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高中化学教学中,学生掌握实验研究方法的培养

武进区礼嘉中学  费金忠

化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学能为学生正确认识物质及其变化规律提供实验事实，它具有目的性、探索性、现实性和易感知性。我国着名化学家戴安邦指出“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的，全面的化学教育要 求既传授化学知识和技巧，又训练科学方法与思维，还培养科学精神和品德，学生在化学实 验中是学习的主体，在教师指导下，进行实验，训练用实验解决化学问题，使各项智力皆得到发展。”所以化学实验是化学教育的一种最有效的教学形式，它可以帮助学生建立和巩固 化学基本概念和基本理论，获取化学知识，培养科学素质。实验研究方法是化学方法和技能的核心。掌握实验研究方法既是学生能力持续发展的基础，又是化学教学的要求。普通高中化学课程标准指出，化学教学要让学生“获得有关化学实验的基础知识和基本技能，学习实验研究的方法，能设计并完成一些实验。”本文就培养高中学生掌握实验研究的方法途径论述如下，以供参考，不到之处，还请大家斧正。

一、掌握基本方法，体验实验价值

价值承载情感，需要产生欲望。知识与技能学习只有与学生的现实需要相联系，才能诱发学习心向，引起学习动机，产生学习意志。实验方法学习更是如此。

方法系实验之本。化学实验基本方法是实验研究的基础，是学生必须掌握的技能。高中化学基本实验方法包括物质的分离与提纯（过滤、蒸发、蒸馏和萃取）、离子的检验（SO₄^2－、Cl^－、CO₃^2－、Al³⁺、NH₄^＋、Fe^3＋、Mg²⁺检验等）和物质的量浓度溶液的配制以及酸碱中和滴定等操作，具有方法基础、体验容易、运用广泛等特点。紧密联系生活需要（如生活用水的净化、海水的淡化、油水的分离、生活中无机物和有机物的检验与提纯等）学习实验，能使学生获得实验价值的体验，萌发学习与掌握的心理需要。

常言道，千里之行，始于足下。掌握实验研究方法，应注重基本方法、基础实验的训练，积极创设有利于学生主体性建立的教学情景，采用多种方式让学生感受实验的价值与作用，尽可能把基本实验方法的掌握变成学生的心理需要，把实验方法训练与技能落实转化为学生的自觉行动，把实验过程变成需要与满足的交替过程，不断为学生搭建走向成功的桥梁。笔者在实验基本方法教学时，坚持以情景创设为手段，以引发心理需要为先导，实现教师期待与学生活动的统一，能力提高与情感发展的统一，达到课程目标的落实。笔者在实验基本方法教学中，创设的教学情景如下：

从化是洪灾的多发地区。98年5月的洪灾使不少家庭遭受了巨大损失：自来水被污染，家中的食盐被泥水淹没，花生油罐、食醋罐进水，群众生活陷入困境。在救灾过程中，灾民在专家的指导下，使用恰当的方法使食盐、花生油和食醋得到净化。你认为使自来水、食盐、花生油和食醋净化的方法是什么？现有被污染的自来水、食盐、花生油和食醋样品，请你设计适当的方法将它们净化。

学生从教学情景中感受到洪水的无情、化学方法的可贵和对专家的钦佩，解决问题的需要上升为获取实验方法的渴望，求知欲受到强化，课堂成为主动尝试、积极探究、合作设计场所。

实验基本方法是一种综合知识，单靠几次练习很难达到熟练程度。要在不同章节设置相关训练，才能把方法转化为技巧，将知识转化为能力。在实验方法学习中，学生有成功的喜悦和失败的困惑。面对失败，查找原因、反思过程是其必要环节。教育心理学认为，学生存在个体差异，其智力技能、动作技能各不相同。在实验方法学习中，往往会出现实验时间不够用或实验失败想重做的问题。为此，笔者坚持利用课外活动时间为学生开放实验室，为重新实验和想进行实验探究的学生提供条件，使学生的求知欲和获得成功的需要得到最大满足。笔者认为，在实验方法训练中，教师的耐心和学生的信心十分重要。若教师没有帮助学生走向成功的耐心，学生就会失去努力的信心。在实验方法训练和实验价值体验中，笔者的基本做法是：

1、将实验基本方法学习与学生的生活需要相联系。有需要，才有主动。由于学生的发展方向不同，对化学学习水平的要求也不同。因而，对化学知识与技能掌握的主动性不同，但与生活有关的能力与方法最能引起学生关注。在学习实验基本方法时，笔者设计的学生活动为：观察家中制醋过程，考虑欲从发酵缸内得到发酵好的食醋需要采用什么方法？调查农村在酒米制酒的过程中怎样得到高度酒？请同学们写出实验设计方案并写出实验报告。

学生在调查报告中写到：实验方法很重要，日常生活真需要。有的学生不但在课堂上认真练习，还在家中设计了类似实验，主动练习。例如学生在家中利用抽油烟机中收集的废油和水，进行油水分离实验。

2．将实验基本方法与个体权益保护相联系。随着经济的发展，汽车、摩托车已成为城乡居民的代步工具，汽油的质量已普遍成为人们关心的热点。在石油工业教学中，为了激发学生的实验兴趣，笔者以我国东北地区出现的不法商人在汽油中掺杂柴油、掺水等导致汽车、摩托车发动机损害的严重事件为背景，设计问题情景：怎样知道汽车、摩托车使用的汽油是否合格？怎样鉴别汽油中是否掺有少量柴油或水？

由于问题实在，使得学生注意集中、思维活跃，有许多方法呈现于课堂：

①   蒸馏后观察烧瓶底部是否有残留物；②测定沸点范围；③使用无水硫酸铜鉴别水。

通过实验，学生对化学方法的价值有了比较深的感受，蒸馏实验技能的掌握成为学生的期待。

   3．将实验基本方法掌握与化解生存危机相联系。生存危机是人类的最大危机。化学实验方法是化解生存危机的重要手段。为了让学生感受掌握化学实验方法的重要作用，在化学实验基本方法的学习中笔者给学生讲了一段小故事：

19世纪一支欧洲的探险帆船在大西洋遇到台风，船被风浪破坏、淡水即将用尽，帆船无法行驶，探险者就近上了一座无人孤岛。当他们走进岛上的洞穴时，洞内死难者的屡屡白骨使其恐慌，洞壁上记载了死难者生前因缺乏淡水而死亡的痛苦过程。遇见此情，多数探险者的恐惧、无奈和绝望悠然而生，有人干渴难忍开始自杀。就在大家绝望之时，一位年轻的探险者用自己在中学阶段学过的化学知识，用仅有的铁锅、雨具和碗设计了一则简单的蒸馏装置，拯救了十多人的生命。感受此情此景，学生无不为年轻探险者的举动而赞许，无不为化学知识的实用而感动。

4.把化学实验方法的应用与技术进步相联系。化学知识有巨大而广泛的实际用途。化学实验方法的灵活应用，可能会带来技术的进步和公司效益的提高。在金属及化合物知识教学时，为了强调铝热反应的重要性，笔者创设的情景和提出的问题为：

情景：我国首例楼房拆除爆破技术，在九十年代末用于广州天河体育中心旧场馆的拆除工程。此项技术解决了过去楼房拆除中速度慢，工期长，耗资大，安全性差的难题。此后，我国有多个楼房爆破拆除公司成立。

问题：据报道，楼房爆破拆除中除用炸药外，主要用了一种基本反应，反应物为金属单质和金属氧化物，此反应在引发后产生的热量足以使钢筋熔化。此实验怎样设计？

    当学生得知，楼房爆破拆除用到的主要反应是铝热反应时，惊叹到：“没

想到小实验却有大用途。”

二、发挥主观能动性，提高实验设计能力

实验是科学研究的手段，是化学发展的工具。实验素质是学生的核心素质。学生实验能力的提高依赖于实验设计能力的发展。在发展学生实验设计能力方面，笔者主要从以下几个方面着手：

1．引导学生根据认知需要设计实验研究方案。普通高中化学教科书，无论是必修，还是选修，只设计了部分认知内容的实验方案。但大部分认知对象的实验研究方案，是让教师与学生根据需要合作设计。正是由于教科书的这些特点，给教师与学生自主设计实验提供了更为宽广的空间。例如在SO₂性质教学时，为了帮助学生认识SO₂遇水容易在空气中被氧化的问题，笔者启发和引导学生采取独立或小组合作形式设计研究方案。学生设计了多种实验方案，经过集体讨论、验证和筛选，认为可行的方案有：

  方案1：用pH计在不同时间段测定溶液的pH变化[原理：弱酸（H₂SO₃）转化为强酸（H₂SO₄），溶液酸性增强，pH值变小]；

  方案2：将SO₂气体通入BaCl₂溶液中，观察现象 [现象：若一段时间后有白色沉淀产生，就可以说明H₂SO₃转化为H₂SO₄]。

方案3：向盛有少量NaHSO₃固体的试管中加入饱和的SO₂溶液，观察现象 [现象：若一段时间后固体表面或溶液中有气泡产生，就可以说明H₂SO₃转化为H₂SO₄]。

    2．启发学生拓展实验装置的使用范围。常言之，知识需要积累，技能需要拓展。实验拓展是实验研究方法的发展，是知识转化为能力的桥梁。拓展实验离不开知识运用的灵活性和能力迁移的多样性。现代课程观认为，教科书不但是教师教学的资源、学生学习的文本，而且是能力拓展的基础。笔者认为，学生实验研究方法的发展与提高，根植于教师在知识与能力迁移方面的培养，发展于教师对学生的启发和引导。笔者在教学时，注意引导学生从两个方面对实验研究方法进行拓展：一是在同种气体制备时，通过拓展反应物的选择范围来拓展化学用语知识；二是把同一装置拓展于不同种气体的制备。如引导学生进行期末复习时，根据给定的实验室制备氯气的装置，让学生设计拓展实验。学生经过独立思考、合作探究，

①   漂白粉与浓盐酸反应；

②   KClO₃与浓盐酸反应；

③MnO₂与浓盐酸反应。

通过实验装置拓展的培养和训练，学生的实验研究能力有了明显增强，他们在化学课外活动中研究成果的呈现，就是最好的例证。

   活动内容：用实验方法研究在器皿上刻字的方法。

由于活动时间比较宽松，学生的联想与发散充分，学生成功的设计了许多相关实验：①用盐酸或FeCl₃溶液作为试剂在铁器皿上刻字。用CuCl₂溶液作为试剂在铁制品上刻紫红色字；若用银氨溶液在铁制品上可刻银白色字。

②可以用浓硫酸在竹筒上刻字；

③可以用浓硝酸或者FeCl₃溶液在铜器皿上刻字；

④可以用氢氟酸在玻璃器皿或者瓷器上刻字；

⑤可以用王水在金制品上刻字；

⑥用盐酸或烧碱溶液在铝制品表面刻字。

课本实验的拓展，提高了学生对化学实验研究方法的兴趣。通过自主探究，学生对喷泉实验、滴水生火实验等进行了有效的拓展，增强化学学习的情感。

3．鼓励学生改进实验。学生是学习主体，学生有能动性。学生的实验能动性不只表现为对实验原理、实验设计和实验现象的主动思考和积极评价，还表现为对实验方案、实验装置的改进。发挥学生的实验能动性首先要从实验改进着眼，鼓励学生对现有实验方案或实验装置进行评价，使学生智慧在实验评价和实验改进中得以展现。引导学生对实验方案和实验装置进行改进，可以从实验的环保性、安全性、便捷性和实验的微型化着手，指导学生设计出更合理的实验步骤或装置。

叁、培养问题意识，发展实验探究能力

实验探究是研究性学习的载体，是过程与方法体验的重要途径。普通高中化学课程标准把科学探究作为教学改革的切入点，要求教师充分调动学生探究的积极性，引领学生通过提出问题、建立假设、设计方案、进行实验、原理应用等环节实施科学探究活动，以增强科学探究意识，提高科学素质。笔者认为，培养学生实验研究方法的核心是发展和提高学生的实验探究能力，使学生在类似科学家做研究的过程中获得过程与方法的体验，得到情感态度和价值观的提升。

实验探究的成败在于研究方法的设计。化学教学应在培养学生探究意识的过程中把探究方案的设计作为能力提高的基点，常抓不懈。用实验设计能力的提高，促进探究能力的发展。笔者在教学中把探究方案的设计作为掌握实验研究方法的重要环节，注意引导学生利用已有知识设计实验探究方案，尽可能做到方案设计科学，方法简单易行。例如在学习盐的水解知识时学生发现，新制的Mg（OH）₂沉淀能溶于NH₄Cl溶液中，探究活动就此开始。

问题：新制的Mg（OH）₂沉淀为什么能溶于NH₄Cl溶液中？

假设：1、由于NH₄Cl能水解，水溶液中有少量盐酸，Mg（OH）₂与盐酸反应而使水解平衡和沉淀溶解平衡向右移动，导致Mg（OH）₂沉淀溶解。

     2、可能由于NH₄⁺直接与Mg（OH）₂作用，导致Mg（OH）₂沉淀溶解。

证明假设正确与否的关键，要靠实验验证。怎样设计合理的实验方案

成为问题的焦点。

问题讨论：若选用饱和（NH₄）₂SO₄溶液作试剂，是NH₄⁺溶液溶解Mg（OH）₂，还是H₂SO₄溶解Mg（OH）₂无法断定；若选用NH₄CN溶液作试剂，因溶液呈碱性，Mg（OH）₂不会溶解；若选用CH₃COONH₄溶液作试剂。因CH₃COONH₄溶液呈中性（pH=7），可证明假设的真伪。

实验方案：向新制的Mg（OH）₂沉淀中加入CH₃COONH₄溶液，若沉淀不溶解，说明假设1成立；若沉淀溶解说明假设2成立。

    经过实验，学生发现Mg（OH）₂沉淀能溶解于CH₃COONH₄溶液中，说明假设2成立。

实验结论：Mg（OH）₂能溶于NH₄Cl溶液中，原因在于NH₄⁺能与Mg（OH）₂电离出的OH^－作用，使Mg（OH）₂ Mg²⁺+2OH^－平衡向右移动。反应的离子方程式为：

Mg（OH）₂+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃+2H₂O

结论运用：有学生把镁条放入NH₄Cl溶液，结果发现有气泡产生，镁条逐渐溶解。学生把离子反应方程式表示为： Mg+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃↑+2H₂↑

教学实践证明，学生实验研究方法的掌握与思维品质的提升相互促进，共同发展。教学应在思维品质的培养中注意实验研究方法的教育，在实验研究方法的培养中促进思维品质的优化。

通过上述实验问题的探究和实验研究方案的设计，学生对化学实验研究方法有了更深的感悟，许多学生能在思考化学问题的同时，主动设计实验验证自己的想法，使得学生的实验研究方法有了较大提高，在学校组织的研究性学习成果汇报比赛中，化学实验方案设计及研究论文获奖篇幅最多。

     综上所述，学生掌握化学研究方法的培养，应该从基本方法和基础实验训练入手，让学生充分感受和体验实验的价值和作用，不断提高实验方案设计能力，着力促进实验探究能力的发展，使学生在过程体验中获得研究方法和实验能力的发展和提高，获得情感态度和价值观的提升。