剖析實驗要素論文

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摘要實驗既是化學學科發展的基礎，又是化學教學的有效手段，以實驗為基礎開展探究教學是化學教學的方向之一。以實驗目的、實驗原理、實驗裝置、實驗步驟、實驗現象和實驗結論等實驗要素為切入點為實驗探究教學創造更多的實踐途徑，從而實現基于實驗的探究教學在理念、思維和操作層面的發展。

關鍵詞化學實驗實驗要素實驗探究

實驗是科學賴以產生和發展的基礎，探究是科學發展和科學教育的有效途徑。因此，實驗和探究都是中學化學課程實施的重要方式。同時也是化學教學中教與學的重要精神和理念。實驗教學能驗證知識，加深理解，但它首先應是一種探索，以培養創新意識，可見，實驗又是探究的重要載體，如何利用和開發現行教材中的實驗開展探究，實現實驗與探究的整合，是每一位化學教師力圖思考并盡力解決的問題。

作為精神和理念，實驗與探究是并存的，都是歷來已久的；但作為教學和學習的方式，實驗教學已經形成了較為完整的理論系統和實踐體系。因此，依托實驗教學的已有體系可以為實驗探究開辟更廣闊的天地。具體的化學實驗在內容和形式上不盡相同，但一個相對完整的化學實驗方案，一般包括實驗課題、目的、原理、用品及規格、步驟和操作、現象和結果處理、討論與交流[1]等基本要素。分析和研究實驗要素可以為實驗探究搭建更多的平臺。

1實驗目的：由“驗證”向“探究”轉化

實驗目的是實驗要素中的核心要素。這是因為，實驗的目不同，實驗的內容、手段和方法就不同。筆者認為，實驗目的的轉變是理念層面的轉變，即給學生充分探索答案的機會[2]。在新課程實施的今天，學生仍然使用“實驗手冊”，這大大地減輕了師生設計實驗方案的負擔，同時也抹殺了學生充分探索答案的機會，也會導致一部分教師“有而無憂”的心理，形成“飯來張口、衣來伸手”的壞習慣，磨滅了再創造的機會。倘若教師有“實驗手冊”而學生沒有，教師的再創造是完全可能的，學生探索的機會也會增大。

有些“實驗手冊”中的實驗，雖有“探究”之名，而無“探究”之實，或由于“實驗手冊”的存在而喪失了探究的可能。如一個“探究乙醇的性質”實驗的“思考與猜想”欄目中，設置了如下內容：寫出乙醇和水的結構式，請猜測金屬鈉能否跟乙醇發生化學反應？你為什么做出這樣的猜想？將一塊金屬銅片放在酒精燈火焰的外焰上灼燒，可能發生什么反應？反應中銅表現出什么性質？將灼熱的表面變黑的銅片伸入盛有氫氣的瓶中，可能發生什么反應？反應中氫氣表現出什么性質？你認為乙醇是否具有還原性？將灼熱的表面變黑的銅片立即放入無水乙醇中，可能發生什么現象？請你將你的猜想設計成一個化學實驗加以證明。這一設置表明了編者的“良苦用心”，千方百計“引導”學生設計實驗方案，但就是因為“過分的設計”和“手冊的出現”（后續問題的導向作用）導致了探究很難達到預期的效果。

該實驗的內容則是乙醇與鈉和氧化銅兩個反應，只要稍作分析：乙醇與鈉反應表現出氧化性；與氧化銅反應表現出還原性。可見，乙醇的氧化還原性是并存的，實際上，這是絕大多數物質的通性。倘若以此出發，可以設置如下問題引導學生進行猜想和方案設計：①乙醇有沒有氧化性和還原性？理由是什么？②怎樣證明乙醇有氧化性或還原性？可以選擇哪些化學試劑？通過這樣的問題設計，其開放性大，探究的可能性就更大，即使在“手冊”里預先呈現，也不會給學生以暗示。

2實驗原理：由“單一”向“發散”轉化

一般實驗中，實驗原理是事先給定的，教師也很難對實驗原理進行干預或改變，但制備物質往往有不同的途徑，不同的制備途徑所應用的原理可能有所差別。因此，在物質制備實驗中可以對實驗的原理進行探究，從而設計多種實驗方案，并進行合理的選擇。如制備Al(OH)3的各種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↓。

通過方案的設計、對比和分析，既鞏固和拓展了知識，又使學生清晰建立Al(OH)3兩性的概念。

又如，教材采用在沸水中滴加FeCl3的方法，利用加熱促進FeCl3水解制取Fe(OH)3膠體：FeCl3+3H2O=Fe(OH)3(膠體)+3HCl。然后，引導學生思考：促進FeCl3水解的方法也不僅僅是加熱，學生通過實驗證明，將少量Na2SO3固體或溶液加入FeCl3溶液中同樣也可以得到Fe(OH)3膠體，此法比教材實驗更為方便，同時給化學實驗尋找到更多的探究空間。

3實驗裝置：由“給予”向“創造”轉化

化學實驗中的實驗裝置往往是事先給予的，這不僅會導致學生對課本實驗裝置的僵化，同時也會對新的實驗裝置的解讀產生困難，從而喪失了創新和創造的機會。化學實驗裝置往往由常見的玻璃儀器拼湊而成，一種任務可由不同裝置完成。利用裝置的分析解剖或技術改進創造新的實驗裝置，為實驗探究找到了新的切入點和有效的途徑。對具體裝置的分析和研究中發現其存在的缺陷，設計新的裝置來加以改進以創造更合理的裝置。如氣體發生裝置、氣體收集裝置、尾氣處理裝置的改進和創造就是最為典型的例子。

通過對裝置的改進和創造的探究，既讓學生從原理上理解了裝置的功能優劣，又拓展了視野，還培養發散和輻合思維，發展學生的創造性思維。通過氣體收集裝置的改進和改造，學生還總結出：收集密度比空氣大的氣體采用的裝置是低進高出，收集密度比空氣大的氣體采用的裝置是高進低出，排水法的收集裝置實質上也是高進低出，這是由于氣體的密度小于水的密度決定的。

實驗裝置的工業化又是裝置有效探究的內容之一，如在氯堿工業裝置的改進和創造過程中，不僅加深了學生對工業裝置的理解，同時又明晰了科學技術發展的歷程。

4實驗步驟：由“指定”向“設計”轉化

實驗步驟是由實驗假設和實驗方案決定的，一個實驗目的就有多種實驗假設，會產生更多的實驗方案，從而導致多種多樣的操作步驟。而“實驗手冊”中卻以“經典”步驟，把學生“做實驗”的實踐過程禁錮在“讀實驗”的文本對話中。教材需要“讀”，實驗也要“讀”，實驗在多重因素的影響下，自覺不自覺地走上了“只讀不做”的大道。因此，有學者提出要突破和超越“讀”的觀念，強化對“做”的認識，在讀與做之間尋求動態的發展，也許可以讓科學教育走向一片更廣闊的天空。

實驗是“做”的良好機會，如果希望學生“做”，那必須給學生一定的“做”的自主權。例如，在探究氯水的漂白作用時，根據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，還有極少量的ClO-和OH-，因此，對氯水中起漂白作用的微粒的假設是多樣的，可能是一種微粒或多種微粒的共同作用，根據不同假設而設計的實驗的方案也應該是多樣的，學生選擇實驗的操作順序則更應該是多樣的。只有這樣，實驗的步驟才真正是學生自己親手設計的。當學生親手實踐著自己的想法和設計，那是何等的享受啊！這是學生在“閱讀”實驗步驟時所無法享受的。

筆者認為，“實驗手冊”應該隱退為教師的教學參考用書，讓學生有更大的實踐自主權。在學生手里，應該是一張空白的實驗報告單，這需要學生去書寫、去創造。但這會給教師批改實驗報告單帶來很大的挑戰，因為機遇與挑戰并存，教師會迎接挑戰；因為教育是為學生服務的，教師有責任迎接挑戰；因為實驗報告單是學生的作品，教師會學會欣賞。

5實驗現象：由“事實”向“問題”轉化

實驗中，實際得到的理論預測的實驗現象間存在3種關系：即完全一致，有些偏差，或截然不同。

如果實驗現象與預測的截然不同，一般認為是基于不同機理導致的，教師往往會帶領學生深入探究。如在進行Al的性質實驗時發現，用除去氧化膜的Al片分別與H+濃度相同的稀HCl和稀H2SO4反應時，發現存在明顯不同的現象：①跟稀鹽酸反應快，產生氣泡多；②跟稀硫酸反應慢，產生氣泡很少。從而提出假設：①氯離子對反應有促進作用；②硫酸根離子對反應有抑制作用。并設計兩種實驗方案進行探究：①在稀硫酸中加入固體食鹽，發現反應明顯加快；②在稀鹽酸中加入固體硫酸鈉，發現反應幾乎沒有什么影響。最后得出結論氯離子對鋁片跟H+反應有促進作用，這一探索結論與Cl-與Al3+形成配合物AlCl4-[4]從而加速致密氧化膜結構的破壞這一科學結論是一致的。公務員之家:

如果實驗現象與預測現象有些偏差，一般認為化學試劑的純度原因，稍作解釋以了事。實際上，這可能涉及更為廣泛的反應機理，更有必要探究。如在盛有少量FeCl2溶液的試管中滴入數滴KSCN溶液（Fe2+不能使KSCN溶液變血紅色），再向混合液中加入一定量的新制氯水時只有一點點淺紅色，并沒有預測中的血紅色。這一探究活動中發現，滴加試劑的順序不同會導致不同的實驗結果，從而對操作步驟進行改進。

現實的問題往往是綜合性的，化學實驗中的意外現象、學生生活中遇到一些化學問題往往能開闊學生的思路，成為實驗教學中的良好素材和探究起點。即使是與理論預測完全一致的結論也可以質疑。

6實驗結論：由“確認”向“批判”轉化

一般地，現象與預測吻合，結論與所學知識一致，這是實驗成功的標志。筆者認為，這同樣有推敲的必要性和可能性。如在比較酒精燈火焰溫度的實驗中，將一根小木條迅速平放入火焰中，1~2秒鐘后取出觀察[5]，發現在外焰部分的木條被燒黑了，從而得出“酒精在外焰燃燒最充分，火焰中外焰溫度最高”的結論。最新研究表明：酒精燈火焰溫度的高低順序為：內焰＞外焰＞焰心[6]。由此反思，小木條在酒精燈火焰中的炭化能否證明酒精燈火焰的溫度高低？木材的炭化是一個復雜的化學過程，其炭化程度是由受熱的溫度、受熱的時間和氧氣的含量等多種因素共同決定。因此，木條的炭化程度不能反映酒精燈火焰溫度的高低。從這一事例可以說明，即使是正確的結論也只能是相對正確的，科學是不斷發展的，因此也有必要質疑，從而發展學生的批判性思維。教師決不能把教材的結論作為神圣的教條，而把自己和學生淪為書本的奴隸。學習和教學都需要質疑，有必要采用不同的方法和眼光進行閱讀和思考，以免唯書本定勢[7]。

上述6轉化實現了3個層次的超越：首先，是理念層次上的超越，即實驗目的由“驗證”向“探究”轉化；其次，是思維層次上的超越，實驗原理由“單一”向“發散”轉化突出了發散思維，實驗現象由“事實”向“問題”轉化和實驗結論由“確認”向“批判”轉化則突出了逆向思維和批判性思維；第三，是實踐層面上的超越，即實驗裝置由“給予”向“創造”轉化和實驗步驟由“指定”向“設計”轉化。因此，通過對各個實驗要素進行方向性的調整都可以為實驗探究搭建有效的平臺。

然而，在實驗探究過程中會遇到各種困難，以中學生所擁有的知識水平，很難得出完全符合實際的正確的結論，但這既是實驗探究的特點，更是實驗探究的精髓——注重結果更注重過程。

參考文獻

[1]劉知新.化學教學論.第3版，北京：高等教育出版社，2004：160

[2]靳玉樂.探究教學的學習與輔導.第2版，北京：中國人事出版社，2003：186

[3]劉德華.“點擊”學校課程：走在十字路口的科學教育，福州：福建教育出版社，2001：66

[4]北京師范大學無機化學教研室等編.無機化學.下冊.第4版，北京：高等教育出版社，2003：674

[5]課程教材研究所、化學課程教材研究開發中心.義務教育課程標準實驗教科書•化學•九年級上冊.第2版，北京：人民教育出版社，2006：21

[6]王克勤，逯俊玲，左志軍.化學教學，2003(11)：42~43

[7]梁良良，黃牧怡.走進思維的新區，北京：中央編譯出版社，1996：124~133