科学探究学习过程的设计与实践.ppt

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1、科学探究学习过程科学探究学习过程的设计与实践的设计与实践范范 金金 娟娟西安市第十中学西安市第十中学20122012年年1010月月新课标对科学探究的要求新课标对科学探究的要求1相关概念的界定相关概念的界定2科学探究教学方案的设计科学探究教学方案的设计3教学实践教学实践4本期主题：本期主题：本期主题：本期主题：科学精神科学精神物质知识物质知识服务社会服务社会科科 学学 探探 究究 第第1 1章章:示范性方法指引示范性方法指引 2-82-8章：有科学探究实验章：有科学探究实验 2-82-8章：空气、氧气、水与章：空气、氧气、水与 溶液、燃料、金属、酸碱盐溶液、燃料、金属、酸碱盐 第第2.32.3

2、章章:分子、原子、离子分子、原子、离子 元素组成、化合价与化学式元素组成、化合价与化学式 第第2.3.4.6.82.3.4.6.8章章:反应基本类型反应基本类型 质量守恒定律、化学方程式质量守恒定律、化学方程式 各章各章:化学与环境、能源材料化学与环境、能源材料 生命与健康等生命与健康等身边的化学物质身边的化学物质物质构成的奥秘物质构成的奥秘物质的化学变化物质的化学变化化学与社会发展化学与社会发展课课标标的的课课程程内内容容义务教育义务教育教科书教科书九年级九年级化学化学科学出版社科学出版社广东教育广东教育出版社出版社在义务教育教材中体现在义务教育教材中体现课程内容三大要素课程内容三大要素五个

3、一级主题五个一级主题一一.新课标对科学新课标对科学探究的要求探究的要求课标将课标将“科学探究科学探究”列为首个一级主题，包括如下内容：列为首个一级主题，包括如下内容：科科学学探探究究1.1.增进对科学探究的理解增进对科学探究的理解2.2.发展科学探究能力发展科学探究能力3.3.学习基本的实验技能学习基本的实验技能4.4.完成基础的学生实验完成基础的学生实验提出对科学探究的提出对科学探究的5 5点认识点认识 提出科学探究过程的提出科学探究过程的8 8个要素个要素 提出学生需学会的提出学生需学会的7 7项实验技能项实验技能 提出学生至少需完成的提出学生至少需完成的8 8类实验类实验一级主题一级主题

4、二级主题二级主题二级主题分列的要点二级主题分列的要点1、增进对科增进对科学探究的理解学探究的理解1.1.体验到科学探究是人们获取科学知识、体验到科学探究是人们获取科学知识、认识客观世界的重要途径。认识客观世界的重要途径。2.2.意识到提出问题和做出猜想对科学探究意识到提出问题和做出猜想对科学探究的重要性，知道猜想与假设必须用事实来的重要性，知道猜想与假设必须用事实来验证。验证。3.3.知道科学探究可以通过实验、观察等多知道科学探究可以通过实验、观察等多种手段获取事实和证据。种手段获取事实和证据。4.4.认识到科学探究既需要观察和实验，又认识到科学探究既需要观察和实验，又需要进行推理和判断。需要

5、进行推理和判断。5.5.认识到合作与交流在科学探究中的重要认识到合作与交流在科学探究中的重要作用。作用。2、发展科学、发展科学 探究能力探究能力观察问题观察问题1假设预测假设预测2制定计划制定计划3进行实验进行实验45收集证据收集证据6解释结论解释结论7反思评价反思评价8表达交流表达交流科粤版科粤版化学化学根据课程标准将科学探究过程根据课程标准将科学探究过程的的 8 8 要素作适当整理，组成要素作适当整理，组成 6 6 个环节个环节观观察察与与问问题题假假设设与与预预测测解解释释与与结结论论反反思思与与评评价价表表达达与与交交流流实实验验与与事事实实“实验与事实实验与事实”是中心环节，包含了是

6、中心环节，包含了“制定计划制定计划”“”“进行实验进行实验”“”“收集证据收集证据”三个步骤三个步骤实实验验与与事事实实实验：假设：实验：分析：结论：表达：光光亮亮铜铜片片问题：铜片为何铜片为何会变黑？会变黑？变变黑黑可能是可能是 烟灰烟灰 熏黑熏黑可能是可能是 与空气与空气 中氧气中氧气 反应反应用铝箔用铝箔 密裹铜密裹铜 片加热片加热 不变黑不变黑用洁布用洁布 轻抹变轻抹变 黑处，黑处，抹不去抹不去加热敞加热敞 口试管口试管 内铜片内铜片 变黑变黑铜受热铜受热变黑不变黑不是烟灰是烟灰铜在有铜在有空气试空气试管中加管中加热变黑热变黑隔绝空隔绝空气加热气加热不变黑不变黑铜与空气铜与空气中氧气受

7、中氧气受热反应生热反应生成黑色氧成黑色氧化铜化铜氧化铜与氧化铜与盐酸反应盐酸反应生成蓝绿生成蓝绿色溶液色溶液实验佐证：铜铜+氧氧气气氧氧化化铜铜规 范 科 学 探 究 激 励 自 主 学 习观察观察问题问题假设假设预测预测实验实验事实事实解释解释结论结论反思反思评价评价表达表达交流交流3、学习基本、学习基本的实验技能的实验技能1.1.能进行药品的取用、简单仪器的使用和能进行药品的取用、简单仪器的使用和连接、加热等基本的实验操作。连接、加热等基本的实验操作。2.2.能在教师指导下根据实验需要选择实验能在教师指导下根据实验需要选择实验药品和仪器，并能安全操作。药品和仪器，并能安全操作。3.3.初步

8、学会配制一定溶质质量分数的溶液。初步学会配制一定溶质质量分数的溶液。4.4.初步学会用酸碱指示剂、初步学会用酸碱指示剂、pHpH试纸检验溶试纸检验溶液的酸碱性。液的酸碱性。5.5.初步学会根据某些性质检验和区分一些初步学会根据某些性质检验和区分一些常见的物质。常见的物质。6.6.初步学习使用过滤、蒸发的方法对混合初步学习使用过滤、蒸发的方法对混合物进行分离。物进行分离。7.7.初步学习运用简单的装置和方法制取某初步学习运用简单的装置和方法制取某些气体。些气体。4、完成基础、完成基础的学生实验的学生实验1 1粗盐中难溶性杂质的去除粗盐中难溶性杂质的去除。2 2氧气的实验室制取与性质氧气的实验室制

9、取与性质。3 3二氧化碳的实验室制取与性质二氧化碳的实验室制取与性质。4 4金属的物理性质和某些化学性质金属的物理性质和某些化学性质。5 5燃烧的条件燃烧的条件。6 6一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制。7 7溶液酸碱性的检验溶液酸碱性的检验。8 8酸、碱的化学性质酸、碱的化学性质。将将 8 8 类学生实验编辑成类学生实验编辑成 6 6 组（加基本操作组（加基本操作7 7组），组），3 3组放在上册末、组放在上册末、3 3组放在下册末。组放在下册末。基本实验操作基本实验操作科粤版科粤版化学化学 科学实验布局科学实验布局 分章分章分类分类12345全全书书演示性

10、探究活动演示性探究活动110103演示性观察活动演示性观察活动12686638学生动手实验学生动手实验303028科粤版科粤版化学化学 演示性探究实验演示性探究实验章节章节探探 究究 实实 验验 的的 内内 容容实验实验个数个数1.41.4金属铜化学性质的探究金属铜化学性质的探究4 42.12.1我们呼吸作用的探究我们呼吸作用的探究3 34.34.3质量守恒定律的探究质量守恒定律的探究3 3科粤版科粤版化学化学 学生分组实验学生分组实验章节章节分组实验的篇目分组实验的篇目实验实验个数个数1.21.2实验一实验一 ：化学实验简单的基本操作化学实验简单的基本操作3 33.2-33.2-3实验二实验

11、二 ：氧气实验室制取、性质与氧气实验室制取、性质与 物质燃烧的条件物质燃烧的条件3 35.2-35.2-3实验三实验三 ：二氧化碳实验室制取与性质二氧化碳实验室制取与性质2 2二二.相关概相关概念的界定念的界定科学探科学探究强度究强度科学探科学探究开放究开放度度教学设计教学设计科学探究科学探究相关概念相关概念的界定的界定科学探科学探究强度究强度科学探科学探究开放究开放度度教学教学设计设计科学科学探究探究 美国美国国家科学教育国家科学教育标标准准中中对对科学探究是科学探究是这样这样表述的：表述的：“科学探究指的是科学家科学探究指的是科学家们们用来用来研究自然界并根据研究所研究自然界并根据研究所获

12、获事事实证实证据做出解据做出解释释的各种方式，的各种方式，科学探究也指学生构建知科学探究也指学生构建知识识、形成科学形成科学观观念、念、领领悟科学研究悟科学研究方法的各种活方法的各种活动动”。相关概念相关概念的界定的界定科学探科学探究强度究强度科学探科学探究开放究开放度度教学教学设计设计科学科学探究探究 科学探究的强度是指在化学教科学探究的强度是指在化学教学实施的过程中，因受所学教材的学实施的过程中，因受所学教材的内容、课堂时间、学生的实际情况内容、课堂时间、学生的实际情况等诸多方面因素的制约，将科学探等诸多方面因素的制约，将科学探究的要素体现得多少的一种指标。究的要素体现得多少的一种指标。如

13、果将科学探究过程的八要素如果将科学探究过程的八要素全部交由学生活动，我们就称其为全部交由学生活动，我们就称其为科学探究的强度为最大，如果全部科学探究的强度为最大，如果全部由教师来掌控，学生仅仅是间接的由教师来掌控，学生仅仅是间接的进行思维过程活动，我们就称其科进行思维过程活动，我们就称其科学探究的强度为学探究的强度为0 0。相关概念相关概念的界定的界定科学探科学探究强度究强度科学探科学探究开放究开放度度教学教学设计设计科学科学探究探究 科学探究的开放度是指在科学探究的开放度是指在实施科学探究教学的施科学探究教学的过程中，程中，学生所学生所亲身身经历的科学探究的科学探究过程所包含的科学探究要素的

14、多程所包含的科学探究要素的多少。少。如在探究如在探究过程中，学生只程中，学生只涉及到探究中的部分要素，称涉及到探究中的部分要素，称为部分探究；如探究的所有要部分探究；如探究的所有要素全部涉及，素全部涉及，则称称为完全探究。完全探究。相关概念相关概念的界定的界定科学探科学探究强度究强度科学探科学探究开放究开放度度教学教学设计设计科学科学探究探究 张筱兰认为：教学设计是以教学过张筱兰认为：教学设计是以教学过程为研究对象，用系统方法分析和研究程为研究对象，用系统方法分析和研究教学需要，设计解决教学问题的方法和教学需要，设计解决教学问题的方法和步骤，并对教学效果做出价值判断的计步骤，并对教学效果做出价

15、值判断的计划过程和操作程序。划过程和操作程序。鲍嵘认为：教学设计是一种鲍嵘认为：教学设计是一种“旨在旨在促进教学活动程序化，精确化和合理化促进教学活动程序化，精确化和合理化的现代教学技术。的现代教学技术。”徐英俊则认为：徐英俊则认为：“教学设计是以优教学设计是以优化教学效果为目的，以学习理论、教学化教学效果为目的，以学习理论、教学理论和传播理论为理论基础，运用系统理论和传播理论为理论基础，运用系统方法分析教学问题确定教学目标、建立方法分析教学问题确定教学目标、建立教学试行解决方案、评价试行结果和问教学试行解决方案、评价试行结果和问题的策略方案、修改方案的过程。题的策略方案、修改方案的过程。”三

16、三.科学探究教学方案的设计科学探究教学方案的设计1.1.科学探究科学探究教学设计的教学设计的原则原则以问题为中心的原则以问题为中心的原则自主性原则自主性原则合作性原则合作性原则开放性原则开放性原则探究性原则探究性原则l教学任务与课程内教学任务与课程内容标准分析；容标准分析；l学生情况分析；学生情况分析；l教学资源与教学条教学资源与教学条件；件；l教学改革的内容与教学改革的内容与措施；措施；l教学进度计划；教学进度计划；l学科活动计划；学科活动计划；l学生实验计划；学生实验计划；l测量与评价方式。测量与评价方式。l本单元教材分析与课本单元教材分析与课程内容标准分析；程内容标准分析；l学生情况分析

17、；学生情况分析；l单元教学目标设计；单元教学目标设计；l单元学习活动设计；单元学习活动设计；l单元教学进度与课时单元教学进度与课时划分；划分；l教学测量与评价措施；教学测量与评价措施；l单元教学反思与再设单元教学反思与再设计。计。l分析教学任务，阐述分析教学任务，阐述预期目标；预期目标；l确定学生的起点状态；确定学生的起点状态；l分析起终点学生知识、分析起终点学生知识、行为与态度状态；行为与态度状态；l考虑教材呈现方式，考虑教材呈现方式，提供怎样的学习指导；提供怎样的学习指导；l考虑引起学生反应的考虑引起学生反应的方法及反馈的方式；方法及反馈的方式；l考虑对教学结果进行考虑对教学结果进行测量与

18、评价的方式。测量与评价的方式。学期设计学期设计单元设计单元设计课时设计课时设计2.2.科学探究教学设计的层次科学探究教学设计的层次3.3.科学探究教学内容设计的方法科学探究教学内容设计的方法l探究内容的选择探究内容的选择（2 2）选择贴近学生生活、联系社会实际的热点）选择贴近学生生活、联系社会实际的热点问题；问题；（1 1）以教材中基础实验为主要探究内容；）以教材中基础实验为主要探究内容；（3 3）从复习课中引发探究内容。）从复习课中引发探究内容。l探究活动目标的制定探究活动目标的制定 制定科学探究活动目标时，应根据科学探制定科学探究活动目标时，应根据科学探究内容并结合学生的实际水平确定，在科

19、学探究内容并结合学生的实际水平确定，在科学探究活动中应以知识与技能、过程与方法、情感究活动中应以知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面为目标。态度与价值观三方面为目标。在实施科学探究的教学过程中，我们不在实施科学探究的教学过程中，我们不可能对每一个探究要素都展开探究，我们应该可能对每一个探究要素都展开探究，我们应该根据教学内容的侧重点，选择其中的一个或几根据教学内容的侧重点，选择其中的一个或几个探究要素让学生进行科学探究的实践，一个个探究要素让学生进行科学探究的实践，一个学期有一两次完整的科学探究，这样，不仅使学期有一两次完整的科学探究，这样，不仅使学生学会科学探究的方法，体验科学探究

20、的思学生学会科学探究的方法，体验科学探究的思维，也培养学生科学探究的能力。维，也培养学生科学探究的能力。l探究强度的确定探究强度的确定探究活探究活动动的水平的水平水平水平 观观察察问题问题 假假设预测设预测 实验实验事事实实 解解释结论释结论 反思反思评评价价 表达交流表达交流水平水平1 1 教师 教师 教师 教师 教师 学生学生 水平水平2 2 教师 教师 教师 教师 学生学生 学生学生水平水平3 3 教师 教师 教师 学生学生 学生学生 学生学生水平水平4 4 教师 教师 学生学生 学生学生 学生学生 学生学生水平水平5 5 教师 学生学生 学生学生 学生学生 学生学生 学生学生水平水平6

21、 6 学生学生 学生学生 学生学生 学生学生 学生学生 学生学生我们根据科学探究的六各环节将探究活动水平分为我们根据科学探究的六各环节将探究活动水平分为6 6种，其中的各个环节是由教师或者在教师的指导种，其中的各个环节是由教师或者在教师的指导下由学生来完成的，在这下由学生来完成的，在这6 6种水平中，水平越高，种水平中，水平越高，说明学生进行科学探究活动的独立性越强，开放度说明学生进行科学探究活动的独立性越强，开放度也大。也大。l探究开放度的确定探究开放度的确定收集并了解当收集并了解当前国内外与本前国内外与本课题课题相关的理相关的理论论文献及文献及实实践践资资料料 查阅资料查阅资料 分析，分析

22、，寻找出找出科粤版科粤版9 9年年级化化学上册教材中学上册教材中合理的合理的实验案案例例 教材分析教材分析在课时量、知识在课时量、知识量以及所带班级量以及所带班级的学生情况已定的学生情况已定的条件下进行探的条件下进行探究强度和开放度究强度和开放度的实证研究分析，的实证研究分析，从理论和实践两从理论和实践两方面对科学探究方面对科学探究教学教学6 6个环节进个环节进行整体设计。行整体设计。实施研究实施研究四四.教学实践教学实践 全日制义务教育化学课程全日制义务教育化学课程标准（标准（20112011年版）年版）根据课程目根据课程目标要求描述所使用的词语，将学标要求描述所使用的词语，将学习目标分为了

23、三个方向，分别为习目标分为了三个方向，分别为认知性学习目标认知性学习目标、技能性学习目技能性学习目标标和和体验性学习目标体验性学习目标。1 1级级2 2级级3 3级级金属金属铜铜化学性化学性质质的探究的探究我我们们的呼吸作用的呼吸作用物物质质燃燃烧烧条件的探究条件的探究探究探究组组成水的元素成水的元素质质量守恒定律量守恒定律二氧化碳性二氧化碳性质质的探究的探究实验实验室制取二氧化碳室制取二氧化碳烧烧杯中的溶液杯中的溶液为为什么会什么会变红变红？总计总计718 科粤版科粤版9 9年级化学上册课程中科学探究板块在课程目标中的年级化学上册课程中科学探究板块在课程目标中的内容标准内容标准 科粤版科粤版

24、9 9年级化学上册课程科学探究教学设计年级化学上册课程科学探究教学设计知知识识点点类类型型活活动动对对象象观观察察与与问题问题假假设设与与预测预测实验实验与与 事事实实解解释释与与结论结论反思反思与与评评价价表达表达与与交流交流金属金属铜铜化学性化学性质质的探究的探究教材预设教师学生我我们们的呼吸作用的呼吸作用教材预设教师学生物物质质燃燃烧烧条件的条件的探究探究教材预设教师学生探究探究组组成水的元成水的元素素教材预设教师学生知知识识点点类类型型活活动动对对象象观观察察与与问题问题假假设设与与预测预测实验实验 与与 事事实实解解释释与与结论结论反思反思与与评评价价表达表达与与交流交流质质量守恒定

25、律量守恒定律教材预设教师学生二氧化碳性二氧化碳性质质的的探究探究教材预设教师学生实验实验室制取二氧室制取二氧化碳化碳教材预设教师学生烧烧杯中的溶液杯中的溶液为为什么会什么会变红变红？另加材料教师学生案例一：案例一：烧杯中的溶液为什么会变红？烧杯中的溶液为什么会变红？科学探究要素科学探究要素观观察与察与问题问题假假设设与与预测预测实验实验与与事事实实解解释释与与结论结论反思与反思与评评价价表达与表达与交流交流教教师师学生学生 案例二：探究组成水的元素案例二：探究组成水的元素科学探究要素科学探究要素观观察与察与问题问题假假设设与与预测预测实验实验与与事事实实解解释释与与结论结论反思与反思与评评价价

26、表达与表达与交流交流教教师师学生学生案例的设计和选择案例的设计和选择 案例四：燃烧和缓慢氧化案例四：燃烧和缓慢氧化科学探究要素科学探究要素观观察与察与问题问题假假设设与与预测预测实验实验与与事事实实解解释释与与结论结论反思与反思与评评价价表达与表达与交流交流教教师师学生学生科学探究要素科学探究要素观观察与察与问题问题假假设设与与预测预测实验实验与与事事实实解解释释与与结论结论反思与反思与评评价价表达与表达与交流交流教教师师学生学生 案例三：二氧化碳的物理性质案例三：二氧化碳的物理性质 案例五：质量守恒定律案例五：质量守恒定律科学探究要素科学探究要素观观察与察与问题问题假假设设与与预测预测实验实

27、验与与事事实实解解释释与与结论结论反思与反思与评评价价表达与表达与交流交流教教师师学生学生 以上五个案例的选择是基于在以上五个案例的选择是基于在课时量给课时量给定定、教学时间给定教学时间给定的条件下进行的，我们在的条件下进行的，我们在教学过程中，让学生在不同的探究活动中进教学过程中，让学生在不同的探究活动中进行不同的探究要素，这样不仅不会影响教学行不同的探究要素，这样不仅不会影响教学进度、教学任务的完成，还让学生进行了不进度、教学任务的完成，还让学生进行了不同要素的探究练习，这样就又等同于让学生同要素的探究练习，这样就又等同于让学生系统的进行了的完整的科学探究。系统的进行了的完整的科学探究。班

28、级班级总人数总人数男生男生女生女生实验班实验班482523对照班对照班472324这里需要特别指出的是这两个班在这里需要特别指出的是这两个班在进校成绩、班主任及其他任课教师进校成绩、班主任及其他任课教师的责任心等方面具有较为相似的地的责任心等方面具有较为相似的地方，并且学生的认知水平较为相似。方，并且学生的认知水平较为相似。学生情况分析学生情况分析学情分析学情分析l考试成绩结果分析考试成绩结果分析实验前实验班与对照班的化学学习成绩对比实验前实验班与对照班的化学学习成绩对比 班班级人数人数/N/N平均分平均分标标准差准差Z Z检验检验实验班班4889.096.270.390.39对照班照班478

29、8.615.80实验实验后（第一学期期末考后（第一学期期末考试试）实验实验班与班与对对照班的化学学照班的化学学习习成成绩对绩对比比 班班级人数人数/N/N平均分平均分标标准差准差Z Z检验检验实验班班4891.77 6.512.102.10对照班照班4788.64 7.95Z=0.39Z=0.39，差异不显著，差异不显著Z=2.10Z=2.10，差异显著，差异显著实验结果分析实验结果分析标准差标准差=，越小，分数越集中，离散程越小，分数越集中，离散程度越小，度越小，XiXi代表每个学生的原始分数，代表每个学生的原始分数，X X代表该班学生代表该班学生的班级平均分，的班级平均分，N N代表班级总

30、人数代表班级总人数.Z Z检验检验(差异检验的一种方法差异检验的一种方法)，其中，其中X1X1，X2X2代表两个班级的平均分，代表两个班级的平均分，当当 Z 1.96Z 1.96时，时，差异不显著差异不显著;1.96Z2.58 1.96Z2.58时，时，差异显著差异显著;Z2.58 Z2.58时，时，差异非常显著。差异非常显著。实验前后实验班学生通过调查问卷得到的实验分析结果实验前后实验班学生通过调查问卷得到的实验分析结果 调查内容内容实验前前实验后后学学习兴趣趣有教学内容引起的学习兴趣54.3%49.2%有教学方法引起的学习兴趣32.1%85.6%学学习态度度学习具有主动性43.5%61.2

31、%善于思考、敢于质疑59.3%84.6%科学探究能力科学探究能力具有较强发现问题的能力26.1%42.3%具有较强的科学探究的意识45.3%91.4%具有自主学习的能力43.4%64.4%具有合作学习的意识和能力51.1%69.7%科学素养科学素养具有终身学习的意识49.3%75.3%具有较高的情感、态度、价值观32.7%57.2%l调查问卷结果分析调查问卷结果分析 新课标提出，积极开展科学探究活动，对于改新课标提出，积极开展科学探究活动，对于改变学生的学习方式和教师的教学模式具有重要意义。变学生的学习方式和教师的教学模式具有重要意义。通过上文我们可以看出，开展有效的科学探究通过上文我们可以看出，开展有效的科学探究教学不仅使学生学会了科学探究的方法，培养了科教学不仅使学生学会了科学探究的方法，培养了科学探究的能力，增强了自主学习、合作学习的能力，学探究的能力，增强了自主学习、合作学习的能力，在获得知识，取得成绩的同时也体验到了学习的乐在获得知识，取得成绩的同时也体验到了学习的乐趣。科学探究教学的实施使学生真正成为了学习的趣。科学探究教学的实施使学生真正成为了学习的主人，充分显示出了学生在学习中主人，充分显示出了学生在学习中 “主体主体”的作用。的作用。谢谢 谢！谢！