《初中化学自主探究性学习的研究》课题结题报告
随着化学新课程的启动和推进，我校作为一所城乡结合部的普通初级中学。在实施化学新课程的过程中，遇到了新的问题和困难。特别是对于新课程提倡的探究性实验，在学生学和老师教的过程中，困惑最大。针对此现状，我校化学组成立了《初中化学自主探究性学习的研究》课题组，并被列为常州市级课题。经过几年的实践和研究，取得了一定的成绩。在总结研究成果的基础上，我们提出如下报告。
一、课题提出的背景
（1）化学是一门以实验为基础的学科，实验一直被认为是能帮助学生获得化学知识、掌握实验技能，激发学习兴趣、培养实验能力的一种教学手段，它在初中化学教学中始终占有十分重要的位置。初中化学实验过去以验证性实验为主，将探究性实验作为初中化学的基本教学要求，第一次在2001年的《九年义务教育全日制初级中学化学教学大纲（试用修订版）》中正式提出。大纲指出：教师应“适当引入一些探究性实验”，“应逐步加强学生的探究性实验”，“适时地安排一些学生自主探究的实验”，“探究性实验和综合实践活动能较好地体现学生的创新思维和实践能力”。最近，根据《基础教育课程改革纲要（试行）》编写的新化学课程标准提出“科学探究是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段化学课程的重要内容”，化学教学中比较常见的一种探究活动是进行适合学生的探究性实验。
（2）当前，对探究性实验的研究，只是局限在个别范围内进行试验，呈现出单一性、个体性、随意性。单一性——对一个一个实验单独进行研究；个体性——个别学校、个别教师在进行研究；随意性——对实验的选题、设计随教师个人的意愿而定。由于缺乏系统的、整体的研究，探究性实验的研究和实践尚处在自发试验的状态。
(3) 常州从2003年进入国家化学新课程标准实验区，面对新的教材和新的化学课程标准要求原有的实验教学方式已逐渐显示出不足：统一的实验要求、实验教学模式，不利于学生的个性发展，单一的实验内容又脱离社会实际，学生丧失学习的主动性、能动性和独立性。因此开展化学探究性实验的研究，是化学教学走素质教育之路的有效途径。
（4）我校随着常州市一起进入国家化学新课程标准实验区，在实践过程中，根据我校学生特点和学校化学实验室仪器设备条件，把新教材上的50多个实验分为学生探究实验，教师演示实验，学生家庭小实验等，并以学生探究实验为主。但学生在进行探究性实验时存在许多的问题，比如：只习惯于思考老师向他们提出的问题，而不会主动地去发现问题、提出问题；当老师给学生设置了问题情景后，让他们能独立地设计实验去解决问题时，学生多半会到教材中找现成的实验方案，很少有学生能创造性地去设计新的实验方案。而提出问题，设计解决问题的方案恰恰是探究性实验最重要的两个环节。随着新课程实施的不断深入以及我校实验室条件的不断改善，在汲取过去几年新课程实施中的经验和不足，确立“初中化学探究性实验指导策略的研究”课题，旨在进一步以学生为主体，促进学生主动发展。
二、课题研究的理论
所谓“探究性实验”，指的是在教师的引导下，学生根据化学教学的内容或日常生活、生产中遇到的问题，对自然界及研究的现象提出问题，从问题或任务出发，通过形式多样的探究实验活动，利用已知的、外加的因素去作用于研究对象，借助探究性化学实验，独自或合作加以探索，来认识研究对象的未知性质、组成、变化特征，以及与其他对象或现象的联系等的一种教学方式。其教学过程中一般围绕八个要素开展活动，他们分别是：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。借助该形式，引导学生主动进行实验设计、现象观察，结果分析，从中发现科学概念或原理，达到获得知识，形成概念，掌握技能，优化思维，培养情感体验，提高综合能力的目的。
在全日制义务教育《化学课程标准》（实验稿）中强调“化学实验是进行科学探究的主要方式”，“教师要注意改进传统的实验教学，精心设计各种探究性实验，促使学生主动学习，逐步学会探究”。本课题着重研究如何帮助学生了解探究性实验的基本过程和方法，培养学生初步的科学探究能力和态度，使学生掌握进一步学习和发展所需要的化学基础知识和基本技能，在实验实践中获得探究的体验和意识，从而提高学生科学探究的素质。
三、课题研究的目标
1、通过本课题的研究，提炼出有助于学生“探究性实验”实施的指导策略；
2、学生掌握探究性实验学习的方式，具有独立思考、自主探究、合作交流的意识和主动学习能力。
3、进一步转变教师的教育观念和教学行为。通过创造性的劳动和研究，将课程从“特定知识体系的载体”的定位上转移到促进“师生共同探索、共同发展”的定位上。
4、通过合理运用化学探究性实验的指导策略，培养学生自主实验、独立思考的学习习惯。培养学生的探索精神、创新思维，勇于实践的能力。从而开发学生潜能，促进学生的主动发展。
四、课题研究的阶段和内容
本课题研究的最终目标是转变学生实验学习的方式，促进学生主动发展。因此，我们将课堂作为课题研究的主要阵地。
（一）前测工作
为了了解学生实施探究性实验的基础，在进行课题研究前（2005年9月），笔者对74名新初三学生进行了摸底调查。调查结果如下：
你知道什么叫科学探究吗？ 知道28人、占37.8%， 不知道46人、占62.2%
你做过探究性实验吗？ 做过19 人、占25.7%， 没做过55人、占74.3%
你了解科学探究的一般过程吗？ 了解16人、占21.6%， 不了解58人、占78.4%
你想尝试化学探究性实验吗？ 想74人、占100%， 不想0， 无所谓0
在对28名“知道科学探究”的学生进行进一步访谈中得知，大多数学生都是从初二物理教材中了解到科学探究的，却没有做过探究性实验。但让我感到欣喜的是，在调查的74名学生中，100%的学生都想尝试化学探究性实验。可见他们对于刚刚接触的新学科—化学有着浓厚的兴趣和探究的欲望。
（二）课堂实践
第一阶段：教师示范，学生感知探究性实验
刚接触化学的初三学生对化学仪器和实验基本操作都不了解，要让他们进行探究性实验几乎是不可能的。在教学过程中，教师先为学生设计好探究性实验报告，内容包括：发现问题—提出问题—作出假设—设计方案—进行实验—交流讨论--归纳总结—得出结论”，然后老师做演示实验。学生通过实验报告和老师的示范实验，感知实施探究性实验的一般方法。
比如，当学生第一次遇到探究性实验“探究镁的性质”时，几乎是无从下手。怎样让刚接触化学学习的学生成功地迈开他们探究实验的第一步呢？老师精心为他们设计了如下实验报告：
探究性实验——镁的性质（学案）
提出问题：镁是一种重要的金属，它可能有什么性质？与铁、铜等常见金属的性质有什么相同和不同之处？
作出假设（猜想）：
制定实验方案：
① 观察镁带的外观，试试看是否容易被折弯、扭断。
② 用砂纸打磨镁带，它的外观有什么变化？
③ 用打磨好的镁带连接一节干电池和电珠，看看它是否能导电。
④ 取一段打磨好的镁带，用坩埚钳夹持，用酒精灯外焰加热。当镁带开始燃烧时，移到石棉网上方，让它继续燃烧，观察燃烧的现象和燃烧后产物的状态。
⑤ 取另一段打磨好的镁带，放入食醋中，看看有什么现象发生。
进行实验，观察现象，作好记录：
分析、归纳、证实或否定猜想 ：
交流、讨论，得出结论：镁的性质有
当学生一边观察老师的演示实验，感受探究实验的同时，一边填写实验报告。在边观察、边模仿、边参与、边体验的过程中，学生感知了探究性实验。学生在最后的“实验后感想”中写到：“化学实验很有趣、很吸引我”。“一根小小的镁条，在老师的手里竟能做出这么多的实验来”。“在过去的学习中，老师教会我们许多的知识，包括一些物质的性质。原来，这些知识可以通过实验自己去发现和总结，我多想向老师那样做探究性实验啊！”
第二阶段：学生尝试、教师给予指导和帮助
学生在感知了探究性实验，并有亲自动手去做探究性实验的冲动后，教师尝试着稍稍放手，让学生尝试探究性实验中的某几个环节，例如：简单实验方案的设计，探究性实验的基本操作。在此阶段， 学生设计的实验方案的可操作性、安全性，教师在学生实验前要仔细批改，及时给予指导。学生进行实验的过程中，在基本操作的规范性、实验观察的方法、实验现象的记录等方面出现的问题，教师及时提供帮助。学生通过亲自动手尝试，对探究性实验的认识和实施有了进一步的认识。
下面是探究性实验《空气的捕捉》教学过程：
探究课题：如何将一个集气瓶中的空气捕捉到另一个集气瓶中？
[面对问题，学生一时无法着手]。
教师创设问题情境：你如何捕捉教室里的空气？
学生提出问题的解决方案：
学生甲：抓紧一个塑料袋，赶跑袋中的空气。然后在教室里松开手，张开袋口在教室里跑一圈。当塑料袋鼓满时，扎紧袋子。这样我就捕捉到了教室里的空气。[同学们一边笑，一边表示赞同。老师评价：方案很生动、很生活化，并且可行]
学生乙：拿一个针筒，先把栓塞向前推，排尽空气。然后到教室里后拉栓塞抽入空气。
学生丙：拿一个集气瓶先装满水，带到教室后，把水倒掉，教室里的空气就会进入瓶中。
……
回到课题：如何将一个集气瓶中空气捕捉到另一个集气瓶中？
学生在上一个问题讨论的基础上，并从老师提供的实验仪器中受到启发，设计出了如下方案：在第一个集气瓶上塞双孔橡皮塞（连接导管和分液漏斗），另一个集气瓶里装满水，倒放在水槽中。当从分液漏斗中加水时，第一个集气瓶中的空气就通过导管进入了另一个集气瓶中，当集气瓶中的水排尽时，就成功地将一个集气瓶中空气捕捉到另一个集气瓶中。教师肯定了实验方案的可行性，并对学生的实验基本操作给予指导。
在教师适时“收与放”的指导下，学生第一次独立进行了简单的探究性实验，体验到了探究的乐趣。
第三阶段：师生、生生合作，发展探究性实验的能力
学生对实验方案的设计和实验基本操作有了一定的基础后，教师可以引导学生从身边的一些现象中去发现问题、提出问题、作出猜想，进而独立地设计解决问题的方案、进行实验、分析实验，找出问题的答案。在探究过程中遇到困难时，教师鼓励他们采取小组合作、师生合作的方式来化解困难。
比如《质量守恒定律》的学习。
（1）教师创设问题情境：取暖时所用的煤和木材的燃烧之后质量变少：取一小断镁带在空气中点燃之后质量变大。再结合生活中的一些现象，引导学生进行猜测：你认为化学反应前后物质质量总和与反应后生成的各物质的质量总和是什么关系？
（2）学生提出猜想。
生1：我觉得反应之后质量应该变大，根据前面学过的Mg+O2→MgO 、 P+ O2→P2O5这两个反应就可算出是变大。
生2：我认为变小，煤和木材的燃烧之后生成炉渣和灰烬要比燃烧前煤和木材的质量要小。
生3：我觉得不会改变。从表面上看煤和木材燃烧后质量确实减少了，而我通过它们燃烧的化学反应C+O2→CO2中却算出没变。因此我猜想化学反应前后物质质量总和与反应后生成的各物质的质量总和是不变的。
（3）教师启发引导。
通过刚才的讨论和交流，同学们产生了三种不同的猜想，那么究竟哪一个是正确的呢？各小组可根据你们自己的猜想来设计实验方案或参考书上的实验方案。在探究过程中若有不能解决的问题，可求助其他组的同学，也可问老师。
（4）学生设计实验方案。
学生设计的方案有很多，有代表性的有以下四种。
方案①取一小段蜡烛在一小块木板上，把它们一起放在托盘天平上，调节托盘天平达到平衡。在托盘天平上点燃蜡烛，观察托盘天平的平衡情况。
方案②取一段镁带，在托盘天平上称的质量W1。用坩埚钳夹持，在酒精灯上点燃，把燃烧后的白色粉末收集起来并在托盘天平上称的质量W2，比较反应前后质量的变化。
方案③在小烧杯中加入20mL稀硫酸铜溶液，取一根砂去铁锈的铁钉，将盛有硫酸铜溶液的烧杯和铁钉一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量W1。将铁钉浸到硫酸铜溶液中，观察现象，将盛有硫酸铜溶液的烧杯和铁钉一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量W2，比较反应前后质量的变化。
方案④在100mL锥形瓶中加入10mL左右的澄清石灰水，将一支内有少量小块大理石的小试管有细铁丝固定在与100mL锥形瓶配套的橡皮塞上，将一支盛有稀盐酸的滴管插入橡皮塞，将上述锥形瓶放在托盘天平上称量，记录所称的质量W1。将滴管中的稀盐酸慢慢加到盛有大理石的试管中，观察现象。待反应完全后，再将锥形瓶放在托盘天平上称量，记录所称的质量W2，比较反应前后质量的变化。
[说明：其中方案①和方案②，学生从老师提出的问题情境中受到启发。方案③和方案④同学们参考了教材上的实验方案。由此可见，学生自主设计实验方案的灵活性和创新性有待于提高。此时教师的引导和指导是很重要的。）
（5）师生共同评价。
学生对以上实验，产生了如下想法：
①“蜡烛燃烧后质量减少，是由于生成的气体没有被称量所造成的” ；
②“镁带燃烧后质量变大，是由于参加反应的氧气没有被称量所造成 的”
③“铁与硫酸铜的反应质量不变，因为反应中既没有气体参加反应，又没有气体生成” ；
④“研究蜡烛燃烧反应的质量变化，应将参加反应的氧气和生成的二氧化碳、水一起称量” ；
⑤“如果把蜡烛放在一个集气瓶中点燃，塞上塞子再称，质量可能就不变了” ；
⑥“在密闭容器中进行实验，反应前后物质质量肯定不会发生变化” ；
（6）进行实验再探究。
同学们在采纳大家意见的基础上重新修改实验方案后，再实验就看到了反应前后天平是平衡的。
（7）师生得出结论。
通过实验探究大家达成共识，那就是：参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。我们把这一规律称为质量守恒定律。
[说明：这样的课非常地费时间，往往一课时的教学内容，两课时也完成不了。所以在平时的教学中，只能精选有代表性的实验来尝试教学]
第四阶段：拓展课外探究实验
随着学生对探究性实验学习能力的逐步提高，在研究过程中，我们采取了边学习课本中的探究性实验，边增加家庭小实验和对生活中一些化学现象探究的学习。并重点研究如何指导学生进行对比实验的设计。
比如家庭实验：探究铁生锈的条件。指导学生认识对比实验的关键要控制变量。使铁钉处于只与水接触、只与氧气接触、同时与水和氧气接触三种环境中，来观察铁生锈的情况，从而得出铁生锈的条件。学生在家中完成探究实验，并在课堂上进行了交流。在实验中，没有试管，同学们用玻璃杯代替，用保鲜膜扎紧杯口代替橡皮塞。从茶叶罐中、雪米饼袋中、甚至从羊毛衫的包装中找来各种干燥剂做实验。由于自己动手实验，并从生活中寻找实验仪器和材料，同学们不仅亲身体验到了铁在什么条件下会生锈，在什么条件下更容易生锈的知识。而且知道了什么是对比实验、初步学会了如何设计、运用对比实验，同时极大地提高了大家学习化学的兴趣。这是我们老师事先准备好实验，然后在课堂上展示讲解而实现不了的。
比如在学习了第八章《食品中的有机物》后，设计了“比较不同蔬菜或水果中维生素C的含量”的研究课题。该实验的难度比“探究铁生锈”要大得多。问题来源于生活，又没有现成的方案可供参考。在教学中，我们采用了先让学生独立思考设计方案，然后小组讨论、组内修改方案，再由老师对大家共性的问题提出参考意见。其中学生在方案中存在的主要问题是“变量的控制”难以把握。例如，设计要求提出“用一样的烧杯”“取同样多的汁液”等无需控制相同的量。而忽视了“胶头滴管必须同一型号”“高锰酸钾溶液取相同浓度、相同体积”这样的要求。在此基础上，学生再次修改实验方案，根据方案，并自带水果、蔬菜进实验室进行实验。在实验的过程中发现方案中存在的不足，再修改、完善方案，最后完成实验报告和实验后的反思。
课外探究实验为学生主动探究、善于探究提供了更广阔的舞台。
（三）运用的指导策略
在三年的实践与研究中，针对不同阶段学生对探究性实验的实施水平、针对不同特点的探究性实验，我们总结出了一些不同的指导策略。比如：教师示范策略，边讲边实验策略，合作实验策略，变演示实验为探究性实验策略，动画模拟演示实验策略，等等。比如：
1、变演示实验为探究性实验策略
在2005年12月，我校的一节片级公开课《铁的冶炼》中，教材第119页的“观察与思考”部分，是铁的冶炼模拟实验。用Fe2O3粉末和CO气体反应，反应原理：Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。这是一个教师演示实验，因为CO气体有毒，操作不当引起泄漏会使人中毒；而且CO气体有可燃性，加热混有空气的一氧化碳气体可能造成爆炸。如果放手让学生探究有许多的安全隐患。如何变演示实验为学生的探究性实验，以发展学生探究学习的能力。我们设计了如下探究问题：请你根据反应物的状态（气、固）、反应条件（高温），选择适当的仪器，设计连接一个反应装置。提供的仪器有：试管、具支试管、硬质玻璃管、导管（长、短）、双孔橡皮塞、单孔橡皮塞、酒精灯等。
在师生讨论交流时，同学们觉得甲、乙、丙三套装置都是合理的；而丁和戊两套装置由于只有气体的进口，没有气体回流的出口，因此是不合理的。在学生实验和交流的过程中，他们表现出的探究意识和探究能力，是在观察老师的演示实验中无法实现的。
2、动画模拟演示实验策略
在“铁的冶炼”模拟实验的装置设计中，同学们表现出的创造性让老师欣喜。在接下来的实验操作中，教材上为学生设计了实验开始时“先通入一氧化碳，排除装置内的空气后，加热氧化铁”的实验步骤。并向学生解释：如果先后顺序颠倒后，在加热混有空气的一氧化碳气体时，可能会发生爆炸的危险！可是，学生半信半疑。但此时，不管让学生动手实验还是教师演示实验显然都是危险的、不恰当的。于是，我们采用flash动画模拟演示的手段，不仅避免了实验中爆炸的危险性，而且让学生很直观的感受到了实验操作顺序的重要性。下面，我们截取flash动画课件中的几个画面说明之。
通过flash动画课件，教师边进行模拟演示实验，边引导学生思考：如果先加热装有Fe2O3粉末的硬质玻璃管（图一），再通入CO气体（图二），结果会怎样呢？话音刚落，随着一道刺眼的火光和刺耳的玻璃破碎声（图三），同学们看到了整套装置爆炸的现象（图四）。
虽然只是一个模拟演示实验，但带给学生的视觉、听觉的冲击力是教师的多遍讲述无法实现的。对于可燃性气体的加热或点燃，一定要保证纯度这一重要的安全实验操作，每个学生都牢牢记住了。在这一探究性实验步骤教学中，我们充分借助于多媒体模拟演示，帮助学生化解了抽象辨证思维的障碍，降低了学习难度。
五、课题研究的主要绩效
1、转变了学生的学习方式，促进了学生的主动发展
在最初的探究性实验学习中，我们发现他们一般只习惯于思考老师向他们提出的问题，而不会主动地去发现问题、提出问题。当老师设置了问题情境，让学生通过探究实验来解决问题时，学生多半会到教材中找现成的实验方案，很少有学生能创造性地去设计新的实验方案。学生在热热闹闹地完成实验后，对实验现象、实验结果进行分析的意识很薄弱。而这些恰恰是探究性实验的重要环节，也是促进学生探究能力、提高科学素质的基本途径。
而在今天探究性实验的课堂上，学生不仅能够独立地进行猜测、设计实验方案，能够独立或小组合作的形式进行探究性实验来论证或否定自己的猜测，能够交流、分析、得出问题的答案。他们会时而凝视实验现象、时而低头记录；时而专心聆听、时而激烈争论；时而独立探究、时而合作交流。过去实验课堂上教师讲、学生记；教师说、学生做的沉闷劲不见了。课堂上弥漫着积极探究的气氛，涌动着生命的活力。学生在收集资料、学会思考以及创新精神和实践能力都得到了提高，更学会与人交往、增强团队精神。学习方式的转变促进了学生的主动发展，学生们参加的各类比赛取得可喜成绩。近三年市中考中均有学生获得满分。而这些在几年前，对于我们这样的城乡结合部学校几乎是不可能实现的。这些成绩的取得，发生在学生们身上的悄然改变，让我们相信，我们的课题研究取得的成效是显然的。
2、改变了教师的教学行为，促进了教师的专业化成长
当教师们面对了多年的教科书突然之间变的陌生时，当面对新教材中五颜六色精美的图片时，当看着所谓的“活动与探究”教学单元时。教师曾经茫然过：这样的化学该怎样上？探究性实验该怎样教？
在一步步的摸索和尝试中，化学实验课堂中教师的“教”不断让位于学生的“学”，教师的“演示实验”不断让位于学生的“主动探究”，教师的“总结结论”不断让位于学生的“交流讨论”……师生双方相互交流、相互沟通、相互启发，分享彼此的思考、交流彼此的情感体验，从而达到教学相长和共同发展。
教师从不知怎样从事探究性实验的教学，到逐渐熟悉探究性实验的一般过程和教学方法。特别在课题研究的过程中，我们通过一节节的课题研究课，总结出了一些有效的探究实验指导策略：教师示范策略，边讲边实验策略，小组合作、师生合作实验的策略，变演示实验为探究性实验的策略，动画模拟演示实验的策略等。这些教学策略，帮助教师在实际教学中灵活运用，课堂上同学们的表现，课后的评课活动中市教研员、听课教师的充分肯定，更让我们相信这些教学策略在探究性实验指导过程中的有效性。综合运用这些策略，我们取得了良好的教学效果。同时，教科研水平也得到相应的提高。05年查梅琴、陈斐、陈正明获年度考核优、李川获行政嘉奖，06年查梅琴、陈斐获年度考核优、查梅琴获溧阳市优秀青年教师、别桥镇先进工作者，四人次执教过学区级公开课或担任学区培训指导教师，三名教师执教过市级公开课，课题组教师所撰写的«好奇心——实施素质教育的突破口»、《与浅谈化学课堂教学心理环境的构造与优化》、《化学教学中素质教育探微》、《体现素质教育的中考模式》、《浅谈初中化学创新教育的实践与思考》、《论师生互为主体的课堂教学模式》、《浅谈学生创新思维能力的培养»等10篇论文在全国省市评比中获奖并发表。
六、问题探讨
由于初中化学学习只有初三一年的时间，并要面临中考，学生时间紧，任务多。而探究性实验由于其开放性、灵活性的特点，开展时花费的时间多。虽然考虑了适当增加家庭小实验等课外探究实验，但学生们还是感觉到想做探究却苦于时间紧的无奈。同时，在三年的研究过程中，我们研究的初三学生每年都在更新，虽然这在客观上为对比性研究提供了许多第一手的材料，但同时也制约了本课题研究的深度。
在研究过程中，虽然课题组成员有针对性的学习了大量的理论书籍，但总感觉理论知识很不够。这也使我们在研究过程中曾经一度茫然失措。经过市理论组专家们的亲自点拨指导，受到许多的启发。在新一轮的研究中，全组成员仍迫切需要更多地理论学习，以更有效地开展研究。
探究性的学习主要通过学生的探究建构知识意义，并通过实验探究获得充分体验的基础上形成积极的情感、态度和价值观。具体操作中，虽然在教学设计上尽可能考虑到为不同层次的学生创设探究学习的空间。但从课堂反馈来看，能力强的学生发展得更好，而一部分学习基础差、参与意识弱的学生发展得不太理想。如何设计不同的探究问题、运用不同的指导策略，以最大限度地满足不同层次学生探究性实验学习的需求，但同时又能避免课时的限制。对于我们来说是困惑，又是在下一阶段研究中努力要去思考和解决的问题。