试说化学实验教学中三维目标反思与整合.doc

2008年学会论文 化学学科新课程背景下化学实验教学的反思与对策 余杭中学 金国文摘要：本文以新课程背景下化学实验教学中存在的两种现象作为反思的起点，并对实现化学实验教学课程目标的途径和方法进行反思，在探讨了化学实验教学功能定位及实现化学实验教学功能理论的基础上，提出了实现化学实验教学课程目标的对策：即研究学生心理需求，自主设计探究实验方案，提升学生的实验兴趣；重视过程，夯实基础，掌握方法，提高学生的实验设计能力和操作能力；创设情景，循循善诱，培养学生良好的实验情感。关键词： 化学实验教学 课程目标 反思 对策化学课程标准将课程目标分解为三个方面，即知识技能目标、过程和方法目标以及情感态度和价值观的目标。化学实验教学是化学教学的重要组成部分，实验教学过程既是学生获取化学知识，熟练掌握实验操作技能，训练学生思维和培养创新精神的过程，也是学生通过对化学学科探究过程的体验，激发学习热情，培养学生自我成就感和社会责任感的过程。然而就当下化学实验教学中存在的两种现象值得我们关注和反思。一、化学实验教学中两种现象的反思。1、自化学新课程改革后，原有的“学生实验”和“演示实验“没有了明确界定，教师在教学过程中有了较大的自主权。于是便产生了两种情况：一是大量的可以列为学生演示实验的部分大量被压缩，取而代之的是教师演示实验；二是一些操作程序复杂，危险性高，有一定污染的实验被多媒体视频材料所代替。如铜和浓硫酸反应的实验，铜和硝酸反应的实验。笔者认为，出现上述现象的原因有两上方面：从主观上讲，还是我们教师对实验教学的重要性认识不足造成的。曾经在相当长的时间里我们将实验教学看作为辅助教学，以为只起到一种帮助学生形成化学概念、理解和巩固化学知识的作用。若按这样的逻辑，我们现在如果有了其它手段的帮助，实验这个手段就可以不用。从客观上讲，必修（一）和必修（二）的教学任务重也是一个重要方面，由于教学内容多，教师对教学过程要求把握不准，严重地耽误了“学生实验”的教学时间，将一些实验进行了简单化的处理。还有就是以为有了“实验化学”模块后，一些实验教学可以往后推一推。2学生对化学学科的态度，因为“实验”而产生巨大的变化。笔者曾对初三和高三的学生对化学学科的兴趣和态度进行调查。发现初三的学生很喜欢化学，究其原因是对化学课上有许多的实验而感兴趣，实验成为他们最初学习化学的原始动力。然而对于高三的学生来说，实验成为他们惧怕化学的主要原因。在高三第一轮复习结束时，我曾面向任教班级学生对各部分的掌握情况进行调查，发现学生对实验部分的掌握最没有信心，尤其是“实验设计”的考查由于得分率不高而惧怕。四年的化学学习，做了大量的“演示实验”和“学生实验”，反而使学生从原先的喜欢变为惧怕，原因又在哪里呢？笔者认为，造成学生对“实验”的态度如此大差异的原因有两方面：一是在设计实验过程中缺乏对学习的主体学生的实验心理需求的研究，教师往往从大纲或高考的要求去思考如何设计实验，将某个实验要求掌握的操作、现象、产生原理以及可能导致实验失败的因素说明，学生无非是动了一下手而已，并没有将学生的思维通过引导投射到当下的实验中来，因此最后重点不是落在学生怎么做上，怎么思考上，而是落在教师对实验的讲解上。另一方面，从教学内容到教学方式都没有给学生留出足够的发展空间，实验册上从实验目的、原理、仪器、操作步骤到注意事项，写得面面俱到，话像是一本家电说明书，这样的实验，即便做了，也培养不了学生的实验探究能力，反而使学生多增加一份对实验的不愉快感。二、对化学实验教学中实现课程目标的反思。化学实验教学中知识技能，过程和方法，情感态度价值观是三位一体的课程目标，在设计和实施化学实验教学过程中，都应该统筹这三方面的课程目标，然而在实际的教学过程中，往往会产生将三维课程目标孤立来对待的状况，出现顾此失彼的现象。1重视知识的获取，过分强调实验的基本技能，结果导致学生机械地死记知识条目，机械地掌握各种仪器的应用。如“钠与水反应”的实验，教学的重点放在了学生应该记住哪些现象和得到哪些知识条目上。而笔者认为真正的关键是要让学生学会如何观察现象，根据现象如何来推出合理的结论，培养学生推理和归纳能力。又如对一些仪器的使用，进行近乎僵化的介绍和操作训练，忽视了某些仪器的替代功能和不同情况下的功能转换。如干燥器，除了起干燥作用外，还应该有其它的用途。2重视思辩能力的培养和实验方法的理性推导，而缺乏实际的操作训练。在实验教学中常常通过以某个实验的设计来达成某项目标，以此来培养学生的实验探究能力。而这样的所谓实验课并不是以做实验为主，而是以讲实验为主，当学生提出某种实验方案时，教师就用理性推理分析的方法来肯定或否定；而教师希望学生学到的也就是对实验方案的设计和像教师那样理性推理分析的技能。笔者认为这样的实验教学，学生并没有通过主体参与到真实的实验探究过程中来，只是整个实验过程的客体，因此也很难提高学生真正的实验设计水平。往往最后我们发现学生最难掌握的还是对实验思路和实验过程的理解，以及学生在不同情景中的迁移能力达不到应有的水平。3对化学实验情感态度和价值观的培养游离与整个实验教学之外，出现“ 两张皮”现象，使人感觉到这方面的课程目标可有可无，只是因为新课程有了对这方面的要求而硬塞进来的。比如“绿色化学”思想在实验设计中的体现，本应该是整个实验的有机组成部分，是学生在设计实验时自然而然体验到“我应该从这方面去思考”的社会价值观使然，而不是教师在评价实验方案时学生必须强迫接受的一个“事实”。笔者认为对情感态度和价值观这一课程目标的实现是隐性课程在课堂教学中的体现，教师在设计教学方案时应该考虑在内，做一个有心人，在潜移默化中培养学生良好的情感、正确的态度和符合主流社会倡导的价值观。三、化学实验教学功能定位及实现化学实验教学功能的理论基础。普通高中化学课程标准中，将课程目标在知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观三个方面。化学实验教学作为化学教学不可或缺的组成部分，其教学过程应达到的目标也应该在这三个方面加以体现。换言之，面向学生的实验教学过程应该承担知识与技能，过程与方法，情感态度和价值观这三个方面的课程目标。（一）化学实验教学目标的定位与分析1化学实验知识和技能目标（1）通过实验教学，获得化学实验知识。具体包括化学实验事实知识，有关化学实验仪器和药品方面的知识，化学实验安全方面的知识。（2）通过实验教学，使学生掌握实验基本操作，仪器和药品的选择技能和综合运用技能。2化学实验过程与方法目标实验过程目标发现和提出问题1能从生活经验或已有化学知识中，经过启发或独立地发现有实验探究价值的问题。2能用口头或书面的形式，比较清楚的表述所发现的问题。提出猜想和假设1能主动地或在他人的启发下，对化学实验的可能结论大胆提出猜想或假设。2能对实验方案的可行性进行论证。实验条件控制能独立或与他人合作对有关化学实验条件进行控制采集实验数据和证据1能运用多种方式和方法对化学物质及其变化进行观察和记录。2能注意观察与思考相结合。3所对所获得的证据用化学用语，表格，线图等形式进行处理。4能根据误差分析的原理对实验数据进行初步分析。得出实验结论1能运用比较、分类、归纳和概括等方法得出结论，或对猜想与假设进行解释。2能注意获得体验性结论。反思与评价，讨论与交流1能对结论的可靠性进行评价。2能对自己在化学实验中的表现进行反思。3能较为规范地独立书写化学实验报告，并主动与他人交流化学实验探究的结果。3化学实验情感态度和价值观的目标高中化学实验情感态度与价值观的目标可分解为以下几方面：（1）能认识实验在化学研究和化学学习中的重要性，体会到化学实验是学习化学知识，解决生产和生活中实际问题的重要途径和方法。（2）对生活中和自然界中的化学现象具有好奇心，并试图通过化学实验来探究其中的道理。（3）能体验到化学实验探究活动的乐趣和活动成功的喜悦。（4）能积极参与化学实验操作活动，并善于与他人合作，主动交流各种化学实验信息。（5）能客观、准确地观察和记录化学实验现象，实事求是地完成实验报告。（6）有过提出具有新意的化学实验设计方案的体验，并主动进行可行性论证和评价。（7）在化学实验中能注意节约和合理使用化学药品，注意保持实验仪器的干净和整洁。（8）能从可持续发展的角度，认识化学实验绿色化和爱护环境的重要性。（9）能感受化学实验仪器，装置，现象等方面存在的化学美。（二）化学实验教学中实现三维目标的理论基础。从化学教育的发展来看，化学不应该是一种直观教学的工具、辅助教学的手段，实验教学有其他教学方式无法取代的地位。从教学方法讲，实验教学不仅仅是为学生提供感性认识的直观手段，而且还是激发学生的化学学习兴趣、使学生掌握化学知识、实验技能、科学方法，以及培养学生解决化学课题能力和科学态度，科学自然观的一种非常重要而有效的途径和方法；从学习效果上讲，学生在教师的指导下亲自进行实验探究活动，能最大限度地发挥学生的积极性、主动性和创造性，提高学习质量和学习效果，并且培养起学生对化学学科的亲合力。因此笔者认为，要实现好实验教学的三维目标，关键是教师在实验教学过程中要充分尊重和发挥学生在实验教学中的能动性，通过学生的能动作用提高教学有效性。学生在实验中具有极大的主观能动性，这是以实验为基础的化学教学观的重要思想，要尊重和发挥学生的实验能动性。 首先应认识到学生是实验教学的主体。学生不仅是学生实验的主体，而且也是演示实验的主体。尤其是在演示过程中，如果认识到学生也是演示实验的主体，教师就不会为了演示而演示，也不会在教学实践中出现那种讲实验，背实验的现象。其次学生的主体性应该体现在实验教学的每个环节中，在教师的引导下，让学生在实验问题的界定、实验方案的设计、实验过程的操作、实验现象的观察和实验结果的处理上体现出充分的能动性。 1、提高学生在确定实验问题中能动性。在实验问题的确定上由于学生受到知识、技能和能力水平的制约，作为教师要注意一方面在创设问题时应避免过深、过繁、超出学生的知识、技能和能力水平问题，若实验问题超出学生的水平，不仅不能解决实验问题，无从发挥实验能动性，而且还会降低实验兴趣，影响实验教学效果，即问题的设计必须在学生的“最近发展区”内。另一方面要鼓励学生在实验教学中通过积极思考，独立地提出实验问题，是其实验能动性的重要表现。例如有的学生在学习了二氧化碳和过氧化钠反应后，提出“二氧化硫和过氧化钠反应的结果又该是怎样的呢？”等诸如此类的问题。2、提高学生在实验设计中的实验能动性。学生独立进行实验方案设计是其实验能动性的突出表现。在实验设计中，学生不仅要灵活地、创造性地综合运用所学的知识和技能，而且还要符合实验设计的科学性、可行性、安全性和简约性等原则，以及实验方案的优选标准。对于同一实验问题，每一个学生所设计的实验方案也不尽相同，新颖、独特的实验方案，体现了学生思维的创造性。例如让学生比赛，看谁能设计“最多”“最好”的制取氢氧化铝的方案。教师在明确限定药品为氯化铝溶液、氢氧化钠溶液、氨水、碳酸氢钠溶液后，将思考的时空留给学生，经过学生的思考，形成了具有代表性的五种方案：向氯化铝溶液中逐滴加入氢氯化钠溶液，直至过量；向氯化铝溶液中加入氨水，直至过量；向氢氯化钠溶液中逐滴加入氯化铝溶液、直至过量。向氨水中逐滴加入氯化铝溶液，直至过量。也有个别阅读面宽的学生认为碳酸氢钠是强碱弱酸盐、其溶液呈现碱性、故将碳酸氢钠溶液和氯化铝溶液相互混合，也应有沉淀产生。3、提高学生在实验操作中的实验能动性。理解实验操作中的每一个步骤和方法，而不是照方抓药，要严格按照实验操作规程，对异常、不明显或结论错误的实验现象及时分析原因，找出实验操作中的不当之处，都是学生的实验能动性的具体表现。而有的学生在实验操作中，注意实验技巧，合理巧妙地组织和改进实验操作顺序和方法，使自己的实验能动性得到充分的发挥。如：对电解饱和食盐水时对阴极气体氢气的检验是个难点，因为U型管中食盐水的量较少，往往收集不到一小试管的H2，于是造成检验阴极上H2的困难。如图所示：于是有学生在实验操作中，发挥主观能动性，对实验进行了改进，首先在具支U型管制阴极管口按上带有尖嘴的玻璃导管，并将导管口伸入到肥皂水中、然后电解，这时在尖嘴处产生肥皂泡，用火柴点燃肥皂泡，即听到爆鸣声。4、提高学生在观察中的实验能动性。在实验教学中，实验现象不仅要求能让学生看得到，听得见，嗅得着，而且教师也要通过一些富有启发性的实验问题，引导学生抓住实验细节积极思考，深入领会表象和内部变化之间的关系。例如：“金属钠投入硫酸铜溶液中”的现象，学生不仅观察到蓝色的絮状沉淀，细心的同学还发现一些黑色不溶物和红色不溶色，于是学生自然会思考产生这些现象的原因。又如在用湿润的碘化钾试纸检验氯水中，细心的学生发现滴氯水的正中央不是蓝色而是白色的，一些善于捕捉细节的同学就把它记下来，去深入地思考产生这些现象的原因。5、提高学生处理实验结果中的能动性。学生对所获得的实验现象，能够用化学方程式表达反应的过程，能够设计简明的表格，绘制规范、正确、美观的线图加经直观表达，能分析实验现象产生的原因，对其进行理论解释，写出完整、真实的实验报告等，都是体现出学生对实验结果的处理。如化学反应限度的研究。苏教版采用FeCl3溶液(5-6滴0.1molL-1 )与KI溶液(5ml0.1molL-1)进行反应的事实来说明反应限度究竟是怎么一样事？对于该实验要求，首先要掌握反应原理，理解实验时对反应物用量做严格限度的原因；其次还要求学生能够准确地描述实验现象和产生现象的原因，最后通过学生对该实验的整体认识，建构起“化学反应限度”这一概念。四、实现化学实验教学三维目标的对策和途径。1、研究学生心理需求，自主设计探究实验方案，提升学生的实验兴趣。实验兴趣按水平高低可以分为四种：感觉兴趣，操作兴趣，探究兴趣和创造兴趣。刚接触化学的学生对化学感兴趣，那是一种对感知现象和观察各种实验仪器、装置而产生的一种感觉兴趣，或者是学生试图通过亲自动手操作来获得化学实验现象所产生的操作兴趣。然而这些兴趣是不稳定、不持久的，不能成为学生发挥实验能动性的稳定动力。真正能推动学生发挥实验能动性的最基本和最重要的动力是探究兴趣和创造兴趣。遗憾的是部分学生对实验的兴趣并没有上升到这个层次，所以我们才会发现初三时学生对实验的兴趣到了高三却成了惧怕。在实验教学中不断提升学生对化学实验的兴趣层次是关键，而兴趣来自于动机，动机则源于需求，因此关键的关键还是在于把握学生对实验的心理需求。第一，对学生的实验心理需求进行调查和分析。笔者曾对本校高一至高三的1214名学生进行了“高中生对化学实验的心理需求”的调查，主要是六个方面的问题：（1）你从高中现在的化学实验中所取得的最大收获是什么？（2）你喜欢做现在的化学实验吗？（3）最不喜欢的是哪一类实验？（4）你希望将来做怎么样的化学实验？（5）做实验前你希望教师多讲解还是少讲解？（6）你喜欢教师通过讲授来进行实验还是较自主地来做实验？通过对学生的调查，发现高中学生对实验教学的心理需求呈现以下方面的特点：（1）探究性的实验比验证性实验更喜欢。（2）喜欢一些现象容易观察到，表象刺激明显，耗时少的实验。（3）学生对与实际生活贴得越紧密的实验越喜欢，这样的实验能激发学生的探索欲望和好奇心。（4）在学生实验时不希望教师过多地关照。第二，根据学生对实验心理需求，构建自主探究实验教学模式。建构主义倡导在教师指导下以学生为中心的学习，教师要为学生创设良好的学习情境，提供多样化的信息来源，学生应该认识到自己拥有解决问题的自主权，通过独立探究，合作学习等方式，努力使自己成为知识的建构者，逐步提高自控能力，学会自主学习。基于这样的认识，笔者设计了一种面向学生以自主学习为核心、以探究为主线的实验教学模式。自主实验探究自主选择实验方案理论探究设计实验学生猜想组织讨论创设实验问题情境激起兴趣总结评价体验迁移拓展优化意义建构引导促进探究自主意义建构、讨论、合作交流。附：自主探究实验教学模式举例：设计实验方案，区别碳酸钠和碳酸氢钠固体学习过程学生活动过程1、创设实验问题情境碳酸钠和碳酸氢钠是重要的化工原料，许多性质相似，能否设计一个实验方案来区别它们？2、学生猜想讨论根据物理性质还是化学性质的差异进行区别？现象是否明显？3、理论探究设计实验查阅教科书和其它资料、设计实验。4、自主选择实验方案测定在相同温度下Na2CO3溶解度大于NaHCO3测定相同物质量浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液NaHCO3与Na2CO3比较稳定性与酸反应，NaHCO3比Na2CO3剧烈5、自主实验探究取同温下的等量水，分别加入两种固体，比较溶解多少用PH试纸测定同浓度两种溶液的PH加热使固体分解滴加稀盐酸6、自主意义建构，讨论合作交流Na2CO3和NaHCO3溶解得更多。Na2CO3溶液PH比NaHCO3大。NaHCO3受热分解NaHCO3与HCl反应更剧烈7、优化意义建构，引导促进探究（1）在相同温度下，Na2CO3比NaHCO3溶解度大；（2）同浓度的Na2CO3溶液比NaHCO3溶液的PH大；（3）2NaHCO3 = Na2CO3+H2O+CO2；（4）NaHCO3+HCl=NaCl+ H2O+CO2Na2CO3+ 2HCl=2NaCl+ H2O+CO28、总体评价体验迁移拓展比较Na2CO3和NaHCO3两种固体的热稳定性，操作方便现象明显。2、重视过程，夯实基础，掌握方法，提高学生的实验设计能力和操作能力。重视“双基”教学是中国教育教学的优点，但在新课程理念下所指的“双基”教学，并不是以往所指的要求学生记牢化学实验知识和操作技能，而是要求学生在具体操作过程中使自己的内心自主地构建化学实验知识和基本的操作技能，达到的目标是学生既能准确地操作实验，而且又能说明之所以这样操作的内在道理。掌握实验方法，则要求学生完全、自主地参与到实验设施和操作的进程来，充分发挥学生的能动性，在学生已有知识、技能和经验的基础上，设计和操作实验、并及时验证自己在设计实验中的准确性，使学生在自我的不断纠错中提高自己的实验设计能力和操作能力。笔者主张在课堂的实验教学中采用“一条龙”的模式，将实验的设计和操作紧密联在一起，让学生一方面能夯实实验的基础知识和基本操作技能，另一方面也使学生在不断纠正不准确的设计方案中提高自我的实验设计能力。例如“木炭和浓硫酸”在加热条件下反应所产生气体的检验，这个验证性实验，笔者在教案的设计中通过“一条龙”的实验教学，不仅要求学生掌握基础知识和技能的目标，而且还要求学生利用已有的实验技能，设计合理的方案。第一：厘清教学目标。通过该实验必须达到的教学目标包括以下方面：（1）知识目标：A、了解木炭和浓硫酸反应的产物有哪些？B、知道水、SO2、CO2三种物质可以用什么方法来鉴验？C、知道SO2、CO2二种物质在化学性质上的相似性和区别？（2）技能目标：A、初步学会各类装置的连接；B、初步学会如何检验装置的气密性；C、初步学会固体、液体药品的取用；D、初步学会阀门的开关和气体量的控制。（3）过程和方法目标：A、通过观察、记录实验现象，并通过现象推出实验结论；B、分析三种气体在检验时因产生的相互干扰而设计合理的鉴别方案；C、能对多种方案进行甄别，优化实验方案。第二：检测学生要完成该实验设计和操作应有的准备知识的掌握情况，若发现有缺陷之处则及时补充。第三：学生分小组讨论实验设计方案，并能说出自己设计方案的意图。第四：小组间汇报交流，对设计中的疑问进行答辩，对存在的问题进行修正。第五：学生对实验设计进行操作，强化实验知识的巩固和实验操作技能的熟练程度。3、创设情景，循循善诱，培养学生良好的实验情感。针对情感态度与价值观的课程目标在具体实验教学中的体现，笔者认为首先应该是厘清思路，然后是寻找切入点，再利用一定的载体和途径加以引导，最终实现课程目标。而情感态度与价值观的逻辑起点是情感，长期在积极向上情感的熏陶下，必然会使学生产生对化学学科一种积极的态度，进而获取对该学科客观、完整、符合社会主流思想的价值观。基于上述认识，笔者认为关键是让学生在实验教学中用拥有良好的情感体验。 （1）通过“绿色化学”思想在实验设计教学中的真实体验，培养学生对化学学科的社会认同感。随着人们环保意识的增强，对于一些有毒，有害物质的心理戒备进一步加强，因此“化学”这个词往往与污染联系在了一起，久而久之缺乏了一种对该学科应有的客观公正的社会认同感。学生若产生这样的学科认同，必然会影响学生对该学科的学习，产生一种莫名的害怕。而其实一些污染问题的解决，我们是可以通过一定的合理设计，将它排除，或变废为宝。如果在实验设计过程中，教师通过引导使学生自然而然地通过自己的设计，来体会“绿色化学”思想，就能够帮助学生重塑对化学学科的社会认同感。例如“铜和浓硫酸反应”的实验设计，在教学过程中可以通过提问的方式让学生形成完整的“绿色化学”思想。例如“铜和浓硫酸反应”的实验设计，首先在一个敞开的试管中加入少量铜片、滴几滴浓H2SO4，让学生观察产生的现象；然后通过上述现象来推测产生的气体可能是什么？紧接着提出设问：如何来设计方案检验该气体？我们又将如何对此类污染气体加以防治？这样的思路不仅让学生了解了铜和浓硫酸反应的产物是什么，学会了二氧化硫检验的方法，而且“绿色化学”的思想也体现在了实验设计中。（2）通过联系实际生活策略在实验教学中的渗透，培养学生对化学的亲近感。化学既有抽象的理论知识，但也有贴近实际生活的一面。在实验教学中，创设一些与生活实际密切相联系的实验方案，这不仅可以使学生进一步深入理解化学反应原理，而且还可以培养学生对化学的亲近感。例如必修(1)的P50页，采用碳酸钠溶液去除铜片表现油污的实验设计，不仅可以使学生了解碳酸钠溶液显碱性，而且将原理和实际生活紧密地联系起来。又如必修（1）的P39页，利用生活用品制化学电池，采用白醋、柑桔、橙子设计成简易电池，若再添加一张音乐卡片，则更会增加学生对化学的亲近感。（3）通过对探究性实验的设计和操作验证，培养学生的自我成就感。自我成就感