高中化學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)課題設(shè)計(jì)研究實(shí)例

周軼曄

摘 要：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。在高中化學(xué)教學(xué)中，常規(guī)實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生把知識(shí)理論應(yīng)用于操作實(shí)踐，從而深化對(duì)知識(shí)的理解。與此同時(shí)，教師也應(yīng)在可能的條件下給學(xué)生營(yíng)造一個(gè)研究性的學(xué)習(xí)氛圍，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究精神和研究能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；自變量；因變量；控制變量

筆者在日常教學(xué)中，通過(guò)學(xué)習(xí)和研究國(guó)內(nèi)外的化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，嘗試在日常化學(xué)教學(xué)中引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究一對(duì)變量的關(guān)系，并把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)付諸動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。本文就實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理念、要求、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)做了介紹，并以某個(gè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)課題為實(shí)例展示了高中生學(xué)習(xí)和實(shí)踐化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程和結(jié)果，以及在整個(gè)過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的活躍開(kāi)放的思維和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求

筆者參考了國(guó)際文憑課程體系（International Baccalaureate）中化學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)大綱和考核要求，就有關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了教學(xué)嘗試和課外拓展。對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求和評(píng)價(jià)主要有以下三個(gè)方面：

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否明確了研究對(duì)象和實(shí)驗(yàn)變量。學(xué)生要具體說(shuō)明實(shí)驗(yàn)方案中的自變量和對(duì)應(yīng)的因變量，并能對(duì)因變量進(jìn)行定量測(cè)量。設(shè)計(jì)方案中還需陳述任何可能干擾因變量結(jié)果的其他可控變量。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否能有效控制變量。學(xué)生要說(shuō)明如何調(diào)整和控制自變量的具體方法，以及如何控制其他可控變量的具體方法，使可控變量不影響到因變量的測(cè)量。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否能收集到足夠且可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)方案中足夠的實(shí)驗(yàn)操作次數(shù)能避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性，以及足夠的數(shù)據(jù)和合理的數(shù)據(jù)分布能使結(jié)果呈現(xiàn)一個(gè)較準(zhǔn)確的趨勢(shì)圖。

二、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課題和具體要求

筆者首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行了有關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)和指導(dǎo)，明確了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并給學(xué)生布置了一個(gè)開(kāi)放性的課題——“研究液體的某種物理性質(zhì)”。學(xué)生自行選擇某種安全的常見(jiàn)液體，研究某個(gè)因素的變化對(duì)該液體的某種物理性質(zhì)造成的變化。具體要求如下：

（1）提出明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模宰兞?、可定量測(cè)量的因變量，以及可能影響到因變量結(jié)果的可控變量。

（2）提出控制和調(diào)整自變量的方法，并陳述如何控制其他可控變量來(lái)排除其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

（3）列出具體的實(shí)驗(yàn)試劑、設(shè)備和儀器。

（4）列出相關(guān)的實(shí)驗(yàn)安全提醒。

（5）列出清晰的實(shí)驗(yàn)步驟，按照該實(shí)驗(yàn)步驟能收集到足夠可靠的數(shù)據(jù)。

（6）設(shè)計(jì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)初稿在限定的一周時(shí)間內(nèi)完成。筆者收集到五花八門的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，有些方案非常簡(jiǎn)單新穎。例如：“溫度對(duì)糖漿粘度的影響”“乙醇水溶液的不同濃度對(duì)其表面張力的影響”“不同氯化鈉水溶液濃度對(duì)水的凝固點(diǎn)的影響”等等。然而初高中普遍存在的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)自變量的設(shè)定和調(diào)整不合理。

（2）對(duì)因變量欠缺定量測(cè)量。

（3）實(shí)驗(yàn)方案中涉及的可控變量不全面，或者對(duì)可控變量的控制方法不恰當(dāng)。

（4）所選實(shí)驗(yàn)儀器的量程、精度不合適。

筆者對(duì)學(xué)生的初稿做了第一遍批改，并進(jìn)行了一對(duì)一的交流和探討，指出問(wèn)題并啟發(fā)學(xué)生對(duì)自己的方案進(jìn)行進(jìn)一步的思考和修改。之后學(xué)生根據(jù)自己的修改方案動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作和測(cè)量。在實(shí)踐過(guò)程中學(xué)生會(huì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題以及在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的缺陷，并在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中記錄需要改進(jìn)的地方。例如：發(fā)現(xiàn)新的可能影響結(jié)果的可控變量；增減或替換實(shí)驗(yàn)試劑和設(shè)備；完善實(shí)驗(yàn)步驟……甚至推翻整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。最終的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案更嚴(yán)謹(jǐn)翔實(shí)，更具可操作性。

三、教學(xué)體會(huì)和總結(jié)

“研究液體的某種物理性質(zhì)”，是一個(gè)簡(jiǎn)單卻又寬泛的命題，學(xué)生可以基于現(xiàn)有的科學(xué)知識(shí)充分展開(kāi)自己的思維設(shè)計(jì)如何研究一對(duì)有關(guān)液體物理性質(zhì)的變量。在現(xiàn)實(shí)的科學(xué)研究中，定量測(cè)量和數(shù)據(jù)分析是任何研究結(jié)論的事實(shí)依據(jù)。因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)很重要的一點(diǎn)要求就是對(duì)所研究的因變量進(jìn)行定量測(cè)量。而為了保證實(shí)驗(yàn)中因變量的結(jié)果變化僅僅是由自變量的變化引起的，學(xué)生必須思考和發(fā)現(xiàn)任何會(huì)對(duì)因變量結(jié)果造成干擾的其他可控變量，并就如何控制其他可控變量提出方法和建議。

此次實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐旨在引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)思維，實(shí)踐科學(xué)研究方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)誠(chéng)實(shí)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度。整個(gè)過(guò)程經(jīng)過(guò)教師指導(dǎo)，學(xué)生設(shè)計(jì)，教師點(diǎn)評(píng)，學(xué)生修改，學(xué)生實(shí)驗(yàn)，學(xué)生反思再修改一系列遞進(jìn)的階段，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有了一定的掌握和領(lǐng)悟，筆者也收獲了好多份新穎的設(shè)計(jì)方案，有感于學(xué)生活躍開(kāi)放的思維。

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)嘗試，初步掌握了科學(xué)研究的思維和方法。即在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，必須有明確的研究目的，能合理調(diào)控自變量，定量測(cè)量因變量，控制其他可控變量，為將來(lái)進(jìn)一步提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Υ蛳乱欢ǖ幕A(chǔ)。

編輯 謝尾合endprint