观念建构视角下中学化学实验的类型与特点

叶剑强

摘 要：化学实验与科学探究是化学学科核心素养的重要组成部分，体现了化学学科的特色。其中科学探究学习有助于学生建立化学核心概念，同时理解并掌握化学基本原理，形成化学基本观念；化学实验则是以构建化学基本观念为目标促进学生转变相异构想，掌握核心概念。现基于观念建构视角重新审视并分析中学阶段五大类实验的内容及其特征。

关键词：化学实验；科学探究；观念建构

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2017）35-0008-04

教育部于2001年颁布的《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》中明确提出：“化学实验是进行科学探究的重要方式，学生具备基本的化学实验技能是学习化学和进行探究活动的基础和保证，化学课程要求学生获得有关化学实验的基础知识和基本技能。学习实验研究的方法，遵守化学实验室的规则，初步形成良好的实验工作习惯”[1]。由此可见化学实验基本操作是中学化学教学中至关重要的一个环节，培养学生化学实验基本操作技能也是化学教师必须完成的教学任务之一。

中学阶段化学实验教学的关键在于对学生的基本实验操作能力进行培养。并且这种能力的培養也是有层次的，它遵循着由简单到复杂、由被动到主动、由模仿到协调、由接受到迁移循序渐进的培养规律。并且化学实验也是探究化学反应现象和规律的最基本的手段，通过对化学实验现象进行分析和探究可以帮助学生认识化学反应的本质，同时也有助于学生建立化学核心概念，理解并掌握化学基本原理，形成化学基本观念。

本文基于化学基本观念构建视角，分别从气体的制备及性质实验、定量实验、电化学实验、元素化合物性质实验以及有机化学实验这五个维度对中学化学实验的有关内容与特点展开分析。

一、中学化学实验类型

（一）气体的制备及性质实验

实验室气体的制备及性质演示实验是整个中学阶段化学教学的重点之一，尤其是初中阶段由氢气、氧气和二氧化碳这三大气体的实验室制备所衍生出来的知识点更是考查学生学科基础知识和科学探究能力的基本标准。究其原因主要还是由于气体的制备实验中所涉及到的基础知识点较多，对于学生综合应用能力的要求较高，相应的实验室仪器和操作步骤也比较复杂。由此教师更利于培养学生对比类比、归纳总结的学习习惯。只有这样学生对于其内在规律和本质才能有更生动的体验，进而达到触类旁通。

除了上述常见气体的制备和性质演示实验之外，中学化学阶段还有一些其他气体的制备和性质演示实验如：氯气、二氧化硫、二氧化氮和氨气等。此类气体属于有毒性气体，在实验室通风效果不好的情况之下开展此类气体的制备实验存在诸多安全隐患。因此对此类气体的实验室制备进行微型化设计是十分必要和迫切的。微型化学实验的意义不仅限于消除污染，经济省时，更重要的是可以通过这种方式培养一批具有环境保护意识的教育者，并且微型化设计也是实施绿色化学价值观的有效途径之一。

此外，常见气体的实验室制法知识也是历年高考的热点，主要涉及到的题型为选择题和非选择题，其中选择题重点考查气密性的检验、气体的净化和收集以及尾气吸收装置或操作的正误；非选择题则重点考查气密性检验的方法、净化气体选用的试剂、仪器的连接顺序、误差分析、有关的化学计算等[2]。

气体的制备实验应注意装置的气密性检查、气体的验纯、气体的净化以及尾气的处理，这是绿色化学价值观的要求。

（二）定量实验

中学化学涉及到的定量实验不少，如硫酸铜晶体中结晶水的含量、空气中氧气含量的测定、阿伏伽德罗常数的测定以及化学平衡反应常数的测定等。

定量实验的探究可以说是学生在当前中学化学学习阶段中一处比较薄弱的环节。但对化学实验进行定量研究却能够有效启发学生运用适当的数学方法分析解决有关化学问题，同时也有利于学生形成科学、严谨、诚信的态度。

此外定量型化学实验也是培养学生观察能力、思维能力、实验技能及科学态度的有效途径[3]。与定性实验相比，定量型实验更有助于提升学生的创造性思维，同时还可以为学生更加深入地认知与体验创造条件，并从中体会、感悟实验的探究过程，以促进学生高阶思维能力的发展、科学方法的掌握、科学态度的形成及全面科学素养的提高[4]。因此作为化学教师不仅要深刻认识定量思维的重要性，还要积极将其整合到化学教学尤其是化学实验探究课之中，以满足学生形成定量观的需求。

（三）电化学实验

电化学的应用十分广泛，涉及民用、工农医、国防以及尖端科学技术等，例如以电解饱和食盐水制取氯气和烧碱等产品为基础的工业——“氯碱工业”。

此外电化学也是中学化学高中阶段的重要知识点，高考的热点之一。电化学是研究电与化学反应之间关系的一门学科，中学阶段涉及电化学的部分主要是原电池和电解池这两大模块，具体包括原电池、化学电源、电解池以及金属的电化学腐蚀和防护四大部分。原电池和电解池的区别在于电能与化学能之间不同向的转化。对应到生产生活中广泛应用的电池中来说就是充电和放电的过程，因此也常常将其称为电池的科学。电解池和原电池的学习涉及到中学阶段许多基础的知识点，如氧化还原放应，电解质的电离，金属的活动顺序，化学反应能量的变化以及离子反应等。由于电化学的知识点涉及面比较广泛，反应原理比较抽象，对于学生综合运用知识的能力要求较高，再加上学生个体思维定势和相异构想、迷思概念的负面影响以及对符号意义的错误表征，这些都会对电化学的学习产生许多负迁移，从而影响学生对整体知识的内化效率。

如何把电化学知识从抽象到形象、从客观到具体地呈献给学生，以促进学生深刻理解电化学基本概念，提升学生的学科素养值得研究者们深入关注。其中有研究者在实验探究的基础之上，将手持技术整合到到电化学教学之中，并开发了电解池、金属的电化学腐蚀与防护的教学设计，效果良好[5]。endprint

（四）元素化合物性质实验

元素化合物知识从知识类别上分属于事实性知识或陈述性知识，是中学化学教学内容的重要组成部分，约占中学化学教学内容的60%[6]。 元素化合物的知识点量多面广，再加上元素化合物知识本身具有繁杂的特点，因此会给学生造成记忆负担，使学生混淆知识点并最终失去学习化学的兴趣和积极性。

元素化合物的教学不仅要求掌握物质具体的性质，还承载着让学生形成化学学科基本观念、学习化学学科基本方法和培养学生健康情感态度等学科素养的功能，因此教师在教学中应充分认识其功能，发挥其价值[7]。

元素及其化合物性质的实验研究能够帮助学生更好地将本部分知识从理性认识上升到感性认识，从而使学生有更好的体验。而教师的重任则在于如何有效地运用教学策略帮助存在个体差异的学生系统地掌握元素化合物的知识，以及如何在性质实验中，在激发学生好奇心和探究欲望的同时，注重对学生实验操作技能和创新思维能力的培养。为达到该目标，教师对于事实性或陈述性知识可以采用多种感官协同记忆策略、精细加工策略、对比类比等学习策略帮助学生掌握相关知识。同时注意培养学生的化學科学素养，树立其正确的学科情感态度。当然，作为本环节教学的主导者，教师在对学生的学习规律和特点有了熟悉的了解之后还应该对本部分实验研究的内容进行筛选，并反复研究实验内容不断探索合适的教学方法。

（五）有机化学实验

有机化学与人类的生产生活密不可分，我们的日常生活中随处可见有机合成材料。但是中学阶段的有机化学教学内容却抽象深奥，因此学生难以理解和接受。并且有机化学的概念和物质名称繁杂，有机物结构多样化、立体性强，对学生的空间立体思维能力要求较高，所以学生不易记忆、容易混淆且容易犯断章取义的错误。

众所周知，有机化学实验所涉及的试剂、原料和产物大多具有一定的挥发性、腐蚀性或毒副作用。并且有机合成实验反应时间往往比较漫长，反应产生的三废（废渣、废气、废液）易造成环境污染。因此学生在面对有机化学实验时，往往容易产生抵触、恐惧心理。同时学生对有机实验的排斥也会给教师的教学过程产生不少阻碍作用，教学质量会大打折扣。因此教师在充分把握好学生最近发展区的同时，有必要对中学阶段的学生做好上位概念的导入，并引入先行组织者材料进行教学，最终逐步克服学生在学习有机化学过程中出现的“拦路虎”。

当然，避免或减少有机实验中产生的三废对人体和环境所造成的危害和污染最彻底的方法还是应该从改进实验本身入手。有机实验过程绿色化是当前以及未来有机化学实验教学和研究发展的方向。绿色化学又被称为环境友好型实验、环境无害型实验或清洁型实验。微量型、半微量型、手持技术以及虚拟现实技术等相关领域技术的开发和运用都是有机化学实验实现绿色化的有效途径和措施。并且探索有机实验过程的绿色化不仅是教师提高自身业务水平的有效手段，也是培养学生树立良好的环境保护意识和创新意识的最生动的教学方法，更是促进学生形成科学情感态度价值观的有效途径。

二、结论

化学实验是科学探究的重要形式，科学探究除了要培养学生的探究能力、创新能力以及实验能力等能力素质之外，还要重视培养学生对科学本质的理解以促进其科学本质观的形成，最终促进学生科学素养的发展。化学实验除了在培养学生观察、思维、动手等能力素质方面的作用毋庸置疑之外，它在化解抽象的化学概念教学过程之中也扮演着不可或缺的重要角色。也就是说，化学教师要重视通过实验探究的方法来促进学生对化学核心概念的理解以及化学基本观念的形成。具体做法就是在以演示实验为主要教学方式的化学实验课中，教师要合理把握实验与宏观、微观、符号之间的联系。即从宏观到符号，再从符号到微观，化学教师应积极通过符号串联起化学实验过程中宏观现象与微观微粒之间的联系，并引导学生通过三重表征辅助化学核心概念的学习。

刚发布不久的《中国学生发展核心素养》中提到“实践创新”一词，其主要指学生在日常活动、问题解决、适应挑战等方面所形成的实践能力、创新意识和行为表现。具体包括劳动意识、问题解决、技术应用等基本要点[8]。结合化学实验探究教学，笔者认为实验探究学习过程中涉及到的合作和交流都有助于学生建立化学核心概念，并有利于其理解和掌握化学基本原理，形成化学基本观念，并最终促进学生形成社会需要和个人发展所必备的品格和关键能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准（实验稿）[M].北京：北京师范大学出版社，2001：3～5

[2]王 燕.对中学化学中常见气体制备装置的探究[J].理科考试研究，2012，22：85～86.

[3]王 川.关于我国中学化学教学增加定量型实验的研究[D].四川师范大学，2012.

[4]周 青，赵永春.美国高中化学教材CHEMISTRY：Concepts and Application中的定量实验[J].化学教育，2006，11：19～20+23.

[5]丁 婷.基于手持技术的电化学实验研究与教学设计[D].天津师范大学，2014.

[6]姜言霞，王 磊，支 瑶.元素化合物知识的教学价值分析及教学策略研究[J].课程·教材·教法，2012，32，（09）：106～112.

[7]曹永勋.元素化合物课在培养学科素养方面的功能与价值[J].时代教育，2013，（6）：97～98.

[8]林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016.endprint