淺談化學實驗設計

徐國華

【摘要】“以實驗為基礎”是化學學科的基本特征。即使在由經驗化學向理論化學發展的今天,化學實驗仍然是化學學科發展的最現實、最生動、最有效的物質載體。做好實驗的第一步,關鍵在于化學實驗的設計。本文擬對化學實驗設計的有關問題作初步探討。

【關鍵詞】化學實驗實驗設計探究性

一、深刻理解化學基本理論的實驗基礎

掌握化學基本原理和基本技能,初步學會化學研究的實驗方法。掌握基本的操作技能、實驗技術、培養分析問題、解決問題的能力,養成嚴謹的實事求是的科學態度,樹立勇于開拓的創新意識。

二、設計實驗必須有化學實驗總體觀

任何一個化學實驗都包含以下內容:(1)實驗目的;(2)實驗原理;(3)實驗設計;(4)實驗藥品、儀器、裝置;(5)實驗操作及操作規程;(6)實驗結果的處理。這六個方面的內容可稱為化學實驗的六要素。實驗目的是核心;實驗原理是達到實驗目的的理論根據;實驗程序是能否完成實驗的關鍵,它的設計以實驗原理為基礎;藥品、儀器、裝置是物質保證,這些物質條件的選擇是由實驗原理和實驗程序決定的,同時,對實驗程序也起著制約作用;實驗操作及注意事項是實驗得以順利、安全進行的保證,它的制定要由實驗程序和實驗用品來決定;實驗結果的處理是對實驗是否達到預期目所進行的檢驗,在解釋實驗現象、處理所測得的數據、分析實驗誤差等項工作中,必須對各要素進行綜合分析。

三、充分體現化學實驗的探究功能

1.化學的學科特征決定了化學實驗可以作為探究性學習的途徑

“以實驗為基礎”是化學學科的基本特征。即使在由經驗化學向理論化學發展的今天,化學實驗仍然是化學學科發展的最現實、最生動、最有效的物質載體。

學科的基本特征決定了學科的學習特點,在實驗中學習化學,無疑是最有效而又最重要的化學學習方法之一。在化學實驗中,學生通過實驗研究和認識物質,掌握化學基本原理和基本技能,初步學會化學研究的實驗方法。化學科學以實驗為基礎的學科特征,更有利于學生進行化學探究性學習。

2.化學實驗本身就是科學探究的過程

化學實驗,是人們認識和研究物質的一種科學方法,是人們根據研究的對象和研究的目的,創造性地運用科學知識和實驗手段,有計劃地實施探究性實踐活動的過程。因此,化學實驗過程本身就是一個創造性地探究的過程。化學發展的歷史也充分證明,化學科學的任何一項重大的突破,無一例外地是經過化學實驗而取得的。正如波義耳所說,沒有實驗,任何新的東西都不能深知。中學生化學學習中的化學實驗,雖然絕大多數是對物質及其變化的再認識,但從本質上看,這一過程與科學家進行的科學研究中的化學實驗是一致的。當化學實驗被用作探究性學習的途徑時,化學實驗的創造性和探究性便充分顯示出來。學生在實驗過程中積極地動腦動手,體驗科學家科學探究的過程和方法,獲得科學探究的樂趣和成功的喜悅。所以,在學生的化學學習過程中,完全可以利用實驗這個手段進行探究性學習。

3.化學實驗為探究性學習驗證提供了科學方法

和科學家進行的科學探究一樣,探究性學習也具有問題特征、收集信息特征、假設特征、驗證特征和評價反饋特征。學生在探究性學習中,針對發現的問題,在回憶總結已有的知識和經驗、收集和整理信息的基礎上,做出大膽假設或猜想,并通過化學實驗對提出的假設或猜想進行證實或證偽。所以,化學實驗不僅是學生探究性學習時驗證假設或猜想的主要方法,也為學生將來從事科學研究提供了一種方法。

四、創造性是實驗設計的靈魂

愛因斯坦曾說過:“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。”經常開展探究性、設計性和創造性實驗研究,有助于學生創新能力的培養和提高。

在實驗教學中,讓學生設計實驗方案調動學生發散思維,探索多種實驗途徑,培養學生創新能力。例如,針對《用實驗方法比較鐵和銅兩種金屬的活動性》一題,學生提出了三種實驗方案:一是用鐵片插入硫酸銅溶液中;二是將銅片和鐵片分別插入稀硫酸溶液中;三是設計銅一鐵原電池。通過討論,學生明確了實驗方案的多樣性。又如,對制取硝酸銅實驗方案設計的討論,學生有的設計用銅屑和濃硝酸為原料制取硝酸銅;有的設計用銅屑和稀硝酸為原料制取硝酸銅;有的提出先把銅屑在空氣中灼燒,再跟用等體積水稀釋的濃硝酸反應來制取硝酸銅;有的提出先把銅屑在空氣中灼燒,再跟濃硝酸反應來制取硝酸銅。通過討論,學生明確了各方案的利和弊,從中選擇出最佳方案,思維的深刻性和批判性加強了,創新的能力也提高了。

實踐證明,在實驗教學中,注意提高學生對化學實驗能力的認識,讓學生在探索性、開放性、設計性、研究性實驗中不斷提高思維能力和實驗設計能力,培養學生的創新意識和創新精神,對全面提高學生素質大有裨益。