1、高中化學實驗創新教學設計與實施的研究梁天真（天津市扶輪中學 300142）摘要：化學是一門以實驗為基礎的學科，在實施創新教育中有其獨特的優勢。本研究是在查閱大量文獻資料的基礎上，以創新教育理論為指導，進行高中化學的創新實驗教學的研究。研究中以已有實驗的改進設計為依托，以本人任教的扶輪中學學生為研究對象，以激發學生的學習興趣，培養學生的創新意識為目標。在實驗教學中注重教師適時恰當有效引導的基礎上，讓學生對教材的某一演示實驗的某些方面進行大膽評價和適當改進。研究過程中使用了問卷調查法和實驗對照法。關鍵詞：化學實驗；實驗創新；教學方法一、 問題的提出教育部在2003年頒布普通高中化學課程標準（實驗）

2、（以下簡稱高中化學課程標準）中，提出化學課程以提高學生的科學素養為宗旨，其中最大的變化是強調科學探究。而化學實驗是化學教與學中主要的探究方式，同時也應作為學生學習化學的最主要方式。中學化學實驗在教學中具有不可替代的作用。因此，在高中新課程改革開展化學實驗的創新教學研究是有著重要意義的。本研究的目的是通過教學活動來激發學生的學習興趣，培養學生的創新意識，提高學生的化學成績。培養過程中采用課堂教學的滲透、創新意識的啟發、創新方案的設計、創新實踐活動等教學方法來激發學生的創新興趣，培養學生的創新意識，鞏固所學化學知識。二、研究方案的設計本實驗研究選取扶輪中學高一年級的兩個理科班為樣本，他們是依據高一

3、入學統考成績進行的隨機分班，并隨機抽取五班為實驗班（40人），四班為對照班（40人），均由本人擔任化學教師。對照班按大綱和教材規定的內容進行常規教學，實驗班實施對現行教材處理后而設計的實驗創新教學。為檢測開展實驗創新教學對化學學習興趣的提高情況，在實驗前對學生進行了問卷調查，并對實驗結果進行統計分析。前測結果顯示兩個班的同學實驗前化學學習興趣水平相當。 表1實驗班與對照班學生化學興趣前測調查表 班級人數有效卷平均成績標準差Z值顯著性檢驗前測實驗班403919.8311.320.49P0.05對照班403718.6510.57對學習成績的前測，是以高一上學期第一次月考考試為依據，前測結果顯示兩個

4、班的同學實驗前化學學習成績相當。 表2實驗班與對照班學習成績前測表考試時間班級參考人數n平均成績X標準差S統計量Z顯著性檢驗P高一上學期月考實驗班4067.789.630.32P>0.05差異不顯著對照班4068.489.69三、實驗創新教學實施過程首先筆者收集、整理了相關的創新理論，研習總結學習筆記近三萬字。通過學習使筆者自身能夠掌握相關理論，樹立創新教育的理念，并能夠具備一定的創新能力。然后在教學實踐中滲透創新意識，激發學生的創新興趣及創新潛質，設置創新情境。并在學生的動手實驗中培養學生的創新意識和發現問題、探究問題的意識，從而在具體實踐中培養鍛煉學生的創新能力。1.實驗創新教學的設

5、計原則科學性的原則創新實驗必須遵循實驗教學自身的規律性和學生的認識規律，要在不違背科學性的前提下進行。在進行教學設計時，一定要認真考慮實驗的設計或改進是否有價值，是否有助于化學概念的形成或化學原理的說明。探究性原則探究性實驗從發展學生的思維能力出發，將實驗變成學生創造性學習的手段。例如介紹NH3的性質時，教材設計了NH3的噴泉實驗和遇濃鹽酸冒白煙的實驗。這時，如果能將前而學習過的HCl的性質聯系起來，設計一個聯合噴泉、冒煙的實驗，可以大大提高學生的學習興趣，加深對NH3及HCl性質的理解。該實驗裝置如圖1所示。將集滿HCl和NH3的兩只燒瓶按圖所示連接，滴管內預先吸滿水，實驗開始時，關閉C水夾

6、，先由滴管向燒瓶B內注入少量水，此時，由于B燒瓶內產生負壓，造成A瓶內HCl氣體進入B燒瓶，并形成大量白煙，然后立即打開C水夾，此時，見A瓶內產生紅色噴泉，B瓶內產生藍色噴泉，紅、藍色噴泉同時進行，現象頗為壯觀。 簡明性原則實驗的改進應考慮課堂教學的實際要求，注意如何把實驗簡化，有利于調動學生的學習興趣和積極性，有利于完成教學目標。例如可以改進碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩定性的實驗如圖2。直觀性原則實驗現象簡單，可見度高，實驗結論的得出要有直接性，它是化學實驗改進成功的標志。例如，在講化學反應中能量變化過程中，學生通過生活中可燃物的燃燒很容易理解放熱反應。化學反應是否都是放熱反應呢？請一名同學到前面

7、來，拿一只空的燒杯，先讓其他同學用手觸摸，感受常溫下的燒杯壁溫度，然后指導這名同學在燒杯中加入一定量的氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體并用玻璃棒快速攪拌。一會，讓這名同學走到同學當中，讓其他同學再次用手觸摸，引起大家的驚呼：這么涼！象剛從冰箱里拿出來的！學生也就很容易得出結論：化學反應是既有放熱反應，也有吸熱反應。成功性原則化學實驗是為了配合課堂教學內容進行的，時間過長會影響教學的進度。為保證實驗在預定的時間內順利完成，教師考慮影響實驗的各種因素。提高實驗成功率，這是實驗創新設計的重要原則。例如：做醛的銀鏡反應和與Cu(OH)2懸濁液的反應時，用乙醛做實驗很難成功，如果改用葡萄糖代替乙醛做實驗，現象很

8、明顯且很容易成功。安全和“綠色”的原則中學化學涉及一些易燃、易爆、腐蝕性強及有毒氣體逸出的實驗。在實驗教學中，確保學生安全、防止中毒及污染，體現綠色化學思想也是實驗設計與改進的重要內容。2.研究方案的實施（1）演示教材實驗方案在現行的高中化學教材中選取實驗作為創新設計的目標并進行演示。演示教材實驗方案的目的是驗證實驗原理，鞏固知識，培養學生觀察能力和操作技能。演示教材實驗方案，是開展創新實驗教學的前提和基礎，教學過程要規范化。要使學生通過演示實驗牢固掌握化學實驗原理，并從中獲取和積累相關的實驗知識，掌握學會實驗操作方法和實驗觀察方法。（2）評價、質疑教材實驗方案教材中實驗有些設計及操作方法雖然

9、都是經過反復驗證的，但在實際操作中仍存在著這樣或那樣的不足之處。如在教學中會遇到一些實驗現象不明顯，操作復雜，污染物沒有處理等問題。教師先帶領學生們共同分析實驗的不足之處，然后鼓勵學生提出自己的想法，自行在原有設計方案中尋找不足進行設計改進。對某一問題的解決或思路不要求唯一，多引導學生思考“你想到了哪些可能性？還有什么不同的想法？”教師追求的目標不是唯一的正確答案，而是使學生產生盡可能多、盡可能新的想法、解法和可能性。即使教師事先無法估計學生將做出怎樣的回答，也是正常的現象。教師在演示教材實驗后，依據創新實驗教學設計原則對教材實驗方案進行評價、質疑。（3）提出實驗創新設計目標在評價質疑實驗方案

10、的基礎上，不失時機的提出創新、改進演示實驗的目標、方向、假設，就能激發學生的創新欲望，從而產生創新動機。在教學中將創新目標、途徑、方法等與評價質疑過程自然融合，形成和諧而整體的課堂教學氛圍。 實驗創新、設計目標和結論假設的提出應以培養學生創新意識，激發創新興趣為總目標，符合中學教學實際。創新的目標制訂，一般不易過細。創新設計實驗的目標是：提高實驗效果目標時間效益目標經濟效益目標環保目標安全性目標對具體實驗提出創新設計目標，一般只側重某方面目標，不可能全面涉及。在上述創新設計教學目標的指導下，教師要引導學生進行創新設計，為達到這些目標對具體實驗應提出可能思路和創新假設。制定實驗方案由于學生認知水

11、平和時間限制，學生自己設計的方案肯定還會有不足和缺陷，教師要以正面評價為主，保護學生的創新熱情和積極性。（4）展示方案示例，啟發學生思考 經過教材實驗方案的評價、質疑、討論和實驗創新目標的設計，學生的創新動機已很強烈，但是學生創新設計過程有一定難度，所需知識的積累較多，基礎性強，需要學生的堅強毅力和耐心，需要學生保持持久的創新動機和知識信息交換、重組，需要學生的靈感和創新能力。教師要在已有創新方案中挑選典型示例，進行展示和分析。通過語言的誘導和情感教學，強化對學生思維和技能的訓練，引導學生的思維按預期目標指向去思考、想象、聯想。通過對知識比較、加工、分析、遷移和重組，最后設計出可行的實驗方案。

12、（5）設計實驗創新方案實驗的創新性與實用性是設計創新方案的重要要求。在教師指導下，學生獨立完成實驗方案的創新與設計是創新實驗教學的最高層次，也是檢驗教學效果和學生能力的重要方面。形成實驗的大致框架后，教師應進一步要求學生運用已有的知識與經驗，制定出具體的實施步驟。由于學生認知水平和時間的限制，學生自己設計的方案肯定還會有不足和缺陷，教師要以正面評價為主，保護學生的創新熱情和積極性。（6）實驗探究，演示創新設計方案在評價質疑討論教材演示實驗的基礎上，根據創新設計目標，演示選定的創新實驗方案，是強化學生創新意識的重要步驟。通過演示創新實驗方案，學生首次體驗感受到取得創新成果的愉快心境，使學生真實感

13、受到創新對自己并不遙遠，更加增強了學生創新積極性、創新意識，這樣就使通過演示實驗培養學生創新意識的教學功能得到充分體現和發揮。在此基礎上，對展示的創新實驗方案再次評價、質疑、討論，進一步強化學生的創新意識和創新積極性。 演示創新方案，再次評價、質疑時教師要注意如下幾個問題：對演示創新實驗方案的操作要點、注意事項進行闡述以評價比較(與原方案)的優點和進步性為主評價、質疑新方案還可能存在的缺點、不足使學生學會選擇最佳實驗方案方法，比較評價不同實驗方案的優缺點要使學生明白創新設計目標不同，就會得到不同的設計方案。 這里需要指出，由于教學時間限制，演示實驗新方案的形式要根據教學時間靈活掌握，可以從掛圖

14、、投影、多媒體教學軟件等多種形式進行展示設計方案，也可以演示或課后學生自己做實驗驗證。通過多媒體教學手段的廣泛使用，可以使課堂教學密度、容量增大，學生活動時間增多，教師講授時間減少，這就為實驗創新教學提供了機遇。（7）解釋實驗問題在實踐活動中，學生會面對各種困惑。比如：學生實驗出現了反常現象學生解釋不清；實驗遭遇失敗需要尋找原因等，教師應該先給予學生充足的發現、比較、整理與歸納的時間，然后在學生思有所得的基礎上，參與學生的討論并適時地加以點撥。并以重新實驗、補充對比實驗、提供相關信息、查找相關資料等方式對出現該問題的原因或是改進實驗設計的方法加以研究，幫助學生提高實驗效率，增強信心。（8）交流

15、評價，實驗反思教師對學生的設計方案要依據創新設計的教學目標來評價，對學生的設計方案中創新色彩最濃的方面，獨創性明顯的地方，要充分肯定、鼓勵、表揚。評價過程中要以正面評價為主，同時指出不足和改進方法，要保護學生的創新熱情，使他們在不斷的創新實踐中激發學習興趣，使創新成為掌握知識的動力，逐步培養學生的科學素質。 總之，按照一定程序，對學生進行規范化實驗創新教學，就不僅能達到傳授、鞏固化學知識的目標，而且能激發學生學習興趣，培養學生創新意識、創新精神。通過化學實驗創新教學，進一步完善、開發了化學實驗的教學功能，提高了人們對化學實驗的教學價值的重新認識。3.實驗創新教學的實施案例（二氧化硫漂白性實驗）

16、實驗背景材料人教版普通高中課程標準實驗教科書化學（必修1）中對二氧化硫漂白性質實驗的操作如下：把蓋有膠塞、盛有二氧化硫氣體的試管倒立在水中，在水下打開膠塞，觀察試管內水面的上升。待水面高度不再變化時，在水下用膠塞塞緊試管口，取出試管，用pH試紙測定溶液的酸堿度。在試管里保留1/3的溶液，滴入12滴品紅溶液，振蕩，觀察顏色變化。加熱試管，再觀察。在實驗過程中，你是否聞到什么氣味？（實驗裝置見圖5） 教材中得出結論：品紅溶液被二氧化硫漂白，二氧化硫具有漂白性。它的漂白作用是由于它能與某些有色物質生成無色不穩定的物質。這種無色物質容易分解而使有色物質恢復原來的顏色。 學生猜想假設問題1：品紅溶液褪色

17、的原因是什么？具有漂白性的是二氧化硫還是生成的亞硫酸？需要進一步驗證。問題2：加熱又分解出的二氧化硫不經處理，直接排入空氣中，沒有考慮環境污染。學生實驗探究方案1如圖6，在裝有品紅溶液的試管口放一團用稀氫氧化鈉溶液潤濕的棉花，吸收生成的二氧化硫；或者在品紅溶液剛好褪色時，在試管口套上一個氣球，再給試管加熱，然后冷卻，防止生成的二氧化硫排入大氣污染環境。方案2取一只直徑為3cm左右的試管，一只與之配套的橡皮塞，塞中央用打孔器打一孔，一只長頸膠頭滴管由孔插入，實驗時，先在大試管中加入少量(約0. 5g左右)亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉，在滴管中吸入一些硫酸，用剪刀剪兩條濾紙，紙上分別滴有少量的較濃的酸性高

18、錳酸鉀溶液和品紅溶液，另加一條濕潤的pH試紙條，將它們和膠塞一起小心地塞在試管的內壁上(如圖7)，然后用滴管滴下3-5滴硫酸溶液即發生反應，待反應幾分鐘后三條紙條分別發生顏色變化而體現二氧化硫的性質，即酸性、漂白性和還原性。 優點：封閉裝置，無毒氣外逸，操作簡單，趣味性強。缺點：沒有演示二氧化硫漂白后加熱又變成原來顏色這一過程。方案3實驗用品:儀器：具支試管、鐵架臺（帶鐵夾）、干燥管、酒精燈。藥品：品紅溶液、品紅試紙、二氧化硫氣體、蘸有堿液的棉花。實驗裝置（見圖8）實驗步驟與現象：將二氧化硫氣體通入裝有品紅溶液的具支試管中，品紅溶液的紅色褪去；按右圖連接好裝置，加熱具支試管，具支試管中溶液紅色

19、又恢復，品紅試紙的紅色褪去。實驗特點：改進后操作簡單現象清晰，能夠說明二氧化硫和品紅反應的實質。加熱，品紅試紙的紅色褪去而品紅溶液恢復紅色。蘸有堿液的棉花可吸收可能散失的二氧化硫，體現了綠色化學思想。對比評析：學生設計的三個實驗方案各有特點：三個方案都考慮到了減少環境污染，且操作簡單，現象直觀。方案1雖然不夠完善，但是學生在思考對實驗創新的初期想法，裝置最為簡單，實用性很強。非常適合多數學生進行實驗操作。方案2和方案3是學生在1的基礎上進一步設計的，對儀器裝置的改動比較大。較復雜的裝置可使實驗過程更具有完整性和科學性，同時方案中使用的濾紙條和干燥管也很好的體現了學生的創新思維。四、實驗后的測量

20、數據及結論表3實驗班與對照班學生化學興趣程度調查表班級人數有效卷平均成績標準差Z值顯著性檢驗實驗班403426.267.322.19P0.05差異不顯著對照班403622.148.42表4實驗班與對照班學生學業水平考試化學實驗成績對照表班級參考人數n平均分X標準差S統計量Z顯著性檢驗P對照班4080.786.142.65P0.01差異十分顯著實驗班4084.837.46 表5實驗班與對照班學習成績比較表考試時間班級參考人數n平均成績X標準差S統計量Z顯著性檢驗P高一上學期期末考試實驗班4071.437.441.15P>0.05差異不顯著對照班4069.358.59高一下學期期末考試實驗班

21、4070.889.242.05P0.05差異顯著對照班4066.539.69從實驗結果看，開展化學創新實驗教學活動，通過對教材實驗方案的評價，對學生進行實驗創新設計引導與展示，培養訓練了學生的創新思維，激發了學生學習化學興趣，改變了學生對化學的看法，因而提高了學生學習化學的興趣。表5中的數據顯示了本實驗研究階段的各個學期的重要考試成績，隨著時間的推移，實驗班與對照班的平均成績差距逐漸加大，尤其是高一第二學期末差異顯著，因為在此期間學習了元素周期律、化學平衡、有機化學的相關知識，學習難度加大，試卷難度也加大了，考查學生綜合運用知識解決問題能力的題目多了，這說明實驗班在綜合運用知識解決問題能力上要高于對照班。一年來的教學實踐研究，使我深深地體會到，繼續深入抓好以下幾方面工作，對新課程的推進和落實是至關重要的，即： 第一：改變教師主體的教學理念。以學生為主體，培養學生多方面能力和良好素質，讓學生體會成功，敢于創新，不斷超越自我。在中學階段，鼓勵學生的創新，根本目的是為其今后的學習、全面發展打基礎。因此，在教學中，應發揚民主，注意鼓勵學生點點滴滴的新奇想法。只有