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例谈中学化学实验教学设计“三要素” 江苏省苏州市吴江区教育局教研室（215200）马静 1问题的提出 在平时的调研听课中，经常会见到一些失败的实验设计，如实验活动和教学目标不符、师生实验活动无序、实验操作过于繁琐冲淡了教学主题等情况。究其原因，是设计者未能很好地解决“为什么做”、“做什么”和“怎么做”3个问题。成功的实验设计是实验教学的基石，它包含以下3个要素。 2中学化学实验教学设计“三要素” 2.1要素一：实验目的要明确为什么做 实验教学设计首先必须明确实验目的，即解决“为什么做”的问题，这是实验设计的灵魂所在。教师必须在领会课标精神、认真钻研教材的基础上，根据教学目标来选择实验内容。教学目标是一切教学活动的出发点和归宿，化学实验要为教学目标的达成而设计，它可以是简单、朴素的，但应该在正确的时间、合适的位置出现，否则就会有哗众取宠之嫌。 案例一：离子新授课第1课时实验设计（上教版化学9年级上册第3章第1节）。 教学目标知道离子是构成物质的一种微粒，了解原子与离子通过得失电子可以互相转化。 操作教师将棉线浸在KMn04（aq）中，拿出后放在湿润的滤纸上，如图l所示。通电，通过实物投影观察现象。 现象第一次实验失败，第二次实验后出现模糊的颜色移动。 设计意图说明KMn04（aq）中存在自由移动的带电微粒离子。 实验效果现象模糊，实验完成总共花费了15min；而且学生不能理解，在通电条件下带电微粒发生定向移动（高中电解原理）。 点评教师试图通过用实验来引出课题，但是这个实验费时费力且脱离教材，对于离子这节课教学目标的达成没有任何帮助，这个费时费力的设计效果不好。 在学生理解了离子的形成过程后，教师增加了一组学生实验。 操作取少量NaCl固体于烧杯中，加入水，搅拌后取部分于试管1中待用；向盛有水的烧杯中逐渐加入NaCl溶液，用电导率传感器测量溶液导电性的变化。 现象溶液的导电性在不断增强。 设计意图说明离子很小、肉眼看不见，能自由移动。 操作取少量CuCl2固体于2号试管中，加入水后振荡，对比1号、2号两支试管，观察现象。 现象两支试管中溶液的颜色不同。 设计意图说明离子的种类不同、性质不同。 操作取少量KCl固体于3号试管中，向1号、3号试管中分别滴加AgN03溶液，观察现象。 现象两支试管中都出现了白色沉淀。 设计意图说明离子之间可以相互反应的。 反思教师试图通过这一组实验，实现打通上教版初中化学第3章（物质构成的奥秘）和第7章（应用广泛的酸、碱、盐）的目的，从而将离子的性质与盐的性质联系起来。但是对于接触化学不到两个月的学生而言，这种联系无疑是空中楼阁，大大增加了化学学习的难度。在教师完成这组实验后，同学们交头接耳，一时间正常的教学秩序被打乱了。 上述两个实验设计的共同问题是实验设计脱离教学目标，上教版9年级上册第3章中关于离子在教材中未出现实验教学内容，执教者为了追求“热热闹闹”的课堂氛围，盲目增加实验活动，却忽视了教学的有效性，使得实验成为摆设，因此明白“为什么做”是实验教学设计最核心的部分。 2.2要素二：实验内容要简约做什么 在确定了实验目的之后，教师接着要思考的是“做什么”，这是实验教学设计的关键所在。围绕教学目标的达成，有不同的实验内容可供选择。我们不赞同“为实验而实验“、“捡到篮子里就是菜”的观点，一旦盲目的追求实验的数量，实验内容是“丰富”了，却有可能会使学生眼花缭乱，收获甚微。教师要根据实验目的选择操作简单、现象明显、安全可靠的实验，太过复杂、安全系数不高、污染环境的实验不宜在课堂中出现。 案例二：分子的新授课教学磨课过程（上教版化学9年级上册第3章第1节）。 教学目标知道分子是构成物质的一种微粒；在化学反应中分子可以分解为原子，原子可以结合成为分子。 磨课过程在教材中，分子是在微粒的性质之后出现的，学生对教材中“微粒的性质”的3个相关实验已经熟悉，在不考虑简单重复完成过的实验的前提下，笔者感到分子这节课的实验设计很难找到突破口。 在设计“分子也具有微粒的3个特性”的实验时，首先考虑完成N02（红棕色）与空气的扩散实验，但又因N02有毒，且实验现象不明显而只能放弃。接着有教师提出做红墨水在水中的扩散实验，却因为红墨水成分复杂，不能简单的将其归到“分子构成的物质”范畴而放弃最后想到了干冰汽化实验，经过尝试及讨论，形成了最终的实验设计。 操作教师取出热水瓶中保存的少量干冰，将其装入试管中，并在试管口套上气球。 现象干冰汽化，固体消失，小气球鼓起来。 目的说明分子是构成物质的一种微粒；分子很小，肉眼看不见。 操作在上述试管中加入澄清石灰水，振荡试管。 现象澄清石灰水变浑浊。 目的说明分子是保持物质化学性质的一种微粒。同种分子，化学性质相同。 反思在这节课的磨课过程中，围绕分子的教学目标，通过反复讨论确定了上述实验设计，并利用一套装置完成了两个不同目的的实验，有效地提高了实验教学效率，一举两得。 2.3要素三：实验方式要创新怎么做 同一个实验内容有不同的呈现形式。杜威说：“如果今天我们还像过去那样教学，那么我们就是在掠夺我们孩子的明天。”随着信息技术的飞速发展，在教学中应用现代信息技术，能够为实验化学教学注入新的活力，大大提高了实验教学的效果。 2.3.1教师真人视频秀 传统的实验教学中，对于一些污染大、时间长的实验，教师往往是采用播放从网上下载相应的实验视频的方式。“教师真人视频秀”则主要以化学教师在真实场景中的实验为素材进行制作的，可以给学生以强烈的真实感，尤其是在表现实验细节方面效果尤其明显。 案例三：从海带中提取碘（苏教版高中必修教材化学1专题2第1单元溴、碘的提取和性质新授课）。 实验设计这个化学实验耗费的时间较长，其中海带的浸泡就需要2h。在这个实验的处理上一般有两种方式：文本描述型、视频演播型。前者指的是在PPT上直接用文字描述实验流程、现象、原理及相关化学方程式；后者就是下载现成的视频。但是任课教师另辟蹊径，选择了自己拍摄视频的方式进行实验教学，经过后期剪辑，有效地将一个时长为4h的实验压缩成10min的短片在课堂上播放。 反思同样是实验视频，任课教师的“真人秀”相比网上的现成视频显得更为真实可信，而且教师可以根据自己的教学需要对视频进行后期处理，更灵活机动，也更能满足课堂教学需求。 2.3.2学生的微电影秀 微电影在百度上的定义为“既可以指专业的小成本制作或者使用数码摄像机、在电脑上剪辑并发布到网络上的业余电影，也可以指时间短的电影”。 案例四：金属防护和废金属回收新授课实验设计（上教版化学9年级上册第5章第3节）。 教学目标知道钢铁锈蚀的条件；掌握防止金属锈蚀的简单方法；了解废弃金属对环境的污染，认识回收金属的重要性。 实验设计教师提前选择了一个学生小组作为小演员，通过数码摄像机记录下学生在校园中探究金属锈蚀原因的过程，教师将其后以微电影的形式呈现在课堂中，配以学生旁白，串联起整节课的教学，效果出奇的好。 反思熟悉的学校、熟悉的同学，小演员们穿梭在校园中，教师以微电影的形式记录下学生对校园内车棚及自行车等金属制品锈蚀原因的思考及实验探究过程，并通过网络查找等方式了解了废金属回收的价值，整节课新颖独特，别具一格，真正贯彻了“从生活走向化学，从化学走向社会”的新课程理念。 2.3.3数字化实验科技秀 随着科技的发展，现代化学也在不断地发展。数字化实验设备的建立，通过传感器实时测量、采集数据、分析数据，实现了中学理科实验教学与信息技术的全面整合，使得教材上的一些传统实验“旧貌换新颜”。 案例五：模拟钢铁在弱酸性起始条件下的电化学腐蚀（苏教版高中选修教材化学反应原理专题1第3单元）。 操作将事先称量好的2.5g铁粉和0.1g碳粉（按照钢铁中铁碳的比例）混合均匀后包裹在棉花内，并放置在具支试管中，用橡皮塞塞紧后记录试管中的温度和压强；用滴管吸取2ml左右的醋酸溶液快速浸润棉花，塞紧塞子，观察实验并通过传感器记录每5s的温度和压强。 现象温度持续上升；压强先升高后降低。 分析温度升高的原因是：金属在弱酸性起始条件下的腐蚀是放热的。压强增大的可能原因有：温度升高，压强增大；铁与醋酸反应生成氢气，气体物质的量增加，导致压强增大。后来压强又减小的原因是：铁粉和碳粉在潮湿的环境里发生了吸氧腐蚀。 目的电化学腐蚀是放热反应；吸氧腐蚀的普遍性。 反思学生在认识金属的析氢腐蚀和吸氧腐蚀上有一个思维定式，认为在酸性条件下只有析氢腐蚀，而没有吸氧腐蚀。教师利用压强传感器快速直观的探测出在弱酸性起始条件下金属腐蚀过程中压