中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀探析

孫丹兒　朱建育

摘要：通過對(duì)文獻(xiàn)的整理和分析，考察中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的現(xiàn)狀，分析中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展特點(diǎn)，探討和總結(jié)存在的問題。

關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué); 實(shí)驗(yàn)研究

文章編號(hào)：1005－6629(2009)03－0010－04中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，歷來受到化學(xué)教師的關(guān)注，他們從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，結(jié)合自身的理論和實(shí)踐知識(shí)，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了大量多角度，多層次的研究。本文擬借助對(duì)文獻(xiàn)的整理和分析，考察中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的現(xiàn)狀，分析中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展特點(diǎn)，探討和總結(jié)存在的問題，為教師實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供借鑒。

1 研究對(duì)象

本文選取的研究對(duì)象為2005-2007年分別在中等教育類期刊《化學(xué)教學(xué)》和《化學(xué)教育》上發(fā)表的有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究的文章，它們主要是對(duì)個(gè)別實(shí)驗(yàn)要素或多個(gè)實(shí)驗(yàn)要素的研究。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出，2005—2007年在兩種期刊上發(fā)表的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究文章共計(jì)225篇，其中《化學(xué)教學(xué)》126篇，《化學(xué)教育》99篇。

2 研究內(nèi)容

根據(jù)這些文章的研究內(nèi)容進(jìn)行分類，主要可分為七大類，它們分別是實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)裝置新設(shè)計(jì)、反應(yīng)原理或反應(yīng)機(jī)理探究、反應(yīng)條件探究、實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)或創(chuàng)新、理論質(zhì)疑和驗(yàn)證以及實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)。本文將以上分類進(jìn)一步整合可分為兩大類型，一為實(shí)驗(yàn)的顯性因素研究，另一類為實(shí)驗(yàn)的隱性因素研究。顯性因素與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)物對(duì)象相關(guān)聯(lián)，實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)裝置新設(shè)計(jì)以及反應(yīng)條件的探究均屬顯性因素的研究。隱性因素則指與化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的抽象條件，反應(yīng)原理或反應(yīng)機(jī)理、方法改進(jìn)或創(chuàng)新、理論質(zhì)疑或驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)等均屬隱性因素的研究。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可得，兩類研究的文章數(shù)量及比例如表1所示：

由數(shù)據(jù)可知，顯性因素的研究占43.55%，隱性因素的研究占56.45%，其中關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)研究的比例最高，達(dá)到了23.11%，實(shí)驗(yàn)裝置新設(shè)計(jì)的研究比例最低為5.3%。顯性因素的三項(xiàng)研究比例不均，其中實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)的比例最高。隱性因素的前三項(xiàng)研究比例差異較小，其中實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)比例相對(duì)較小。

2.1實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)裝置新設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)

2.1.1實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)是指在原有實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分或整體的改造以達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果，它是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的傳統(tǒng)內(nèi)容，很多教師將其作為實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的突破口。如氯水分解演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[化學(xué)教學(xué)，2005（5）]、鐵與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究[化學(xué)教學(xué)，2007（11）]、苯與溴反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)[化學(xué)教育，2005（8）]等。表1數(shù)據(jù)顯示，實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)文章的比例居各研究內(nèi)容之首，可見該內(nèi)容的研究在教師實(shí)驗(yàn)研究中的地位。

2.1.2實(shí)驗(yàn)裝置新設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)裝置新設(shè)計(jì)是指對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)從無到有的設(shè)計(jì)。與實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)相比，實(shí)驗(yàn)裝置新設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)研究水平具有更高的要求，需要從設(shè)計(jì)上尋求更具創(chuàng)新意義的方法。如CO2密度比空氣大演示儀[化學(xué)教學(xué)，2005（10）]、一套值得推廣的多功能微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器[化學(xué)教學(xué)，2005（6）]、從溶劑中快速回收樣品的簡易多用裝置[化學(xué)教育，2005（3）]、火焰位置可轉(zhuǎn)換的氣體燃燒演示器的制作和使用[化學(xué)教育，2006（7）]等，這些文章所介紹的實(shí)驗(yàn)裝置，均為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器或裝置。由于受教師自身實(shí)驗(yàn)水平和創(chuàng)新能力等的限制，該項(xiàng)內(nèi)容的研究比例僅為5.3%，遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)研究文章的比例，受關(guān)注程度也大大低于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。

2.2.3實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)裝置新設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析

在實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)與新設(shè)計(jì)中運(yùn)用了眾多的理論設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)策略，常用的設(shè)計(jì)方法有：強(qiáng)化（或弱化）法、縮放法、組合法、變換輸出法、置換法、移植法、模擬法、簡化法、一物多用法、綜合法等。我們對(duì)裝置研究中的設(shè)計(jì)方法的使用情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示：

由表2可知，一物多用法在各種方法中的使用比例最高，其次是縮放法、移植法以及組合法，變換輸出法的使用比例最低。從方法的使用頻率可見一物多用法在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值。由于微型實(shí)驗(yàn)裝置在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中備受青睞，微型實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)中常用的縮放、組合、簡化等方法的使用比例就相應(yīng)提高。另外，受已有成熟實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的固定思維影響，應(yīng)用于同一類型實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的移植法的使用頻率也較高。

2.3 反應(yīng)原理探究及其特點(diǎn)

2.3.1反應(yīng)原理或機(jī)理探究

反應(yīng)原理的探究是指針對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的“異?！爆F(xiàn)象或疑難問題，通過探究實(shí)驗(yàn)相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)原理，使得實(shí)驗(yàn)“異?！爆F(xiàn)象或疑難問題得到合理解釋的研究過程。這是化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中常用于解決化學(xué)疑難問題的途徑之一，反應(yīng)原理的研究能夠?yàn)榛瘜W(xué)問題的解決提供更高層次的理論指導(dǎo)，有助于提高實(shí)驗(yàn)研究的整體水平。如對(duì)KIO3熱分解實(shí)驗(yàn)的研究[化學(xué)教育，2006（4）]、對(duì)Na2CO3、NaHCO3與稀鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)[化學(xué)教學(xué)，2005（1-2）]、品紅溶液異常褪色現(xiàn)象引發(fā)的探究[化學(xué)教學(xué)，2006（5）]等文章，均通過不同的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后隱含的原理進(jìn)行了挖掘和論證。該研究內(nèi)容的比例為15.56%，僅次于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，足見教師對(duì)化學(xué)反應(yīng)原理探究的重視。

2.3.2 反應(yīng)原理探究的特點(diǎn)分析

文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)原理探究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象主要是無機(jī)反應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，35篇文章中，關(guān)于反應(yīng)原理探究的數(shù)量達(dá)到了27篇，均為無機(jī)反應(yīng)；關(guān)于反應(yīng)機(jī)理探究的文章數(shù)為8篇，均為有機(jī)反應(yīng)。

在研究設(shè)計(jì)上，主要可以分為3種：一種為理論驗(yàn)證型，一種為理論加實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證型，還有一種則為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證型。其中理論驗(yàn)證型共11篇，占31.43%，理論加實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證型共19篇，占54.29%，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證型共5篇，占14.28%。就研究結(jié)論的科學(xué)性來講，理論加實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證型的研究設(shè)計(jì)比純粹理論驗(yàn)證及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證更為精確。因此，在此項(xiàng)研究中，大多數(shù)研究者傾向于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的同時(shí)輔以理論解釋進(jìn)一步說明，以完善實(shí)驗(yàn)結(jié)論，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具說服力。

2.4反應(yīng)條件探究及其特點(diǎn)

2.4.1反應(yīng)條件探究

化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，一個(gè)反應(yīng)往往受多種反應(yīng)條件的影響，如反應(yīng)物的性狀（干燥程度、顆粒大小、氣固液狀態(tài)等）、溫度、濃度、酸堿度等。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中，反應(yīng)條件的探究也一直是實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。教材實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)等的實(shí)驗(yàn)方案在某些情況下會(huì)存在這樣或那樣的缺陷，這就需要教師根據(jù)實(shí)際情況對(duì)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)條件作出改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)。該內(nèi)容的研究數(shù)量位于反應(yīng)原理或機(jī)理的探究之后，為15.11%。如 “銅片鍍鋅”最佳實(shí)驗(yàn)條件的分析和研究 [化學(xué)教學(xué)，2007（2）]、苯酚與溴水和氯化鐵反應(yīng)溶液最佳濃度的選擇 [化學(xué)教育，2005（8）]、乙醛與新制氫氧化銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作分析等均對(duì)反應(yīng)的一種或多種條件進(jìn)行了探究。

2.4.2反應(yīng)條件探究的特點(diǎn)分析

在34篇有關(guān)反應(yīng)條件探究的文章中，研究對(duì)象包括催化劑種類、光源種類、反應(yīng)物種類、溫度、濃度及此類反應(yīng)條件的綜合研究等。統(tǒng)計(jì)表明，選取一種反應(yīng)條件作為研究對(duì)象的單因素研究和選取一種以上反應(yīng)條件作為研究對(duì)象的多因素研究文章篇數(shù)分別均為17篇，各占50%。單因素研究側(cè)重使用傳統(tǒng)的比較法，在控制其他反應(yīng)條件的情況下，改變需探究的反應(yīng)條件，最后通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較來得出所需探究的最佳反應(yīng)條件；多因素研究中既有比較法又有試驗(yàn)法，其中以正交試驗(yàn)法最為常見，占18%。