北师大“新世纪”版高中化学教材实验体系简析(修改稿).doc

北师大“新世纪”版高中化学教材实验体系简析魏锐 潘鸿章 王磊* 通讯联系人（北京师范大学化学学院化学教育研究所 100875）摘要 本文介绍了“新世纪”版高中化学教材实验体系的编制思路。该实验体系通过精选实验内容并进行整体性的系统设计，以具有体现时代性、整合多元功能、突显探究过程、便于转化为教学等突出特点。关键词 “新世纪”版高中化学教材 实验体系化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础，同时也是学生学习化学知识、研究化学问题的重要途径，是科学探究能力发展以及科学精神培养的重要载体，新课程三维目标的达成离不开实验活动的开展。北师大“新世纪”版（山东科技出版社出版）高中化学教材不仅高观点、大视野、多角度地构建了8个模块教材的结构框架，同时也对其化学实验体系进行了精心的设计。1 整体建构全套教材的实验体系，保证基础性，突显发展性“新世纪”版全套教材围绕三个维度的课程目标，在选择和组织各个模块教材的内容时，确立了三条基本的内容线索：化学学科的基本知识线索（以下简称“知识”线索）；科学探究和化学学科的思想观念、研究方法和学习策略（以下简称“方法”线索）；反映化学与社会、环境、个人生活实际以及其他科学和技术的广泛联系、相互作用和影响的，具有STS教育价值的内容主题和学习素材（以下简称“STS内容”线索）。各个模块虽然层次不同、功能各异，但都是根据三条内容线索精心选择具体内容、精心进行组织编排的。教材中的实验体系同样遵循三条内容线索，进行整体规划，注重模块内部实验活动的联系，注重模块之间实验内容的衔接；根据不同模块的功能定位进行细致的微观设计，既保证对学生进行最基本的知识、技能和方法的训练，同时也满足了学生个性充分发展的需要。1.1根据不同模块的功能定位，拉开层次，各有侧重不同模块的功能定位不同，其实验活动的水平也具有相应层次差异。从必修到选修，实验活动承载的知识、技能和方法层层递进，各选修模块之间又各有侧重；必修保证基础性，选修提供发展的空间，不管学生选择哪一个模块，在实验能力方面都能够得到相应的发展，选择不同的模块可以取得不同的发展。（1）化学1和化学2是全体学生的共同必修，三条内容线索均为两本教材的主线。实验内容的选择也全面考虑三条线索的要求，实验内容支持最核心的化学知识、最重要的化学方法和通用的科学方法，加强实验的情境性，增大探究性，并弱化复杂操作。表1列出了必修教材中探究性的实验活动，这些实验探究的编排除了考虑教材结构体系以及实验本身由易到难的发展顺序之外，还对每个活动的具体呈现做了通盘的考虑。探究活动从小开放度和强指导性向逐渐增大的开放性过渡，从简单因素的探究发展为比较性、多因素以及运用多种手段进行的探究，渗透的科学方法和科学思想也不断丰富。表1 必修教材中的“活动探究”化学1化学2金属钠与氧气反应的实验案例：研究氯气的性质配制一定体积的溶液并表示其组成单质、氧化物、酸、碱和盐之间的相互关系铁及其化合物的氧化性和还原性碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质模拟溶洞的“形成”不同价态硫元素间的转化氯、溴和碘单质的氧化性强弱比较第3周期元素原子得失电子能力的比较感受化学反应中的能量变化认识化学反应的快慢氯气的制取原电池的工作原理乙醇的化学性质乙酸的酸性乙酸乙酯的水解（2）化学与生活、化学与技术是典型的STS设计取向的教材，以“STS内容”线索为明线，以“知识”线索和“方法”线索为暗线。其实验活动突出真实情境下的实验探究和问题解决，以促进学生对实际问题的认识和理解。（3）化学反应原理、有机化学基础和物质结构与性质是三个学术性模块，以“知识”线索为明线，实验内容的编制侧重于揭示化学反应的规律。（4）实验化学突出“方法”线索，使学生通过实验学习化学知识，通过实验研究化学问题。使学生在物质分离、物质性质研究、物质检测、物质制备等实验领域的方法和技能都得到训练和提高，是全套教材化学实验的最高水平。全套教材的实验体系如图1所示。实验化学侧重揭示反应规律侧重研究方法侧重与实际的联系知识、方法、STS化学1，化学2化学反应原理有机化学基础物质结构与性质化学与生活化学与技术图1 “新世纪”版化学教材的实验体系1.2对实验案例进行细腻的微观设计，处理好模块之间的衔接，新课程首次创造性的采取了必修加选修的课程框架，因此处理好模块教材的衔接非常重要。实验内容的编制也不例外，教材之间的衔接包含了实验之间的衔接。本套教材对实验进行了细腻的微观设计，注重实验知识、技能、方法的衔接，这种衔接表现在以下两个方面：（1）同一内容从必修到选修的延续有些实验所承载的教学内容是从必修到选修贯穿始终的，必修与选修需要在不同的水平上进行处理，不同的选修模块之间也会存在差异。例如“离子反应”是贯穿整个中学化学的一个核心概念，需要大量的实验事实和实验活动支持学生的学习，表2举例说明了不同模块教材是如何处理这一问题的。表2 支持“离子反应”的实验内容举例教材实验内容举例分析说明化学1活动探究：单质、氧化物、酸、碱、盐之间的相互关系（p34）活动探究：碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质（p64）观察思考：氢氧化铝与酸、碱溶液的反应（p118）认识一些常见的反应类型，并学会用物质分类的观点进行物质性质的研究。化学与生活活动探究：如何软化硬水（p14）活动探究：胃舒平的主要成分是氢氧化铝还是碳酸氢钠（p118）通过解决实际问题学习化学反应化学反应原理第3章 物质在水溶液中的行为第1节 水溶液第2节 弱电解质的电离 盐类的水解第3节 沉淀溶解平衡第4节 离子反应以一章的篇幅讨论电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡，并在此基础上编制“离子反应”一节，使学生从离子（微粒观）、竞争（平衡观）的角度来认识化学反应，循序渐进，揭示化学反应的实质，具有很强的系统性。实验化学主题2 物质性质及反应规律的研究课题1 研究物质性质的基本方法课题2 认识发生在盐溶液中的化学反应综合实验活动 反应条件对化学平衡的影响将化学反应纳入到“研究物质性质及反应规律”这一更上位的框架中去讨论，突出实验研究的过程与方法。可以看出，必修和选修的实验设置具有明显的层次性，不同的选修模块也相差很大。必修教材和化学与生活中的实验采用了选取个别反应、分散篇排的形式，侧重于让学生熟悉常见的反应，形成基本的化学方法和科学探究的通用方法。在化学反应原理和实验化学中则按照化学本体的逻辑系统将同类实验集中编排，以便于揭示反应的原理、展示化学研究的方法，帮助学生形成概念网络和方法体系。（2）必修中未涉及，而在选修中新增的内容有些内容在必修教材中没有涉及，但属于学生高中毕业应达到的要求，在多个选修模块中都会得到体现。例如滴定分析是化学分析的一种重要方法，根据选修模块的特点做了不同的呈现（见表3）。表3 滴定分析在选修模块教材中的呈现教材实验内容分析说明化学与生活活动探究：不同水果中维生素C含量的比较（p41）其原理为氧化还原滴定，但从实验操作来讲，所采用的数液滴滴数的方法是一种半定量的滴定分析，以降低操作要求。化学反应原理活动探究：中和滴定法测定强酸、强碱溶液的浓度（p103）以离子反应的应用为背景，进行实验方案设计。溶液为强酸、强碱，使用滴定管。实验化学食醋中总酸量的测定（p69）阿司匹林药片有效成分的检测（返滴定法）（p80）酿制米酒（返滴定法测定米酒中的总酯量）（p106）实验活动以真实的问题为情境，将定性检验和定量测定结合在一起，滴定的对象不仅涉及弱酸，还引入返滴定法，活动的开放性更大。再如水解的概念必修模块并不要求，化学与生活用“动手空间：明矾净水（p12）”等个别实例来介绍，点到即止；而在化学反应原理和实验化学中都做了系统、详细的实验设计。因为学生在必修的基础上还要有较大的发展空间，所以这一类问题的处理就尤为重要，既要使同一实验要素在不同模块中体现，又要区别对待，若学生选择多个模块也不会感到重复而是得到新的发展。1.3以过程方法和实验活动为中心，搭建实验化学的体系结构实验化学模块教材首次探索性地采用以过程方法中心和实验活动中心为主的课程设计取向，向学生展示化学是一门以实验为基础的自然科学的丰富内涵和独特魅力，激发学生的学习兴趣、体会实验对于认识和解决问题、进行科学探究和化学研究的重要意义，发展学生的创新精神和实践能力。教材中的一级主题（“物质的分离”、“物质性质的研究”、“物质的检验”、“物质的制备”）紧紧抓住化学实验在化学科学中的核心功能和基本属性，同时反映了从化学角度对实验活动和实验方法的基本分类。在此基础上，教材精选了20个类型、难度、属性不同的实验活动，并编制“主题拓展”来介绍现代实验技术，设置“主题概括整合”对整个主题进行归纳总结，构成实验化学的主体。实验化学的结构体系如图2所示。物质的分离与提纯实验化学结构体系物质性质及反应规律的研究物质的表征（检验、鉴别与鉴定）物质的制备（或合成）化学实验的应用领域化学实验方法掌握基本操作技能训练科学探究方法学习化学核心知识培养严谨、求实的科学态度和环保意识图2 实验化学的结构体系2 吸纳中学化学实验研究的优秀成果，体现时代性实验内容联系生产和生活实际，引入定量化学实验，发展微型实验和绿色化学实验，增强实验的设计性、探究性和趣味性以及利用传感器实验进行概念原理教学是近年来中学化学实验研究和改革的主要方向，“新世纪”版化学教材在更新实验内容和实验技术方面也做出了巨大的努力，增强了教材的时代性。2.1根据承载的教学功能 精选实验项目对于经典的实验案例，有许多优秀的改进方案，教材注意把这些成果引入进来；并且着力对原有的实验进行改进，以充分发挥实验的功能。例如向氢氧化钡中滴加硫酸并用电流表检测（化学1，p43），以说明反应的实质是离子反应；锌与硫酸铜溶液反应，利用原电池实验来展示电子的转移，说明氧化还原反应的实质（化学1，p49）；再如将铁粉与硫粉的混合物摆成“FeS”形状，使其发生反应（化学1，p86），以增强实验的趣味性；等等。根据课标的要求，随着学科知识的扩展和延伸，教材还增加了相关的实验，例如用镁在二氧化碳中燃烧的实验（化学1，p99）说明镁的还原性；再如碘化铅固体的沉淀溶解平衡实验（化学反应原理，p90）直观地展示了难溶物在水中仍有少量溶解。2.2联系实际问题和学生经验 设计实验情境利用“STS内容”密切联系学生的经验不仅是化学与生活、化学与技术的突出特色，同时也是全套教材的三条内容线索之一。例如食盐中碘元素的检测（生活，p36）、不同水果中维生素C含量的比较（化学与生活，p41）、自制内酯豆腐（化学与技术，p100）、模拟溶洞的“形成”（化学1，p66）、从海带中提取碘（实验化学，p9）、酿制米酒（实验化学，p106）等等。2.3重视科学方法训练和能力培养 强化实验过程科学过程和方法的培养是实验活动承载的一个重要功能，也是本套教材的一条主要线索，化学1开篇就以钠的性质实验（p9，p11）为例介绍观察、实验、分类、比较等常用研究物质性质的基本方法；紧接着又以氯气性质实验（p13）为例展示研究物质性质的基本程序：观察物质的外观性质预测物质的性质实验探究（若发现特殊现象，提出新问题,则进行进一步的探究）解释及结论。后面的实验活动不仅继续体现这一设计思想，还在不断丰富学生对科学探究方法的认识。另外，实验化学中的过程方法线索更加突出，教材选用了跟实际联系密切，综合性、研究性更强的实验活动，实验的开放性也显著增大，信息检索与分析、实验方案设计、实验方案评价、实验事实、实验结论以及交流总结等环节更加明显，强调实验设计能力的提高，注重科学方法的培养。2.4应用现代实验技术 改进实验手段为了体现现代化学研究的特点，教材中以不同的形式展现了质谱、红外、紫外、原子光谱、色谱、电位滴定、扫描隧道显微镜等现代实验手段。实验化学中还增加了运用纸色谱法分离、目视比色法测定、返滴定法测定等重要实验方法的活动。利用传感器进行定量研究也是本套教材的一个特色，考虑到传感器在普通中学并不普及，实验化学在附录中选入利用色度计传感器测定食物中铁元素的含量和利用pH传感器测定食醋中的总酸量两个定量实验，并在必修、反应原理的教师用书中补充介绍了多项利用传感器支持定量测定和概念原理教学的实验。2.5体现绿色化学思想，优化实验方案实验过程的绿色化不仅是教材编制者在选定实验时要做的考虑，同时也应该作为一种重要的科学思想传递给学生。例如在从茶叶中提取咖啡因（实验化学，p18）和氨氧化法制硝酸（实验化学，p101）两个活动中，教材就利用较大篇幅引导学生对实验方案进行讨论和评价，不仅培养学生设计实验方案的能力，还有一个重要的目的就是帮助学生形成从绿色化学视角考虑问题的习惯。2.6兼顾实验的趣味性，激发学生的学习兴趣除了趣味实验之外，真实的实验情境，精心设计的实验过程，富于张力的实验探究活动，毋庸置疑，都会调动学生的兴趣，提高学生学习的效果。3 发挥实验活动的多元功能，向整合要效益学生可以通过实验学化学，落实化学基础知识和基本的实验技能；可以通过实验学习科学方法，培养科学探究的能力；可以通过实验认识生活和生产中的问题，提高对实际问题的理解力，增强实践能力，促进情感发展。本套教材力求挖掘每个实验活动的多重育人功能，以提高教学的效益。例如前文所述将钠和氯气的性质实验跟研究物质性质的方法和程序整合起来，就可以达到双重目的。再如化学1以“活动探究：配制一定体积的溶液并表示其组成”（p24）一个实验活动整合了溶液浓度不同的表示形式、物质的量浓度、一定物质的量浓度溶液的配制、容量瓶的使用等多重功能。化学2在“活动探究：第3周期元素原子得失电子能力的比较”（p20）中整合了实验研究和文献研究等研究方法、原子得失电子能力强弱的判断方法以及第3周期元素性质等功能。这些设计，有效地缓解了教学内容多、时间紧张的矛盾，得到了一线教师的好评。4 全新的实验呈现形式，便教利学本套教材的编写力图体现学生的思维过程，更加符合教师的教学流程，这样不仅便于教师进行教学设计，也有利于学生阅读、自学和复习。4.1精致的过程设计，生动展示科学探究过程本套教材将实验与正文穿插编排，未设置学生单元实验，倡导边讲边实验、随堂展开学生实验、随堂进行实验探究活动的教学方式；教材还淡化了演示实验和学生实验的区别，以增大教师使用教材的自主性。教材中实验活动的编写以“情境问题假设实验结果讨论”为主线展开，体现探究活动的基本过程，以鼓励教师组织探究式教学。例如化学1“研究氯气的性质”（p13）就是从以下几个环节展开的：通过实验观察认识氯气的气味、溶解性等物理性质；根据氯气属于非金属这一类属关系，预测氯气的性质；设想通过哪些实验可以验证预测；实施氯气与铁丝、氢气以及水等物质发生的反应，并推断生成物。在上述环节中，“预测与假设”的环节是相当重要的，学生是否有明确的问题以及对问题的预期和假设是探究性活动与验证性活动的一个重要区别。预测与假设的方法是多样的，可以通过物质的类别、结构、化合价等不同的途径进行，本套教材中的探究活动对“预测与假设”环节做了精致的设计，在方法上给学生以引导，举例见表4。表4 教材中的“预测与假设”举例探究活动预测和假设研究氯气的性质（化学1，p13）“氯气是一种非金属单质，你认为它可能具有哪些化学性质？”（根据类属预测）碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质（化学1，p64）“你已经知道了碳酸钙的化学性质”“碳酸钠可能与哪些物质发生反应？”（根据相似化合物预测）第3周期元素原子得失电子能力的比较（化学2，p20）“第3周期元素原子的核外电子排布是如何递变的？”尝试预测“第3周期元素原子失电子能力或得电子能力的相对强弱。”（根据结构预测）锌及其化合物的性质的研究（实验化学，p27）“你已经学过铝、钠、铜、铁及其化合物的性质，想一想这些性质对于你预测金属锌及其化合物的性质有什么启示。”“根据锌及其化合物的组成判断他们属于哪类物质，据此预测它们可能具有哪些性质。”“判断含有锌元素的各种物质中锌元素的化合价，思考这些物质有无氧化性或还原性。”（根据同类物质、类属、化合价预测）4.2教材内容教学化，直接支持课堂教学本套教材的实验活动改变了传统教材直接列述实验步骤的呈现方式，将“预测与假设”、“实验设计”、“实验记录”、“思考讨论”等环节转化为纸介质的书面材料，全面展示实验过程，并以方法性、资料性和工具性的栏目为支持，便于教师将教材设计转化为教学过程，也增大了教材对学生思维的启发性和对学生活动的支持力度。例如前文所述的“预测与假设”环节就是以正文或“方法导引”等方法性栏目呈现给教师和学生的。除了引导学生进行预测和假设外，方法性栏目还对实验方案的设计、实施以及归纳总结等环节提供方法上的引导，举例见表5。表5 教材中的方法性栏目举例探究活动方法性栏目配制一定体积的溶液并表示其组成（化学1，p24）“配制一定体积的溶液，要用到一种特殊的仪器容量瓶，并应遵循以下原则”（提供实验指导）铁及其化合物的氧化性和还原性（化学1，p54）“如果预测某