《中学化学实验创新设计的研究》

开题报告

一．课题研究的背景

实验教学在理科教学中占用重要的地位，化学实验提供比较直观的现象，符合学生从感性到理性的认知规律，有助于学生掌握化学知识，可以锻炼学生的实验操作技能，能从现象到结论的分析推理中，培养学生逻辑推理能力。实验探究还能培养学生的创新意识和创新精神。通过查阅文献，现行化学实验主要存在以下几点问题：体现现代科技发展水平的实验太少；联系生产与生活实际的实验不多；验证性实验比例大，探究性实验比例小；定量化学实验甚少；一些严重污染的实验仍然存在；实验内容知识性太强，趣味性不浓。这些问题的解决需要一支勇于创新的教师团队，需要一批又推广价值的实验创新设计成果。

二．课题研究的意义和价值

1.理论意义

本课题旨在引导教师关注教材中的“实验”，研究其中的“物质、装置和步骤”，为青年教师养成质疑、改进、创新、提高课堂效益的习惯提供研究平台；专家更偏爱从理论这一较高层次的角度分析，一线教师更关注教学实践研究，实验的成功与否、现象是否明显、课堂气氛是否活跃、是否吸引学生等角度来关注实验，知识与技能研究的比例大于理论研究的比例，通过一线教师的实践与专家的理论引领，对教师的实验创新和实验教学有非常好的促进作用。本研究具有创新意义；通过对课本实验的整合、改进与创新，带动教师学习相关理论（如建构主义理论、“发现学习”理论、认知学习理论等），为实验教学提供理论保障，提高教师的专业素养。

2.实践价值：

通过该课题的研究能够丰富教学理论中的创新实验教学理论，拓宽教师的研究思路；通过微型化、生活化、绿色化、探究化、定量化实验改进的研究与整理，将研究成果应用于教学实践，有助于创设生动活泼的教学情景，激发学生学习化学的兴趣，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观；在实践该研究的过程中，教师的教学水平与实验能力与意识得到提高，学生的化学学科素养得到发展。

三．课题概念的界定

“实验”是为了解决文化、政治、经济、社会及自然问题，而在其对应的科学研究中用来检验某种新的假说、假设、原理、理论或者验证某种已经存在的假说、假设、原理、理论而进行的明确、具体、可操作、有数据、有算法、有责任的技术操作行为。本课题“化学实验”是指提供化学实验仪器、化学试剂和必要的反应条件进行科学研究的操作行为。人们利用化学实验来探究物质及其变化的奥秘，化学实验是检验某种化学理论或假设而进行某种操作或从事某种活动。

“创新”是指以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向,利用现有的知识和物质,在特定的环境中,本着理想化需要或为满足社会需求,而改进或创造新的事物、方法、元素、路径、环境,并能获得一定有益效果的行为。创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程。其起源于拉丁语，有三层含义:第一，更新;第二，创造新的东西;第三，改变。创新是人类特有的认识能力和实践能力，是人类主观能动性的高级表现，是推动社会进步和社会发展的不竭动力。从本质上说，创新是创新思维蓝图的外化、物化。本课题的“化学实验创新”指实验者在实施化学实验前，基于对已有的实验存在问题的认识，根据一定的化学实验目的和要求，运用化学知识与技能，按照一定的实验方法对实验的原理、仪器、装置、步骤和方法等进行合理改进或设计出全新的实验仪器、方案并组织实施的一种实践活动。

“设计”是把一种计划、规划、设想通过某种形式传达出来的活动过程。人类通过劳动改造世界，创造文明，创造物质财富和精神财富，而最基础、最主要的创造活动是造物。设计便是造物活动进行预先的计划，可以把任何造物活动的计划技术和计划过程理解为设计。设计是创意与创新的桥梁。本课题的“化学实验设计”指实验者在实施化学实验前，根据一定的化学实验目的和要求，运用化学知识与技能，按照一定的实验方法对实验的原理、仪器、装置、步骤和方法等进行合理安排与规划。

综上所述，本课题旨在利用现有的知识和物质，依据教学的目的与要求，从不同的视角对现有的课本实验进行整合、改进或创新，从而提高教师对化学学科体系的理解水平。

四．国内外研究现状

1.国内研究现状

国内对化学实验创新的研究课题和相关论文较多，各级教研机构组织了一些化学实验创新比赛，取得了较多的实践成果。例如何翔在课题《培养中学学生基本科学素养的化学实验教学研究》中指出，对实验创新从实验内容、实验安全、实验表现、实验细节等4个角度提炼特点,并从实验设计文献思路、实验技术的局限性、实验体系的淡化、实验时代感及教学功能等角度作出批判和反思。李德前在课题《运用现代教育技术装备促进基础教育实践教学模式的改革与创新》中结合自身实验创新成果,借助实例分别介绍了改进和设计化学实验的几种思维方法,包括列举法、组合法、移植法、替换法、逆向法、放大创新法、缩小省略法、同类组合法和等值交换法,对于培养和提高师生的创新能力具有一定价值。

还有一些教师针对实验创新提出了独到见解，如付飞鹤提出了创造性思维方法在化学实验创新中的应用，隋良永提出了化学实验创新中的绿色化学理念等观点，付全新在提出化学实验创新关键是要有正确的价值选择.价值可分为目的价值和手段(工具)价值，教师进行化学实验创新应选择“绿色理念、科学精神和创新意识”为目的价值；教师进行化学实验创新应选择“新、简、明、巧、省、细”为手段(工具)价值。

2.国外研究现状

国外的教材与国内版本上存在差异，化学实验的类型和数量不同，强调定量化、学生参与的实验较多，部分社会机构对教材有配套的实验安排，如《科学发现者》出版单位。国外部分实验爱好者设计的实验大型化、趣味化，有一定的参考价值。总体对实验的创新设计处于无序状态的较多，对实验创新的理论研究较为深入。

3.对研究现状的分析

中学化学实验创新的研究处于研究活跃期，经对文献的检索分析，实验案例代替研究成果的比较常见，如：廖余平等在《高中化学演示实验改进与创新的研究报告》中列出了一些研究案例作为研究成果。陈人昌在《初中化学实验改进与创新研究课题总结报告》的研究成果列举了一些物化的研究案例。少数研究者提出了创新设计的一些观点。总体来说，就事论事的研究较多，物化成果多，理论成果少。对为什么需要创新认识不足，为创新而创新的实验案例较多，对实验创新研究的理论价值和对教师成长的价值体现的不够，对实验创新的归纳总结不够深入，考虑学生参与设计的较少，对创新设计的途径和方法研究还不足。

五．课题研究的理论依据、主要内容和创新之处

1.理论依据

1.1建构主义理论

建构主义学习观认为，学生的学习不是“由不知到知的过程”，而是学习者在个体原有知识经验的基础上不断生长出新知识的过程；学习不是教师将外部结论式知识强硬塞进学习者的头脑中，而是通过学习者对知识产生的过程的理解从而建构新知识意义的过程。

1.2布鲁纳的“发现学习”理论

布鲁纳认为，在教学过程中，学生是一个积极的探究者，教师的作用是促成一种学生能探索的情境，而不是提供现成的知识。即学生获得的知识、技能、能力不是靠教师直接提供的，而是从教师提供的教学情境中，通过自己的实践和活动，探索发现解决问题的方法。

1.3认知学习理论

瑞士心理学家皮亚杰认为："人对外界的认识之最初的中介就是活动。"“教育的目的是造就能创造的而不是简单重复前人所做的事的人，这种人能有创造、发明和发现。”皮亚杰认为，知识来源于活动，没有主体对客体的活动就不可能产生反映式认识。通过活动丰富认识结构，通过儿童自身积极的活动，让儿童探索、发现知识。学生在活动中获取的知识更直接、更深刻、更灵活，而且让学生经历了探究知识的过程，一方面能使他们学会学习知识的方法和策略，另一方面能使他们的能力、智力、精神、习惯、思维方式都得到培养，形成健全的人格。

2.主要内容

2.1中学化学教材实验的分类研究：通过查阅、收集、整理相关的资料，找出本课题的重点研究方向。对一些重点教学实验进行研究，改进为探究化、微型化、定量化、绿色化、生活化实验。

2.2中学化学教材实验的改进与创新设计研究：完善现行化学教材中有不足之处的实验仪器、方案及方法；补充现行中学化学教材中没有的重要实验仪器、方案及方法；重要演示实验仪器、方案及方法进行改进创新。

2.3中学化学实验的改进与创新的应用研究：研究在中学阶段如何将实验探究过程与教学实践结合起来，将研究的成果应用于化学教学，为化学教学服务。

2.4中学化学实验改进与创新的方式与方法研究：研究利用教师资源与学生资源，在教学过程中更好地开展研究工作，实验的创新与改进的方式。

3.主要观点

实验创新设计是提高教师对化学学科体系理解程度的重要手段，是提高化学教学实验实施率的重要措施，是激发、引导学生深入理解化学原理的有效方法，是提升学生化学学科素养的重要手段。有助于提高中学化学教师进行实验的愿望和转变对实验的态度，积极主动完成课程标准中规定的实验项目，激发教师进行实验创新的动力。

4.创新之处

化学实验设计是提高教师对化学本质认识的重要手段，是教师专业发展和成长的重要方法；实验创新设计的研究能够探索出化学实验创新的思路，拓宽教师的专业视野。

六．课题研究的方法与途径、

1.课题研究的方法

1.1教育调查法：通过访谈、调查、查阅资料等方法，了解教师的实验开发意识和水平，为课题深入开展提供依据和参考。

1.2文献研究法：通过查阅文献资料认真学习、了解实验创新的最新动态和改革经验，少走弯路，为课题研究服务。

1.3行动研究法：在计划—行动—反思--改进—行动的研究过程中不断调整，解决研究和教学中的实际问题。

1.4个案研究法：在内容开发过程中选择一些典型案例进行个案研究使其不断优化，及时发现问题，调整对策。

2.课题研究的主要途径

本研究拟在收集、整理原有课本实验的基础上，学习学生的学情和对事物的认知规律，重点是对物质、装置、步骤的整合、改进与创新等方面的研究。通过专家培训指导，研究高中学生的学情、思维特点和认知规律。通过理论学习、改进创新、课堂实践和总结反思等措施，丰富教师的学科知识结构、提升教师的实验教学的能力。通过各项相关理论的学习，逐步使教师能够运用理论指导实验教学。在研究学生学情的的基础上，运用相关理论指导实验的整合、改进与创新，收到良好的教学效果。根据研究过程中的问题与不足，及时反思，完善研究的内容。在总结经验与教训的基础上，最终形成课题的研究成果。

七、课题人员分工

1、本课题以周存军、汪序为组长，成员包括丁志广、黄旭花、周春美、何春祥、

王良、沈燕萍、奚小玲、王菁、顾丽花、陈洁、张婷婷、张玉娟等。

2.人员分工

八、课题研究步骤及内容

第一阶段：学习准备阶段（3个月左右）

课题立项和开题准备，研讨、制定课题研究计划，明确课题的分工。进行中学化学教材实验的分类研究：通过查阅、收集、整理相关的资料，找出本课题的重点研究方向。

第二阶段:全面实施阶段（24个月左右）

确定研究的方向和方式，完善现行化学教材中有不足之处的实验仪器、方案及方法；补充现行中学化学教材中没有的重要实验仪器、方案及方法；重要演示实验仪器、方案及方法进行改进创新；中学化学实验的改进与创新的应用研究：研究在中学阶段如何将实验探究过程与教学实践结合起来，如何将研究的成果应用于化学教学，为化学教学服务。

第三阶段:总结反思阶段（6个月左右）

在实施课题研究的基础上，不断反思、改进、完善、总结，研究如何利用教师资源与学生资源，在教学过程中更好地开展研究工作，以何种方式进行实验的创新与改进。对中学化学实验改进与创新的方式与方法研究，并加工、整理、提炼，形成具有一定理论价值的工作流程或方案。

九．主要研究阶段及阶段性研究目标

最终研究目标和最终完成时间

十．研究保障条件

课题主持人周存军老师实验研究意识比较强，近年来研究了甲烷的性质实验改进、钠的性质实验改进、 碳酸钠和碳酸氢钠性质实验创新和改进、铝及其化合物实验创新和改进、铁及其化合物实验创新和改进等，相关成果在《化学教育》、《化学教学》等核心发表，实验设计获省市级比赛一二等奖多项。《碳酸饮料与化学》、《离子反应》创新实验设计，在市级教研活动中得到专家的认可。常州市教育局对中学理科实验一贯高度重视，初高中学生的实验考核，举办教师和学生的实验设计比赛。核心成员大多曾参与多项省市级课题的研究，取得了一定的成果，发表了一系列的教育教学论文，具有较高的学科素养。

常州市教育局和各个学校十分重视新课程的实施推进和课题研究工作，各个学校定期为教师配发新课程有关的理论专著，支持并资助教师订阅各种教育、教学类刊物杂志，图书馆、资料室有丰富的教科研方面的理论书籍，同时学校有中国知网等网络账号可以使用，还定期、不定期地聘请高校及研究单位的专家、教授进行专业理论指导，每学期都专门预算课题研究保障经费，保证学校各级各类课题研究能够顺利进行。