高中化学研究性学习创新实施模式之一“实验设计和操作”实施情况小结

黄娟

摘 要：本课题旨在高中阶段推进实验探究性学习，为此设计了四种实施模式，其中之一是实验设计和操作。实验设计和操作可以说是化学学习阶段难度最大的版块之一，要求学生对实验的原理，基本操作，设计方案等部分有完整系统的认识，强调思维的严谨性和连贯性。

关键词：研究性学习;实验设计

化学是以实验为基础的自然科学，理论课程的教学，对学生科学思维能力、理解能力的培养至关重要，而实验课程教学，对动手能力和创新能力的培养有所倚重。“化学实验”是本学科的最大特色，教材中的实验多为再现式和验证式，在课本上都有详尽的实验操作步骤，多数实验过程中只能考查到最基本的实验操作能力，很难有代入感。基于这点，课题组成立时，我们就考虑到要将化学的实验精神真正融入到化学的学习中去，将实验课程教学作为培养学生创新能力的重要环节，改变在教师和学生中普遍存在只重视知识的传授而轻视实验技能训练的倾向，突出实验课程的重要性。在课题中设计了四种实施模式，包括有研究性试题，學习小论文，实验设计和操作，学生微课。强化实验教学，在理论课程教学的基础之上深入对实验能力的培养。

本课题中“实验设计和操作”的研究性学习模式，是在进行了研究性试题的训练基础上再展开的，前期旨在加强学生开放性思维的训练，强调一题多解。本模式最大的特点是，不只是在实验室做实验，而是学生自己设计实验。训练学生对整个实验进行全面分析的能力，掌握如何安排设计适当的实验步骤，设计合理的实验区间，使用精准的药品剂量等。在学生完成实验设计后，对优秀方案进行点评和可行性分析，提出问题，讨论解决方法，在完善实验方案后，安排实验进行验证。

实验选题遵循的原则是：紧扣教材，贴近生活，结合所学的知识和原理，优选中学实验室可行的实验课题。选题分为三类：第一类侧重对实验数据的设计，这类选题的特点是：强调学生设计合理的数据区间，实验操作比较简单点，有效的安排实验步骤。（部分选题介绍）

选题1：铜与浓硫酸反应最低浓度的测定。

本实验要求学生能掌握实验方案的设计方法以及溶液的配制方法。

选题2：探究碳酸氢钠和氯化钙溶液混合是否能生成沉淀以及不生成沉淀的最大浓度。

本实验要求学生能掌握溶液的稀释方法，以及如何设计稀释倍数。

该类选题操作步骤并不复杂，但要求学生在实验之前先能进行数据分析，安排好合理的操作顺序，以求计算出合理的取值范围，使实验结果更具有说服力。

第二类侧重实验操作的设计，这类选题的特点是：加强对实验操作的设计，根据待测物质的化学性质，设计出合理的步骤，并注意具有可行性。

选题3：市场销售蜂蜜中还原糖（以葡萄糖计）含量测定。

本实验要求学生掌握葡萄糖等还原糖的测定方法，并了解重量测定法的操作方法，在设计时强化细节，如试剂的用量，沉淀的洗涤方法和干燥方式的选择。

选题4：市场销售白酒中酒精含量测定。

本实验要求学生掌握乙醇的测定方法，以及氧化还原滴定方法，并了解反滴法的设计原理。

该类选题侧重培养学生如何设计操作方法，这里用到的重量测定法和氧化还原滴定方法，都是属于化学实验要求中的基本测定方法，我们通过这类实验试题让学生体会如何将理论步骤和实际操作完整的联系在一起，包括各个步骤之间如何衔接处理。

第三类侧重实验方案设计的对比和评价，并从中选出最优方案。

选题5：影响水果电池电压因素对比测试。

本实验要求学生研究自制水果电池的优化设计方法，探究水果电池电压的影响因素，掌握对比测试的方案设计方法。

选题6：铜制取硫酸铜晶体的方法对比测试。

本实验要求学生探究铜制取硫酸铜晶体的不同方案，从所需时间（效率）原料易得与否（成本）废弃物（环保）等方面对不同方案进行优劣评价。

该类实验在之前的基础上加入了对比的考查因素，无论是找出影响因素还是找出最优方案，都要求学生能灵活运用单一变量这一重要原理。在选题5的实验中要求学生能预先设定好可能存在的影响因素，然后逐一改变各个影响因素，通过电压的测定判断哪些会影响实验效果。在选题6中要求学生预先对制取硫酸铜的化学反应原理进行思考，然后针对不同的实验原理设计出合理的步骤。这两个实验更强调学生思维的发散性和逻辑性。

实施方法：课题组从高一下学期开始至高二下学期，结合课程内容，陆续实施上述选题。在实验设计表中预设主要实验药品和仪器，并对部分选题进行了备注，给予一定的方向限制。以实验3为例：在课题名称中将还原糖限定为葡萄糖，提供的主要药品为蜂蜜样品、1mol/LCuSO4溶液、4mol/LNaOH溶液，主要仪器为烧杯，量筒，加热炉，漏斗，天平。先让学生设计实验，小组讨论，相互补充，制定出完整的实验方案后，课题组老师审阅，对设计方案进行点评，而后公布参考方案。接着安排学生到实验室进行实际操作，记录相关数据，填写实验报告，形成实验结论后，再进行最后的实验分析。

实施效果：经过一段时间多次的实践，大部分学生从一开始的拿到实验无从下手，到后面可以逐步独立的进行分析和设计。不仅夯实了基础理论知识，大提高了对化学的兴趣，对于实验的基本操作和原理也加深了印象，同时笔试中出现的实验综合题也能够系统的进行分析，懂得从出题者的角度进行拆解，对实验的分析相较之前更具有完整性和逻辑性。

实施小结：实验操作和设计的过程同时强调了对思维的培养，对动手能力的锻炼。和传统的笔试实验题不同的是，站在一个出题者的主动角度去设计实验，而不再是被动的完成实验过程或者实验问答，这要求学生能在考虑的实验原理的同时也考虑实际操作中可能会遇到的问题，在研究中学习，在学习中研究。实验的设计和操作是一个综合性的大问题，完整的实验方案是要求有严谨的思维逻辑以及精准的细节处理能力，可以说是在化学学科中最难突破，也是最重要最有趣的一关。对学生进行实验方面的训练，帮助学生极大提高了化学的学科素养，培养了学习兴趣。

参考文献

[1]潘则南，曹育红.化学必修模块实验教学实施情况调查报告[J].化学教育.2014

[2]梁慧姝，郑长龙.化学实验论[M].南宁：广西教育出版社，1996.