新课程天地新化学课程实验教学的新理念与新要求.pdf

新课程天地新化学课程实验教学的新理念与新要求彭蜀晋李霞(四川师范大学化学与材料科学学院成都610066)摘要本文探讨了新化学课程的实验教学新理念及实验教学中培养学生科学素养和科学探究能力的实施要求等问题。关键词新化学课程实验教学科学素养探究学习新世纪之初,体现我国基础教育改革新理念的初、高中化学课程已在全国范围内试用。与以往的大纲相比新化学课程标准更为重视培养学生的科学素养,突出科学探究在实验教学中的作用,期望通过实验学习化学、加深对化学的理解。这与过去那种仅重实验的证实价值而缺乏实验的探究价值的教学相比,是一个重要的转变。因而也需要我们对这一新变化带来的实验教学新理念和新要求做出新的认识和理解。1新化学课程的实验教学新理念1.1培养科学实验素养,使学生理解实验的科学价值科学实验是科学研究的重要方式,也是探索和鉴别科学研究成果的重要途径。在科学活动和科学探究的过程中,实验发挥着预测现象、验证事实、检证科学假说、复现理论学说和解释科学结论的功能。实验方法更是发现科学问题、搜集相关事实材料和测控实验过程的重要手段,通过科学的实验可以完成科学探究,获取科学事实、证据和检验科学结论。因而科学实验的本质是探究、是认识“客观事实”和检验科学合理性的科学实践活动。所以,通过实验这一特殊的实践活动促进学生理解化学实验的科学价值、培养和提高他们的科学实验素养,尤其是理解科学实验的作用、学习实验的方法和技能、经历实验探究的过程,逐步提高运用实验知识、技能和方法解决面临的实际问题,养成科学的态度和探究精神是新课程化学实验教学观念革新的重要出发点,也是实验教学的新要求。1.2培养学生掌握化学实验的方法和实验探究的技能新化学课程的一个重要变化,就是把化学实验作为学习科学方法和掌握科学探究技能的重要途径。所谓科学方法是人们在认识和改革客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方法和行为方式1。在化学实验过程中经常要运用到的科学方法有:收集、选择、整理信息资料；分析、设计研究方案,进行实验操作；观察、测量、记录、处理实验数据；分析、表达实验结果；对结果进行评价和判断等方法。例如,化学中的判别微粒形态的离子检出法、分离物质的提纯方法、探究元素组成与结构关系的物质结构测定法等。在科学实验中这些方法对于分析、鉴别事物的组成关系、整体与部分的关系,以及定性与定量的关系起着直接的作用；同时也对培养学生运用实验分析解决实际问题的能力有着重要的价值。技能,是指那些通过练习而巩固下来的,转变为自动化、完美化了的动作系统2。新化学课程涉及的、在中学阶段需要学生学习的实验探究技能主要包括以下4类:(1)收集和处理信息的技能。主要有提出问题,探究并明确问题所在,查阅并收集资料、分析研究资料；(2)实验探究过程技能。主要有建立假设、制定实验计划、设计实验过程等；(3)实验操作的技能。主要包括,使用仪器、制作和安装装置、优化调控实验条件、观察测量、记录数据；(4)表达和交流的技能。主要有提问、讨论、解释数据、制作图表、下定义,以及描述、交流、推测等。新课程还特别强调进一步发展学生写实验报告和做记录的技能,使他们能够清楚地表达自己的想法,能独立地或在小组内协同工作,通过选择和使用参考资料、从一些信息源中收集、组织并内化信息资料以发展成为科学探究的能力。因而新课程特别要求要把实验融入化学教学的过程之中,通过实验学化学,在实验(或实践)的过程中认识和理解化学。1.3培养科学实验的能力,使学生体验和理解科学实验的过程实验能力是构成科学素养的重要基础。因而新81化学教育2005年第11期化学课程要求重视在实验教学中加强科学方法和实验技能的学习,通过解决实际问题来体验科学实验的过程、理解实验探究的作用和培养学生的科学实验探究能力3。培养科学实验探究的能力需要以培养学生的思维能力为基础。但就科学实验素养的形成特征来看,实验能力更多地要表现在实践性上,所以与实验科学素养密切相关的化学实验能力培养还需要与实验过程紧密联系起来,并体现出综合性。就此而言,在实验教学中需要重视提出实验问题、进行实验设计、实施实验方案、处理实验数据、形成实验结论等具体能力的培养,让学生了解科学实验常用的方法,掌握基本的实验技能,为形成初步的实验探究能力奠定必要的基础。1.4培养学生形成良好的科学实验态度、思维习惯等科学的品质通过科学实验活动培养学生的科学态度和思维习惯是新化学课程的重点之一。它反映了现代科学教育融知识、技能、能力教育与科学情感、科学意志、品格教育为一体的特征。由于科学品质的非智力因素特点,所以它对科学态度、科学精神和个体的科学品格要求甚高。就科学实验活动的教育因素来看,更强调客观、求实、精确与严谨。即要求观察的客观性,要求观察、测定和控制实验的精确性,要求数据记录、解释实验结论的严谨与严密性,且要有探究的精神、创新的精神与不怕挫折、持之以恒的意志品质。只有高度重视这些情感及意志素质的培养,才能够使学生在实验活动中形成正确地看待科学实验的价值,深刻理解科学知识的价值的优良品质。2新化学课程实验教学内容的新特点基于新课程的上述新理念,实验教学在内容上呈现出如下特点:2.1体现探究性、现实性、社会性、趣味性这就是说实验内容不再拘泥于对具体事实和概念的陈述和解释,而是注重过程和方法,以真实情境中的问题引发学生的认知冲突,给学生主动参与的机会。内容的选择紧随时代的发展,选取更接近于学生所熟悉的生活实际,并能更好的激发学生学习兴趣,让学生通过各种各样的探究性活动,把提出假设、设计实验方案、进行实验操作、观察记录实验现象、处理实验结果、讨论等融入科学探究的过程之中,并在这一过程中学会搜集、加工和处理信息的科学方法。如新化学课程就编入了像市售食盐中是否含有碘元素的探究实验设计,硅及其化合物在信息技术、材料科学等领域的应用等3,都体现综合探究特点的新实验。2.2实验内容的设置与实施形式发生了变化新化学课程的实验内容不再简单地为训练某一技能、验证某个知识而设置,而是始终将化学实验与认识科学的价值紧密联系起来。从实施形式看,不单独编排学生实验,淡化了学生实验和教师演示实验的界限,将学生动手实验的活动和指导融入到学习内容之中,这是实验教学内容的又一大特点。3新化学课程的实验教学新要求新化学课程要求充分发挥化学实验的科学探究功能和验证作用,运用设计性和探究性实验来培养和发展学生运用实证的方法认识问题、理解问题和探究解决问题的能力,因而在实验教学中要做到如下几点:3.1转变教学观念,注重在实验过程中培养学生的科学思维化学实验是进行科学探索的主要方式,从实验现象到某一化学概念、规律的形成是知识的形成和“再发现”的过程。正如美国著名教育家杜威所说,知识绝对不是固定的、永恒不变的,它是作为探究过程的一部分,既作为这个过程的结果,同时又是作为另一个探究过程的起点,它始终有待再考察、再检验、再认识,如同人们始终遇到新的、不明确的、困难的情景一样。化学知识的获得依赖于特定的探究过程与方法,学生的学习重在掌握方法、主动建构知识,此过程的核心成分是思维,能使学生的理智过程和整个精神世界获得实质性的发展与提升。因而在这个过程中教师不仅要重视教给学生如何通过实验现象或结果的分析形成概念或规律,而且要教给学生如何进一步深入理解概念或规律形成的思路和方法。在教学中教师应该尽可能地关注学生对实验过程的探索,碰到问题,及时引导,充分发挥实验的认识论功能,启迪学生的思维,这样才利于学生掌握科学的研究方法。3.2提高专业素养,丰富实验教学功能3.2.1精心置疑,着眼于导思,注重实验教学的启发性在化学实验教学中,教师要精心设计问题,强化实验教学的启发性,在引导学生观察化学现象时,启912005年第11期化学教育发学生思考和建构与有关知识或经验的联系,要求学生尝试用言语表达自己对问题的理解,从而激起学生的问题感,使学生产生探索的欲望。例如,在探究二氧化硫的漂白性时,可构建以下教学环节:(1)提出问题:二氧化硫与二氧化碳是否有相同的性质?当混合气体中既有二氧化硫又有二氧化碳时,如何检验二氧化硫的存在?二氧化硫有无漂白作用?如果有,漂白原理是否与氯气的漂白原理相同?(2)收集信息资料:某些不法商贩,为使所售卖的银耳白净好看,常用硫磺加热熏蒸,加工粉丝时,也常用同样的方法。用桔杆编织的白草帽,日久会变黄。氯气能使润湿的红色布条或鲜花褪色,因为氯气溶于水生成具有强氧化性的次氯酸。(3)猜想与假设:二氧化硫具有漂白作用,其漂白过程是可逆的；二氧化硫的漂白原理与氯气的可能不同。(4)实验设计与探究:分别将二氧化硫和氯气通人到品红试液中,观察到品红试液褪色,将褪色后的溶液加热,观察现象。(5)表达与交流:二氧化硫能使品红试液褪色,说明有漂白作用,但加热后红色复现,说明其漂白作用是可逆的；二氧化硫的漂白过程是跟有色物质化合生成不稳定的无色物质。氯气使品红试液褪色后,加热,不再出现红色。(6)迁移和应用:利用二氧化硫的漂白性可以鉴别二氧化硫和二氧化碳；同时可以鉴别二氧化硫和氯气。运用所学知识解释:氯气通入到紫色石蕊试液中,先变红后褪色,而二氧化硫通人到紫色石蕊试液中只变成浅红色。这样的活动指向是学生自主观察、分析思考、实验探究、交流讨论,不再是教师单纯的表演或展示,因而有利于激励学生深入思考特殊的现象或出奇的结论、实验装置的改进及实验过程的设计,这样也有利于学生认知能力和实践能力的发展。3.2.2强化过程,着力分析,突出实验教学的探索性实验教学要重视探索性,是新课程对实验教学的新要求。因而必须重视把探究与思考贯穿于实验教学的过程之中,并采取促进学生积极参与实验探究的教学策略,这包括:(1)为学生营造开放、民主、灵活的思维空间。譬如在实验操作中允许学生在常规要求下设计完成非常规实验。(2)注重在化学实验过程中培养学生的个性心理特征:确定实验课题的能力、设计实验方案的能力、实验操作的能力、实验观察与记录的能力、处理实验数据的能力、撰写实验报告的能力。(3)在分组实验中激发学生探求知识的原动力和创新能力。(4)在实验设计过程中培养学生创新意识和绿色观念。例如,中学化学介绍了几种金属的焰色反应及实验操作,但利用铂丝(或铁丝)在酒精灯上灼烧来观察焰色反应时,现象不太明显。因而,可引导学生探究实验的改进。提供主要实验药品和器材:Na2CO3粉末,KCl固体,CuSO4晶体,稀盐酸,无水酒精,工业酒精,蒸馏水,自来水。坩埚钳,铂丝,酒精灯,蓝色钴玻璃,瓷坩埚,喷壶,防风罩,打孔器的小铁管。分析问题:观察钠、钾、铜的焰色反应,分析影响观察实验现象的因素,探讨如何改进实验条件,使现象更明显。提出假设:焰色反应需要观察火焰颜色的变化,所以怎样制取浅蓝色的背景火焰以及延长焰色反应的时间是该实验改进的焦点。设计实验方案:着重是实验条件和控制变量的选择与试验。a.酒精浓度的选择。将瓷质坩埚放在石棉网上,倒入各种浓度的酒精溶液(分别用工业酒精和自来水及无水乙醇和蒸馏水配制的酒精溶液),点火并观察火焰。b.浅蓝色火焰的制取。点燃酒精灯,使灯焰高达6cm,其中黄色火焰占95%以上,然后用镊子把灯芯不断往下压,随着灯芯的压低,火焰也变低,蓝色火焰所占比例越来越大。c.延长焰色反应时间。把少量盐粉直接投入到燃着的坩埚中,利用酒精溶液中的水把盐溶解,再夹住坩埚振荡,使盐随溶液上升到坩埚内壁的上端。得出结论:关键是建立实验结果与实验控制条件的关系,形成科学的实验方法。a.蓝色火焰的取得与酒精的纯度等级无关,但与酒精的浓度有关,用51%60%的酒精溶液作燃料,能得到纯的浅蓝色火焰。b.当灯芯平灯头时,火焰降到1.5cm,蓝色火焰占90%以上。(此实验也可用防风罩罩在灯头上,或使用双头酒精灯。)c.经烧烫的坩埚壁加热、火焰灼烧,就能得到02化学教育2005年第11期6cm10cm高有明显的特征颜色火焰。火焰的焰色保持的时间比传统的方法延长了5倍多,达到10s20s。(也可用打孔器的小铁管来蘸取浆状的盐水混合物,在灯管上灼烧,得到3.5cm高的焰火,焰色反应可持续20s,或用喷壶向火焰喷洒盐溶液,焰色反应现象更明显。)实验方案的改进过程中,学生必须对实验的现象进行细致的观察和分析,通过对原有实验方案不足之处的分析,才能得到影响实验现象的因素。通过实验设计,使学生了解探究性实验的一般程序:分析问题提出假设实验验证假设修订形成理论(知识、方法)。教师在指导过程中,要增强实验的趣味性、直观性。汇报阶段可以让效果好的小组演示他们的操作,在小组活动时,应积极参与小组讨论,对学生进行方法指导,使学生能力得到提高,同时注意小组协作。此外,在实验教学时教师可从日常生活和社会生活中选择和确定研究专题,指导学生以个人或小组合作的方式进行自主设计、自主实验、探索问题,并获得结论。3.2.3实验过程中注重培养学生的科学精神和科学态度,体现实验教学的人文价值科学态度是科学精神在人的心理和行为稳定倾向上的反映。科学态度基本上可包括2个方面,即科学的态度和对待科学的态度。主要内容有:探究的兴趣、尊重事实、尊重科学理论、客观、精确、虚心、信心、恒心、成就感、责任感、合作等。化学实验集中体现科学精神和态度,具有非常丰富的教育价值和内容。在实验教学中,从实验目的、内容、步骤、现象的观察和分析、结果的解释到结论的得出和评价,都可以使学生受到科学精神的陶冶。同时,在实验探究过程中,通过师生之间、学生之间的彼此交流与合作,更有益于培养学生对化学的好奇心、探究欲和科学兴趣,进而促进培养他们的辩证唯物主义物质观和科学的价值观等。因而在教学中要注意将科学精神和科学态度的培养落实到每节实验课中,通过教师的率先垂范,严格要求,通过学生注意、领悟、模仿和体会,点点滴滴、潜移默化,使他们形成受益终生的科学探究精神和科学态度。3.3打破传统的实验教学模式,从整体上驾驭教材新课程标准在教学模式上要求教师树立一种资源意识,紧密联系社会生活实际选择具体的教学内容,深入分析和挖掘教材内容的多重价值,根据学生的实际合理调整教材体系,创造性使用教材,使学生通过对教材内容的学习,在获得知识与技能的同时,在过程与方法、情感态度与价值观方面也得到全面和谐的发展。因而教师要打破传统的实验教学模式,在教学过程中有选择地变验证性实验为探索性实验,鼓励和引导学生去设计验证的思路、方案、选择合适的药品、仪器装置、评价实验的结果等,对实验完整过程进行探索,或从教学内容中挖掘