解决问题。应让所有的教学内容问题化，让学生的思维在思索问题的过程中始终保持活跃。在此过程中既促使学生积极地探索事物的本质及内在联系，又获得逻辑思维能力和形象思维能力的培养。第四，教学过程重在加强实践。在课堂中，应为学生提供实践性的情境，留给学生动手操作的时间和机会，并把这些纳入考核和评价的范围。一定要意识到：考察、实验、制作等实际能力的锻炼是学生创新素质培养中至关重要的一环。第五，教学手段重在实现现代化。把现代化的多媒体教学手段应用到课堂教学中，必将会增强对学生的吸引力，提高教学的有效性，同时也使学生的学习始终与网络化、智能化的全新知识环境保持同步，更好地激发学生的创造力。参考文献：1A.J.斯塔科.创造能力教与学M.上海：华东师范大学出版社，20062王祖浩，王磊. 化学课程标准(实验)解读M.湖北：湖北教育出版社，20043何晓文.学生必做100个拓展实验M. 上海：华东师范大学出版社，2007