中學化學實驗研究現狀探析

孫丹兒　朱建育

摘要：通過對文獻的整理和分析，考察中學化學實驗研究的現狀，分析中學化學實驗研究的發展特點，探討和總結存在的問題。

關鍵詞：中學化學; 實驗研究

文章編號：1005－6629(2009)03－0010－04中圖分類號：G633.8文獻標識碼：C

實驗作為化學教學的重要內容，歷來受到化學教師的關注，他們從教學實際出發，結合自身的理論和實踐知識，對化學實驗進行了大量多角度，多層次的研究。本文擬借助對文獻的整理和分析，考察中學化學實驗研究的現狀，分析中學化學實驗研究的發展特點，探討和總結存在的問題，為教師實驗研究和實驗教學提供借鑒。

1 研究對象

本文選取的研究對象為2005-2007年分別在中等教育類期刊《化學教學》和《化學教育》上發表的有關實驗研究的文章，它們主要是對個別實驗要素或多個實驗要素的研究。經統計得出，2005—2007年在兩種期刊上發表的中學化學實驗研究文章共計225篇，其中《化學教學》126篇，《化學教育》99篇。

2 研究內容

根據這些文章的研究內容進行分類，主要可分為七大類，它們分別是實驗裝置改進、實驗裝置新設計、反應原理或反應機理探究、反應條件探究、實驗方法改進或創新、理論質疑和驗證以及實驗新設計。本文將以上分類進一步整合可分為兩大類型，一為實驗的顯性因素研究，另一類為實驗的隱性因素研究。顯性因素與化學實驗的實物對象相關聯，實驗裝置改進、實驗裝置新設計以及反應條件的探究均屬顯性因素的研究。隱性因素則指與化學實驗相關的抽象條件，反應原理或反應機理、方法改進或創新、理論質疑或驗證、實驗新設計等均屬隱性因素的研究。經統計可得，兩類研究的文章數量及比例如表1所示：

由數據可知，顯性因素的研究占43.55%，隱性因素的研究占56.45%，其中關于實驗裝置改進研究的比例最高，達到了23.11%，實驗裝置新設計的研究比例最低為5.3%。顯性因素的三項研究比例不均，其中實驗裝置改進的比例最高。隱性因素的前三項研究比例差異較小，其中實驗新設計比例相對較小。

2.1實驗裝置改進和實驗裝置新設計及其特點

2.1.1實驗裝置改進

實驗裝置的改進是指在原有實驗裝置的基礎上進行部分或整體的改造以達到理想的實驗效果，它是中學化學實驗研究的傳統內容，很多教師將其作為實驗改進的突破口。如氯水分解演示實驗的改進[化學教學，2005（5）]、鐵與水反應的實驗設計研究[化學教學，2007（11）]、苯與溴反應的實驗裝置改進[化學教育，2005（8）]等。表1數據顯示，實驗裝置改進文章的比例居各研究內容之首，可見該內容的研究在教師實驗研究中的地位。

2.1.2實驗裝置新設計

實驗裝置新設計是指對實驗裝置實現從無到有的設計。與實驗裝置改進相比，實驗裝置新設計對實驗研究水平具有更高的要求，需要從設計上尋求更具創新意義的方法。如CO2密度比空氣大演示儀[化學教學，2005（10）]、一套值得推廣的多功能微型化學實驗儀器[化學教學，2005（6）]、從溶劑中快速回收樣品的簡易多用裝置[化學教育，2005（3）]、火焰位置可轉換的氣體燃燒演示器的制作和使用[化學教育，2006（7）]等，這些文章所介紹的實驗裝置，均為創新實驗儀器或裝置。由于受教師自身實驗水平和創新能力等的限制，該項內容的研究比例僅為5.3%，遠低于實驗裝置的改進研究文章的比例，受關注程度也大大低于實驗裝置的改進。

2.2.3實驗裝置改進和實驗裝置新設計的特點分析

在實驗裝置的改進與新設計中運用了眾多的理論設計方法和經驗策略，常用的設計方法有：強化（或弱化）法、縮放法、組合法、變換輸出法、置換法、移植法、模擬法、簡化法、一物多用法、綜合法等。我們對裝置研究中的設計方法的使用情況進行了統計，結果如表2所示：

由表2可知，一物多用法在各種方法中的使用比例最高，其次是縮放法、移植法以及組合法，變換輸出法的使用比例最低。從方法的使用頻率可見一物多用法在中學化學實驗裝置設計中的應用價值。由于微型實驗裝置在中學化學實驗教學中備受青睞，微型實驗裝置設計中常用的縮放、組合、簡化等方法的使用比例就相應提高。另外，受已有成熟實驗裝置設計的固定思維影響，應用于同一類型實驗裝置設計的移植法的使用頻率也較高。

2.3 反應原理探究及其特點

2.3.1反應原理或機理探究

反應原理的探究是指針對化學實驗的“異常”現象或疑難問題，通過探究實驗相關的化學反應原理，使得實驗“異常”現象或疑難問題得到合理解釋的研究過程。這是化學實驗研究中常用于解決化學疑難問題的途徑之一，反應原理的研究能夠為化學問題的解決提供更高層次的理論指導，有助于提高實驗研究的整體水平。如對KIO3熱分解實驗的研究[化學教育，2006（4）]、對Na2CO3、NaHCO3與稀鹽酸反應實驗的認識[化學教學，2005（1-2）]、品紅溶液異常褪色現象引發的探究[化學教學，2006（5）]等文章，均通過不同的方法對實驗現象背后隱含的原理進行了挖掘和論證。該研究內容的比例為15.56%，僅次于實驗裝置的改進，足見教師對化學反應原理探究的重視。

2.3.2 反應原理探究的特點分析

文獻分析發現，反應原理探究的實驗對象主要是無機反應。據統計，35篇文章中，關于反應原理探究的數量達到了27篇，均為無機反應；關于反應機理探究的文章數為8篇，均為有機反應。

在研究設計上，主要可以分為3種：一種為理論驗證型，一種為理論加實驗驗證型，還有一種則為實驗驗證型。其中理論驗證型共11篇，占31.43%，理論加實驗驗證型共19篇，占54.29%，實驗驗證型共5篇，占14.28%。就研究結論的科學性來講，理論加實驗驗證型的研究設計比純粹理論驗證及實驗驗證更為精確。因此，在此項研究中，大多數研究者傾向于實驗驗證的同時輔以理論解釋進一步說明，以完善實驗結論，使實驗結論更具說服力。

2.4反應條件探究及其特點

2.4.1反應條件探究

化學實驗作為一個復雜的系統，一個反應往往受多種反應條件的影響，如反應物的性狀（干燥程度、顆粒大小、氣固液狀態等）、溫度、濃度、酸堿度等。在化學實驗研究中，反應條件的探究也一直是實驗研究的重點內容。教材實驗、課外實驗等的實驗方案在某些情況下會存在這樣或那樣的缺陷，這就需要教師根據實際情況對實驗的反應條件作出改進或重新設計。該內容的研究數量位于反應原理或機理的探究之后，為15.11%。如 “銅片鍍鋅”最佳實驗條件的分析和研究 [化學教學，2007（2）]、苯酚與溴水和氯化鐵反應溶液最佳濃度的選擇 [化學教育，2005（8）]、乙醛與新制氫氧化銅反應的實驗操作分析等均對反應的一種或多種條件進行了探究。

2.4.2反應條件探究的特點分析

在34篇有關反應條件探究的文章中，研究對象包括催化劑種類、光源種類、反應物種類、溫度、濃度及此類反應條件的綜合研究等。統計表明，選取一種反應條件作為研究對象的單因素研究和選取一種以上反應條件作為研究對象的多因素研究文章篇數分別均為17篇，各占50%。單因素研究側重使用傳統的比較法，在控制其他反應條件的情況下，改變需探究的反應條件，最后通過實驗結果的比較來得出所需探究的最佳反應條件；多因素研究中既有比較法又有試驗法，其中以正交試驗法最為常見，占18%。