高中化學(xué)研究性學(xué)習(xí)創(chuàng)新實施模式之一“實驗設(shè)計和操作”實施情況小結(jié)

黃娟

摘 要：本課題旨在高中階段推進實驗探究性學(xué)習(xí)，為此設(shè)計了四種實施模式，其中之一是實驗設(shè)計和操作。實驗設(shè)計和操作可以說是化學(xué)學(xué)習(xí)階段難度最大的版塊之一，要求學(xué)生對實驗的原理，基本操作，設(shè)計方案等部分有完整系統(tǒng)的認識，強調(diào)思維的嚴謹性和連貫性。

關(guān)鍵詞：研究性學(xué)習(xí);實驗設(shè)計

化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，理論課程的教學(xué)，對學(xué)生科學(xué)思維能力、理解能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而實驗課程教學(xué)，對動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有所倚重。“化學(xué)實驗”是本學(xué)科的最大特色，教材中的實驗多為再現(xiàn)式和驗證式，在課本上都有詳盡的實驗操作步驟，多數(shù)實驗過程中只能考查到最基本的實驗操作能力，很難有代入感。基于這點，課題組成立時，我們就考慮到要將化學(xué)的實驗精神真正融入到化學(xué)的學(xué)習(xí)中去，將實驗課程教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，改變在教師和學(xué)生中普遍存在只重視知識的傳授而輕視實驗技能訓(xùn)練的傾向，突出實驗課程的重要性。在課題中設(shè)計了四種實施模式，包括有研究性試題，學(xué)習(xí)小論文，實驗設(shè)計和操作，學(xué)生微課。強化實驗教學(xué)，在理論課程教學(xué)的基礎(chǔ)之上深入對實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

本課題中“實驗設(shè)計和操作”的研究性學(xué)習(xí)模式，是在進行了研究性試題的訓(xùn)練基礎(chǔ)上再展開的，前期旨在加強學(xué)生開放性思維的訓(xùn)練，強調(diào)一題多解。本模式最大的特點是，不只是在實驗室做實驗，而是學(xué)生自己設(shè)計實驗。訓(xùn)練學(xué)生對整個實驗進行全面分析的能力，掌握如何安排設(shè)計適當(dāng)?shù)膶嶒灢襟E，設(shè)計合理的實驗區(qū)間，使用精準(zhǔn)的藥品劑量等。在學(xué)生完成實驗設(shè)計后，對優(yōu)秀方案進行點評和可行性分析，提出問題，討論解決方法，在完善實驗方案后，安排實驗進行驗證。

實驗選題遵循的原則是：緊扣教材，貼近生活，結(jié)合所學(xué)的知識和原理，優(yōu)選中學(xué)實驗室可行的實驗課題。選題分為三類：第一類側(cè)重對實驗數(shù)據(jù)的設(shè)計，這類選題的特點是：強調(diào)學(xué)生設(shè)計合理的數(shù)據(jù)區(qū)間，實驗操作比較簡單點，有效的安排實驗步驟。（部分選題介紹）

選題1：銅與濃硫酸反應(yīng)最低濃度的測定。

本實驗要求學(xué)生能掌握實驗方案的設(shè)計方法以及溶液的配制方法。

選題2：探究碳酸氫鈉和氯化鈣溶液混合是否能生成沉淀以及不生成沉淀的最大濃度。

本實驗要求學(xué)生能掌握溶液的稀釋方法，以及如何設(shè)計稀釋倍數(shù)。

該類選題操作步驟并不復(fù)雜，但要求學(xué)生在實驗之前先能進行數(shù)據(jù)分析，安排好合理的操作順序，以求計算出合理的取值范圍，使實驗結(jié)果更具有說服力。

第二類側(cè)重實驗操作的設(shè)計，這類選題的特點是：加強對實驗操作的設(shè)計，根據(jù)待測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計出合理的步驟，并注意具有可行性。

選題3：市場銷售蜂蜜中還原糖（以葡萄糖計）含量測定。

本實驗要求學(xué)生掌握葡萄糖等還原糖的測定方法，并了解重量測定法的操作方法，在設(shè)計時強化細節(jié)，如試劑的用量，沉淀的洗滌方法和干燥方式的選擇。

選題4：市場銷售白酒中酒精含量測定。

本實驗要求學(xué)生掌握乙醇的測定方法，以及氧化還原滴定方法，并了解反滴法的設(shè)計原理。

該類選題側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生如何設(shè)計操作方法，這里用到的重量測定法和氧化還原滴定方法，都是屬于化學(xué)實驗要求中的基本測定方法，我們通過這類實驗試題讓學(xué)生體會如何將理論步驟和實際操作完整的聯(lián)系在一起，包括各個步驟之間如何銜接處理。

第三類側(cè)重實驗方案設(shè)計的對比和評價，并從中選出最優(yōu)方案。

選題5：影響水果電池電壓因素對比測試。

本實驗要求學(xué)生研究自制水果電池的優(yōu)化設(shè)計方法，探究水果電池電壓的影響因素，掌握對比測試的方案設(shè)計方法。

選題6：銅制取硫酸銅晶體的方法對比測試。

本實驗要求學(xué)生探究銅制取硫酸銅晶體的不同方案，從所需時間（效率）原料易得與否（成本）廢棄物（環(huán)保）等方面對不同方案進行優(yōu)劣評價。

該類實驗在之前的基礎(chǔ)上加入了對比的考查因素，無論是找出影響因素還是找出最優(yōu)方案，都要求學(xué)生能靈活運用單一變量這一重要原理。在選題5的實驗中要求學(xué)生能預(yù)先設(shè)定好可能存在的影響因素，然后逐一改變各個影響因素，通過電壓的測定判斷哪些會影響實驗效果。在選題6中要求學(xué)生預(yù)先對制取硫酸銅的化學(xué)反應(yīng)原理進行思考，然后針對不同的實驗原理設(shè)計出合理的步驟。這兩個實驗更強調(diào)學(xué)生思維的發(fā)散性和邏輯性。

實施方法：課題組從高一下學(xué)期開始至高二下學(xué)期，結(jié)合課程內(nèi)容，陸續(xù)實施上述選題。在實驗設(shè)計表中預(yù)設(shè)主要實驗藥品和儀器，并對部分選題進行了備注，給予一定的方向限制。以實驗3為例：在課題名稱中將還原糖限定為葡萄糖，提供的主要藥品為蜂蜜樣品、1mol/LCuSO4溶液、4mol/LNaOH溶液，主要儀器為燒杯，量筒，加熱爐，漏斗，天平。先讓學(xué)生設(shè)計實驗，小組討論，相互補充，制定出完整的實驗方案后，課題組老師審閱，對設(shè)計方案進行點評，而后公布參考方案。接著安排學(xué)生到實驗室進行實際操作，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，填寫實驗報告，形成實驗結(jié)論后，再進行最后的實驗分析。

實施效果：經(jīng)過一段時間多次的實踐，大部分學(xué)生從一開始的拿到實驗無從下手，到后面可以逐步獨立的進行分析和設(shè)計。不僅夯實了基礎(chǔ)理論知識，大提高了對化學(xué)的興趣，對于實驗的基本操作和原理也加深了印象，同時筆試中出現(xiàn)的實驗綜合題也能夠系統(tǒng)的進行分析，懂得從出題者的角度進行拆解，對實驗的分析相較之前更具有完整性和邏輯性。

實施小結(jié)：實驗操作和設(shè)計的過程同時強調(diào)了對思維的培養(yǎng)，對動手能力的鍛煉。和傳統(tǒng)的筆試實驗題不同的是，站在一個出題者的主動角度去設(shè)計實驗，而不再是被動的完成實驗過程或者實驗問答，這要求學(xué)生能在考慮的實驗原理的同時也考慮實際操作中可能會遇到的問題，在研究中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中研究。實驗的設(shè)計和操作是一個綜合性的大問題，完整的實驗方案是要求有嚴謹?shù)乃季S邏輯以及精準(zhǔn)的細節(jié)處理能力，可以說是在化學(xué)學(xué)科中最難突破，也是最重要最有趣的一關(guān)。對學(xué)生進行實驗方面的訓(xùn)練，幫助學(xué)生極大提高了化學(xué)的學(xué)科素養(yǎng)，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻

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