高中化学实验教学有效性的研究
华体体育（中国）股份有限公司化学组：罗诗妹
【摘要】对于新课程中的化学教学改革，着重于化学实验教学的改革。因为化学作为一门以实验为基础的学科，化学实验教学改革在化学教学中就显得更为重要。高中化学实验教学有效性的研究事实上是对目前中小学教学中存在一个非常突出的问题---那就是：教师教的很累，学生学的很苦，而我们的学生却没有得到真正有效的发展。这是新一轮基础教育课程改革必须面对的一个问题。因此如何使我们的教师拥有新课程背景下实验教学有效性的理念，掌握新课程背景下的实验教学有效性的策略或技术，是摆在我们面前的一个难题。特别是在全面推进素质教育的今天，在新一轮基础教育课程改革进行之时，讨论新课程背景下实验教学的有效性就显得十分迫切与必要了。
【关键词】高中化学；实验教学；有效性；研究
高中化学新课程指出“进一步提供学生参与完整的科学研究过程的机会，让学生体验和认识以重要规律和理论为研究对象、以假设——验证为基础的科学研究过程”。化学实验是形成化学理论的思维基础，化学实验教学集形象思维和抽象思维于一体，是化学教学活动中最有效的一种教学形式，是实施研究性课程的最佳途径。化学实验在帮助学生培养科学精神和科学态度，发展学生能力和个性特长，培养学生创新精神和实践能力等起到非常重要的作用。化学实验教学质量涵盖科学态度，科学精神，科学方法，实验动手能力，知识技能，思维能力，创新能力等诸多方面，因此，有效进行实验教学应从以下几个方面入手:
一、理解和研究新课程理念下化学实验教学的新特点和新方法。
高中化学课程标准指出 “通过实验探究,掌握基本的化学实验技能和方法，进一步体验实验探究的基本过程，认识实验在化学科学研究和化学学习中的重要作用，提高化学实验能力。”新课程背景下的高中化学实验教学呈现了一些有如下特点。⑴化学实验教学的目标更明确。新课程背景下的化学实验教学目标，不仅有知识和能力方面的要求，而且技能性学习目标水平从低到高有层次。如初步学习（分离混合物、制取气体）；初步学会（取用药品、加热、选择仪器、连接仪器、配制溶液、检验物质、使用化学用语、观察记录、简单计算）。从而培养学生实践操作能力、主动探究能力和创新精神，同时培养学生联系生活和社会的意识。⑵化学实验教学内容的介入方式多样化。新课程背景下的化学实验教学，除了教材外，高中化学课程“内容标准”和“活动与探究建议”、“观察与思考”中都涉及到了化学实验内容，化学实验教学可以采用分散与集中相结合的方式。⑶化学实验教学的内容有新变化。新课程背景下的化学实验教学，出现生活化、探究化、绿色化、现代化和人性化的统一。
在新程背景下，化学实验教学由激发学生积极地接受学习转变为主动地探索学习，由学会知识、会学知识到求异创新。特别是由验证性实验转向探究性实验；由封闭性实验转向开放性实验等。为了达到这一目标，笔者针对不同的教学内容在教学方法上进行研究和尝试。⑴合理改进实验和补充实验。⑵培养学生探索、发现的能力。⑶让学生体验到知识的实用性和价值性。⑷强化环境保护意识和社会责任感。⑸利用现代信息技术，优化实验过程和效果。
二、把教师的主导作用和学生的主动性结合起来，使教师和学生共同成为教学过程的主人。
以新课程的特点（新课程突出过程和方法，注重方法的掌握以及思维的开放性）为依据。一是教师要转变角色。例如学生学习元素周期律，不象以前只是靠教师传授和演示，学生听和看，而是通过学生的“观察思考”和”活动探究”来获得，是靠学生的实验操作和观察从中获得新知识，这时学生在做实验，教师起到的作用是引导和指导。教学角色的转变是学生被动学习变成主动学习。二是要切实革新教学方法。创新总是在面临问题时产生的，创新始于疑问。课堂教学中教师不只是教材内容的讲授者，还应该成为问题的“制造者”。教师所要做的是创设高质量的问题情境，启发思维，引导探索，促成问题的解决。让学生形成一种“自我学习”的习惯，无需教师引领，培养自学能力，能自主发现问题，用实验解决问题并得出结论。化学实验教学应为学生创造更多的参与机会，增强他们的参与意识。教师可以把教材中的验证性实验变为探究性实验，让学生们边做，边看，边想，再经过分析，归纳和总结，促使他们在深切感知的基础上理解化学反应本质。在教学中，要创造条件，把课本中设备简单，操作方便，安全可靠的演示实验改为分组实验，适当增加分组实验的次数，学生对自己亲自设计方案并实施的实验操作更精确，观察更细致，参与的意识更强烈。这样也最能调动他们学习化学的主动性和积极性，使学生形成可持续发展的学力，也能更有效地使他们的智力向更高级的阶段发展。
三、课堂实验教学力求有效地激发学生学习兴趣，培养学生的实验能力，使学生愿学乐学，会学善学。
准确有效地进行课堂演示实验，在培养学生实验技能中起示范性作用，并启发学生思维，培养学生观察、分析、综合和解决问题能力，从而更好地揭示知识的内在联系，使知识更加系统，深化。做好演示实验，就要对实验不断进行改革，有如下四个方面改革：(1)演示实验向“无污染”化方向发展。今天，随着社会文明的发展，人们在研究演示实验时，除了注意演示实验的“五性”，同时，更为注意演示实验的“污染性”问题。因为演示实验一般是在教室进行，教室并无良好的实验通风设备，实验所扩散的有害物质，势必污染教学环境，影响师生健康。例如:在红磷与白磷的着火点实验中，燃烧生成的五氧化二磷，均扩散在教室的空气中，危害了师生的身心健康，同时，也不利于培养学生环保意识。为此，有人提出用“控全封闭式无毒无害化学实验装置”来解决这类问题。液吸收，少量尾气被气球容装，进行二次吸收。这样，该实验既获得了直观生动的结果，又杜绝了有害气体的扩散，保护了教学环境。(2)并进式实验向“点滴化”方向发展。并进式实验(又称边讲边实验)多为定性实验，并且具有使用仪器简单，药品用量和种类较少等特点。为了使这类实验在较短时间内取得较好的实验结果，提高教学效率，将这类实验尽可能设计在简单的仪器中进行。例如“元素周期表”的教学，将该实验改在点滴板上进行，减少水的用量，相对增加了碱的浓度，同时选用变色灵敏的PH试纸进行检测。具体步骤如下:在点滴板两穴上各放一小块PH试纸，在试纸上滴一滴水，分别将去掉氧化膜的镁条和铝条按压在湿润的试纸上，镁条立刻在PH试纸上留下蓝色印迹，铝条一段时间后出现浅绿色印迹，说明镁比铝的金属性强。采用这种教学方法收到了良好的教学效果。(3)灵活多样地对教材上的演示实验进行创新性的改革，使实验更简单而有趣，例如：浓硫酸的性质实验可增加一个“玻璃棒点灯”实验，将蘸有浓硫酸的玻璃棒与酒精灯的灯心接触，酒精灯被点燃，随后要求学生解释原因。这样激发了学生对化学的兴趣，并启发了学生思维，更好地培养学生的创新能力。(4)恰当地选择实验教学模式。演示实验教学采用演示讲授模式；随堂实验教学采用实验归纳模式；学生实验教学采用实验演绎模式；创新型实验教学采用实验探究模式。
四、培养科学精神和科学态度，训练科学方法。
在化学实验教学中，不仅要培养学生严谨细致的科学作风，实事求是的科学态度，更重要的是要培养学生敢于超越现状的科学精神。学生通过实验现象的观察或推理解决实验问题，其思想，情感，意志，精神等各方面都会受到不同的教育，对其科学素质的培养起着非常重要的作用。比如在实验中，现象不明显，就要求学生不能粗心，要细致地进行观察思考；有的实验较慢，就要求学生不能性急，要有耐心；有的实验不易一次成功，需要反复实验，就要学生要有坚强的实验意志，不怕挫折和困难；有的实验结果与书本上的结论不完全一致，就要求学生要尊重实验现象和事实，不能人为修改，并找出原因，认真解释，重做或补做。实验教学是实施创新教育的有效途径。教学中要根据知识重点设置一些探索，应用性实验，提出富有创新性的实验问题，引导学生自己设计实验进行实验探究，启发学生用科学的思维方法研究实验，培养学生的探究能力和创新能力。
五、提高化学实验教学有效性的实践反思
布鲁纳认为，学习的本质不是被动地形成刺激——反应的联结，而是主动地形成认知结构。学生不是被动地学习，而是主动地获得知识，并通过把新获得的知识和已有的认知结构联系起来，积极地建构其知识体系。通过实践研究，我认为还应指出的是：
⑴引导学生学会有目的地观察实验可以提高教学有效性。观察在生活中无处不在，观察是实验的第一步。一些现象明显、效果显著的实验，能够激发学生的求知欲望。稍加引导，努力发挥学生的主体作用，会明显提高教学效果。
我在化学实验教学过程中，一般都会引导学生运用已初步把握的知识来观察实验的过程及现象，同时强调操作过程中的关键步骤，即让学生有目的、有针对性地观察。如在高一阶段HCl的“喷泉实验”演示实验教学，为使学生养成细致观察的习惯，培养他们的观察能力。先让学生自由观察，待观察一段时间后，再让学生回答以下问题：①本实验需要观察什么？②HCl的色、态、味？③观察到什么现象？④为什么会形成喷泉？⑤装置和药品有何要求？为了避免部分学生观察方法不当，我会指导学生重新观察，这样做可以在学生的记忆里留下深刻的印象、大大激发学生的求知欲、帮助学生掌握正确的观察方法。教师帮助学生学会有目的地观察实验，可以提高化学演实验教学的有效性。
⑵充分发挥传授新知识型化学实验的作用可以提高教学有效性。传授新知识型化学实验是以让学生获取新知识为目的而进行的化学实验，方法是边讲边实验。从逻辑上看，大多是一个由特殊到一般的学习过程。我一般会先讲清楚实验目的，当学生观察到现象后，我再启发学生对所观察到的现象进行解释，引导其得出正确的结论。如学习醛的还原性时，我采取的方法是先演示实验“HCHO分别与新制银氨溶液、新制Cu(OH)2作用”，得出“HCHO还原性较强”的结论。引导学生模仿分析其它有醛基物质共性，并试书写出反应的化学方程式。像这样通过演示实验来进行新知识的教学，就具有较强的真实感和说服力，使学生容易理解和记忆所获得的新知识。
在使用传授新知识的化学实验进行教学时，应引导学生用文字或图表把实验的结论记录下来、把教材中有关内容做上记号或摘录下来以便于课后的巩固知识，可在一定程度上提高化学演示实验教学的有效性。
⑶部分验证型化学实验以探究方式呈现可以提高教学有效性。验证型化学实验是一种比较基础的实验形式，高中化学教材中的实验一直以验证型化学实验为主。在完成验证型化学实验的同时，学生也能够体验得到结果的乐趣，加深对知识的理解。不过，在相关基础知识具备的条件下，对于某些验证型化学实验或多或少地以探究的方式加以呈现，引导学生先做实验，调动学生的手、脑、眼等多种感官参与，通过观察、记录、分析、讨论，可以更深入地了解事物的本质与变化的根源。如：高二化学课本苯分子结构的探究教学中，我认为如果将此探究与前面的验证型化学实验结合在一起，能够更大限度地发挥该化学实验的有效性。我在教学中先让学生分析苯可能具有的结构，接着问题提升：若为这些结构成立，则苯应该具有怎样的化学性质,用什么实验可以验证？最后，师生共同设计实验验证，分析总结出苯的结构特征。把一部分验证型化学实验以探究的方式加以呈现，较之单纯的结果验证，可以极大地提高化学实验教学的有效性。
⑷适当增设适合教学需要的化学实验可以提高教学有效性。为了更好地适应教学需要，教师可以灵活地添加冲击力较强、易操作的化学实验。①增设视觉冲击力较强的化学实验。如果学校的实验条件允许，教师完全可以增设一些视觉冲击力强的实验。如将“配制焰火”的演示实验增设在课的开头，可以让一下子将课堂燃烧起来；把视觉冲击力较强的化学实验增设在课的过程中，也可以将课堂的气氛推向高潮。比如在《化学变化中的能量变化》的教学中，我在教学中设计了两个化学演示实验。①用一个装有酒精的喷雾器，喷酒于酒精灯火焰上，火焰非常大（说明该反应伴随着放热，有剧烈的燃烧现象）。②Ba(OH)2·8H2O 与NH4Cl的反应（该反应伴随着吸热，使木片上的水凝结成冰）。②增设与内容密切相关的化学实验。有些知识教材中虽然并未设置演示实验，但若教师能够添加与内容密切相关的化学实验、拓宽演示实验的范围，不仅可以避免空洞的说教，而且可以点亮课堂、吸引学生、更好地帮助学生理解抽象的知识。如在《氮的固定》的教学中，我在教学中设计了“一场雷雨一场肥”的模拟实验。实验仪器：高压电感应圈（底部有为高压电控制旋钮，可以提供高压放电条件，上面玻璃仪器中有空气存在）。实验步骤：打开高压电控制旋钮（现象：玻璃仪器中气体逐渐呈现红棕色）。演示效果让学生眼前为之一亮，并迅速进入到教师设置的教学情境中。相对于观看录像或者查看资料，学生更容易接受这种方法。③增设思维冲击力较强的化学实验。高三学习了化学平衡理论及氧化还原知识等之后，我苦苦思索如何使学生分析与理解问题的深度与广度有所增加。在我开设的公开课——《用化学核心知识解释镁的化学反应》教学中，我引导学生分析：对于可逆程度较小的反应，是否能从化学平衡的角度去分析？该如何去解释？通过增设三个精彩的实验：Mg与CO2的反应，Mg与NO2的反应，Mg与NO的反应。引导学生从平衡移动视角，结合教师提供的资料来解释镁与二氧化碳的反应。初看这几个反应似乎与平衡移动原理没什么关系，但是仔细分析会发现，虽然反应的可逆程度很小，但平衡确实存在。从而引导学生在分析问题的过程中不断地提升自己，认识问题也更加全面。学生了解到动态平衡思想是化学学科思想的重要组成部分,是科学思想的集中体现。它不仅适用于化学平衡，而且广泛应用于一切平衡体系。
在高中化学实验教学过程中努力提高化学实验教学的有效性，看似一个老话题，但在我看来，这恰恰是高中化学教师在化学实验教学中应该孜孜以求的。我认为通过对提高化学实验有效性的研究，在点亮化学课堂教学的同时，可以充分激发学生的学习兴趣、从更深层次上理解知识、形成分析与理解问题的能力。
附：《过氧化钠性质》实验教学设计
教学目标：
【知识与技能】1.了解过氧化钠的物理性质2.掌握过氧化钠的化学性质
【过程与方法】1.通过实物展示，实验演示和学生实验相结合的方法，使学生加深认识，深化理解达到巩固知识的目的。2.采用对比分析，讨论归纳和实验探究，夯实知识基础，突破教学难点。
【情感态度与价值观】通过对过氧化钠性质的学习，激发学生学习化学热情，树立为社会的发展，人类进步而努力学习的责任感。
【教学重点】过氧化钠的化学性质。
【教学难点】过氧化钠与二氧化碳反应。
【教材分析】1.教材的地位和作用①过氧化钠是本章类容的重点之一，通过过氧化钠的学习，可以加深巩固钠的知识，并为碱金属，卤素等元素化合物的学习奠定基础，故过氧化钠的学习具有承上启下的作用。②.在以往的高考中，过氧化钠相关知识出现的频率较高，故过氧化钠相关知识占据着非常重要的地位
2.知识目标：掌握过氧化钠的性质。
3.能力目标：掌握研究化学的基本方法“提出问题-----分析推测------实验验证------得出结论”
4.德育目标：通过过氧化钠的性质学习，对学生进行辨证唯物主义教育。
【教学方法】采用实验分析法，从未知到已知，从感性到理性，循序渐进，使知识得以巩固和落实，同时利用讨论 探究等教学方法，加深学习对知识理解的准确度。
【仪器和药品】试管 胶头滴管 酒精灯 火柴 石棉网 烧杯 小木条 玻璃管 药匙 三角架等，过氧化钠 酚酞溶液 蒸馏水 脱脂棉 品红溶液等
【设计思路】高中化学新课程理念中最突出的特点，就是倡导通过探究教学，让学生体验科学研究的过程，提高科学素养，培养创新能力。科学探究成为新课程改革所倡导的重要理念，它不仅是一种重要的学习方式，而且也是学科课程的重要内容。以实验为中心，让学生在实验中发现问题，通过观察分析推理和归纳，最终升华为系统的理论知识。通过实验，不但让学生从中体验到科学探究的乐趣，而且养成善于发现问题，主动提出问题，积极解决问题的学习习惯，同时将学生分组进行讨论，注重在课堂教学中培养学生团结协作能力。
【板书设计】过氧化钠
一 过氧化钠（Na2O2）
1.物理性质
2.化学性质①与水反应 2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2↑
②与CO2反应 2Na2O2 + CO2 = 2Na2CO3 + O2
③与酸反应 2Na2O2 + 4HCl = 4NaCl + 2H2O + O2↑
④漂白性
3用途
【教学过程设计】复习钠与氧气反应的实验，创设情境，发现问题，导入新课。研究始于问题，问题产生于情境，创设一个好的情境是激发学生的探究兴趣，使学生明确探究方向和目标的首要问题。创设问题情境不应简单地理解为将课本知识问题化。问题情境应当关注生产、生活和社会的实际问题，关注化学发展的热点问题,关注学生化学学习中的困难问题。创设问题情境也不应是问题的终结，而是要发现更多的问题,要培养学生大胆怀疑、不断创新的能力。对于过氧化钠与水和二氧化碳的反应，教材是在钠与氧气反应的实验之后，通过“科学视野”的栏目以“过氧化钠的特殊用途”的方式进行简单的介绍。考虑到这些实验过程操作简单，有必要让学生了解。但在教学设计中，并没有直接演示给学生看，而是在钠的性质的教学时创设了如下情境:通过课件展示氧立得、潜水艇和神六等画面，请学生思考其中供氧的原理可能是什么。问题一提出，课堂气氛立刻活跃起来。根据教材提供的信息，马上想到可能是用过氧化钠,要求学生把刚才钠燃烧得到的过氧化钠放入水中看看是怎么反应的？
新课教学：实验探究，解决问题。学生的学习兴趣调动起来了，产生了强烈的实验探究的欲望。我们要利用这一契机，使学生体验探究学习的过程，得到能力的发展和情感的体验，而不是为了满足一时的好奇。因此，我并没有马上按照学生的要求进行实验，而是让学生首先思考实验的目的是什么、采用什么样的装置、实验预期的现象和结果是什么等问题，让学生分组讨论、提出假设、设计方案，为实验探究做好充分的准备，避免探究过程的随意性
⑴ 对不同实验目的的探究
经过讨论,学生们发现根据实验目的的 经过讨论,学生们发现根据实验目的的不同，就应当进行以下三个方面的探究。大家提出的实验方案（如下表）
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实验目的 |
实验方案 |
存在问题 |
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反应能否发生 |
将过氧化钠与水和二氧化碳混合即可 |
无法确定产物是什么 |
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产物是什么 |
O2用带余烬的木条检验，NaOH用指示剂检验，Na2CO3用稀盐酸检验 |
使用的仪器和操作方法 |
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反应有无热量变化 |
确定反应前后的温度变化 |
方法的选择 |
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气体的体积怎么变化 |
测量反应前后气体的体积 |
装置的选择 |
⑵ 对反常现象的探究
学生在进行有关过氧化钠与水反应的实验时，为证明产物中有氢氧化钠，向反应后的试管中滴加酚酞试液，结果发现溶液变红，振荡后红色突然消失。这与预期的实验现象不符，大家感到很奇怪，纷纷提出疑问。这时，我不失时机地提出进一步探究的要求。引导学生分析酚酞褪色的可能原因有反应放热、氢氧化钠溶液浓度太大、过氧化钠有强氧化性等,由学生设计实验方案探究红色消失究竟是什么因素造成的。
⑶对不同实验方案的探究
对于同一实验目的，不同小组的实验方案也不同。教学时，只要是条件容许和没有危险,就尽可能让学生去尝试，然后将各小组的实验结果进行交流、分析与评价。
案例1：探究过氧化钠与水能否反应时，学生设计的两个方案是在一支试管中: ①先加入少量过氧化钠，然后加入适量的水； ②先加入适量的水，然后加入少量过氧化钠。经过不同小组的实验比较可以看出: ①操作规范,过氧化钠粉末与水能充分反应； ②由于加入水后再加过氧化钠粉末操作上很不方便，且会使过氧化钠粘在试管的内壁上不能充分反应。
案例2：探究过氧化钠与水反应有无热量变化时，学生设计的两个方案是: ①直接用手摸试管的外壁；②用一块脱脂棉包入适量的过氧化钠后放在石棉网上，然后在棉花上滴加几滴水。显然，①操作简单，但若放出的热量太多可能会将手烫伤；②除可知反应放热外，还发现了放出的热量能使棉花达到着火点的新知识。
案例3：探究过氧化钠与二氧化碳反应中的体积变化时，学生设计的方案中具有代表性的有二个。方案①是学生首先想到的，提出后经过讨论，很多学生马上发现了其中的不足和改进的方法，如稀盐酸要过量、石灰石的纯度不知道、产生的二氧化碳应干燥等。这时我向学生展示了注射器，启发学生能否用它来设计一个装置，实现实验的目的。于是在教师的指导下设计出了方案②，同时分析了实验成功的关键是要控制好注入二氧化碳的速度。
【教学反思】新教材实验内容的设计与以往不同，取消了演示实验和学生实验的划分，而以实验和科学探究等形式出现。这就要求在教学中尽可能地创造条件，采用实验探究的方法进行实验教学，体现新教材的设计思路，实现新课程的教学理念，促进学生科学素养和创新能力的全面发展。实践证明，实验探究的教学应把握好以下几个方面:①基础性：化学离不开实验，化学研究的对象是物质。人们在认识和利用物质性质的过程中，积累了很多化学实验的方法和技能，开发出了许多的仪器和设备。随着科学的发展，这些方法和技能、仪器和设备都在不断地改进和完善，但一些基本的操作和方法仍然沿用至今。本节的教学只要求学生了解和掌握一些最基本的化学实验的操作，为以后的学习打下基础。②针对性：化学实验的过程就是人们认识和利用物质性质的过程，实验探究的教学落脚点应当是使学生能针对提出的问题，根据已有的知识，选择必要的试剂和仪器，正确地操作实验，如实地记录结果。③真实性：实验探究不同于解答探究性习题，而是对学习中发现的问题，在探究过程中得到真实的体验。让学生在没有结论的情况下，通过亲自动手去做实验，能够暴露操作上存在的问题，得到真实的结果及合理的解释。④开放性：实验探究的问题不仅是教师所设计的问题，更重要的是在探究过程中发现的新问题。要在条件允许的情况下，给学生一定的空间，使他们能够对自己所发现的问题进行探究。这种从“问题出发→实验探究”到“发现问题→实验探究”的过程，符合科学探究的过程,使学生的知识得到丰富，能力得到提高。⑤创新性：一项化学实验的完成有时会有许多方法，一种实验方法通常又存在着某些不足。教学中应指导学生根据绿色化学的理念，学会对实验方法进行选择，敢于对实验方法提出改进，培学生的创新意识。⑥持续性：课堂上的实验探究，不应是探究活动的终点。要引导学生不断地关注一些热点问题的进展，以及所学知识与生产和生活中实际应用的差别。如通过查阅资料可以发现“氧立得”的制氧原理并不是学生想象的用过氧化钠与水和二氧化碳反应，而是用过量碳酸钠和二氧化锰与水作用得到。许多在学习中所遇到的问题，需要经过相当长的时间和很多人的不懈努力才能够解决，这也是探究教学所要达到的真正目的。
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