高中《实验化学》模块教育价值与教学实施

【摘要】在分析苏教版《实验化学》模块教育价值的基础上,探讨《实验化学》模块的教学方法,并从教材、教师、评价等视角说明在教学过程中存在的问题及其对策。

【关键词】教育价值 教学分析 问题与对策

2006年9月,浙江省开始实施高中新课程教学,把《实验化学》模块作为我省高中理科学生必修模块。据笔者了解,全国实施新课程实验的省份中很少选这个模块。浙江省为什么与其他省的做法不同?作为省高中化学新课程专业指导委员会成员,在选课过程的讨论中,认真分析了《实验化学》模块的教育价值,并根据本省的实际作出了理性的选择。本文从研究《实验化学》模块的教育价值入手,结合一年多来对苏教版高中化学《实验化学》模块的教学实践,探讨《实验化学》模块的教学方法,并提出了教学过程中所遇到的问题及其对策。

一、教育价值分析

在2003年版《普通高中化学课程标准(实验)》中明确提出了新课程理念,尤其强调通过以化学实验为主的探究活动,使学生体验科学探究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究意识,促进学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力。以实验为基础是化学学科的重要特征之一,为充分体现化学实验的功能,高中化学新课程除了在其他各模块中加强了对实验的要求外,还专门设置了《实验化学》选修模块。《实验化学》是为对化学实验感兴趣的学生开设的选修模块,以满足他们学习和发展的需求。在内容的选择与编排上,教材更注重将知识的逻辑顺序、学生的认知顺序和心理发展相结合,体现了尊重学生,以学生为主体的新课程改革的指导思想。

设置《实验化学》模块有助于学生能够更深刻地认识实验在化学科学中的地位,掌握化学实验的基本方法和技能,培养创新精神和实践能力。该模块内容包括学习基本化学实验方法和技能,了解现代化学实验技术,树立绿色化学的基本思想,此外还有一定数量的定量实验和化学实验设计,让学生通过实验化学学习概念和理论、元素化合物知识,并在实验方法和技能、科学态度和思想观念上获得进一步的发展。

高中化学必修模块和其他选修模块中,都不缺少化学实验的内容,但《实验化学》模块和化学课程的其它模块就化学实验内容而言,还是存在着较为明显的差别。首先在实验内容的编排方式上不同。其他模块的化学实验内容是渗透在各模块学习的内容之中,《实验化学》精选核心的化学实验方法,如“物质的分离”、“物质性质及反应规律的研究”、“物质的检验”、“物质的制备”等化学基础知识和基本原理。引导学生通过实验学化学,关注现代化学实验技术和化学发展趋势,增强教材的时代感;与生产、生活实际相结合,构建实验活动任务的生动情景,符合新课程理念,突显新课程理念,突显探究过程;渗透绿色化学思想,培养学生的环保意识。教材具有开放性,为教和学留下发展空间。其次在学习的内容和要求上有所不同,学习内容的侧重面不同。其他模块的化学实验内容不要求系统学习化学实验知识、技能、主要是运用实验手段为所学习的化学知识提供必要的感性认识、运用实验方法验证化学知识、通过化学实验探究物质性质与变化规律。《实验化学》在化学实验知识、方法、技能上要求的深广度在所有各学习模块中是最高的,所涉及的元素化合物和化学原理知识以必修模块的内容为基础,依据实验学习的需要,适当提高拓宽。第三是在学习方式和教学方式上有所不同。《实验化学》的学习以实验课题的完成来驱动学习任务的完成,更强调学生的实践、讨论、思考和协作学习,也更需要教师在学生实践活动中有意识地观察、了解学生的学习行为,及时给予帮助和指导。

按照课程标准的规定,结合中学化学实验的特点,苏教版高中化学新课程《实验化学》共分七个专题,每个专题设置2~3个课题,共16个课题,每个课题设置1-2个相关的拓展课题,七个专题的基本结构体系及教学目标如下:

课题的内容体系主要由“知识预备”、“课题方案设计”、“记录与结论”和“拓展课题”四部分组成,各组成中穿插有一定针对性的支持性栏目。在每个专题的结尾处设置有“整理与归纳”和“专题作业”栏目,以便对所学专题知识进行系统地总结。

有人认为《实验化学》课程模块就是让学生做做实验,增加学生实验机会,提高学生动手能力。这种单纯的为实验而实验的教学目的是不全面的,笔者认为在《实验化学》的教学中应注意充分发挥以下教育价值。

1.化学实验是学生认识化学的重要方法。化学学科的特征决定了实验是学生学习化学的重要方法。许多物质的性质能在化学实验中显示,一般化学原理能在化学实验中表现。因而通过化学实验,学生不但能训练化学技能还可能获得化学的知识和技能,了解化学的观点和化学研究的方法,形成科学精神。

2.化学实验是学生进行科学探究的重要途径。探究性学习是学生自主地获取知识和技能、体验和了解科学探究的过程和方法、形成和提高创新意识、树立科学价值观的活动过程。化学实验是学生化学学习中的能动的实验活动形式。化学实验为学生创设了亲身参与实践的情境,即有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。科学探究活动型栏目设计一般可表示为以下内容(见下表)。

化学实验的功能和探究性学习特征决定了化学实验必然是探究性学习的重要途径。

3.化学实验是培养学生创新精神和实验能力的重要过程。戴安帮先生曾指出:“全面的化学教育不仅传授化学知识、技术、更要训练科学思维和科学方法、培养科学精神和科学品德。”化学实验作为化学教育的重要组成部分,是训练科学思维和科学方法的有效途径。探索性实验能够培养和训练学生的科学假说方法;在实验设计的过程培养和训练学生的科学实验方法;在实验现象的观察过程中培养和训练学生的科学观察方法;在实验现象和结果的处理过程中培养和训练学生的科学抽象方法。

二、教学过程分析

《实验化学》模块共编入36个实验研究课题(包括拓展课题),从衢州市重点中学调查情况来看,没有一个学校能严格按教材的要求开展教学活动,主要原因有两个,一是教材本身的问题,若一个实验课题安排一个课时就需要36个课时,再加上有些实验课题必须要在2课时甚至更多的时间内才能完成,显然在规定的每个模块的教学时间上是无法安排的;二是在实验室的调配使用上也存在很大的困难,以浙西最好硬件的我校(注:此处指浙江省衢州市第二中学,下文同)为例,也只是勉强开展《实验化学》模块教学。我们的主要做法是:

1.课内课外相互调节。在实施过程中,我们将有些课题的整个实验活动分两部分进行,一部分实验活动安排在课外进行,如实验知识的预备、相关资料的查找等。部分实验活动在普通教室进行,如实验原理分析和讨论;实验方案的设计和评价;实验数据的处理和分析;实验成果的展示和交流等。同一个实验专题的数个实验课题可在不同的实验室同时布置,使同年级的多个平行班可同时在不同的实验室交叉进行实验,以解决数个班级需同时使用同一个实验室的矛盾。

拓展课题主要是为对本课题的深入研究而设,但考虑到在拓展课题中常常会介绍一些新的化学知识和实验方法,这些新的知识和方法往往不是要求全体学生都必须掌握,所以,对于拓展课题的处理方法,我们根据省学科教学指导意见的要求,结合本校学生的实际情况,把有些拓展课题作为部分学生课外活动或研究性学习的选题,如“粗盐的提纯”“用粉笔进行层析分离”“铝热反应”“真假碘盐的鉴别”“水果中维生素C含量的测定”等。或选用拓展课题中的某些内容作为扩大学生化学知识领域,培养学生化学学习兴趣,提高学生实验研究能力的素材。

2.必修选修相互融合。为了解决实验室紧张与实验员工作负担的矛盾,我们在实施过程中,采用了将部分实验研究专题穿插在其它选修模块中进行。如专题2中“乙醇和苯酚的性质”,“苯酚和甲醛的反应”可在有机化学反应专题中进行研究。专题4中“硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素”、“蓝瓶子实验”、“催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响”、“过氧化氢酶的催化作用”、“蔗糖的燃烧”、“反应条件对化学平衡的影响”、“淀粉与碘显色现象的探究”、“压强对化学平衡的影响”、专题5中“原电池”、“干电池模拟实验”、“电解与电镀”、“阿伏加德罗常数测定”共14个实验可穿插在“化学反应原理”模块的相应专题中进行。这些内容的插入,既可丰富学生在化学原理学习和有机化学知识学习过程中的实验内容,又可提高实验研究专题的使用效率。

3.新课与复习课相互渗透。为了解决新课课时紧张和复习课时相对比较宽松的矛盾。我们将部分实验研究专题放在高三复习时进行。如专题3“物质的检验与鉴别”中五个实验,要求学生有丰富的元素化合物知识、有较强的逻辑推理能力,专题7“物质的制备与合成”中的四个实验要求学生有较强的实验综合能力,这些专题安排在高三化学复习课中进行,将本模块在教学时间上向高三延伸。这也可使高三的学生在复习中能不断接受新的知识,有更多的复习途径和方式,一改以往高三学生只“炒冷饭”、只做习题的枯燥学习方式。实践证明这样做的确激发了学生在高三复习时的学习兴趣,效果不错,学生反映良好。

三、问题及建议

我们在《实验化学》模块实施过程中碰到了许多问题,归纳起来主要有以下三个:

1.教材的问题。我们在实施过程中,教师反映较大的主要是教材内容选择不切实际,特别是仪器和药品的问题、实验时间过长的问题、实验现象不明显的问题、环境污染问题等,导致教学过程受阻,教学效率下降。如:《实验化学》专题1课题3《硝酸钾晶体的制备》实验、专题7课题1《硫酸亚铁铵的制备》实验、专题7课题2《阿司匹林的合成》实验中的布氏漏斗、吸滤器、抽气泵;专题5课题2《电解与电镀》实验中的氯化锌、硼酸;专题6课题2《镀锌铁皮锌镀层厚度的测定》实验和专题7课题2《阿司匹林的合成》实验中的电子天平;专题7课题2《阿司匹林的合成》实验中的乙酸酐药品等,上述化学仪器、药品就连一些城市中学也不具备,贫困地区或农村中学就更不必说了。这样就导致实验无法正常开展,直接影响模块教学的效率。我们建议教师要主动向学校有关部门反应,及时请购相关仪器和药品。再如有些实验需要很长时间的准备和观察,这在课堂教学中似乎又不可能。以我校为例,高二化学周课时仅3节,而《实验化学》专题2课题1《铝及其化合物的性质》中培养明矾晶体实验需要学生连续3天观察实验现象,这在中学是做不到的。专题7课题2《阿司匹林的合成》实验,也难以在一个课时内完成。面对这种情况,我们采取的措施是把这些实验做成录像或多媒体,在课堂中让学生观摩实验过程。

还有一些实验对试剂的要求较高,中学实验室难以达到要求,造成实验现象不明显或无现象,直接影响到教学效率,如《实验化学》专题5课题1《原电池》“金属的电化学腐蚀”中的“析氢腐蚀”实验,是比较铁钉和绕有铜丝的铁钉两者在0.1mol·L-1盐酸中的腐蚀快慢。理论上讲,是后者腐蚀速率快,放出气泡多,也是后者先出现蓝色沉淀。但事实并非如此,而是产生气泡都不明显,蓝色沉淀也不明显。原因可能是未绕铜丝的铁钉不纯,也发生原电池反应;也可能现在生产铁钉的铁改变了成分成为“不锈铁”,或经过“发蓝”处理,在酸中不易形成原电池,因而反应慢,产生Fe2+很少,因而看不到蓝色沉淀。“吸氧腐蚀”实验也有现象不明显的问题。我们建议该实验中的铁钉、铁片均采用化学实验用的铁制品,由于生活中用的铁钉铁片通常都是不锈钢制品,对实验有严重影响;铜丝也要先打磨,除去其表面的特殊保护膜。“吸氧腐蚀”用的铁片用铜棒用力刻划后,再在上面滴含酚酞的食盐水,以提高实验效率。

化学实验的用品和化学实验中产生的物质不少是有毒和有害的,它不仅对环境造成了污染,更严重的是危及师生的健康甚至是生命危险。在《实验化学》专题2课题2乙醇和苯酚的性质实验中,教材安排了苯酚的溶解性、苯酚与FeCl3溶液、苯酚和溴水、苯酚和金属钠的反应实验,还要设计实验比较盐酸、碳酸、苯酚的酸性强弱,照课本用量计算,每个班(平均50人)至少用掉51g以上的苯酚晶体。在《实验化学》专题3课题2亚硝酸钠和食盐的鉴别实验中,反应中生成的氮的氧化物危害也很大。我们建议教材编写者能根据实际情况选择内容,或对实验进行改进,最大限度地降低污染,达到绿色化学实验的要求。如在化学实验教学中引入微型化学实验,不仅能激发学生的学习化学的兴趣,还可以培养学生的勤俭节约品德、环境保护意识,对提高学生的科学素养起着重要的作用。不管选择了哪种版本的《实验化学》,教师应该在实验教学过程中努力改进教学方法,增强环境保护意识。

2.教师的问题。经常听周边的教师说,自己教了这么多年书,而对新课程,特别是《实验化学》模块真的不知道该怎么教。新课程对教师的专业素养提出了严峻的挑战。教师面对许多从未接触过的实验,在缺乏参考资料的情况下,很难随心所欲地开展实验教学活动,这反映了中学教师的专业水平有待于提高。调查中发现很多教师的办公桌上堆满了教辅用书和各地的高考试卷,而关于教学研究方面的化学教育期刊和书籍几乎没有。如果教师本身不会探究,怎么能够引导学生进行探究;教师本身不能创新,怎么能教育出有创新精神的学生。

新课程强调以探究为主的实验教学模式,很多教师改变了传统的教学观念,在化学实验教学中形式上注重让学生进行实验探究,但多数情况下仍是教师按照教材中实验步骤或提示进行相关“实验探究”,没有也不可能让学生有足够的时间自己去观察、思考。

新课程强调以学生为主体的亲自实验,只有学生亲自参与实验活动,才能更好地发现问题,解决问题,进而在提高其操作技能的同时,通过教师引导,把化学实验仅作为验证化学知识和巩固化学知识的手段,提升为在实验中培养学生探究能力和创新思维能力的载体。上述问题的产生的主要原因还是教师受片面追求升学率的影响:重视知识传授,如实验操作步骤讲解、实验现象结论的描述等,忽视了学生的发展。我们建议相关部门要加强教师教育,进一步开展对新课程理念的学习,更新教师的教育观念,让化学教师认识到全面开展化学实验教学对促进学生全面发展的重要性。也希望有关部门能提供激励机制,让化学教师乐于开展实验教学;制定相应的学科管理政策,对每一学期化学实验教学的开展作定量的规定,监督新课程化学实验教学的实施。

3.评价的问题。随着新课程改革的深入,在化学实验教学中存在的问题也越来越明显,化学实验教学在很多学校不是被强化,而是被弱化了。其中原因除了上面列出的问题外还与学校领导的管理,以及相关教育主管部门和高考评价机制等有关系。从江苏省的部分骨干教师新课程培训会议上了解的信息得知,《实验化学》模块几乎没有一个学校选修,这似乎与新课程的初衷大相径庭。究其原因,很多教师认为实验在高考中分值小,而且做实验与不做实验在高考中区分度不大,目前也不可能在高考中考查每个学生的实验操作。目前对化学实验评价形式一般还是以纸笔实验为主。一些教师平时不做实验,他们认为,只要学生做大量的实验题,考试照样得高分。这种单一的评价方式降低了学生化学实验学习的积极性,不利于学生科学素养的全面发展。

对于实验教学应该建立起促进学生科学素养全面发展的化学实验教学评价体系。在评价主体上以“他评”和“自我评价”相结合;在评价内容上既包括化学实验知识和化学实验技能方面,还应包括过程与方法、情感态度与价值观方面,在评价方法上应以“质性评价”为主,提倡使用“档案袋评价”和“活动表现评价”;同时还应注意将质性评价和量化评价有机结合起来。逐渐构建促进学生科学素养全面发展的“评价主体多元、评价内容全面、评价方式多样“的化学实验教学评价体系。

由于新课程实验在全国起步较晚,模块设置下的新课程教学,特别是《实验化学》模块教学的研究成果不多,所以有些观点和做法有待探讨。需要全体化学教育工作者和化学课程开发者的共同研究,我们坚信只要大家用心去做,加强交流,任何困难都能解决,面对新课程,我们会一如既往地关注、实践和倾听着,渴望能得到更多同仁的关注。

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