高中化學(xué)研究性學(xué)習(xí)創(chuàng)新實(shí)施模式之一“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作”實(shí)施情況小結(jié)

黃娟

摘 要：本課題旨在高中階段推進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究性學(xué)習(xí)，為此設(shè)計(jì)了四種實(shí)施模式，其中之一是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作可以說是化學(xué)學(xué)習(xí)階段難度最大的版塊之一，要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的原理，基本操作，設(shè)計(jì)方案等部分有完整系統(tǒng)的認(rèn)識，強(qiáng)調(diào)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性和連貫性。

關(guān)鍵詞：研究性學(xué)習(xí);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，理論課程的教學(xué)，對學(xué)生科學(xué)思維能力、理解能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，對動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有所倚重。“化學(xué)實(shí)驗(yàn)”是本學(xué)科的最大特色，教材中的實(shí)驗(yàn)多為再現(xiàn)式和驗(yàn)證式，在課本上都有詳盡的實(shí)驗(yàn)操作步驟，多數(shù)實(shí)驗(yàn)過程中只能考查到最基本的實(shí)驗(yàn)操作能力，很難有代入感?；谶@點(diǎn)，課題組成立時，我們就考慮到要將化學(xué)的實(shí)驗(yàn)精神真正融入到化學(xué)的學(xué)習(xí)中去，將實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，改變在教師和學(xué)生中普遍存在只重視知識的傳授而輕視實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的傾向，突出實(shí)驗(yàn)課程的重要性。在課題中設(shè)計(jì)了四種實(shí)施模式，包括有研究性試題，學(xué)習(xí)小論文，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，學(xué)生微課。強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在理論課程教學(xué)的基礎(chǔ)之上深入對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

本課題中“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作”的研究性學(xué)習(xí)模式，是在進(jìn)行了研究性試題的訓(xùn)練基礎(chǔ)上再展開的，前期旨在加強(qiáng)學(xué)生開放性思維的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)一題多解。本模式最大的特點(diǎn)是，不只是在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，而是學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。訓(xùn)練學(xué)生對整個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面分析的能力，掌握如何安排設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)區(qū)間，使用精準(zhǔn)的藥品劑量等。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后，對優(yōu)秀方案進(jìn)行點(diǎn)評和可行性分析，提出問題，討論解決方法，在完善實(shí)驗(yàn)方案后，安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)選題遵循的原則是：緊扣教材，貼近生活，結(jié)合所學(xué)的知識和原理，優(yōu)選中學(xué)實(shí)驗(yàn)室可行的實(shí)驗(yàn)課題。選題分為三類：第一類側(cè)重對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)，這類選題的特點(diǎn)是：強(qiáng)調(diào)學(xué)生設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)區(qū)間，實(shí)驗(yàn)操作比較簡單點(diǎn)，有效的安排實(shí)驗(yàn)步驟。（部分選題介紹）

選題1：銅與濃硫酸反應(yīng)最低濃度的測定。

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能掌握實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法以及溶液的配制方法。

選題2：探究碳酸氫鈉和氯化鈣溶液混合是否能生成沉淀以及不生成沉淀的最大濃度。

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能掌握溶液的稀釋方法，以及如何設(shè)計(jì)稀釋倍數(shù)。

該類選題操作步驟并不復(fù)雜，但要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前先能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，安排好合理的操作順序，以求計(jì)算出合理的取值范圍，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說服力。

第二類側(cè)重實(shí)驗(yàn)操作的設(shè)計(jì)，這類選題的特點(diǎn)是：加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)操作的設(shè)計(jì)，根據(jù)待測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)出合理的步驟，并注意具有可行性。

選題3：市場銷售蜂蜜中還原糖（以葡萄糖計(jì)）含量測定。

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握葡萄糖等還原糖的測定方法，并了解重量測定法的操作方法，在設(shè)計(jì)時強(qiáng)化細(xì)節(jié)，如試劑的用量，沉淀的洗滌方法和干燥方式的選擇。

選題4：市場銷售白酒中酒精含量測定。

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握乙醇的測定方法，以及氧化還原滴定方法，并了解反滴法的設(shè)計(jì)原理。

該類選題側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生如何設(shè)計(jì)操作方法，這里用到的重量測定法和氧化還原滴定方法，都是屬于化學(xué)實(shí)驗(yàn)要求中的基本測定方法，我們通過這類實(shí)驗(yàn)試題讓學(xué)生體會如何將理論步驟和實(shí)際操作完整的聯(lián)系在一起，包括各個步驟之間如何銜接處理。

第三類側(cè)重實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的對比和評價，并從中選出最優(yōu)方案。

選題5：影響水果電池電壓因素對比測試。

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生研究自制水果電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，探究水果電池電壓的影響因素，掌握對比測試的方案設(shè)計(jì)方法。

選題6：銅制取硫酸銅晶體的方法對比測試。

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生探究銅制取硫酸銅晶體的不同方案，從所需時間（效率）原料易得與否（成本）廢棄物（環(huán)保）等方面對不同方案進(jìn)行優(yōu)劣評價。

該類實(shí)驗(yàn)在之前的基礎(chǔ)上加入了對比的考查因素，無論是找出影響因素還是找出最優(yōu)方案，都要求學(xué)生能靈活運(yùn)用單一變量這一重要原理。在選題5的實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生能預(yù)先設(shè)定好可能存在的影響因素，然后逐一改變各個影響因素，通過電壓的測定判斷哪些會影響實(shí)驗(yàn)效果。在選題6中要求學(xué)生預(yù)先對制取硫酸銅的化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行思考，然后針對不同的實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)出合理的步驟。這兩個實(shí)驗(yàn)更強(qiáng)調(diào)學(xué)生思維的發(fā)散性和邏輯性。

實(shí)施方法：課題組從高一下學(xué)期開始至高二下學(xué)期，結(jié)合課程內(nèi)容，陸續(xù)實(shí)施上述選題。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中預(yù)設(shè)主要實(shí)驗(yàn)藥品和儀器，并對部分選題進(jìn)行了備注，給予一定的方向限制。以實(shí)驗(yàn)3為例：在課題名稱中將還原糖限定為葡萄糖，提供的主要藥品為蜂蜜樣品、1mol/LCuSO4溶液、4mol/LNaOH溶液，主要儀器為燒杯，量筒，加熱爐，漏斗，天平。先讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，小組討論，相互補(bǔ)充，制定出完整的實(shí)驗(yàn)方案后，課題組老師審閱，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行點(diǎn)評，而后公布參考方案。接著安排學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際操作，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，填寫實(shí)驗(yàn)報告，形成實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，再進(jìn)行最后的實(shí)驗(yàn)分析。

實(shí)施效果：經(jīng)過一段時間多次的實(shí)踐，大部分學(xué)生從一開始的拿到實(shí)驗(yàn)無從下手，到后面可以逐步獨(dú)立的進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。不僅夯實(shí)了基礎(chǔ)理論知識，大提高了對化學(xué)的興趣，對于實(shí)驗(yàn)的基本操作和原理也加深了印象，同時筆試中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)綜合題也能夠系統(tǒng)的進(jìn)行分析，懂得從出題者的角度進(jìn)行拆解，對實(shí)驗(yàn)的分析相較之前更具有完整性和邏輯性。

實(shí)施小結(jié)：實(shí)驗(yàn)操作和設(shè)計(jì)的過程同時強(qiáng)調(diào)了對思維的培養(yǎng)，對動手能力的鍛煉。和傳統(tǒng)的筆試實(shí)驗(yàn)題不同的是，站在一個出題者的主動角度去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，而不再是被動的完成實(shí)驗(yàn)過程或者實(shí)驗(yàn)問答，這要求學(xué)生能在考慮的實(shí)驗(yàn)原理的同時也考慮實(shí)際操作中可能會遇到的問題，在研究中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中研究。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作是一個綜合性的大問題，完整的實(shí)驗(yàn)方案是要求有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S邏輯以及精準(zhǔn)的細(xì)節(jié)處理能力，可以說是在化學(xué)學(xué)科中最難突破，也是最重要最有趣的一關(guān)。對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方面的訓(xùn)練，幫助學(xué)生極大提高了化學(xué)的學(xué)科素養(yǎng)，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)

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