高中化学实验创新教学设计与实施的研究.doc

高中化学实验创新教学设计与实施的研究摘要：化学是一门以实验为基础的学科，在实施创新教育中有其独特的优势。本研究是在查阅大量文献资料的基础上，以创新教育理论为指导，进行高中化学的创新实验教学的研究。研究中以已有实验的改进设计为依托，以本人任教的扶轮中学学生为研究对象，以激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识为目标。在实验教学中注重教师适时恰当有效引导的基础上，让学生对教材的某一演示实验的某些方面进行大胆评价和适当改进。研究过程中使用了问卷调查法和实验对照法。关键词：化学实验；实验创新；教学方法一、 问题的提出教育部在2003年颁布普通高中化学课程标准（实验）（以下简称高中化学课程标准）中，提出化学课程以提高学生的科学素养为宗旨，其中最大的变化是强调科学探究。而化学实验是化学教与学中主要的探究方式，同时也应作为学生学习化学的最主要方式。中学化学实验在教学中具有不可替代的作用。因此，在高中新课程改革开展化学实验的创新教学研究是有着重要意义的。本研究的目的是通过教学活动来激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识，提高学生的化学成绩。培养过程中采用课堂教学的渗透、创新意识的启发、创新方案的设计、创新实践活动等教学方法来激发学生的创新兴趣，培养学生的创新意识，巩固所学化学知识。二、研究方案的设计本实验研究选取扶轮中学高一年级的两个理科班为样本，他们是依据高一入学统考成绩进行的随机分班，并随机抽取五班为实验班（40人），四班为对照班（40人），均由本人担任化学教师。对照班按大纲和教材规定的内容进行常规教学，实验班实施对现行教材处理后而设计的实验创新教学。为检测开展实验创新教学对化学学习兴趣的提高情况，在实验前对学生进行了问卷调查，并对实验结果进行统计分析。前测结果显示两个班的同学实验前化学学习兴趣水平相当。 表1实验班与对照班学生化学兴趣前测调查表 班级人数有效卷平均成绩标准差Z值显著性检验前测实验班403919.8311.320.49P0.05对照班403718.6510.57对学习成绩的前测，是以高一上学期第一次月考考试为依据，前测结果显示两个班的同学实验前化学学习成绩相当。 表2实验班与对照班学习成绩前测表考试时间班级参考人数n平均成绩X标准差S统计量Z显著性检验P高一上学期月考实验班4067.789.630.32P0.05差异不显著对照班4068.489.69三、实验创新教学实施过程首先笔者收集、整理了相关的创新理论，研习总结学习笔记近三万字。通过学习使笔者自身能够掌握相关理论，树立创新教育的理念，并能够具备一定的创新能力。然后在教学实践中渗透创新意识，激发学生的创新兴趣及创新潜质，设置创新情境。并在学生的动手实验中培养学生的创新意识和发现问题、探究问题的意识，从而在具体实践中培养锻炼学生的创新能力。1.实验创新教学的设计原则科学性的原则创新实验必须遵循实验教学自身的规律性和学生的认识规律，要在不违背科学性的前提下进行。在进行教学设计时，一定要认真考虑实验的设计或改进是否有价值，是否有助于化学概念的形成或化学原理的说明。探究性原则探究性实验从发展学生的思维能力出发，将实验变成学生创造性学习的手段。例如介绍NH3的性质时，教材设计了NH3的喷泉实验和遇浓盐酸冒白烟的实验。这时，如果能将前而学习过的HCl的性质联系起来，设计一个联合喷泉、冒烟的实验，可以大大提高学生的学习兴趣，加深对NH3及HCl性质的理解。该实验装置如图1所示。将集满HCl和NH3的两只烧瓶按图所示连接，滴管内预先吸满水，实验开始时，关闭C水夹，先由滴管向烧瓶B内注入少量水，此时，由于B烧瓶内产生负压，造成A瓶内HCl气体进入B烧瓶，并形成大量白烟，然后立即打开C水夹，此时，见A瓶内产生红色喷泉，B瓶内产生蓝色喷泉，红、蓝色喷泉同时进行，现象颇为壮观。 简明性原则实验的改进应考虑课堂教学的实际要求，注意如何把实验简化，有利于调动学生的学习兴趣和积极性，有利于完成教学目标。例如可以改进碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性的实验如图2。直观性原则实验现象简单，可见度高，实验结论的得出要有直接性，它是化学实验改进成功的标志。例如，在讲化学反应中能量变化过程中，学生通过生活中可燃物的燃烧很容易理解放热反应。化学反应是否都是放热反应呢？请一名同学到前面来，拿一只空的烧杯，先让其他同学用手触摸，感受常温下的烧杯壁温度，然后指导这名同学在烧杯中加入一定量的氢氧化钡晶体和氯化铵晶体并用玻璃棒快速搅拌。一会，让这名同学走到同学当中，让其他同学再次用手触摸，引起大家的惊呼：这么凉！象刚从冰箱里拿出来的！学生也就很容易得出结论：化学反应是既有放热反应，也有吸热反应。成功性原则化学实验是为了配合课堂教学内容进行的，时间过长会影响教学的进度。为保证实验在预定的时间内顺利完成，教师考虑影响实验的各种因素。提高实验成功率，这是实验创新设计的重要原则。例如：做醛的银镜反应和与Cu(OH)2悬浊液的反应时，用乙醛做实验很难成功，如果改用葡萄糖代替乙醛做实验，现象很明显且很容易成功。安全和“绿色”的原则中学化学涉及一些易燃、易爆、腐蚀性强及有毒气体逸出的实验。在实验教学中，确保学生安全、防止中毒及污染，体现绿色化学思想也是实验设计与改进的重要内容。2.研究方案的实施（1）演示教材实验方案在现行的高中化学教材中选取实验作为创新设计的目标并进行演示。演示教材实验方案的目的是验证实验原理，巩固知识，培养学生观察能力和操作技能。演示教材实验方案，是开展创新实验教学的前提和基础，教学过程要规范化。要使学生通过演示实验牢固掌握化学实验原理，并从中获取和积累相关的实验知识，掌握学会实验操作方法和实验观察方法。（2）评价、质疑教材实验方案教材中实验有些设计及操作方法虽然都是经过反复验证的，但在实际操作中仍存在着这样或那样的不足之处。如在教学中会遇到一些实验现象不明显，操作复杂，污染物没有处理等问题。教师先带领学生们共同分析实验的不足之处，然后鼓励学生提出自己的想法，自行在原有设计方案中寻找不足进行设计改进。对某一问题的解决或思路不要求唯一，多引导学生思考“你想到了哪些可能性？还有什么不同的想法？”教师追求的目标不是唯一的正确答案，而是使学生产生尽可能多、尽可能新的想法、解法和可能性。即使教师事先无法估计学生将做出怎样的回答，也是正常的现象。教师在演示教材实验后，依据创新实验教学设计原则对教材实验方案进行评价、质疑。（3）提出实验创新设计目标在评价质疑实验方案的基础上，不失时机的提出创新、改进演示实验的目标、方向、假设，就能激发学生的创新欲望，从而产生创新动机。在教学中将创新目标、途径、方法等与评价质疑过程自然融合，形成和谐而整体的课堂教学氛围。 实验创新、设计目标和结论假设的提出应以培养学生创新意识，激发创新兴趣为总目标，符合中学教学实际。创新的目标制订，一般不易过细。创新设计实验的目标是：提高实验效果目标时间效益目标经济效益目标环保目标安全性目标对具体实验提出创新设计目标，一般只侧重某方面目标，不可能全面涉及。在上述创新设计教学目标的指导下，教师要引导学生进行创新设计，为达到这些目标对具体实验应提出可能思路和创新假设。制定实验方案由于学生认知水平和时间限制，学生自己设计的方案肯定还会有不足和缺陷，教师要以正面评价为主，保护学生的创新热情和积极性。（4）展示方案示例，启发学生思考 经过教材实验方案的评价、质疑、讨论和实验创新目标的设计，学生的创新动机已很强烈，但是学生创新设计过程有一定难度，所需知识的积累较多，基础性强，需要学生的坚强毅力和耐心，需要学生保持持久的创新动机和知识信息交换、重组，需要学生的灵感和创新能力。教师要在已有创新方案中挑选典型示例，进行展示和分析。通过语言的诱导和情感教学，强化对学生思维和技能的训练，引导学生的思维按预期目标指向去思考、想象、联想。通过对知识比较、加工、分析、迁移和重组，最后设计出可行的实验方案。（5）设计实验创新方案实验的创新性与实用性是设计创新方案的重要要求。在教师指导下，学生独立完成实验方案的创新与设计是创新实验教学的最高层次，也是检验教学效果和学生能力的重要方面。形成实验的大致框架后，教师应进一步要求学生运用已有的知识与经验，制定出具体的实施步骤。由于学生认知水平和时间的限制，学生自己设计的方案肯定还会有不足和缺陷，教师要以正面评价为主，保护学生的创新热情和积极性。（6）实验探究，演示创新设计方案在评价质疑讨论教材演示实验的基础上，根据创新设计目标，演示选定的创新实验方案，是强化学生创新意识的重要步骤。通过演示创新实验方案，学生首次体验感受到取得创新成果的愉快心境，使学生真实感受到创新对自己并不遥远，更加增强了学生创新积极性、创新意识，这样就使通过演示实验培养学生创新意识的教学功能得到充分体现和发挥。在此基础上，对展示的创新实验方案再次评价、质疑、讨论，进一步强化学生的创新意识和创新积极性。 演示创新方案，再次评价、质疑时教师要注意如下几个问题：对演示创新实验方案的操作要点、注意事项进行阐述以评价比较(与原方案)的优点和进步性为主评价、质疑新方案还可能存在的缺点、不足使学生学会选择最佳实验方案方法，比较评价不同实验方案的优缺点要使学生明白创新设计目标不同，就会得到不同的设计方案。 这里需要指出，由于教学时间限制，演示实验新方案的形式要根据教学时间灵活掌握，可以从挂图、投影、多媒体教学软件等多种形式进行展示设计方案，也可以演示或课后学生自己做实验验证。通过多媒体教学手段的广泛使用，可以使课堂教学密度、容量增大，学生活动时间增多，教师讲授时间减少，这就为实验创新教学提供了机遇。（7）解释实验问题在实践活动中，学生会面对各种困惑。比如：学生实验出现了反常现象学生解释不清；实验遭遇失败需要寻找原因等，教师应该先给予学生充足的发现、比较、整理与归纳的时间，然后在学生思有所得的基础上，参与学生的讨论并适时地加以点拨。并以重新实验、补充对比实验、提供相关信息、查找相关资料等方式对出现该问题的原因或是改进实验设计的方法加以研究，帮助学生提高实验效率，增强信心。（8）交流评价，实验反思教师对学生的设计方案要依据创新设计的教学目标来评价，对学生的设计方案中创新色彩最浓的方面，独创性明显的地方，要充分肯定、鼓励、表扬。评价过程中要以正面评价为主，同时指出不足和改进方法，要保护学生的创新热情，使他们在不断的创新实践中激发学习兴趣，使创新成为掌握知识的动力，逐步培养学生的科学素质。 总之，按照一定程序，对学生进行规范化实验创新教学，就不仅能达到传授、巩固化学知识的目标，而且能激发学生学习兴趣，培养学生创新意识、创新精神。通过化学实验创新教学，进一步完善、开发了化学实验的教学功能，提高了人们对化学实验的教学价值的重新认识。3.实验创新教学的实施案例（二氧化硫漂白性实验）实验背景材料人教版普通高中课程标准实验教科书化学（必修1）中对二氧化硫漂白性质实验的操作如下：把盖有胶塞、盛有二氧化硫气体的试管倒立在水中，在水下打开胶塞，观察试管内水面的上升。待水面高度不再变化时，在水下用胶塞塞紧试管口，取出试管，用pH试纸测定溶液的酸碱度。在试管里保留1/3的溶液，滴入12滴品红溶液，振荡，观察颜色变化。加热试管，再观察。在实验过程中，你是否闻到什么气味？（实验装置见图5） 教材中得出结论：品红溶液被二氧化硫漂白，二氧化硫具有漂白性。它的漂白作用是由于它能与某些有色物质生成无色不稳定的物质。这种无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色。 学生猜想假设问题1：品红溶液褪色的原因是什么？具有漂白性的是二氧化硫还是生成的亚硫酸？需要进一步验证。问题2：加热又分解出的二氧化硫不经处理，直接排入空气中，没有考虑环境污染。学生实验探究方案1如图6，在装有品红溶液的试管口放一团用稀氢氧化钠溶液润湿的棉花，吸收生成的二氧化硫；或者在品红溶液刚好褪色时，在试管口套上一个气球，再给试管加热，然后冷却，防止生成的二氧化硫排入大气污染环境。方案2取一只直径为3cm左右的试管，一只与之配套的橡皮塞，塞中央用打孔器打一孔，一只长颈胶头滴管由孔插入，实验时，先在大试管中加入少量(约0. 5g左右)亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，在滴管中吸入一些硫酸，用剪刀剪两条滤纸，纸上分别滴有少量的较浓的酸性高锰酸钾溶液和品红溶液，另加一条湿润的pH试纸条，将它们和胶塞一起小心地塞在试管的内壁上(如图7)，然后用滴管滴下3-5滴硫酸溶液即发生反应，待反应几分钟后三条纸条分别发生颜色变化而体现二氧化硫的性质，即酸性、漂白性和还原性。 优点：封闭装置，无毒气外逸，操作简单，趣味性强。缺点：没有演示二氧化硫漂白后加热又变成原来颜色这一过程。方案3实验用品:仪器：具支试管、铁架台（带铁夹）、干燥管、酒精灯。药品：品红溶液、品红试纸、二氧化硫气体、蘸有碱液的棉花。实验装置（见图8）实验步骤与现象：将二氧化硫气体通入装有品红溶液的具支试管中，品红溶液的红色褪去；按右图连接好装置，加热具支试管，具支试管中溶液红色又恢复，品红试纸的红色褪去。实验特点：改进后操作简单现象清晰，能够说明二氧化硫和品红反应的实质。加热，品红试纸的红色褪去而品红溶液恢复红色。蘸有碱液的棉花可吸收可能散失的二氧化硫，体现了绿色化学思想。对比评析：学生设计的三个实验方案各有特点：三个方案都考虑到了减少环境污染，且操作简单，现象直观。方案1虽然不够完善，但是学生在思考对实验创新的初期想法，装置最为简单，实用性很强。非常适合多数学生进行实验操作。方案2和方案3是学生在1的基础上进一步设计的，对仪器装置的改动比较大。较复杂的装置可使实验过程更具有完整性和科学性，同时方案中使用的滤纸条和干燥管也很好的体现了学生的创新思维。四、实验后的测量数据及结论表3实验班与对照班学生化学兴趣程度调查表班级人数有效卷平均成绩标准差Z值显著性检验实验班403426.267.322.19P0.05差异不显著对照班403622.148.42表4实验班与对照班学生学业水平考试化学实验成绩对照表班级参考人数n平均分X标准差S统计量Z显著性检验P对照班4080.786.142.65P0.01差异十分显著实验班4084.837.46 表5实验班与对照班学习成绩比较表考试时间班级参考人数n平均成绩X标准差S统计量Z显著性检验P高一上学期期末考试实验班4071.437.441.15P0.05差异不显著对照班4069.358.59高一下学期期末考试实验班4070.889.242.05P0.05差异显著对照班4066.539.69从实验结果看，开展化学创新实验教学活动，通过对教材实验方案的评价，对学生进行实验创新设计引导与展示，培养训练了学生的创新思维，激发了学生学习化学兴趣，改变了学生对化学的看法，因而提高了学生学习化学的兴趣。表5中的数据显示了本实验研究阶段的各个学期的重要考试成绩，随着时间的推移，实验班与对照班的平均成绩差距逐渐加大，尤其是高一第二学期末差异显著，因为在此期间学习了元素周期律、化学平衡、有机化学的相关知识，学习难度加大，试卷难度也加大了，考查学生综合运用知识解决问题能力的题目多了，这说明实验班在综合运用知识解决问题能力上要高于对照班。一年来的教学实践研究，使我深深地体会到，继续深入抓好以下几方面工作，对新课程的推进和落实是至关重要的，即： 第一：改变教师主体的教学理念。以学生为主体，培养学生多方面能力和良好素质，让学生体会成功，敢于创新，不断超越自我。在中学阶段，鼓励学生的创新，根本目的是为其今后的学习、全面发展打基础。因此，在教学中，应发扬民主，注意鼓励学生点点滴滴的新奇想法。只有把学生