在化学实验教学中培养学生的科学素养

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在化学实验教学中培养学生的科学素养
摘  要：化学是一门以实验为基础的学科，因此化学实验教学过程是对学生进行科学素养培养的有效途径，化学实验是注重过程的教学，所以必须在化学实验过程中进行改革，来体现科学素养的培养。本文通过对化学实验教学特点的分析，提出了培养学生科学素养的方法。
关键词：实验教学；改革；培养；科学素养
1 科学素养的涵义
在确定科学素养的内涵时，主要考虑如下三个方面：一是根据中共中央、国务院的有关决定和全国教育工作会议的有关精神，二是参考国际科学教育界对科学素养的有关提法，三是依据中学生科学素养的实际情况。
中共中央、国务院在有关文件中指出:科学素养主要包括科学知识、科学思想、科学方法和科学精神四个方面。国际科学教育界普遍认为，科学素养应该被看做社会公民和消费者应具备的最基本的对于科学技术的理解。科学素养的概念并不是指对科学已经达到一种很好的理解程度，而是指一种基本的程度。一般说来，公众同时达到对科学知识、科学过程和科学技术对社会的影响的基本理解，就可以被认为具备了基本科学素养的水平。结合中学生的实际情况，我们认为中学生的科学素养应涉及如下四个方面：科学知识与技能，科学探究（过程、方法与能力），科学态度、情感与价值观，对科学、技术与社会相互关系的理解。
著名化学家戴安邦教授指出:“化学教学既传授化学知识和技术,更训练科学方法和思维,还培养科学精神和品德。”因此,在化学教学过程中,要根据化学学科的特点和学生的实际情况,精心设计教学过程,发挥学生的主体性，让学生自主设计实验方案,从而激发学生的科学兴趣,培养学生的科学探究能力，提高科学素养。化学实验教学中科学素养的培养包括:培养探究思维、培养观察能力、培养创新精神等方面。
在化学实验教学过程中，只有明确了实验教学的特点及缺失，才能使教师站在科学素养培养的高度认识实验教学的重要作用，充分发挥实验教学系统在学生科学素养培养方面的功能。
2 当前实验教学在培养学生科学素养中的缺失
实验教学是化学教学过程中一个非常重要的组成部分，它是巩固理论知识的好方法，实验教学的好坏直接影响到理论知识的掌握。因此必须明确化学实验教学的特点，“对症下药”才能从根本上提高学生的科学素养。传统化学实验教学在培养学生科学素养方面主要存在以下几点不足：
2.1实验内容陈旧，不利于科学探究能力的培养。
①当前课本上的实验一般都有了明确的结论，不论是演示实验，还是分组实验，基本上都是验证性实验，演示实验是教师按照教材中的实验步骤或提示进行相关“实验探究”，不可能让学生通过自己实验，自主观察、自主思考。不利于培养学生的动手能力和科学探究能力。
②学生动手实验也常常是验证式的教学模式，学生按照教师课堂演示实验的操作步骤，或按实验手册的步骤，学生可以不必思考和分析，只需模仿、重复，就能完成实验，实验结束时有的学生甚至连最起码的实验原理也不知道，致使学生实验考查成为一种形式，这种实验教学被一种固定的模式所束缚，片面地强调共性发展而忽视个性发展，使得学生缺乏对实验的理性思考，也缺乏对学生实验动手能力、科学态度和科学方法的培养，尤其是探究能力的培养。
2.2实验手段的现代化薄弱，不利于科学知识与技能的掌握。
当今学校的实验室包括大学的实验室几乎都看不到多媒体设备的存在，在实验室中只是单纯的实验仪器和药品。但化学反应的时间不一样，化学教材中有些演示实验的完成需要较长的时间，有的甚至于在课堂45分钟内根本不可能完成，实验效率太低，有的实验又具有危险性不可能通过实验验证，这样不利于学生对实验现象的观察,不利于学生对科学知识的掌握。出现这些现象的原因都是实验手段落后的体现，而克服这些缺点就需要借助多媒体技术来实现。如针对不纯的氢气在氧气中燃烧会发生爆炸这一实验事实，我们只能通过实验讲解让学生硬性记忆，不可能通过分组实验验证，学生不能通过直观观察来体验实验效果。但通过多媒体展示就可解决这一缺点，因此传统的实验手段单一、陈旧，不利于学生不断学习新的科学知识、新的科学技术，不利于学生对多媒体技术的掌握，不利于学生科学素养的培养，尤其是不利于科学知识与技能的掌握。

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2.3分组实验分配和组织的不合理，不利于科学态度、情感与价值观的培养。
分组实验是化学实验中最重要的组成部分，它是锻炼学生操作能力最直接、最有效的方法。可以培养学生的团队合作精神。分组实验是实验教学中不可缺少的重要环节，由于受传统应试教育的影响，有些教师和学生对其认识不足，往往轻视分组实验，甚至于有些教师直接取消实验，把做实验改成讲实验，所以在实验教学中学生的创新思维没有得到提高，这些问题如得不到切实的解决，就不能充分发挥学生在实验中的主体性，不利于科学态度、情感与价值观的培养。传统实验教学中的分组实验一般只是验证实验书上已有的结论，学生的发散思维、创新精神及动手能力都没有得到提高，学生在实验过程中存在着盲目性，只是单纯的按照已经给定的实验步骤“照葫芦画瓢”机械的进行实验，实验手册上怎么说就必须怎么做，其实学生的许多奇思妙想中也许有更简便更有效的方法，严格地按照实验书上的规定进行实验，当然有利于成功的进行实验，但不利于学生的创新思维的培养及动手能力的培养，不利于科学态度、情感与价值观的培养。
2.4实验评价观的针对性不强,不利于学生对科学、技术与社会相互关系的理解。
在传统的教学评价中,教师对学生的评价非常重视反映学习结果的终结性评价,而忽视体现学习过程的形成性评价。在形成性评价中,教师又只重视教师本人的评价,而忽视了学生的自我评价和学生相互评价,致使实验评价观的针对性不强，不利于学生对科学、技术与社会关系的理解。传统实验教学在评价内容上过分注重评价学生在化学实验和化学实验技能方面的掌握情况，忽视了对教学过程及方法、情感态度及价值观方面的评价，过分强调从科学角度出发，注重学术性和所谓的规范化，脱离了学生的实际生活。过分关注评价的结果，不利于学生创新能力与求异思维能力的培养，不利于学生对科学、技术与社会关系的理解。
3 在化学实验教学中培养学生科学素养的策略
通过以上对传统实验教学特点的分析，我们发现传统实验教学是理论课的附属，在教学方法上以教师为中心，学生按照教师所“教”的内容，在有限的时间内完成规定的教学内容，撰写实验报告。使学生不能发挥主观能动性和创新性，所以实验教学的教学内容和教学方法有滞后性，已经不能满足培养全面发展学生的需要，所以我们必须针对以往的教学内容和教学方法进行改革，从而培养学生的科学素养。我们可以从创新实验教学内容、更新实验教学手段、改革实验教学方法，革新实验教学评价四个方面来培养学生的科学素养。
3.1创新实验教学内容，培养学生的科学素养。
①改验证性实验为探究性试验，培养学生的动手操作能力。
传统教材验证性实验过多，探究性实验偏少，二者比例关系失衡，限制了学生在化学实验中创新意识和创造能力的培养，创新实验教学内容，改变验证性实验“依葫芦画瓢”的做法，倡导学生结合所学知识根据已有实验题目，自己查阅资料，独立设计实验方案，经教师批准后进行科学探究实验，着重学习和体验科学研究的思路和方法，将实验技能的训练与培养，置于实验探究活动之中，培养学生的动手操作能力, 培养学生的创新思维，从而培养学生的科学素养。在教学的过程中，要充分发挥学生的主观能动性，教师引导学生把注意力放在实验探究活动上，指导学生自主进行方案设计、实验设计、数据处理等环节。在探究性实验教学中，我们要求学生设法利用好现有资源，如学校的实验仪器、药品、网络和图书馆等，运用实验手段，采用不同的实验材料、试剂、仪器等，设计出不同的探究性实验方案，在进行实验的过程中再根据实验情况进行增添、重组、改进，并对多种实验试剂、实验材料进行对比探究，寻找出最佳探究实验方案。其教学形式是多样的、随机的，重视了学生的个性发展，激励、引导、启发学生自行设计实验，进行对照探索、研究。例如在“配置一定物质的量浓度的溶液的实验”这一实验中，我们可以给学生摆出多种规格的容量瓶、烧杯和量筒，还可以增加滴定管、电子天平，让学生自己通过比较后正确地选出实验仪器。同学们分别试用不同容量的容量瓶、量筒、滴定管、电子天平，根据精确的原则分别作比较，看哪一个更适合实验的要求。通过自己动手挑选仪器、比较不同规格的仪器在实验中的安全性和准确性，让学生们对实验现象印象深刻,从而培养学生的动手操作能力，其教学结果能养成学生批判地吸收教科书知识的习惯，培养学生发现问题，积极探究的精神，培养学生的积极主动性，从而培养学生的科学素养。
②理论联系实际，多设计综合实验，培养学生的综合分析能力。

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选择的实验内容要有多学科综合性和交叉性，有利于学生综合实验能力的培养，将实验基本操作、基本技能与创新意识、综合分析能力、研究设计能力的培养贯穿于整个实验教学过程中，重视预习、实验、完成实验报告三个环节，勤于思索，勇于实践，有条不紊地进行实验。训练学生能对实验现象作出合理的解释，能运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律。在积极、主动的实验探究活动中，形成化学实验技能，使实验技能的训练成为实验探究活动的结果之一，培养学生的逻辑思维能力和发散思维能力及创新精神，有助于培养学生的科学态度，培养学生综合分析问题的能力,从而培养学生的科学素养。
化学实验功能的体现，不仅仅在于获得所谓的“正确”实验结果，更重要的使学生经历和体验获得实验结果的探究过程，只有亲身经历了这样的过程，真正地体现了实验探究的艰辛，学生才能对什么是科学、什么是科学实验有较为深刻的理解，才能在这样的过程中受到科学过程和科学方法的训练、形成科学的态度、情感和价值观，才能实现科学素养的培养。
③设置应用化学实验，培养学生的学习兴趣。
化学是一门综合性很强的学科，化学知识分布在生活的各个方面，例如“厨房中的化学”用食醋可以除水垢，因为水垢的化学成分主要有碳酸钙和碳酸镁，和食醋反应也能放出二氧化碳气体，使钙镁呈离子状态，这样就可以除水垢了。用纯碱可以去油污，因为纯碱是碳酸钠，溶于水后会发生水解，溶液呈碱性，因此可以去油污。化学实验是化学教育、教学中一种能提供学生生活化视野的载体，生活的多层面提供了多样性的生活化实验的素材，它需要我们去挖掘和开发，教学实验的生活化需要我们去设计和加工；只要我们在化学教学中关注实验，有意识地多创造一些让实验在教学中说话的机会，让学生感受到化学、化学实验的魅力，使实验成为培养和保持学生对化学兴趣的一条有效途径，这样一方面可以提高学生的科学兴趣，使学生感到化学无处不在；另一方面也可使学生在知道和理解化学知识的基础上，能够清楚所学的知识能用于做什么和怎么做；同时对化学的本质和价值有一个正确的认识。因此，通过化学实验来解释和解决日常生活和社会实际问题，对于拓展化学实验的功能，培养学生学习化学的兴趣，培养和提高学生的科学素质，以及经济效益观念，具有十分重要的意义和价值。
3.2更新实验教学手段，培养学生的科学素养。
①多媒体技术与化学实验有机结合，培养学生的科学想象力。
随着科学技术的发展，信息技术在教学领域中的应用也越来越广泛，与此同时多媒体辅助教学（CAI）在化学实验中的应用也逐渐占有重要地位，由于多媒体技术集动画、声音于一体，具有很强的真实感和表现力的特点，可以应用多媒体改革传统实验教学中实验现象不明显，实验效率低，实验现象抽象等特点，可以培养学生的科学想象力。运用多媒体展示化学实验也可以提高学生的学习兴趣，加深学生对实验现象的理解。如：在二氧化碳制取的实验中，稀盐酸、稀硫酸分别与石灰石对比反应，从而使学生明白实验室中应该用稀盐酸而不用稀硫酸与石灰石反应制取二氧化碳。但稀硫酸与石灰石的反应现象很不明显且时间短暂，学生根本观察不到，但上课时可以通过投影将实验放大到屏幕上，这样每一个学生都能观察到这个现象，对这一问题的理解也就水到渠成。这就是应用多媒体技术放大实验效果从而达到实验目的。运用多媒体技术还可以展示有危险性或有毒的实验，运用多媒体技术也可以将抽象的化学实验形象化，化学是研究原子分子等微观粒子的学科，对于化学中运动而复杂的微观世界，用传统的教学手段很难让学生理解，但借助多媒体可以让学生比较直观的认识微观世界微粒的运动。
多媒体技术模拟化学实验不仅可以节约仪器和实验药品、有利于环保、有助于学生对实验现象的观察和化学原理的理解，还可以提高学生的学习兴趣，但需要指出的是多媒体技术模拟化学实验不能完全代替学生动手实验，学生的动手能力还是要在实验过程中得到锻炼，所以必须将多媒体实验技术与传统实验结合起来，使之相互补充，相辅相成，以达到最佳的实验效果。这样可以培养学生对最新信息技术的掌握，以及运用现代技术手段解决实际问题的能力。
②改进实验装置，培养学生的创新精神。
一个化学实验是否成功的关键，除了和实验方案的设计等人为因素要素有关外，还与实验装置的好坏有很大关系，传统的实验装置准确性是毋庸置疑的，但有些实验装置也存在着这样或那样的弊端，不利于课堂教学操作，因此改进实验装置，不仅可以优化课堂教学，改进课堂教学质量，而且还对培养学生的创新思维和实践能力有非常重要的作用。
3.3改革实验教学方法，培养学生的科学素养。

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改革实验教学方法可以从提高分组实验的有效性入手，从而培养学生的团队合作精神及创新思维。
①首先让学生预习实验，明确实验目的。
让学生事先根据实验册写出预习报告，从而明确实验步骤，实验仪器药品等，对整个实验过程了如执掌。
②合理安排组内各成员分工，维持良好秩序。
为避免出现在分组实验中出现“袖手旁观，无所事事”的现象，教师要事先安排每个成员的任务，通过不断巡视查看检查学生完成情况，并及时规范操作。
③做好总结，巩固和发展实验的成果。
分组实验更要做好总结工作，指出学生在实验中的缺点和不足，让每一个学生都能从实验中有所收获，简明扼要地做好实验笔记，为培养学生能自觉地、有目的地、独立地进行实验打好基础，还可以培养学生实事求是的科学态度，以及坚持不懈，持之以恒的科学探索精神。
3.4革新实验教学评价，培养学生的科学素养。
①自评和他评相结合，调动学生在化学实验学习中的积极性。
评价主体由教师单一的以学生的学业成绩为主的评价向多元化主体评价转变，在评价中采取学生自评和他评，使评价成为学生自我教育、自我发展的动力，如在探究实验活动中，在小组内可以根据参与程度和态度进行自评和互评，这样可以调动学生在化学实验学习中的积极性。
②加强化学实验教学评价的针对性，针对学生的个性特点作出合理的评价。
新课程的教学理念关注每一位学生的发展，这就要求在化学实验教学中重视评价学生的个性化反应方式，针对学生的个性特点作出合理的评价，即培养学生的创新精神和实践能力，通过评价发现每一个学生的优势智能领域，我们要以全面的，发展的眼光来评价学生，评价内容要综合考虑到学生智能的差异和学生个性发展的需要。
③加强在化学实验中对学生化学实验知识与技能的应用能力和解决实际问题能力的考查。
评价的内容和标准应该与课程目标相一致，培养学生用实验方法研究化学现象与规律的能力，使学生在化学实验的基本知识，基本方法和基本技能等方面受到较系统的训练，加深对化学基本概念和基本原理的理解和掌握，培养良好的科学素养。把化学实验教学从传统的注重传授知识型转变为传授知识和培养能力型的教学模式。
《现代教学价值体系论》认为，使学生获得和谐发展，造就学生成才的素质，满足社会对人才的需要，是全部教学活动的终极价值。化学实验教学过程，是构建学生科学素养的过程，是学生成长的过程。
综上所述，在化学实验教学中培养学生的科学素养，应从化学实验的特点和功能入手，针对实验过程中每个环节，从根本上实现科学素养的培养。科学素养的培养是一项长期又艰巨的任务，这需要教师和学生的共同努力，教师要在实验手册的基础上精选实验教学内容，达到培养科学素养的目的，学生要在教师指导下学会自主探究，独立思考并自主设计实验，从而实现科学素养的培养。