多維度開發教學實驗全面提升學生科學素養

鄧育紅+倪娟

摘要：實驗是化學教學的重要內容和手段。為了提升學生的科學素養，需要大力開發教學實驗，彌補現行教材的不足。結合生動的實例介紹了從生活中發現實驗題材、積極開展實驗探究、重視現代實驗手段運用，多維度開發教學實驗，以及增強學生的實驗興趣，增進學生對科學過程和方法的了解、培養探究和創新能力，拓展學生的視野、促進學生的知識運用，全面提升學生的科學素養。

關鍵詞：實驗教學；實驗開發；科學素養；化學教學

文章編號：1005–6629（2014）3–0028–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學實驗是化學科學研究中人們獲得直接的感性經驗和事實材料的根本途徑和重要手段，是檢驗和發展假說、形成化學認識的實踐基礎。因此，實驗是化學教學內容的重要組成部分，是學生學習的重要內容，也是最常用的教學方法和有效的學習方式。化學新課程很重視實驗內容的安排，專門設置了“實驗化學”模塊，但是，在平時的教學實踐中，許多教師仍常有缺憾、頻生不足之感。針對這個情況，多年來，我們在開發教學實驗、發揮實驗教育功能方面作了一些嘗試，收獲了一些成功和體會，現做一些簡單介紹，跟大家交流共享。

1 多維度開發教學實驗

大力開發教學實驗，要積極發現新題材、好題材，做好實驗內容開發；加強探究性，進行實驗功能開發；注意運用新技術，重視實驗手段開發。多維度、全方位地做出努力，更好地滿足教學的需要，更好地提升學生的科學素養。

1.1 從生活中發現實驗題材

《普通高中化學課程標準（實驗）》強調：從學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際出發，幫助學生認識化學與人類生活的密切關系，關注人類面臨的與化學相關的社會問題，培養學生的社會責任感、參與意識和決策能力。為此，我們要強化開發意識，注意從生活中發現新的實驗題材和內容。

例如，2013年1月，“亞硝酸鹽當白糖，婚宴上熬成了甜湯”這一有驚無險的事件被多家媒體報道。亞硝酸鈉是常用的食品添加劑，具有著色、防腐作用，因此有些調料店及食品加工作坊免不了會存放有亞硝酸鈉，由于跟食鹽、味精、白糖等外觀相似，經常會出現誤食中毒事故，如何將亞硝酸鈉與常用調味品區別開來呢？以此為題材，筆者組織了學生實驗活動，經歷征集方案、實驗驗證、交流總結，這一活動在廚房和實驗室有聲有色地開展，學生發現了多種有效的鑒別方法，具體實驗方法及現象見表1。

通過這一實驗活動，學生發現了解決問題的途徑可以不止一種，提高了他們多角度分析問題、解決問題的能力。筆者深切體會到：生活中所蘊含的資源是豐富多彩的，發現并將其設計為實驗教學資源，有利于激發學生的學習熱情，增強學生對化學實驗的親近感。學生也可以自主地在課外通過“廚房實驗”進行自主探究，這種自主的、輕松的實驗設計，有助于學生建構具有個性特征的知識結構，促進其對課本知識的消化和吸收。

1.2 積極開展實驗探究

借助實驗學習化學，學生的興趣提高了，但課堂的可控性降低了。因為真實的世界永遠比紙上談兵要復雜得多，實驗時常會遇到很多意想不到的問題，學生的興趣也并不是總指向教師指定的方向。對于這些，教師不必過于擔心自己無法解釋意外現象時會出丑，更不要生硬地扼殺學生對與本節知識無關的興趣。葉瀾教授認為：課堂應是向未知方向挺進的旅程，隨時都有可能發現意外的通道和美麗的風景，而不是一切都必須遵循固定線路而沒有激情的過程。對于一些在課堂上不便展開的問題，可將其作為課外的探究課題。

例如，在做萃取實驗時，為了加深學生對萃取劑的認識，筆者讓不同小組的學生分別用四氯化碳、苯、酒精來做萃取劑，比較各組實驗結果的不同。但他們并未從教師期望的“是否分層、有機層在上還是下”這個角度回答，而是發現了碘在不同的溶劑中顏色不同，并且問這是為什么？對于這一許多同學都感興趣的問題，筆者指導學生課后開展探究。學生從百度文庫中得到的解釋是碘溶液的顏色與碘的溶劑化程度不同有關，而教師以檢索的專業文獻為參考，從碘的外圍電子構型、溶劑是否具有孤對電子進行了詳盡的分析[1]。為了驗證這一說法，學生用甲苯、乙醚、環己烷等溶劑進行了實驗，發現碘在四氯化碳、環己烷等弱電子給予體中呈現本來的紫色，在苯、甲苯等強電子給予體中碘與溶劑作用發生了電荷移動而呈現紅色，在水、乙醇、乙醚中則呈現棕黃色。這一探究活動使他們認識到，看似簡單的溶解現象，包含了復雜的物理、化學變化。

再如，酚酞遇堿變紅是常識，但遇到濃堿卻在變紅后又褪色，這是為什么？通過實驗探究和理論學習，學生發現酚酞的變色情況較為復雜，而且與其結構密切相關（見表2）。這一發現不僅幫助他們理解反應條件的重要性，而且為常見的有機官能團的轉化提供了例證。

弱電解質的電離平衡、難溶電解質的溶解平衡、化學反應速率的探究、化學平衡的移動等教學內容用常規實驗方法難以展現其動態變化過程，引進數字化傳感器等現代實驗儀器后，可以忠實地記錄下反應過程中離子濃度、溫度、壓強等的變化，用變化的曲線、具體的數據來表征化學變化的歷程，揭示出宏觀現象背后隱藏的微觀粒子的變化趨勢，快捷直觀，清晰明了，有助于學生把握化學變化的本質，理解化學反應原理。在這些方面，數字化實驗是大有可為的。

2 全面提升學生科學素養

開發教學實驗，搞好實驗教學，根本的目的在于提升學生的科學素養。科學素養有其復雜的內在結構，需要全面地認識和培養。我們的做法和體會是：

2.1 提升學生的實驗興趣

知之者不如好之者，好之者不如樂之者。中學生有強烈的好奇心，生動形象的實驗能激發起他們濃厚的興趣。教師要充分利用實驗這一特點和優勢，將學生的直觀興趣提升到操作的興趣、探求原因的興趣和概括的興趣，在滿足學生好奇心的同時，激起他們運用實驗解決問題的愿望。

前不久，很多媒體報道了騙子上門推銷凈水器的伎倆，他是通過一個小實驗驗證凈水器出來的是“干凈的水”，而自來水則是“骯臟的”。將自來水和凈化水分別裝入他的儀器中，過幾分鐘，自來水出現骯臟的污垢，而凈化水則依舊純凈。很多用戶在“科學實驗事實”面前非常信服，購買了他的產品。學生拿來了刊登這一新聞的報紙，向老師求證。

首先，筆者和學生一起分析出現“污垢”的原因：正常電解水時是不會產生“污垢”的，應該是電極材料造成的，根據現象猜測是鐵作為陽極導致的結果。隨后，筆者和學生在實驗室里驗證，用鐵作陽極電解自來水和純凈水，自來水中很快出現了所謂“污垢”，而純凈水中沒有。電解池陽極的選擇一直是教學中的難點，學生難以理解為什么電解池的陰極可以是任意一種導體，而陽極必須是惰性材料。這次實驗科學、形象地解答了這一問題。

自來水和純凈水電解時會產生如此大的差異，這是學生沒想到的。這時老師讓同學們在純凈水中加入少量的電解質（如硫酸、氫氧化鈉或食鹽），再用鐵作陽極電解也出現了污垢。證明騙子只是利用了自來水中含有礦物質而純凈水沒有，他的水凈化器并不是什么萬能神器，只是吸附了水中的一些離子。其實，天然水中所含的無機鹽是我們身體所必需的。如礦泉水正是因為含有對人體有利的礦物質而受到青睞。同學們還采用了數字化實驗手段——測溶液電導率的方法來檢測這些看不見、摸不著的離子。外表看上去毫無差異的水，純凈水的電導率是個位數，自來水的電導率為百位數（見圖3），礦泉水的電導率隨品牌不同而有差異，運動飲料要補充人體出汗時損失的電解質，因此電導率更高。通過這些形象直觀的數據，同學們了解到我們每天打交道的水原來還蘊含著如此豐富的知識，真實感受到化學世界魅力無窮。

2.2 增進學生對科學過程和方法的了解，培養探究和創新能力

酸堿中和反應由于其現象不易察覺，我們一般用酸堿指示劑來明確其反應過程及反應終點。酸堿指示劑通常是比被中和的酸（堿）更弱的酸（堿），當中和反應結束時，多余的堿（酸）跟指示劑反應而變色。根據這一原理，讓學生為氧化還原反應和沉淀反應選擇適合的指示劑，在選擇指示劑的實踐過程中，需要運用氧化（還原）劑的相對強弱以及溶度積的數據等知識原理來選擇實驗藥品、設計實驗方案。例如：如何用實驗現象說明碳酸鹽與酸的確是發生了兩步反應？在碳酸鈉溶液中慢慢滴加鹽酸，分別用酚酞、甲基橙兩種不同的酸堿指示劑來指示兩步反應的終點……在確定實驗方案、實施實驗時，在試圖將反應過程用實驗現象表征出來的過程中，需要學生將隱性的知識、能力展現出來，思維的發散性、深刻性等品質得到了錘煉。

2.3 促進學生的知識運用

化學實驗不僅是化學理論賴以產生的基礎，更是化學理論運用于生產實踐的橋梁和中介。學以致用是提高學習能力的最好途徑，是學生掌握知識的關鍵。在應用過程中，將學生感興趣的知識用實驗的方法加以強化，既可鞏固知識，又可提升能力。在教學中，要讓學生認識到化學實驗是學習化學知識、解決生產和生活中的實際問題的重要途徑和方法，初步形成運用化學實驗解決問題的意識和能力。

再如，城市建設日新月異，化學知識在其中能起到什么作用呢？一篇新聞報道引發了學生的探究熱情。從某隧道工程質量報道引發“水泥強度與工程質量”的探究，通過與有關高校聯系合作，學生順利地完成了有關工程質量檢測的實驗，獲取了從知識到技術的直接體驗。

實驗是化學教學的永恒活力和主題之一，適應中學生的認知特點，多維度地開發教學實驗，能吸引他們主動地、生動活潑地學習化學、學好化學，為他們形成化學知識技能提供直觀、生動、具體的感性材料和例證，幫助他們克服認知困難和提高認知質量，促使學生在實驗中學習和掌握科學研究的基本方法，加深學生對科學本質的理解，增強創新精神和實踐能力，從而全面提升科學素養。

參考文獻：

[1]丁宗慶，畢秀成.碘在有機溶劑中的顏色[J].勛陽高等師范專科學校學報，2001，（12）：66～68.

[2]宋心琦.再談中學化學實驗教學改革[J].化學教學，2013，（3）：3～7.

[3]蘇瓦茲著，賀賢超譯.瓶子里的精靈[M].北京：電子工業出版社，2011：205～206.

[4]吳俊明.關于化學實驗教學現代化的幾個問題（上）[J].化學教學，2013，（10）：3～9.

[5]吳俊明.中學化學實驗研究導論[M].南京：江蘇教育出版社，1997：10～17.

[6]嚴宣申.化學原理選講[M].北京：北京大學出版社，2012：35～36.

[7]鄧育紅.水泥強度與工程質量——由一則新聞引發的科學探究案例[J].中學化學教學參考，2006，（3）：29～30.

首先，筆者和學生一起分析出現“污垢”的原因：正常電解水時是不會產生“污垢”的，應該是電極材料造成的，根據現象猜測是鐵作為陽極導致的結果。隨后，筆者和學生在實驗室里驗證，用鐵作陽極電解自來水和純凈水，自來水中很快出現了所謂“污垢”，而純凈水中沒有。電解池陽極的選擇一直是教學中的難點，學生難以理解為什么電解池的陰極可以是任意一種導體，而陽極必須是惰性材料。這次實驗科學、形象地解答了這一問題。

自來水和純凈水電解時會產生如此大的差異，這是學生沒想到的。這時老師讓同學們在純凈水中加入少量的電解質（如硫酸、氫氧化鈉或食鹽），再用鐵作陽極電解也出現了污垢。證明騙子只是利用了自來水中含有礦物質而純凈水沒有，他的水凈化器并不是什么萬能神器，只是吸附了水中的一些離子。其實，天然水中所含的無機鹽是我們身體所必需的。如礦泉水正是因為含有對人體有利的礦物質而受到青睞。同學們還采用了數字化實驗手段——測溶液電導率的方法來檢測這些看不見、摸不著的離子。外表看上去毫無差異的水，純凈水的電導率是個位數，自來水的電導率為百位數（見圖3），礦泉水的電導率隨品牌不同而有差異，運動飲料要補充人體出汗時損失的電解質，因此電導率更高。通過這些形象直觀的數據，同學們了解到我們每天打交道的水原來還蘊含著如此豐富的知識，真實感受到化學世界魅力無窮。

2.2 增進學生對科學過程和方法的了解，培養探究和創新能力

酸堿中和反應由于其現象不易察覺，我們一般用酸堿指示劑來明確其反應過程及反應終點。酸堿指示劑通常是比被中和的酸（堿）更弱的酸（堿），當中和反應結束時，多余的堿（酸）跟指示劑反應而變色。根據這一原理，讓學生為氧化還原反應和沉淀反應選擇適合的指示劑，在選擇指示劑的實踐過程中，需要運用氧化（還原）劑的相對強弱以及溶度積的數據等知識原理來選擇實驗藥品、設計實驗方案。例如：如何用實驗現象說明碳酸鹽與酸的確是發生了兩步反應？在碳酸鈉溶液中慢慢滴加鹽酸，分別用酚酞、甲基橙兩種不同的酸堿指示劑來指示兩步反應的終點……在確定實驗方案、實施實驗時，在試圖將反應過程用實驗現象表征出來的過程中，需要學生將隱性的知識、能力展現出來，思維的發散性、深刻性等品質得到了錘煉。

2.3 促進學生的知識運用

化學實驗不僅是化學理論賴以產生的基礎，更是化學理論運用于生產實踐的橋梁和中介。學以致用是提高學習能力的最好途徑，是學生掌握知識的關鍵。在應用過程中，將學生感興趣的知識用實驗的方法加以強化，既可鞏固知識，又可提升能力。在教學中，要讓學生認識到化學實驗是學習化學知識、解決生產和生活中的實際問題的重要途徑和方法，初步形成運用化學實驗解決問題的意識和能力。

再如，城市建設日新月異，化學知識在其中能起到什么作用呢？一篇新聞報道引發了學生的探究熱情。從某隧道工程質量報道引發“水泥強度與工程質量”的探究，通過與有關高校聯系合作，學生順利地完成了有關工程質量檢測的實驗，獲取了從知識到技術的直接體驗。

實驗是化學教學的永恒活力和主題之一，適應中學生的認知特點，多維度地開發教學實驗，能吸引他們主動地、生動活潑地學習化學、學好化學，為他們形成化學知識技能提供直觀、生動、具體的感性材料和例證，幫助他們克服認知困難和提高認知質量，促使學生在實驗中學習和掌握科學研究的基本方法，加深學生對科學本質的理解，增強創新精神和實踐能力，從而全面提升科學素養。

參考文獻：

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[2]宋心琦.再談中學化學實驗教學改革[J].化學教學，2013，（3）：3～7.

[3]蘇瓦茲著，賀賢超譯.瓶子里的精靈[M].北京：電子工業出版社，2011：205～206.

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[5]吳俊明.中學化學實驗研究導論[M].南京：江蘇教育出版社，1997：10～17.

[6]嚴宣申.化學原理選講[M].北京：北京大學出版社，2012：35～36.

[7]鄧育紅.水泥強度與工程質量——由一則新聞引發的科學探究案例[J].中學化學教學參考，2006，（3）：29～30.

首先，筆者和學生一起分析出現“污垢”的原因：正常電解水時是不會產生“污垢”的，應該是電極材料造成的，根據現象猜測是鐵作為陽極導致的結果。隨后，筆者和學生在實驗室里驗證，用鐵作陽極電解自來水和純凈水，自來水中很快出現了所謂“污垢”，而純凈水中沒有。電解池陽極的選擇一直是教學中的難點，學生難以理解為什么電解池的陰極可以是任意一種導體，而陽極必須是惰性材料。這次實驗科學、形象地解答了這一問題。

自來水和純凈水電解時會產生如此大的差異，這是學生沒想到的。這時老師讓同學們在純凈水中加入少量的電解質（如硫酸、氫氧化鈉或食鹽），再用鐵作陽極電解也出現了污垢。證明騙子只是利用了自來水中含有礦物質而純凈水沒有，他的水凈化器并不是什么萬能神器，只是吸附了水中的一些離子。其實，天然水中所含的無機鹽是我們身體所必需的。如礦泉水正是因為含有對人體有利的礦物質而受到青睞。同學們還采用了數字化實驗手段——測溶液電導率的方法來檢測這些看不見、摸不著的離子。外表看上去毫無差異的水，純凈水的電導率是個位數，自來水的電導率為百位數（見圖3），礦泉水的電導率隨品牌不同而有差異，運動飲料要補充人體出汗時損失的電解質，因此電導率更高。通過這些形象直觀的數據，同學們了解到我們每天打交道的水原來還蘊含著如此豐富的知識，真實感受到化學世界魅力無窮。

2.2 增進學生對科學過程和方法的了解，培養探究和創新能力

酸堿中和反應由于其現象不易察覺，我們一般用酸堿指示劑來明確其反應過程及反應終點。酸堿指示劑通常是比被中和的酸（堿）更弱的酸（堿），當中和反應結束時，多余的堿（酸）跟指示劑反應而變色。根據這一原理，讓學生為氧化還原反應和沉淀反應選擇適合的指示劑，在選擇指示劑的實踐過程中，需要運用氧化（還原）劑的相對強弱以及溶度積的數據等知識原理來選擇實驗藥品、設計實驗方案。例如：如何用實驗現象說明碳酸鹽與酸的確是發生了兩步反應？在碳酸鈉溶液中慢慢滴加鹽酸，分別用酚酞、甲基橙兩種不同的酸堿指示劑來指示兩步反應的終點……在確定實驗方案、實施實驗時，在試圖將反應過程用實驗現象表征出來的過程中，需要學生將隱性的知識、能力展現出來，思維的發散性、深刻性等品質得到了錘煉。

2.3 促進學生的知識運用

化學實驗不僅是化學理論賴以產生的基礎，更是化學理論運用于生產實踐的橋梁和中介。學以致用是提高學習能力的最好途徑，是學生掌握知識的關鍵。在應用過程中，將學生感興趣的知識用實驗的方法加以強化，既可鞏固知識，又可提升能力。在教學中，要讓學生認識到化學實驗是學習化學知識、解決生產和生活中的實際問題的重要途徑和方法，初步形成運用化學實驗解決問題的意識和能力。

再如，城市建設日新月異，化學知識在其中能起到什么作用呢？一篇新聞報道引發了學生的探究熱情。從某隧道工程質量報道引發“水泥強度與工程質量”的探究，通過與有關高校聯系合作，學生順利地完成了有關工程質量檢測的實驗，獲取了從知識到技術的直接體驗。

實驗是化學教學的永恒活力和主題之一，適應中學生的認知特點，多維度地開發教學實驗，能吸引他們主動地、生動活潑地學習化學、學好化學，為他們形成化學知識技能提供直觀、生動、具體的感性材料和例證，幫助他們克服認知困難和提高認知質量，促使學生在實驗中學習和掌握科學研究的基本方法，加深學生對科學本質的理解，增強創新精神和實踐能力，從而全面提升科學素養。

參考文獻：

[1]丁宗慶，畢秀成.碘在有機溶劑中的顏色[J].勛陽高等師范專科學校學報，2001，（12）：66～68.

[2]宋心琦.再談中學化學實驗教學改革[J].化學教學，2013，（3）：3～7.

[3]蘇瓦茲著，賀賢超譯.瓶子里的精靈[M].北京：電子工業出版社，2011：205～206.

[4]吳俊明.關于化學實驗教學現代化的幾個問題（上）[J].化學教學，2013，（10）：3～9.

[5]吳俊明.中學化學實驗研究導論[M].南京：江蘇教育出版社，1997：10～17.

[6]嚴宣申.化學原理選講[M].北京：北京大學出版社，2012：35～36.

[7]鄧育紅.水泥強度與工程質量——由一則新聞引發的科學探究案例[J].中學化學教學參考，2006，（3）：29～30.