中外理科实验教学比较与思考，本文主要内容关键词为：理科论文,中外论文,实验教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
为了适应21世纪科技发展和国际竞争的需要，培养和造就具有良好科学素质的一代新人，已成为当今世界各国面向新世纪的基础理科教育改革的一个重要目标。在基础理科教育中，通过实验不仅可以使学生获得科学知识和技能，而且有利于对学生进行科学方法的训练，培养学生的实验能力和创新精神，养成良好的科学态度和科学作风。因此，中学理科实验教学是培养学生科学素质的重要途径。但是，由于种种原因使得长期以来实验教学成为我国基础教育中最薄弱的环节之一。本文通过对中外中学理科实验教学目的和特点的比较分析，针对我国中学理科实验教学现状，提出几点思考，以期能对我国中学理科实验教学的改革与发展有所启迪。
一、中外中学理科实验教学目的的比较
由于各国的理科教育任务、国情及教育传统上都存在着差异，因而各自的理科实验教学目的也有所不同。
（一）我国中学理科实验教学目的
我国对理科实验教学目的没有作出明确具体的规定，而是间接地涵盖于中学理科各科教学大纲有关内容之中。比如，1992年6 月原国家教委颁布的《九年义务教育全日制初级中学化学教学大纲（试用）》在“教学目的”中提出“学习一些化学实验基本技能”。在“教学中应注意的几个问题”中则指出：“实验教学可以激发学生学习化学的兴趣，帮助学生形成化学概论，获得化学知识和实验技能，培养观察和实验能力，还有助于培养实事求是、严肃认真的科学态度和科学的学习方法。”对于演示实验“教师要从科学态度、规范操作上给学生示范”；对学生实验，则要求“实验过程中要仔细观察发生的现象，联想学过的知识，进行分析，判断，认真做好记录。实验后要如实地写出实验报告”。而《九年义务教育全日制初级中学物理教学大纲（试用）》在“教学目的”中则规定“培养学生初步的观察、实验能力”。在“教学中应注意的问题”中强调加强演示和学生实验，并指出：“观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生为物理事实获得具体的明确的认识，这种认识是理解物理概念和规律的必要的基础。观察和实验，对培养学生的观察和实验能力，实事求是的科学态度，引起学习兴趣都有不可替代的重要作用。”“观察能力主要是能够有目的地观察、辨明观察对象的主要特点及其变化的条件。实验能力主要是了解实验的目的，会正确使用仪器、会作必要的记录。会根据实验结果得出结论，会写简单的实验报告。”在“培养学生态度”中指出：“要培养学生的科学态度，教师必须以身作则，如以自己认真做好演示的行动来教育学生做好实验，按规则操作，如实记录。”
从上述教学大纲涵盖的实验教学目的可以得知，我国理科实验教学目的特点在于：非常重视通过实验来帮助学生形成科学概念和原理、定律等科学知识；加强了实验操作技能的训练；注意对学生的实验能力、观察能力以及科学态度的培养。
（二）国外中学理科实验教学目的
国外中学理科教育对实验教学目的都有比较明确、具体的表述。比如，英国普通中等教育证书国家标准规定的化学实验教学目的为：使学生认识准确的实验的科学方法的重要意义；发展学生完成实验的能力，充分注意安全；发展学生观察的能力以及记录和解释那些观察的能力；发展学生形成假设和设计实验以验证这些假设的能力。美国化学教育界提出的实验教学目的为：把科学证明与探究和问题法中提出个人见解分开；了解观察和实验在发展科学理论中的作用；充分熟悉实验室工作，以研究适当的科学问题，并知道为了解决问题在实验探究中发生了什么；培养通过实验室、田野和图书馆搜集科学信息的技能；关于组织和交流从观察与实验得到结果的能力。日本现行高中理科教学大纲对理科教育目标规定为：“提高学生对自然的关心，进行观察、实验，培养科学的探究能力和态度，同时还要加深理解自然的事物和现象，以培育学生的科学自然观。”1993年7月召开的中、日、 美物理教育研讨会中提出：实验教学应能使学生掌握科学的学习方法，对物理概念和原理有更好的理解，逐步培养起科学的直觉和创造性；应培养学生具有进行实验的能力和技能，包括对实验结果进行预见的估计，观察各种现象，使用仪器和工具来测量各种物理量，记录并处理实验数据，并用图表和曲线把它们表示出来，从实验数据的分析中得出结论，写出实验报告（其中应包括和学生水平相应的图表、曲线、公式、文字）；应学会同别的教师合作来发现自然界的奥秘；应能在相应的水平上，通过反复试验来设计实验和进行实验。
从以上几个例子可以看出，国外中学理科实验教学目的具有这样三个显著特点：第一，非常重视通过实验来对学生进行科学方法教育，尤其是实验方法论教育；第二，加强对学生实验过程技能和能力的培养，且项目具体、全面，体现了探究性和创造性教育思想；第三，注意培养学生的科学自然观。
二、中外中学理科实验教学特点的比较
实验教学作为理科教育的重要基础和组成部分，其教育教学功能日益受到国内外理科教育界的重视，但因国内外理科教育思想和实验条件上都存在着差异而使得理科实验教学呈现出不同的特点。
（一）我国中学理科实验教学的特点
1.比较重视演示实验。我国理科教学中侧重于把实验作为传授科学知识和训练实验技能的工具，因而无论从教学大纲还是从教科书来看，演示实验的数量均较多。例如《九年义务教育初级中学物理教学大纲（试用）中规定的演示实验有121个； 初中化学教学大纲中规定的演示实验内容有31项，而在人教版《化学》（六三学制）教材中则编入了82个演示实验。另外，近几年来，我国广大理科教师对演示实验教学开展了较系统、深入的研究，在改进或开发新演示实验方面取得了不少成果，但学生动手亲自做实验的机会不多。比如，九年义务教育初中物理、化学课中学生实验数分别为19个（占总课时的11.6％）、11个（占总课时的15.6％），这与国外相比相差甚远。
2.实验教学类型较为固定规范，且偏重于验证性实验。目前我国理科实验教学类型从不同的标准看，主要有：验证性实验、探索性实验；演示实验、师生协作实验和学生分组实验；定性实验、定量实验；还有兴趣型实验、课外实验。但由于长期受“演绎型”教育思想的影响，重视运用实验来检验、巩固已学习的理论知识，因而我国理科实验教学中的实验大多数为验证性实验。而探索性实验不多，综合、研究型实验则更少。
3.实验技能教学要求较为明确，并逐渐重视对其考核评价。我国理科实验教学中十分注意培养学生的实验技能，在历来的理科各教学大纲中都有不同程度的要求，甚至对具体操作技能也有明确的规定。这在现行九年义务教育初中理科教学大纲和全日制普通高级中学理科教学大纲（供试验用）中有更明显的体现。比如，九年义务教育初中物理、化学、生物的教学大纲中对实验技能的教学要求分别为：“会”“练习”“初步学会”；“练习”“初步学会”“学会”。供试验用的全日制普通高级中学物理、化学、生物教学大纲中对实验技能的要求分别为：“会正确使用”“练习使用”；“练习”“初步学会”“学会”；“初步学会”“学会”。为了对学生实验技能进行评价，最近几年很多省、市的初中、高中毕业会考均把实验技能作为考核内容，这是我国理科实验教学的一大进步。但相比之下，对学生实验探究能力的培养还有些薄弱。
4.侧重于实验在理科教学中的认识论功能和动机功能，即发挥实验在为学生形成科学概念，获得科学理论以及激发学生学习兴趣方面的作用，但对于如何发挥实验的方法论功能、德育功能和美育功能方面较为忽视。
5.实验内容的取材多属于概念、理论等科学知识方面，且实验手段比较传统。而联系生产、生活、社会实际和具有实用价值的内容偏少，引进现代实验手段的内容则少有涉及。
（二）国外中学理科实验教学的特点
1.学生亲自动手做实验的机会多。世界上一些发达国家的理科教学中，学生实验的数量和时间普遍较多。比如，英国中学低年级物理教学中每节课平均有2～3个学生实验。据英国对中学物理课的统计，低年级学生实验占课时的70％～80％，高年级占25％～50％。再如，美国《化学基础》的实验课本中编入了67个实验，美国《现代化学》的实验课本中编入了65个实验。
2.实验类型丰富灵活。比如，日本高中现行教材《物理IA》中，除演示实验、学生实验外，还有观察实验、课题实验、制作实验、课题研究、讨论题目、观赏实验和进行课题研究等。
3.十分重视运用实验探究活动来培养学生的科学探究能力和态度，进行科学方法教育。一是增大探索性实验的比重。如美国《化学基础》的许多实验也是这样安排的。 二是运用实验课题研究（Investigation或Project Work）教学方式。如英国高级物理教程将实验课题研究正式列为教学计划的一部分；日本在现行理科教学大纲中将实验课题研究列为《综合理科》和高中《物理Ⅱ》《化学Ⅱ》《生物Ⅱ》和《地学Ⅱ》中的重要教学要求，并明确规定了实验课题研究的内容和任务。
4.注意渗透STS教育。国外理科实验教学中十分重视STS教育。比如，联合国教科文组织提供的《中学化学实验资料》中就选入了与“家庭生活中的化学”“臭氧空洞”“酸雨”“温室效应”“汽车尾气处理”等相关的渗透STS教育的实验。 英国理科课程《社会中的科学与技术》（SATIS）中安排的涉及生物、物理、化学、地学等学科的实验， 以及美国《社会中的化学》（CHEMCOM）中的实验均体现了这一特点。
5.适当引进了较新的实验手段。国外理科教育现代化不仅反映在教学内容的现代化方面，也注意了实验手段的现代化。比如，美国《化学基础实验室实验》里有氢放电管、衍射光栅和应用pH计进行仪器分析的实验。
三、关于我国基础理科实验教学改革的思考
应该说，近半个世纪以来，通过我国广大理科教育工作者在实验教学的理论与实践上不断研究和探索，我国中学理科实验教学取得了较大的进展。但是，我们也清楚地看到，当前我国理科教育中的实验教学仍然是一个弱项，这突出地表现在学生的实验能力普遍较差和实验在理科教学中的多种功能未能弃分发挥两个方面。与发达国家相比，我国理科实验教学还存在较大的差距。鉴于以上对国内外中学理科实验教学特点的简要分析，结合理科实验教学的当前状况，我们认为，我国中学理科实验教学应从理科教育思想、观念、实验教学目标、实验教学内容结构和方法，以及实验教学评价等多方面进行整体改革，以切实提高我国中学理科实验教学质量，为国家培养适应21世纪科技和社会发展的创造性人才。
（一）更新理科教育观念，增强实验意识
在科学技术高速发展的今天，实验动手能力已成为社会对人才的基本要求之一。因而，在理科教育中，实验以及培养学生动手能力有关的一切实践活动均受到了高度的重视。正如联合国教科文组织出版的《学校化学教学》一书指出的那样：“当前在理科主要是强调它的实践定向性，这已导致科学教育的新目标，即更强调科学是一种过程。”因此，理科教师应在理科教育改革的世界历史背景下，重新审视和深刻认识实验教学的多重教育教学功能，尤其是对培养学生能力、提高科学素质、造就创造性人才方面的独特意义，从而明确实验教学在中学理科教育中的重要地位。树立“以实验为基础”的理科教学观，改变理科教学中重理论轻实践，重知识传授轻能力培养的倾向，进而构建中学理科实验教学目标新体系，并以此来设计理科课程，改革实验教学内容和方法。
（二）深入开展理科实验教学目标研究
实验教学目标是实施和评估实验教学的重要依据。我们应从“加强基础、培养能力、提高素质、发展个性”这一总的中学理科教育改革目标出发，在总结研究我国中学理科实验教学的实践经验基础上，构建理科实验教学目标新体系，包括实验认知目标体系、实验操作技能训练目标体系、实验方法论教育目标体系、实验能力培养目标体系、实验品质培养目标和实验习惯目标要求等。构建新的实验教学目标应明确、具体，便于操作，既要有全面性又要有层次性，使之整体优化。
（三）改革理科教材，优化实验内容结构
目前，我国中学理科实验教学质量从总体上看质量不高，究其原因是多方面的。其中理科教材中实验内容与结构本身存在的缺陷是一个根本原因。这是因为，教材是教学的依据，教学是以教材为“本”的。因此，改革理科教材，构建优化的实验内容与结构，是实验教学改革的一个重要课题。实验内容与结构的优化，应结合我国实际情况，以理科实验教学目标为前提，以认识论、教学论、心理学原理为理论基础，以自然科学方法论为依据，以发达国家中学理科实验教学改革的经验和动向为借鉴，这是总的指导思想。具体要求是：适当增加实验的数量（尤其是学生实验或师生协作实验）以增加学生动手做实验的机会，增大探索型实验的比例，增设制作型实验和课题研究型实验，以培养学生的科学探究能力，探索创新精神和科学态度，以及进行科学方法教育；注意选择与社会、生产和生活相联系的实验内容，以渗透STS教育； 适当选入一些运用新的实验技术和新的实验手段的实验，以实现中学理科实验教学乃至整个中学理科教育的现代化；实验内容的结构应是“认知型”实验与“探索型”实验、演示实验与学生分组实验或师生协作实验的有机结合，随着年级的升高，“探索型”实验、师生协作实验或学生分组实验的比例应逐步增大，以符合学生的认识发展顺序和心理发展顺序。
（四）运用实验探究教学模式，实现知识、技能、能力与态度在探究过程中的统一
实验探究教学模式是指从学生的认识规律出发，强调“以实验为基础”的理科教学观，以自然科学方法论为依据，把学生认识科学知识的活动组织成主动参与探究科学问题过程的一种理科教学范型。根据具体教学内容的特点，实验探究教学模式主要有两类。可概括为：问题——实验事实——科学抽象——结论——应用：问题——实验事实——假说及其验证——结论——应用。实施该教学模式，能使学生较好地理解、掌握科学基础知识和科学方法知识，形成实验技能和运用科学方法的技能。同时，由于该教学模式强调按自然科学认识的一般过程并运用相应的科学方法去组织学生的实验探究学习活动，使学生成为知识的探究者，因而能培养和发展学生的实验能力和科学态度，养成正确的科学活动观和探究习惯，提高科学素质。概言之，实施该教学模式能充分发挥学生在实验探究教学中的能动性，从而全面实施理科实验教学目的，充分发挥实验的多重功能，在中学理科教学中全面体现“以实验为基础”。因此，在中学理科实验教学改革的课堂教学策略方面，应大力提倡运用实验探究教学模式，以切实提高理科实验教学质量。
（五）积极开展科技实验活动
科技实验活动是中学理科教育中科技教育活动的重要内容，对于激发学生的实验兴趣，进行实验方法论教育，培养学生的实验能力和探索精神等具有十分重要的意义。在提倡科学素质教育的今天，教师应有目的、有计划地开展科技实验活动。其主要形式有：举办科学实验讲座，包括实验方法论、科学实验史等；开展实验制作活动，如自制实验教具、改进实验装置；开展实验研究活动，如参加与当地经济建设、日常生活和环境保护等有关的融实用性、开发性、趣味性和知识性为一体的科技活动；举办实验竞赛活动，包括实验知识、实验操作技能、实验小论文和小制作等。
（六）开展全面、科学的实验教学评价
中学理科实验教学评价是实现中学理科实验教学目标的基本保证和重要条件。实验教学的评价主要包括实验教学过程评价和结果（目标到达度）评价。过程评价着重考察教师的教学过程，主要有：教师的演示实验技能、引导学生观察并培养观察能力的技能，以及利用实验进行认知、情感目标教学的技能等。结果评价则应对理科实验教学目标达到程度进行评价，包括实验认知、技能、能力、方法、习惯、态度等多方面。无论是过程评价还是结果评价，都应采取主客观相结合的评价，但应强化实施“观察—理解”评价模式，适当采用“控制—量化”评价模式。如何开展全面、科学的实验教学评价是一个在理论上和实践上都亟待探索的重要课题。