優化實驗教學設計 提升實驗教學效益

張彩玲

摘要：實驗有助于學生深入認識和體驗化學。實驗教學設計可從三個方面進行優化：搭建問題支架幫助學生理解實驗原理，在實驗藥品上“做手腳”變驗證為發現探究，將實驗與認知相結合進行主題復習。

關鍵詞：實驗教學設計；問題支架；探究；主題復習

文章編號：1008-0546（2014）06-0086-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.06.034

化學是以實驗為基礎的科學。化學實驗不僅是有利于培養學生動手和培養科學習慣的一種教學手段，更是一種有助于深入認識和體驗化學的最為生動、也最能適應學生個性發展的教學方式[1]。通過實驗，很多化學名詞和符號就不再是枯燥無味的所謂“知識”，而是有助于思維和探索的工具。鑒于化學實驗的重要意義，我們在化學實驗教學中應優化設計，從而提升實驗教學的效益。

一、搭建問題支架，幫助學生理解實驗原理

建構主義認為[2]，學習是學習者運用自己的已有經驗去主動而積極地建構對自己富有意義的內部心理表征的過程。學習過程不是知識由教師向學生傳遞的過程，而是學生主動建構自己知識的過程，學習者不是被動的信息吸收者，相反，他要主動建構信息的意義。建構主義提出的支架式教學，首先將學生引入一定的問題情境，教師幫助學生確立目標，提供問題解決的原形，通過一套恰當的概念框架幫助學習者理解特定的知識、建構知識的意義。

例如“測定空氣組成”，這個著名的化學實驗所包含的化學教育內容十分豐富，充分體現化學學科特點，其中值得著重提到的有化學的選擇，最佳選擇應當是找到一種只和氧氣起反應的化學物質，而且反應產物容易分離[3]。該實驗在人教版教材中位于第二單元課題1，對于剛接觸化學才兩個星期左右的初三學生，如何幫助他們理解磷體系的選擇、理解測定空氣里氧氣含量的原理，以便更好地挖掘該實驗豐富的化學教育內容？面對缺乏基本化學概念、幾乎是一張白紙的學生，可以從學生熟悉的生活入手，在生活中找到問題解決的原形，利用學生熟悉的生活原形搭建解決問題的支架。以下為師生間在問題支架式教學過程中得的對話：

[師]一袋米中混有較多沙粒，如何測得其中米的體積含量？

[生]找個雞之類的動物把米吃掉，測米被吃掉前后袋子內物質的體積，從而求得米的體積含量。

[師]對這個吃米的動物有何要求？

[生]要能把其中的米吃干凈，但不能把沙子也吃掉，也不能“吐出”東西到袋子中。

[師]為什么？

[生]如果米吃不完，會導致測得的米的含量偏小；如果把沙子也吃了，會導致測得結果偏大；如果“吐出”東西到袋子中，會導致測得結果偏小。

[師]如果“吐出”氣體到袋子中呢？

[生]米和沙子都是固體，前后測的都是固體體積，“吐出”氣體對結果幾乎沒有影響。

此時，學生在教師的問題引導下，借助熟悉的生活原形已逐步登上解決問題的臺階，接下來教師拆掉這個“腳手架”，回歸化學問題。

[師]如果要測得集氣瓶內空氣中氧氣的含量，怎么辦？

[生]找一種物質把氧氣反應掉，測氧氣被消耗前后氣體體積的變化。

[師]對這種物質有何要求？

[生]要能把其中氧氣消耗盡，但不能與空氣中其它氣體反應，也不能產生新的氣體。

[師]如果所用物質與氧氣反應時產生液體或固體呢？

[生]對氣體體積測定的影響非常小，可以忽略。

[師]很多物質可以和氧氣反應，如蠟燭、木炭、鎂條、磷、汞等。已知蠟燭、木炭等與氧氣反應有氣體生成，鎂條在空氣中燃燒時不僅跟氧氣反應也和氮氣、二氧化碳等反應，磷、汞只跟空氣中氧氣反應且生成物為固體。這些物質中可用于測定空氣中氧氣含量的有哪些？

[生]符合要求“能把其中氧氣消耗盡，不與空氣中其它氣體反應，也不產生新的氣體”的只有磷、汞。

[師]測定時對所用物質的多少有沒有要求？

[生]為確保氧氣被消耗完全，用于和氧氣反應的物質應該足量。

[師]像石蠟、木炭這樣與氧氣反應有氣體生成的物質，是否一定不能利用？

[生]……也不一定，如果能把生成的氣體再想辦法吸收掉的話也可以。

通過上述支架式問題的引導，學生運用自己的已有經驗去主動而積極地建構對自己富有意義的學習，才能真正理解拉瓦錫測定空氣成分時為什么選擇汞體系以及我們測定時選擇磷體系的原因。盧梭曾說過“教育的問題不在于告訴他一個真理，而在于教他怎樣去發現真理。”

二、在實驗藥品上“做手腳”，變驗證為發現探究

“出乎意料的現象、不同于預期的結果、不同實驗組所觀察到的實驗現象或所獲得的實驗結果之間的差異，都能對實驗者進行適時反省、思考和采取新的探究路線等產生促進作用。”[3]假如實驗目的僅僅著重于對某個規律或原理的驗證，而實際上學生并不認為真有驗證的必要，因為他們相信書上的結論。有的學生還沒動手實驗就已經把實驗冊上的現象和結論填寫好。雖然教師一再強調要根據實驗現象實事求是填寫實驗報告，但學生卻置若罔聞，更害怕自己填寫了與課本、與他人不同的“錯誤”現象。這樣，實驗做不做都無所謂，除了熟悉操作，似乎再無價值可言。在日常實驗教學中，這種現象可謂司空見慣，那怎樣改變這種現狀、真正發揮實驗的功能呢？一個做不做都無所謂的實驗，當然不能引發學生的求知欲和興趣。那怎樣把學生認為做不做都無所謂的驗證性實驗變為感興趣的探究呢？在適當的時候、在合適的實驗中，我們可以在實驗藥品上做點手腳，“逼迫”學生在出現異常現象時去主動探究。

例如，九年級化學人教版教材實驗活動6“酸、堿的化學性質”實驗步驟5：向兩支試管中各加入相同量的氫氧化鈣粉末，然后各加入1mL水，振蕩；再各滴入1～2滴酚酞溶液，觀察現象。繼續向其中一支試管中加入約1mL水，振蕩；向另一支試管中加入約1mL稀鹽酸，振蕩；比較兩試管中的現象。endprint

這是一個驗證氫氧化鈣性質的實驗，在動手實驗之前學生就已經知道所謂的正確現象“加水部分溶解，向混合液中滴加酚酞時酚酞變紅，再加稀鹽酸，固體完全溶解，溶液紅色逐漸褪去”，因此很難調動學生的求知欲和興趣。如果我們把這個驗證性實驗改為探究性實驗，教學效果將截然不同。教師準備實驗時在氫氧化鈣粉末上做個手腳，即把氫氧化鈣粉末換成部分變質的或完全變質的樣品，不同實驗組的藥品不盡相同：有的組是沒有變質的氫氧化鈣、有的組是完全變質的氫氧化鈣樣品、有的組是部分變質的氫氧化鈣樣品。實驗前告知學生所用氫氧化鈣樣品可能變質但不確定，說明不同組實驗現象可能會有差異。學生積極性被調動起來，迫切想通過實驗知道所用樣品究竟是否變質。實驗時，不同實驗組之間出現了三種不同的現象：①向樣品和水的混合液中加入酚酞時變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失、溶液紅色褪去；②向樣品和水的混合液中加入酚酞時不變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失有氣泡產生；③向樣品和水的混合液中加入酚酞時變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失有氣泡產生、溶液紅色褪去。學生通過對不同現象的分析來確定藥品的成分，把原來氫氧化鈣性質驗證性實驗變成對樣品的探究實驗。不再是做不做都知道現象的驗證性實驗，因此不能照搬書上的結論；不同實驗組藥品可能不同，因此不能人云亦云。無疑，這樣的實驗教學設計更利于培養學生勤于思考、嚴謹求實的科學品質。

如果只會“照方抓藥”，即使操作很規范、實驗過程很順利，也不是高質量的科學實驗活動。而通過在實驗藥品上“做點手腳”，可避免學生只會按照實驗冊規定的方法和步驟去完成實驗。這樣，才能真正實現中學化學實驗的教育內涵“學做人，學做事，學做科學實驗，學會思考”。當然，在實際操作時應注意合理分組，對不同能力的學生給予層次不同的問題。比如，上述案例中沒有變質、完全變質、部分變質的三種樣品，應由低到高分配給三個不同層次的學生。

三、將實驗與認知相結合進行主題復習設計

POE（預測、觀察和解釋）教學模式的開發者White和Gunstone提出，當將實驗過程與認知學習的經驗相結合，可以使得實驗過程與認知過程相融合，而不是純粹聯系實驗用品、步驟或注意事項等，可以更好地促進學生科學學習[4]。復習課能夠很好地實現將實驗過程與認知過程相融合，下面以主題復習《廢液成分探究》為例說明。

此時學生已經完成新課的學習進入初中化學的最后學習階段，經過近一年的化學學習，具備了一定科學探究能力；掌握了一些基本實驗技能：能較熟練地進行藥品取用，會用酸堿指示劑檢驗溶液酸堿性，會進行過濾操作；具備了一定的知識基礎：對酸、堿的化學性質較為熟悉，知道酸、堿、鹽在水溶液中會解離成離子，了解常見離子之間的反應，知道CO32-的檢驗方法。不過，學生雖然具備了一定的知識基礎，但面對陌生的問題情景，卻往往不知所措，在新問題情景下解決化學問題的能力有待提高，對科學探究的理解也有待進一步提升。

活動一通過向充滿CO2的塑料瓶中倒入過量氫氧化鈉溶液并擰緊瓶蓋振蕩，創設問題情境，使問題處于學生思維的最近發展區，提高學生興趣，激發學生的思維，引導學生初步學習分析反應后溶液成分的方法，知道一定有可溶性的生成物，可能有過量的可溶性反應物。

活動二利用學生較為熟悉的情景“實驗室制CO2”，選擇符合學生認知特征的、同時又具有一定開放性的問題：實驗室制CO2廢液過濾后所得濾液中可能含哪些溶質？通過改變問題的呈現方式，利用探究活動，調動學生復習“酸的化學性質”的積極性，提高復習質量和效率。以實驗為載體，引導學生理解實驗原理、訓練基本實驗技能、學會表述實驗結論，進一步培養學生實驗觀。通過活動初步學習分析探究廢液中溶質的方法，在活動中抓好知識和技能的落實，同時，強化學生的環境保護意識。

活動三創設真實而有意義的問題情景“把活動一、二中的兩種廢液混合”，探究兩種廢液混合后可能存在的陰離子，同時充分發揮實驗的教育功能，引導學生逐步樹立珍惜資源、愛護環境的可持續發展觀念。以活動為載體，引導學生體驗探究過程。

教師，作為學生學習引導者和驅動者，要立足于學生已有的認知水平，合理組織教材內容，精心設計實驗教學。理想的實驗教學，不僅要有助于激發學生學習化學的興趣，創設生動活潑的教學情景，更要幫助學生理解化學知識，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養學生的科學態度和價值觀。我們應盡可能優化實驗教學設計，充分挖掘實驗的教育潛力。

參考文獻

[1] 宋心琦. 化學實驗教學改革建議之一 [J]. 化學教學，2012，（4）

[2] 汪鳳炎. 教育心理學新編 [M]. 廣州：冀南大學出版社，2006

[3] 宋心琦. 再談中學化學實驗教學改革 [J]. 化學教學，2013，（3）：5

[4] 孫丹兒. 中學化學實驗研究視角的分析及其啟示 [J]. 化學教學，2013，（7）：9endprint

這是一個驗證氫氧化鈣性質的實驗，在動手實驗之前學生就已經知道所謂的正確現象“加水部分溶解，向混合液中滴加酚酞時酚酞變紅，再加稀鹽酸，固體完全溶解，溶液紅色逐漸褪去”，因此很難調動學生的求知欲和興趣。如果我們把這個驗證性實驗改為探究性實驗，教學效果將截然不同。教師準備實驗時在氫氧化鈣粉末上做個手腳，即把氫氧化鈣粉末換成部分變質的或完全變質的樣品，不同實驗組的藥品不盡相同：有的組是沒有變質的氫氧化鈣、有的組是完全變質的氫氧化鈣樣品、有的組是部分變質的氫氧化鈣樣品。實驗前告知學生所用氫氧化鈣樣品可能變質但不確定，說明不同組實驗現象可能會有差異。學生積極性被調動起來，迫切想通過實驗知道所用樣品究竟是否變質。實驗時，不同實驗組之間出現了三種不同的現象：①向樣品和水的混合液中加入酚酞時變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失、溶液紅色褪去；②向樣品和水的混合液中加入酚酞時不變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失有氣泡產生；③向樣品和水的混合液中加入酚酞時變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失有氣泡產生、溶液紅色褪去。學生通過對不同現象的分析來確定藥品的成分，把原來氫氧化鈣性質驗證性實驗變成對樣品的探究實驗。不再是做不做都知道現象的驗證性實驗，因此不能照搬書上的結論；不同實驗組藥品可能不同，因此不能人云亦云。無疑，這樣的實驗教學設計更利于培養學生勤于思考、嚴謹求實的科學品質。

如果只會“照方抓藥”，即使操作很規范、實驗過程很順利，也不是高質量的科學實驗活動。而通過在實驗藥品上“做點手腳”，可避免學生只會按照實驗冊規定的方法和步驟去完成實驗。這樣，才能真正實現中學化學實驗的教育內涵“學做人，學做事，學做科學實驗，學會思考”。當然，在實際操作時應注意合理分組，對不同能力的學生給予層次不同的問題。比如，上述案例中沒有變質、完全變質、部分變質的三種樣品，應由低到高分配給三個不同層次的學生。

三、將實驗與認知相結合進行主題復習設計

POE（預測、觀察和解釋）教學模式的開發者White和Gunstone提出，當將實驗過程與認知學習的經驗相結合，可以使得實驗過程與認知過程相融合，而不是純粹聯系實驗用品、步驟或注意事項等，可以更好地促進學生科學學習[4]。復習課能夠很好地實現將實驗過程與認知過程相融合，下面以主題復習《廢液成分探究》為例說明。

此時學生已經完成新課的學習進入初中化學的最后學習階段，經過近一年的化學學習，具備了一定科學探究能力；掌握了一些基本實驗技能：能較熟練地進行藥品取用，會用酸堿指示劑檢驗溶液酸堿性，會進行過濾操作；具備了一定的知識基礎：對酸、堿的化學性質較為熟悉，知道酸、堿、鹽在水溶液中會解離成離子，了解常見離子之間的反應，知道CO32-的檢驗方法。不過，學生雖然具備了一定的知識基礎，但面對陌生的問題情景，卻往往不知所措，在新問題情景下解決化學問題的能力有待提高，對科學探究的理解也有待進一步提升。

活動一通過向充滿CO2的塑料瓶中倒入過量氫氧化鈉溶液并擰緊瓶蓋振蕩，創設問題情境，使問題處于學生思維的最近發展區，提高學生興趣，激發學生的思維，引導學生初步學習分析反應后溶液成分的方法，知道一定有可溶性的生成物，可能有過量的可溶性反應物。

活動二利用學生較為熟悉的情景“實驗室制CO2”，選擇符合學生認知特征的、同時又具有一定開放性的問題：實驗室制CO2廢液過濾后所得濾液中可能含哪些溶質？通過改變問題的呈現方式，利用探究活動，調動學生復習“酸的化學性質”的積極性，提高復習質量和效率。以實驗為載體，引導學生理解實驗原理、訓練基本實驗技能、學會表述實驗結論，進一步培養學生實驗觀。通過活動初步學習分析探究廢液中溶質的方法，在活動中抓好知識和技能的落實，同時，強化學生的環境保護意識。

活動三創設真實而有意義的問題情景“把活動一、二中的兩種廢液混合”，探究兩種廢液混合后可能存在的陰離子，同時充分發揮實驗的教育功能，引導學生逐步樹立珍惜資源、愛護環境的可持續發展觀念。以活動為載體，引導學生體驗探究過程。

教師，作為學生學習引導者和驅動者，要立足于學生已有的認知水平，合理組織教材內容，精心設計實驗教學。理想的實驗教學，不僅要有助于激發學生學習化學的興趣，創設生動活潑的教學情景，更要幫助學生理解化學知識，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養學生的科學態度和價值觀。我們應盡可能優化實驗教學設計，充分挖掘實驗的教育潛力。

參考文獻

[1] 宋心琦. 化學實驗教學改革建議之一 [J]. 化學教學，2012，（4）

[2] 汪鳳炎. 教育心理學新編 [M]. 廣州：冀南大學出版社，2006

[3] 宋心琦. 再談中學化學實驗教學改革 [J]. 化學教學，2013，（3）：5

[4] 孫丹兒. 中學化學實驗研究視角的分析及其啟示 [J]. 化學教學，2013，（7）：9endprint

這是一個驗證氫氧化鈣性質的實驗，在動手實驗之前學生就已經知道所謂的正確現象“加水部分溶解，向混合液中滴加酚酞時酚酞變紅，再加稀鹽酸，固體完全溶解，溶液紅色逐漸褪去”，因此很難調動學生的求知欲和興趣。如果我們把這個驗證性實驗改為探究性實驗，教學效果將截然不同。教師準備實驗時在氫氧化鈣粉末上做個手腳，即把氫氧化鈣粉末換成部分變質的或完全變質的樣品，不同實驗組的藥品不盡相同：有的組是沒有變質的氫氧化鈣、有的組是完全變質的氫氧化鈣樣品、有的組是部分變質的氫氧化鈣樣品。實驗前告知學生所用氫氧化鈣樣品可能變質但不確定，說明不同組實驗現象可能會有差異。學生積極性被調動起來，迫切想通過實驗知道所用樣品究竟是否變質。實驗時，不同實驗組之間出現了三種不同的現象：①向樣品和水的混合液中加入酚酞時變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失、溶液紅色褪去；②向樣品和水的混合液中加入酚酞時不變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失有氣泡產生；③向樣品和水的混合液中加入酚酞時變紅，再加鹽酸時試管底部固體消失有氣泡產生、溶液紅色褪去。學生通過對不同現象的分析來確定藥品的成分，把原來氫氧化鈣性質驗證性實驗變成對樣品的探究實驗。不再是做不做都知道現象的驗證性實驗，因此不能照搬書上的結論；不同實驗組藥品可能不同，因此不能人云亦云。無疑，這樣的實驗教學設計更利于培養學生勤于思考、嚴謹求實的科學品質。

如果只會“照方抓藥”，即使操作很規范、實驗過程很順利，也不是高質量的科學實驗活動。而通過在實驗藥品上“做點手腳”，可避免學生只會按照實驗冊規定的方法和步驟去完成實驗。這樣，才能真正實現中學化學實驗的教育內涵“學做人，學做事，學做科學實驗，學會思考”。當然，在實際操作時應注意合理分組，對不同能力的學生給予層次不同的問題。比如，上述案例中沒有變質、完全變質、部分變質的三種樣品，應由低到高分配給三個不同層次的學生。

三、將實驗與認知相結合進行主題復習設計

POE（預測、觀察和解釋）教學模式的開發者White和Gunstone提出，當將實驗過程與認知學習的經驗相結合，可以使得實驗過程與認知過程相融合，而不是純粹聯系實驗用品、步驟或注意事項等，可以更好地促進學生科學學習[4]。復習課能夠很好地實現將實驗過程與認知過程相融合，下面以主題復習《廢液成分探究》為例說明。

此時學生已經完成新課的學習進入初中化學的最后學習階段，經過近一年的化學學習，具備了一定科學探究能力；掌握了一些基本實驗技能：能較熟練地進行藥品取用，會用酸堿指示劑檢驗溶液酸堿性，會進行過濾操作；具備了一定的知識基礎：對酸、堿的化學性質較為熟悉，知道酸、堿、鹽在水溶液中會解離成離子，了解常見離子之間的反應，知道CO32-的檢驗方法。不過，學生雖然具備了一定的知識基礎，但面對陌生的問題情景，卻往往不知所措，在新問題情景下解決化學問題的能力有待提高，對科學探究的理解也有待進一步提升。

活動一通過向充滿CO2的塑料瓶中倒入過量氫氧化鈉溶液并擰緊瓶蓋振蕩，創設問題情境，使問題處于學生思維的最近發展區，提高學生興趣，激發學生的思維，引導學生初步學習分析反應后溶液成分的方法，知道一定有可溶性的生成物，可能有過量的可溶性反應物。

活動二利用學生較為熟悉的情景“實驗室制CO2”，選擇符合學生認知特征的、同時又具有一定開放性的問題：實驗室制CO2廢液過濾后所得濾液中可能含哪些溶質？通過改變問題的呈現方式，利用探究活動，調動學生復習“酸的化學性質”的積極性，提高復習質量和效率。以實驗為載體，引導學生理解實驗原理、訓練基本實驗技能、學會表述實驗結論，進一步培養學生實驗觀。通過活動初步學習分析探究廢液中溶質的方法，在活動中抓好知識和技能的落實，同時，強化學生的環境保護意識。

活動三創設真實而有意義的問題情景“把活動一、二中的兩種廢液混合”，探究兩種廢液混合后可能存在的陰離子，同時充分發揮實驗的教育功能，引導學生逐步樹立珍惜資源、愛護環境的可持續發展觀念。以活動為載體，引導學生體驗探究過程。

教師，作為學生學習引導者和驅動者，要立足于學生已有的認知水平，合理組織教材內容，精心設計實驗教學。理想的實驗教學，不僅要有助于激發學生學習化學的興趣，創設生動活潑的教學情景，更要幫助學生理解化學知識，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養學生的科學態度和價值觀。我們應盡可能優化實驗教學設計，充分挖掘實驗的教育潛力。

參考文獻

[1] 宋心琦. 化學實驗教學改革建議之一 [J]. 化學教學，2012，（4）

[2] 汪鳳炎. 教育心理學新編 [M]. 廣州：冀南大學出版社，2006

[3] 宋心琦. 再談中學化學實驗教學改革 [J]. 化學教學，2013，（3）：5

[4] 孫丹兒. 中學化學實驗研究視角的分析及其啟示 [J]. 化學教學，2013，（7）：9endprint