淺談化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

徐國(guó)華

【摘要】“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”是化學(xué)學(xué)科的基本特征。即使在由經(jīng)驗(yàn)化學(xué)向理論化學(xué)發(fā)展的今天,化學(xué)實(shí)驗(yàn)仍然是化學(xué)學(xué)科發(fā)展的最現(xiàn)實(shí)、最生動(dòng)、最有效的物質(zhì)載體。做好實(shí)驗(yàn)的第一步,關(guān)鍵在于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。本文擬對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有關(guān)問(wèn)題作初步探討。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究性

一、深刻理解化學(xué)基本理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

掌握化學(xué)基本原理和基本技能,初步學(xué)會(huì)化學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法。掌握基本的操作技能、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,樹立勇于開拓的創(chuàng)新意識(shí)。

二、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)必須有化學(xué)實(shí)驗(yàn)總體觀

任何一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)都包含以下內(nèi)容:(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(2)實(shí)驗(yàn)原理;(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);(4)實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、裝置;(5)實(shí)驗(yàn)操作及操作規(guī)程;(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理。這六個(gè)方面的內(nèi)容可稱為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的六要素。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖呛诵?實(shí)驗(yàn)原理是達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡睦碚摳鶕?jù);實(shí)驗(yàn)程序是能否完成實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵,它的設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)原理為基礎(chǔ);藥品、儀器、裝置是物質(zhì)保證,這些物質(zhì)條件的選擇是由實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)程序決定的,同時(shí),對(duì)實(shí)驗(yàn)程序也起著制約作用;實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)是實(shí)驗(yàn)得以順利、安全進(jìn)行的保證,它的制定要由實(shí)驗(yàn)程序和實(shí)驗(yàn)用品來(lái)決定;實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理是對(duì)實(shí)驗(yàn)是否達(dá)到預(yù)期目所進(jìn)行的檢驗(yàn),在解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、處理所測(cè)得的數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)誤差等項(xiàng)工作中,必須對(duì)各要素進(jìn)行綜合分析。

三、充分體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究功能

1.化學(xué)的學(xué)科特征決定了化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以作為探究性學(xué)習(xí)的途徑

“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”是化學(xué)學(xué)科的基本特征。即使在由經(jīng)驗(yàn)化學(xué)向理論化學(xué)發(fā)展的今天,化學(xué)實(shí)驗(yàn)仍然是化學(xué)學(xué)科發(fā)展的最現(xiàn)實(shí)、最生動(dòng)、最有效的物質(zhì)載體。

學(xué)科的基本特征決定了學(xué)科的學(xué)習(xí)特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)化學(xué),無(wú)疑是最有效而又最重要的化學(xué)學(xué)習(xí)方法之一。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和認(rèn)識(shí)物質(zhì),掌握化學(xué)基本原理和基本技能,初步學(xué)會(huì)化學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法?；瘜W(xué)科學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科特征,更有利于學(xué)生進(jìn)行化學(xué)探究性學(xué)習(xí)。

2.化學(xué)實(shí)驗(yàn)本身就是科學(xué)探究的過(guò)程

化學(xué)實(shí)驗(yàn),是人們認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)的一種科學(xué)方法,是人們根據(jù)研究的對(duì)象和研究的目的,創(chuàng)造性地運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)手段,有計(jì)劃地實(shí)施探究性實(shí)踐活動(dòng)的過(guò)程。因此,化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程本身就是一個(gè)創(chuàng)造性地探究的過(guò)程。化學(xué)發(fā)展的歷史也充分證明,化學(xué)科學(xué)的任何一項(xiàng)重大的突破,無(wú)一例外地是經(jīng)過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)而取得的。正如波義耳所說(shuō),沒(méi)有實(shí)驗(yàn),任何新的東西都不能深知。中學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)中的化學(xué)實(shí)驗(yàn),雖然絕大多數(shù)是對(duì)物質(zhì)及其變化的再認(rèn)識(shí),但從本質(zhì)上看,這一過(guò)程與科學(xué)家進(jìn)行的科學(xué)研究中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一致的。當(dāng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)被用作探究性學(xué)習(xí)的途徑時(shí),化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造性和探究性便充分顯示出來(lái)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中積極地動(dòng)腦動(dòng)手,體驗(yàn)科學(xué)家科學(xué)探究的過(guò)程和方法,獲得科學(xué)探究的樂(lè)趣和成功的喜悅。所以,在學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中,完全可以利用實(shí)驗(yàn)這個(gè)手段進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。

3.化學(xué)實(shí)驗(yàn)為探究性學(xué)習(xí)驗(yàn)證提供了科學(xué)方法

和科學(xué)家進(jìn)行的科學(xué)探究一樣,探究性學(xué)習(xí)也具有問(wèn)題特征、收集信息特征、假設(shè)特征、驗(yàn)證特征和評(píng)價(jià)反饋特征。學(xué)生在探究性學(xué)習(xí)中,針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,在回憶總結(jié)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、收集和整理信息的基礎(chǔ)上,做出大膽假設(shè)或猜想,并通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)提出的假設(shè)或猜想進(jìn)行證實(shí)或證偽。所以,化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是學(xué)生探究性學(xué)習(xí)時(shí)驗(yàn)證假設(shè)或猜想的主要方法,也為學(xué)生將來(lái)從事科學(xué)研究提供了一種方法。

四、創(chuàng)造性是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈魂

愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò):“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要?！苯?jīng)常開展探究性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)研究,有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案調(diào)動(dòng)學(xué)生發(fā)散思維,探索多種實(shí)驗(yàn)途徑,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。例如,針對(duì)《用實(shí)驗(yàn)方法比較鐵和銅兩種金屬的活動(dòng)性》一題,學(xué)生提出了三種實(shí)驗(yàn)方案:一是用鐵片插入硫酸銅溶液中;二是將銅片和鐵片分別插入稀硫酸溶液中;三是設(shè)計(jì)銅一鐵原電池。通過(guò)討論,學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)方案的多樣性。又如,對(duì)制取硝酸銅實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的討論,學(xué)生有的設(shè)計(jì)用銅屑和濃硝酸為原料制取硝酸銅;有的設(shè)計(jì)用銅屑和稀硝酸為原料制取硝酸銅;有的提出先把銅屑在空氣中灼燒,再跟用等體積水稀釋的濃硝酸反應(yīng)來(lái)制取硝酸銅;有的提出先把銅屑在空氣中灼燒,再跟濃硝酸反應(yīng)來(lái)制取硝酸銅。通過(guò)討論,學(xué)生明確了各方案的利和弊,從中選擇出最佳方案,思維的深刻性和批判性加強(qiáng)了,創(chuàng)新的能力也提高了。

實(shí)踐證明,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,注意提高學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ恼J(rèn)識(shí),讓學(xué)生在探索性、開放性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)中不斷提高思維能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神,對(duì)全面提高學(xué)生素質(zhì)大有裨益。