剖析实验要素论文

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摘要实验既是化学学科发展的基础，又是化学教学的有效手段，以实验为基础开展探究教学是化学教学的方向之一。以实验目的、实验原理、实验装置、实验步骤、实验现象和实验结论等实验要素为切入点为实验探究教学创造更多的实践途径，从而实现基于实验的探究教学在理念、思维和操作层面的发展。

关键词化学实验实验要素实验探究

实验是科学赖以产生和发展的基础，探究是科学发展和科学教育的有效途径。因此，实验和探究都是中学化学课程实施的重要方式。同时也是化学教学中教与学的重要精神和理念。实验教学能验证知识，加深理解，但它首先应是一种探索，以培养创新意识，可见，实验又是探究的重要载体，如何利用和开发现行教材中的实验开展探究，实现实验与探究的整合，是每一位化学教师力图思考并尽力解决的问题。

作为精神和理念，实验与探究是并存的，都是历来已久的；但作为教学和学习的方式，实验教学已经形成了较为完整的理论系统和实践体系。因此，依托实验教学的已有体系可以为实验探究开辟更广阔的天地。具体的化学实验在内容和形式上不尽相同，但一个相对完整的化学实验方案，一般包括实验课题、目的、原理、用品及规格、步骤和操作、现象和结果处理、讨论与交流[1]等基本要素。分析和研究实验要素可以为实验探究搭建更多的平台。

1实验目的：由“验证”向“探究”转化

实验目的是实验要素中的核心要素。这是因为，实验的目不同，实验的内容、手段和方法就不同。笔者认为，实验目的的转变是理念层面的转变，即给学生充分探索答案的机会[2]。在新课程实施的今天，学生仍然使用“实验手册”，这大大地减轻了师生设计实验方案的负担，同时也抹杀了学生充分探索答案的机会，也会导致一部分教师“有而无忧”的心理，形成“饭来张口、衣来伸手”的坏习惯，磨灭了再创造的机会。倘若教师有“实验手册”而学生没有，教师的再创造是完全可能的，学生探索的机会也会增大。

有些“实验手册”中的实验，虽有“探究”之名，而无“探究”之实，或由于“实验手册”的存在而丧失了探究的可能。如一个“探究乙醇的性质”实验的“思考与猜想”栏目中，设置了如下内容：写出乙醇和水的结构式，请猜测金属钠能否跟乙醇发生化学反应？你为什么做出这样的猜想？将一块金属铜片放在酒精灯火焰的外焰上灼烧，可能发生什么反应？反应中铜表现出什么性质？将灼热的表面变黑的铜片伸入盛有氢气的瓶中，可能发生什么反应？反应中氢气表现出什么性质？你认为乙醇是否具有还原性？将灼热的表面变黑的铜片立即放入无水乙醇中，可能发生什么现象？请你将你的猜想设计成一个化学实验加以证明。这一设置表明了编者的“良苦用心”，千方百计“引导”学生设计实验方案，但就是因为“过分的设计”和“手册的出现”（后续问题的导向作用）导致了探究很难达到预期的效果。

该实验的内容则是乙醇与钠和氧化铜两个反应，只要稍作分析：乙醇与钠反应表现出氧化性；与氧化铜反应表现出还原性。可见，乙醇的氧化还原性是并存的，实际上，这是绝大多数物质的通性。倘若以此出发，可以设置如下问题引导学生进行猜想和方案设计：①乙醇有没有氧化性和还原性？理由是什么？②怎样证明乙醇有氧化性或还原性？可以选择哪些化学试剂？通过这样的问题设计，其开放性大，探究的可能性就更大，即使在“手册”里预先呈现，也不会给学生以暗示。

2实验原理：由“单一”向“发散”转化

一般实验中，实验原理是事先给定的，教师也很难对实验原理进行干预或改变，但制备物质往往有不同的途径，不同的制备途径所应用的原理可能有所差别。因此，在物质制备实验中可以对实验的原理进行探究，从而设计多种实验方案，并进行合理的选择。如制备Al(OH)3的各种方案是基于不同原理的：

①Al3++3OH-=Al(OH)3↓；

②Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3↓+3NH4+；

③AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓；

④2AlO2-+3H2O+CO2=2Al(OH)3↓+CO32-；

⑤Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓。

通过方案的设计、对比和分析，既巩固和拓展了知识，又使学生清晰建立Al(OH)3两性的概念。

又如，教材采用在沸水中滴加FeCl3的方法，利用加热促进FeCl3水解制取Fe(OH)3胶体：FeCl3+3H2O=Fe(OH)3(胶体)+3HCl。然后，引导学生思考：促进FeCl3水解的方法也不仅仅是加热，学生通过实验证明，将少量Na2SO3固体或溶液加入FeCl3溶液中同样也可以得到Fe(OH)3胶体，此法比教材实验更为方便，同时给化学实验寻找到更多的探究空间。

3实验装置：由“给予”向“创造”转化

化学实验中的实验装置往往是事先给予的，这不仅会导致学生对课本实验装置的僵化，同时也会对新的实验装置的解读产生困难，从而丧失了创新和创造的机会。化学实验装置往往由常见的玻璃仪器拼凑而成，一种任务可由不同装置完成。利用装置的分析解剖或技术改进创造新的实验装置，为实验探究找到了新的切入点和有效的途径。对具体装置的分析和研究中发现其存在的缺陷，设计新的装置来加以改进以创造更合理的装置。如气体发生装置、气体收集装置、尾气处理装置的改进和创造就是最为典型的例子。

通过对装置的改进和创造的探究，既让学生从原理上理解了装置的功能优劣，又拓展了视野，还培养发散和辐合思维，发展学生的创造性思维。通过气体收集装置的改进和改造，学生还总结出：收集密度比空气大的气体采用的装置是低进高出，收集密度比空气大的气体采用的装置是高进低出，排水法的收集装置实质上也是高进低出，这是由于气体的密度小于水的密度决定的。

实验装置的工业化又是装置有效探究的内容之一，如在氯碱工业装置的改进和创造过程中，不仅加深了学生对工业装置的理解，同时又明晰了科学技术发展的历程。

4实验步骤：由“指定”向“设计”转化

实验步骤是由实验假设和实验方案决定的，一个实验目的就有多种实验假设，会产生更多的实验方案，从而导致多种多样的操作步骤。而“实验手册”中却以“经典”步骤，把学生“做实验”的实践过程禁锢在“读实验”的文本对话中。教材需要“读”，实验也要“读”，实验在多重因素的影响下，自觉不自觉地走上了“只读不做”的大道。因此，有学者提出要突破和超越“读”的观念，强化对“做”的认识，在读与做之间寻求动态的发展，也许可以让科学教育走向一片更广阔的天空。

实验是“做”的良好机会，如果希望学生“做”，那必须给学生一定的“做”的自主权。例如，在探究氯水的漂白作用时，根据Cl2+H2O≒H++Cl-+HClO及H2O≒H++OH-和HClO≒H++ClO-可知氯水的成分主要有H2O、Cl2、H+、Cl-、HClO，还有极少量的ClO-和OH-，因此，对氯水中起漂白作用的微粒的假设是多样的，可能是一种微粒或多种微粒的共同作用，根据不同假设而设计的实验的方案也应该是多样的，学生选择实验的操作顺序则更应该是多样的。只有这样，实验的步骤才真正是学生自己亲手设计的。当学生亲手实践着自己的想法和设计，那是何等的享受啊！这是学生在“阅读”实验步骤时所无法享受的。

笔者认为，“实验手册”应该隐退为教师的教学参考用书，让学生有更大的实践自主权。在学生手里，应该是一张空白的实验报告单，这需要学生去书写、去创造。但这会给教师批改实验报告单带来很大的挑战，因为机遇与挑战并存，教师会迎接挑战；因为教育是为学生服务的，教师有责任迎接挑战；因为实验报告单是学生的作品，教师会学会欣赏。

5实验现象：由“事实”向“问题”转化

实验中，实际得到的理论预测的实验现象间存在3种关系：即完全一致，有些偏差，或截然不同。

如果实验现象与预测的截然不同，一般认为是基于不同机理导致的，教师往往会带领学生深入探究。如在进行Al的性质实验时发现，用除去氧化膜的Al片分别与H+浓度相同的稀HCl和稀H2SO4反应时，发现存在明显不同的现象：①跟稀盐酸反应快，产生气泡多；②跟稀硫酸反应慢，产生气泡很少。从而提出假设：①氯离子对反应有促进作用；②硫酸根离子对反应有抑制作用。并设计两种实验方案进行探究：①在稀硫酸中加入固体食盐，发现反应明显加快；②在稀盐酸中加入固体硫酸钠，发现反应几乎没有什么影响。最后得出结论氯离子对铝片跟H+反应有促进作用，这一探索结论与Cl-与Al3+形成配合物AlCl4-[4]从而加速致密氧化膜结构的破坏这一科学结论是一致的。公务员之家:

如果实验现象与预测现象有些偏差，一般认为化学试剂的纯度原因，稍作解释以了事。实际上，这可能涉及更为广泛的反应机理，更有必要探究。如在盛有少量FeCl2溶液的试管中滴入数滴KSCN溶液（Fe2+不能使KSCN溶液变血红色），再向混合液中加入一定量的新制氯水时只有一点点浅红色，并没有预测中的血红色。这一探究活动中发现，滴加试剂的顺序不同会导致不同的实验结果，从而对操作步骤进行改进。

现实的问题往往是综合性的，化学实验中的意外现象、学生生活中遇到一些化学问题往往能开阔学生的思路，成为实验教学中的良好素材和探究起点。即使是与理论预测完全一致的结论也可以质疑。

6实验结论：由“确认”向“批判”转化

一般地，现象与预测吻合，结论与所学知识一致，这是实验成功的标志。笔者认为，这同样有推敲的必要性和可能性。如在比较酒精灯火焰温度的实验中，将一根小木条迅速平放入火焰中，1~2秒钟后取出观察[5]，发现在外焰部分的木条被烧黑了，从而得出“酒精在外焰燃烧最充分，火焰中外焰温度最高”的结论。最新研究表明：酒精灯火焰温度的高低顺序为：内焰＞外焰＞焰心[6]。由此反思，小木条在酒精灯火焰中的炭化能否证明酒精灯火焰的温度高低？木材的炭化是一个复杂的化学过程，其炭化程度是由受热的温度、受热的时间和氧气的含量等多种因素共同决定。因此，木条的炭化程度不能反映酒精灯火焰温度的高低。从这一事例可以说明，即使是正确的结论也只能是相对正确的，科学是不断发展的，因此也有必要质疑，从而发展学生的批判性思维。教师决不能把教材的结论作为神圣的教条，而把自己和学生沦为书本的奴隶。学习和教学都需要质疑，有必要采用不同的方法和眼光进行阅读和思考，以免唯书本定势[7]。

上述6转化实现了3个层次的超越：首先，是理念层次上的超越，即实验目的由“验证”向“探究”转化；其次，是思维层次上的超越，实验原理由“单一”向“发散”转化突出了发散思维，实验现象由“事实”向“问题”转化和实验结论由“确认”向“批判”转化则突出了逆向思维和批判性思维；第三，是实践层面上的超越，即实验装置由“给予”向“创造”转化和实验步骤由“指定”向“设计”转化。因此，通过对各个实验要素进行方向性的调整都可以为实验探究搭建有效的平台。

然而，在实验探究过程中会遇到各种困难，以中学生所拥有的知识水平，很难得出完全符合实际的正确的结论，但这既是实验探究的特点，更是实验探究的精髓——注重结果更注重过程。

参考文献

[1]刘知新.化学教学论.第3版，北京：高等教育出版社，2004：160

[2]靳玉乐.探究教学的学习与辅导.第2版，北京：中国人事出版社，2003：186

[3]刘德华.“点击”学校课程：走在十字路口的科学教育，福州：福建教育出版社，2001：66

[4]北京师范大学无机化学教研室等编.无机化学.下册.第4版，北京：高等教育出版社，2003：674

[5]课程教材研究所、化学课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书•化学•九年级上册.第2版，北京：人民教育出版社，2006：21

[6]王克勤，逯俊玲，左志军.化学教学，2003(11)：42~43

[7]梁良良，黄牧怡.走进思维的新区，北京：中央编译出版社，1996：124~133