改進科學實驗教學方法以提高學生設計實驗的能力

【摘要】初中科學教學中如何加強客觀實驗因素的認識，定量性實驗研究，探索性要素加強，實驗方法的多樣性的訓練，實驗裝置組合及實驗規律的總結論述。

【關鍵詞】實驗設計 客觀因素 定量 探究

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）03-0157-02

近年來中考科學卷中都有實驗設計的題型，它體現了考查學生的實驗能力，開發學生的智力。設計實驗并獨立完成科學實驗，不僅能鞏固和熟練操作技能，而且能排除一般學生在操作和結果的局限性，更大限度地發揮實驗教學所承擔的特殊任務，即培養學生的觀察能力、分析能力和解決實際問題的能力。筆者從初中化學的教學中，采用以下幾種方法來培養學生的實驗設計能力。

一、加強實驗中客觀因素的認識

隨著新課程的發展，越來越強調科學實驗中的實際性問題，面對初中階段在實驗冊上規定的實驗大都是實驗條件理想條件的實驗，考慮客觀的因素比較少。學生對中考中出現了實際性實驗問題時，往往出現不能很好處理的現象。實際隨著學生的年齡的增長，也為了過渡到高中的學習，如果一味把實驗的內容或條件的實際問題理想化，將對學生思維對細節的考慮，充實及校正等品質的形成產生負面的影向。所以實驗中的客觀因素的正確的把握，將有利于學生思維的發展。如實驗室制取H2、CO2、O2等氣體時，讓學生討論在氣體中還可能混有哪些成分，并且讓學生設計實驗來證實它們的存在。這無疑是增加了學生設計實驗的能力。在初中化學中，氣體中可能混入雜質的分析和凈化方法及防止有毒氣體、物質，而設計的收集和引入裝置及對加熱系統防止爆炸及倒吸，而設計的安全措施都應予以在學生實驗中正確的認識。這些即為客觀因素的認識，在學生實驗中應適當適時貫穿。

二、加強實驗的定量性研究

從量的角度去進行實驗研究，做出實驗結論是實驗研究的高層次。初中階段，一般進行定性實驗而較少進行定量研究。但這樣有時學生會把一些不完全正確的認識默認下來，造成認識的錯誤。如CO2通入Ca（OH）2溶液中，看到渾濁。實驗只做到這里，會使學生引起認識上的偏面。如果CO2再多一會兒，渾濁變澄清，這樣可使學生導致更全面的掌握知識，不至于有些時候認識的偏面而導致錯誤的結論。

再如用還原性物質去還原金屬氧化物對其成分的測定，混合物中的某種成分的質量分數的測定，測定某元素的式量，測定某物質的組成等等。這種定量或半定量演示實驗的引入，會使學生認識到完全可以用學過的知識來解決此類問題，并能使學生在認識的基礎上起到深化。這無疑也是提高學生設計實驗能力的一種方法，但在做定量實驗時要握好“度”，為高中的學習起拋磚引玉的作用。

三、加強實驗中的探究性要素

探究性學習是近年來學習的主流，如果把探究性過程引入培養學生的實驗設計中，將起到很好的作用。它是對某個問題提出假設，由假設來設計實驗，以實驗結果來驗證假設是否正確性的一個過程。在初中化學實驗教學中，引入探究方法著重應把握提出假設和設計實驗的過程。如鹽酸溶液中分別加入Zn、CuO、NaOH溶液、AgNO3溶液等物質對其酸性強弱的影響的研究。教師設計教學過程中引導學生分三個步驟完成這個實驗。首先要求學生課前提出酸鹽酸性強弱變化的趨勢分析（假設過程，分組完成），并設計出實驗過程；再次課堂上交流實驗設計的方案，確定最好的方案；最后，實驗實施，得出結論。在此類實驗中讓學生了解探究性實驗的一般過程，加強學生實驗設計的能力。在初中階段中，如鋼鐵的銹蝕及酸、堿、鹽的性質的得出等等問題都可以開展探究性進行實驗。

四、加強實驗方法的多樣性的訓練

具有一定量開放性的實驗設計題，是培養學生實驗設計能力很好的手段。故教師在進行教學時，一定要注意思維的開闊，進行多種方法的嘗試。對于實驗方法的多樣性的訓練，筆者認為主要是實驗思路的多樣性和儀器裝置組合選擇多樣性把握。這里所述的實驗思路不涉及實驗儀器的物質變化過程達到結果的過程。如，測定Fe2O3和Cu粉中Cu的質量分數的實驗設計，其思路：

1.稱取一定量混合物，與足量HCl或H2SO4充分反應，過濾，濾渣洗凈，干燥稱取質量，即可知Cu的質量分數；

2.稱取一定質量混合物，把混合物在空氣中充分灼燒，冷卻再稱量即可知Cu的質量分數；

3.稱取一定質量混合物，把混合物放入足量的AgNO3 溶液中充分反應，過濾。洗凈干燥，稱量，即可知Cu 的質量分數；

4.稱取混合物質量，把混合物用充足的CO或H2充分還原，冷卻再稱量，即可知Cu的質量分數。

作為以上思路，平時學生在學習過程中是零散的接觸到的。教師可以在復習時把它們有機結合起來，以加強知識的聯系，使學生能觸類旁通， 以點帶面， 學生的設計能力就提高了。另外還要培養學生對多種實驗方法優劣的判斷，從中選擇最容易的， 最符合實際的操作方案。在初中化學教學中， 在研究金屬活動性順序強弱等問題時，可以用實驗思路多樣性的訓練。

另外，實驗方法多樣性是指使用儀器裝置組合的多樣。如制取氫氣可以用啟普發生器，也可以用簡易裝置，也可以根據實際需要來自行設計儀器， 再如CO2和NaOH 形成噴泉的實驗，可以根據NaOH 和CO2反應氣壓減小形成噴泉的原理，設計出不同的噴泉實驗裝置等等。自行設計裝置的前提是搞清楚原理，它是無形中培養學生實驗能力的方法。

五、加強實驗裝置組合及實驗規律的總結

實驗裝置中，涉及最多的是某氣體的制取，除雜，干燥，收集或性質的驗證的裝置。下面對這一問題進行分析，教師應加強規律性的總結。

如，對于實驗裝置處理的方法，一般按從下到上，從左到右，從大到小的順序依次進行。一般氣體制取裝置順序及氣體進行性質給證時的順序應為：氣體發生裝置→氣體除雜→氣體干燥→氣體收集或性質驗證→尾氣處理。

1.氣體發生裝制首先分清楚是什么類型，O2型、H2型、Cl2型；O2型指固體和固體，需加熱反應；H2型指固體和液體反應，不需加熱；Cl2型指液體和固體反應需加熱型。

2.氣體除雜裝置：其中儀器選擇洗氣瓶或干燥管（球型或U型），里面的試劑要根據雜質氣體來選擇。注意被除雜的氣體不能跟除雜劑反應的原則。

3.氣體干燥裝置：其中儀器洗氣瓶或干燥管（球型或U型）；干燥劑分類：酸性干燥劑：H2SO4（濃）、P2O5；中性干燥劑：CuSO4、CaCl2；堿性干燥劑：堿石灰、NaOH。一般酸性氣體可以用酸性或中性干燥劑干燥，堿性干燥劑和中性干燥劑可以干燥堿性氣體，中性氣體既可以用酸性干燥劑也可以用堿性干燥劑以及中性干燥劑干燥。

4.氣體的收集：排水法，難溶于水。排空氣法，密度和空氣相差比較大的氣體（只要比較空氣的平均式量29，也就是和29相差比較大式量的氣體）。

5.尾氣處理：污染環境或有毒氣體的處理。方法是可以點燃或收集或被堿液吸收，注意倒吸的處理。

以上規律掌握外，還可以讓學生畫實驗的裝置圖，加深印象。并讓學生清楚裝置中的“氣密性”、“液封”、“安全性”等細節性問題的考慮，這樣就會大大提高學生的設計實驗能力。

以上是筆者在化學實驗教學中采用的方法，在培養學生的實驗設計能力中，還要注意加強科學方法的運用。如在探究性實驗中，要使學生學會設立對照實驗，及學會如何去控制實驗的變量和條件；在定量實驗中要培養學生運用數學方法，如用表格或函數表達方式或函數圖形，去處理實驗所得的數據及誤差的處理方法；在實驗的客觀因素認識上培養學生的觀察能力、分析能力；在實驗方法多樣性中培養學生的綜合能力；在實驗裝置組系和實驗規律總結中培養學生的歸納和演譯能力。當然科學方法應靈活的應用，不能拘泥一格，以上只不過是根據實驗的特點有所側重，平時加強對學生的基本實驗操作的訓練，盡量給學生提供做實驗的機會。這是筆者教學過程中的一些心得，有不足之處，望斧正。

參考文獻：

[1]王祖浩《中國中學教學百科全書》化學卷 學生實驗能力培養 1990年

[2]孫志國《初中化學教學疑難問題研究》 2000年

[3]浙教版一到六冊的科學教本