化学实验教学如何培养学生的科学素质，本文主要内容关键词为：培养学生论文,实验教学论文,素质论文,化学论文,科学论文，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。
化学与人类生活的关系非常密切，它可以帮助人类解决面临的许多问题，如提供人类所需的衣食、住房及各种生活用品；开发新能源、新材料；研制新医药；控制污染和保护环境等。因此，可以说“化学是一门中心的、实用的和创造性的科学”。（注：[美]R·布里斯罗， 华彤文等译：《化学的今天和明天》，科学出版社1998年9月第1版，第1页。）而所有这一切都离不开化学实验。任何化学的原理、规律无一不是从实验中得出的。实验是化学科学赖以生存和发展的重要基础。同时，实验也是化学教学的重要基础。通过实验教学，不仅可以激发学生学习化学的兴趣，帮助学生形成化学概念，获得化学知识和实验技能，形成各种能力，而且可以训练学生掌握科学的学习方法，形成正确的科学态度，培养良好的科学精神，并最终成为具有科学素质的人。因此，必须加强化学实验教学，充分发挥实验教学的功能和优势，使其真正成为化学教学中提高学生科学素质，培养高素质人才的重要领域。
一、化学实验教学的培养目标
科学素质是人们在认识自然和应用科学知识过程中所表现出来的基本素质。科学素质是科学知识、科学能力、科学方法、科学精神等要素的综合反映。它们在化学教学中都得到了具体的体现（见下图）。
科学知识是构成和发展科学素质的基础要素，没有一定的科学知识做基础，科学素质也将无从谈起。科学能力和科学方法是科学素质的核心要素。科学精神是科学素质的灵魂，体现的是对科学的关心和热爱，对科学的关注程度，是科学素质培养的人格要素，是人们从事科学活动成功的基本保证。
科学知识、科学能力、科学方法和科学精神四者从不同侧面构成了人的科学素质。对于化学实验教学，进行科学素质教育的重点不应只有传授基础知识和训练基本技能，更重要的是在教学中要有意识地对学生进行科学素质的训练和培养。化学实验教学应训练和培养学生以下素质：培养掌握正确的化学实验基本操作和技能技巧；培养正确使用化学实验仪器进行实验并从中获得正确的实验数据的能力；培养正确观察、处理实验数据和表达实验结果的能力；培养认真细致观察实验现象和过程，进而逻辑推理、分析判断、作出正确结论的能力；正确设计实验（选择实验方法、条件、仪器和试剂等），解释实验过程中遇到的实际问题的能力；通过查阅手册、工具书及其他信息源获得相关信息的能力；严谨细致的科学作风；实事求是的科学态度；敢于超越现状的科学精神；等等。
二、全面培养学生的科学素质
（一）科学知识的培养，既强调基础，更强调发展
传统化学实验教学中的科学知识主要侧重于以实验现象为代表的经验知识和以实验原理为代表的理论知识。它们是基础，反映了化学教学的一般特点。但从实施科学素质教育与21世纪培养高素质人才的高度来看，传统化学实验教学显得较为陈旧与狭窄。21世纪将是一个高度信息化的社会。它不再是一个知识型社会，而将逐渐成为知识发展型社会。由于知识更新速度的加快，一个人在青少年时期所掌握的知识很难一劳永逸。既然如此，学校应当改变观念，对知识重新进行筛选，以便使学生更好地掌握那些属于基础性的、具有‘生产性’的知识”。（注：李军：《关于跨世纪素质教育课程改革的思考》，《中国教育学刊》，1999年第4期。）这些基础性的、“生产性”的知识不仅包括那些丰富的科学事实和科学规律，而且更重要的是包括那些带有方法性、应用性、发展性的知识，它们可以让学生终生受用，在未来社会中得到很好的发展。
那么，怎样更新和扩展这方面的知识呢？主要从四个方面去努力：一是从学科发展的角度适当介绍化学科学领域出现的新成果、新进展；二是注意联系技术和生活，渗透STS教育思想， 指导学生运用科学的知识观和价值观分析一些社会问题并作出正确的决策；三是适当吸收化学科学领域的新观念和新方法，用新的观念指导实验学习；四是重视让学生亲身体验知识形成和发展的过程。例如，以环境污染的问题为例，在教学中既要向学生介绍空气污染产生的原因是由于煤的使用、汽车尾气的排放、工业废气等，以及它对人类健康及生态环境造成的危害。同时还应介绍人类在解决这一问题时所采取的措施，尤其应介绍科学发展的一些新成果、新技术，如近年来国内外迅速发展起来的一种新兴的实验方法与技术——绿色化学实验。引导学生既关注如何减少污染、如何治理污染，同时也关注如何预防污染，有意识地向学生渗透可持续发展的观点和绿色化学意识。此外，还应组织学生对周边地区空气污染情况进行实地调查，让学生自身实践，去感知、体验由于滥用化学品及其生产技术而带来的环境污染的严重性及治理污染的局限性。启发学生思考，我们应如何解决空气污染的问题？通过组织学生从反应原理的选择、实验装置的设计、尾气的吸收、废液废渣废气的处理等方面参与实验，以及直接参与环境保护和美化环境的活动，使学生亲身体验到环境保护的重要性，认识到人类在环境污染面前不是无所作为，从而树立战胜污染、保护环境的信心。通过这种方式的教学，既注重了科学知识的更新和解决实际问题能力的训练，也扩展了知识教育的广度，使学生从中了解到科学对社会进步的意义，充分发挥科学知识的教育功能。
（二）科学能力的培养，既强调动手，更强调动脑
以往的实验教学强调讲清原理、做好实验。尽管也注意学生能力的训练与培养，但训练的重点是放在学生能否看清实验现象，能否弄懂实验原理，实验的难点在何处，等等。近年来，虽然教学中加大了学生动手实验的机会，注意了学生动手能力的培养，但由于实验内容起点过低，单纯验证理论内容的实验过多，学生“照方抓药”无须思考即可达到实验要求，做实验后效果甚微。而对实验以“看”或“听”代替“做”的做法（例如用多媒体或播放录像的方式代替演示实验）更是一种倒退。
化学实验教学要从根本上取得突破，关键是要站在21世纪全面培养学生科学素质的高度对实验教学的功能进行重新研究，既要强调实验在训练学生观察和动手能力方面的功能和作用（尽管这类技能训练只是较低层次的能力培养）；更要强调实验在培养学生动脑、启迪思维、开发潜能等方面的功能和作用，这也是实验教学所要达到的更高目标。
为此，在实验教学中要给学生充分的思考时间和空间，每个教学环节都要留有余地。能由学生观察发现的实验现象教师就要引导学生观察发现；能由学生动手解决的问题教师就不要包办代替；能由学生分析思考得出的实验结论教师就不要急于下结论；同时要尽可能多地留给学生动眼、动口、动手、动脑的时间。比如让学生独立进行实验准备，包括自拟实验步骤，弄懂实验原理；独立操作实验仪器，完成实验观察任务；独立处理实验数据；独立分析推证实验结果；独立想办法解决实验过程中遇到的各种意想不到的问题；等等。这一过程，就是要让学生不停地动脑想：该做什么？怎么做？为什么这么做？以此激活他们的思维，使他们的所有潜能和创造性都充分地表现出来，实现其科学素质的全面培养和提高。
（三）科学方法的培养，既强调学会，更强调会学
科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式，在科学研究中它被认为是产生知识的“知识”。
化学实验作为一种实践性很强的活动，其中充满了人类智慧的结晶——科学方法。在化学实验过程中，除包括观察、实验、分类等一般方法外，还包括收集和处理实验数据、设计实验并安装实验装置、提出假设、验证假设、得出结论、解释实验结果并应用到新情景中、交流实验研究成果等具体方法。在实验教学中，以科学方法组织教学就是要让学生按照科学家认识世界的方法去从事学习，学会独立观察、独立提问、独立思考、独立判断、独立分析和解决问题。学生一旦将科学方法内化为自己的思维和行为方式，其学习会取得事半功倍的效果。
方法问题，一直是化学实验教学中的焦点问题。在教学中我们不乏看到这样的例子：有些学校实验开出率很高，学生基本操作技能也很强；有的教师实验做得很成功，现象也很鲜明；有些实验学生在课上曾经多次观察或曾亲自做过，可仍有不少学生从中却没有获得多少印象或只记住了一些表面现象，没有真正领会其中的实质，说不出所以然来。这其中的原因，主要在于一些教师忽略了一个与“如何教”同等重要甚至更重要的问题：即在实验教学中应教给学生科学的学习方法。
那么，化学实验教学中如何指导学生运用科学的方法进行学习呢？以初中“铁生锈的原因”实验教学为例。
第一步，提问或启发学生由生活现象发现问题：铁生锈的原因是什么？
第二步，引导学生充分思考后提出假设。
①铁生锈是因为铁与空气接触，和空气中的氧气化合所致；
②铁生锈是因为空气中有水蒸气，水和铁起化学反应所致；
③铁生锈是因为水和空气共同作用于铁的结果。
第三步，指导学生根据以上假设设计和观察实验。
①取一支试管，用酒精灯烘干，向里面放入一根铁钉，然后用橡皮塞塞紧试管口，使铁钉只与干燥的空气接触；
②再取一支试管，向其中放入一根铁钉，注入刚煮沸过的蒸馏水至浸没铁钉，然后在水面上注入一层植物油，使铁钉只与水接触；
③取第三支试管，往其中放入一根铁钉，然后注入蒸馏水，不要浸没铁钉，使铁钉同时与空气和水接触。
第四步，启发引导学生观察铁钉处于蒸馏水和空气交界部位的生锈情况，学生不难发现：试管①和②中的铁钉都未生锈，而试管③中的铁钉生了锈。然后组织学生分析和讨论实验结果。
第五步，通过分析和讨论得出结论：常温下，铁在干燥的空气中或在隔绝空气只与水接触的情况下均不生锈，而当同时与空气、水接触时便会生锈。因此，铁生锈的原因是水和空气（主要是其中的氧气）共同作用的结果。
第六步，引导学生应用所学的知识解释或解决其他问题。
①从铁在潮湿的空气中生锈（主要成分是Fe[,2]O[,3] ）以及铁丝在纯氧中燃烧生成Fe[,3]O[,4]的实验来看， 反应条件对化学反应的结果影响很大。
②防止铁生锈的方法有：在铁制品上刷油漆及电镀等。
应该明确，通过实验教学对学生进行科学方法训练的目的，不仅在于使学生了解科学研究的一般过程，更重要的是使学生能够从中学会科学研究的方法和如何解决实际问题。
（四）科学精神的培养，既强调严谨，更强调创新
科学精神是科学素质的灵魂，是各种价值观念、思想观念、行为准则以及道德与意志品质的总和。在化学实验教学中，不仅要培养学生严谨细致的科学作风、实事求是的科学态度，更重要的是要培养学生敢于超越现状的科学精神。
当前，化学实验教学之所以强调突出创新精神的培养，其原因有三。一是21世纪各国之间综合国力的竞争日趋激烈，综合国力的竞争归根结底是科技实力和人才素质的竞争，尤其是创新人才的竞争，培养具有创新精神和创新能力的创新人才已迫在眉睫。二是传统实验教学过分严谨，模仿性强，不鼓励脱离教材的“越轨”操作，不鼓励对实验现象产生异义，不鼓励提出与众不同的见解，更不提倡强烈的批判精神。只要求学生按照教师或教材的要求按部就班地观察实验和做实验，从而使学生的创新精神长期处于被束缚的困境之中。三是化学实验本身的特点，对学生创新精神的培养具有独特的优势。无论是演示实验还是学生实验，无论是验证性实验还是探索性实验，其实都是先想后做，想好了再做，总是先提出问题，先质疑，然后再通过实验现象的观察或推理对这些问题作出回答。学生在这一过程中，其思想、情感、意志、精神等各个方面都会受到不同的教育，对其科学素质的养成起着非常重要的作用。如果我们对此不知不觉，或视而不见，则是对教育资源的极大浪费。
为了充分发挥化学实验的自身优势，突出对学生创新精神的培养，在化学实验教学中应该注意以下几个方面的问题。
1.对学生进行创新精神、创新能力的培养，应有针对性，不同年级应有不同层次的要求。对于初三或高一学生，要求能按实验要求设计一种实验方案，在实验过程中能正确选择、使用仪器，按实验步骤、方法进行实验，实验结束后能按要求独立写出实验报告；
对于高二学生，要求在实验中能设计多种方案，并能比较各种方案的优劣，选出最简单的一两种进行实验，对实验中出现的意外情况能尽量排除，实验结束后能分析实验现象和数据，得出正确的结论并独立完成实验报告。
对于高三学生，要求能运用所学的知识、技能和方法，自己发现问题，提出设想，自己通过实验进行证实或在教师指导下独立进行一些创造性的实验。
2.在教学中应尽可能创设一切有利条件促进学生创新精神的培养。首先，要增加实验教学的探究性。“科学知识强调的是确定性，而科学精神强调的却是不确定性，强调科学精神就是强调怀疑的、批判的和创新的精神，就是要善于在没有问题的地方产生问题，在没有现成答案的地方寻找答案。”（注：袁振国：《反思科学教育》，《中小学管理》1999年第2期。）在实验教学中， 一方面可以将现行教材中的实验改造成探究性实验，以增加实验内容的探究性；另一方面可以结合具体的教学内容，精选化学史上的一些范例，引导学生仿照科学家的研究方式，学习和尝试完整的实验探究过程，并通过学生动手“做科学”，使他们亲自体验探索自然界的快乐，逐步学会科学研究的方法。
其次，要多注意倾听学生的发言。要多让学生自己表述实验现象、实验过程、实验结果及个人的分析，要鼓励学生之间相互争论、评价，大胆地提出哪怕是教师都未曾想到的一些新的想法和做法，为学生提供良好的创新学习氛围。
第三，要创造条件全面开放实验室，让学生随时随地能进行各种实验。特别是对于高年级或一些学习能力比较强的学生，在完成规定的学习任务以后，鼓励他们提出新的问题，并按照自己的想法设计进行一些小实验，独立地或与他人合作解决这些问题，同时还可以通过实验来验证自己在学习中的一些疑问，以此开发学生的实验兴趣和个性特长，使他们养成用实验探究未知，大胆质疑的科学精神。