中学化学实验研究

**章 中学化学实验概述 化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其特征是研究分子和创造分子。以实验为基础是化学学科的基本特征。从新元素的发现、新化合物的合成、化学反应规律的研究到新理论、新假设的证实，都离不开实验的方法。实验是化学科学中研究问题的*重要、*基本的方法之一。它可以借助科学仪器设备所创造的条件，排除各种偶然、次要因素的干扰，使要研究的问题更加简化明了，还可以造就自然界中无法直接控制而在生产过程中难以实现的特殊条件（如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场等），按照人们的设想，能动地控制研究体系，获取生产实践中不易或不可能得到的新发现。化学史表明，近代化学科学的重大发现，一般不是直接来自生产实践，而往往是来自实验环节。因此，化学实验教学不仅是传授知识，验证、巩固和扩大课堂上学过的知识，掌握一些实验操作的基本技能，培养学习兴趣；而且，在化学实验过程中，可以培养学生创造性的思维能力以及进行科学研究和发明创造的基本方法，为学生今后的化学学习与研究打下基础，为学生在化学学习中分析问题和解决问题提供更多的思路和途径。 化学科学与化学教育是互相促进发展的。化学教育的内容是已发展的化学科学知识与技术，通过化学教育，提高人的化学科学素质，培养新一代从事化学研究的人才，从而促进化学科学的发展。化学教育包括化学理论知识的教学和化学实验教学，化学实验教学是化学教育的重要组成部分。通过化学实验教学，培养学生发现化学问题、探究化学问题和解决化学问题的能力，培养学生的实践与创新能力。 作为化学专业师范生或中学化学教师，必须了解化学实验在中学化学教学中的功能和作用，掌握中学化学实验研究的一般方法，规范、熟练地演示中学化学教学中的基本实验，具备改进和创新设计实验的能力，并能充分挖掘实验的教育功能，满足不断变化的教学需求。 总之，研究如何通过化学实验促进中学化学教学，培养学生的科学素养，提高教学效果，是我国新课程改革中的一个重要议题。 **节 中学化学实验的地位与作用 一、中学化学实验教学的理念 我国现阶段的义务教育阶段和高中阶段的化学课程是以提高学生的科学素养为主旨，通过激发学生学习化学的兴趣，帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，培养学生的科学探究能力，使学生获得进一步学习和发展所需要的化学基础知识和基本技能，培养学生的创新意识、探究能力和科学素养。现行的《义务教育化学课程标准（2011 年版）》及《普通高中化学课程标准（实验）》更加重视培养学生的科学素养，突出科学探究在化学实验教学中的作用，期望学生通过实验学习化学，加深对化学的理解。 培养学生的科学素养是使学生理解科学的关键概念和原理，熟悉自然且认识自然的多样性和统一性，并为个人和社会目的而使用科学知识和思维的科学方法。 资料卡片 科学素养的主要内容包括：①科学知识；②科学技能；③科学方法和思维方法；④价值观；⑤解决社会及日常问题的决策；⑥创新精神；⑦科学、技术、社会以及其相互关系；⑧科学精神；⑨科学态度；⑩科学伦理和情感。 中学化学的科学探究指的是学生构建知识，形成科学观念，领悟科学研究方法的各种活动，其本质与科学家的科学探究活动有很多相似之处。 “培养学生的科学素养，突出科学探究在实验教学中的作用”作为中学化学实验教学的新理念，是我国课程改革中的一个重要转变，需要对其进行深入的认识和理解。 可从以下途径来实现中学化学实验教学的新理念。 （一）通过实验培养学生的科学素养 化学学科学习是构建科学素养的一条重要途径。化学作为一门探索物质组成、性质、用途的学科，与人们的生活生产联系紧密，其与社会、技术、自然环境的密切关系，凸显出了科学的巨大价值，也显示了科学所具有的破坏力，因此化学学习是进行科学价值观、科学伦理观、科学情感教育的重要途径。 另外，化学是一门以实验为基础的自然科学，化学的诞生和发展都离不开化学实验。化学实验通过观察、操作、思考、解释、做出结论进而形成理论，展现了科学研究的一整套程序，显示了科学家在追求真理的过程中所付出的艰辛，彰显了科学家脚踏实地、以事实为依据、不迷信权威的科学精神。因此，化学实验是从事科学探究，学习科学知识和科学方法，培养科学技能和科学精神的绝佳的认识过程。 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。实验通过清晰、生动和直观的化学实验现象，激发学生的学习兴趣，创设科学探究情景，引导学生发现和解决问题，促进学生知识和技能的提升以及良好思想品德的形成。因此，做好实验教学是全面提高学生科学素养的基本途径。 （二）在实验中激发学生兴趣，培养科学的思维和方法 在化学课堂教学中既要培养学生的思维方法，又要培养学生用运动、变化、联系等观点看待事物的辩证思维能力，而化学实验恰恰是通过辩证的思维研究、揭示化学变化规律的直观教学手段。在中学化学实验中，演示实验是为阐明化学概念和理论、揭示物质性质、研究化学变化规律而精心设计的，具有较严密的逻辑思维。 化学实验中的奇特现象，使学生感到“惊奇”，同时也会使学生对化学产生浓厚的学习兴趣，有了这种兴趣，学生就会全神贯注于课堂的演示实验，积极思考。教师可以充分利用学生对化学实验产生的惊奇感，培养和发展学生的学习兴趣，通过设计直观“趣味化”的实验，强化学生对知识的感知和理解，使枯燥的知识变得活泼有趣。 （三）强化实验教学，培养学生的实践能力和创新精神 学生不仅能从实验中认识事物，而且可以通过实验培养创新精神和实践能力。任何一个学生实验都必须由学生亲自完成，在一个完整的实验过程中，学生可以利用己有的化学知识，获取关于探究的直接经验，增强解决问题的能力。 在《义务教育化学课程标准（2011年版）》和《普通高中化学课程标准（实验）》中设计的实验十分注重对学生发现问题和解决问题能力的培养，许多化学实验本身对学生具有较强的启发性，鼓励学生对有疑问的现象和结果进行质疑，从而培养学生的创新能力。另外，化学作为自然科学中思维性极强的一门基础学科，在培养学生的创新思维方面有着得天独厚的条件。新课程中的化学实验十分注重通过化学实验及其教学鼓励和引导学生独立思考，勇于提出自己的见解，培养学生不迷信课本，敢于用科学方法进行创新的精神，激活创新意识，进而达到培养学生创新精神的目的。 （四）在化学实验中进行情感态度与价值观教育 科学的情感和态度是科学素养教育中的人格要素，没有高尚的科学情感和态度的人是无法对人类作出贡献的。化学实验是化学教学中德育和美育教育的重要途径和方法，通过化学实验让学生了解内因与外困、量变与质变、对立统一等辩证唯物主义观点。化学实验不但有变幻莫测、引人入胜的魅力，同时也存在一定的危险性，没有严格认真的科学态度是难以顺利完成的。 化学实验是使学生获得直接的感性经验和事实材料的根本途径和重要手段，是检验和发展假说的实践基础，是使化学科学知识达到真理标准的基本方法。学生在化学实验的过程中，通过对实验原理的学习和实验现象的观察，形成真实的、科学的理性认识，养成实事求是的科学态度。 另外，实验的生活化、绿色化可以从各个方面对学生的情感、态度进行科学教育，引导学生在设计化学实验时，要注意节约药品，减少污染，降低药品浓度，提高实验效果，尽可能在密闭条件下进行实验，减少对环境的负面影响，同时循环使用、并充分利用反应产物等，以此让学生关注环境保护，提升其对科学与社会的了解和认识。 （五）借助实验进行科学方法教育 科学方法是获得科学知识的主要手段和重要工具。实验教学是一种重要的感性认识方法，在教学中实验分为验证性实验和探究性实验。验证性实验是对化学假设进行检验的一种实验，主要是通过“问题化学假设实验验证结论应用”的过程完成。探究性实验是学生在实验和观察的基础上通过科学抽象获得结论的一种实验，主要通过“问题—实验事实—科学抽象—结论—应用”这一过程体现。学生在教师引导下的实验设计激发了学生实验探究的积极性。 对于每一个化学实验，要求学生严格按照规范进行操作，在实验的过程中培养和发展学生的比较、分析能力，使其逐步掌握比较、归纳、推进等科学方法。总之，无论采取哪种实验教学方法，其中都蕴含着科学认识过程和方法，使学生在认识化学知识的过程中，掌握科学方法，提升科学素质。 二、中学化学实验的功能 （一）化学实验的认识论功能 化学认识论主要研究的是关于化学认识的辩证运动和化学认识过程的本质规律等一系列问题，即化学知识的产生和积累、化学理论的形成和发展、化学研究的方式和方法等。按照化学实验论的观点，化学实验具有以下认识论功能：一是化学实验是引发化学教学问题，提出化学教学认识问题的重要途径之一；二是化学实验能够克服人的生理限制，提高人自身的感觉能力和分辨能力，能够在严格控制外界条件下改变物质的变化过程，从而丰富人的感性认识内容；三是化学实验能够超越生产实践的局限性，走在生产实践的前面，直接推动化学科学理论的研究，是化学理论赖以产生的基础，又是化学理论运用于实践的桥梁和中介；四是化学实验具有客观性、普遍性和直接现实性，能够为检验化学理论、验证化学假说提供化学实验事实，是检验化学科学知识真理性的标准。 由化学实验构成的实验化学课程除同样具有上述认识论功能外，更强调其作为一门课程所具有的独特的认识论功能。一是帮助学生形成关于人类了解和研究物质世界过程的认识。实验化学的内容编排按照“分离、提纯（获取纯净的物质）→物质组成的研究→物质性质和应用的研究→物质的制备与合成的研究”的顺序展开，这也是人们通常认识和研究物质的过程。通过对物质定性、定量两方面的研究，实现对研究对象系统而深刻的认识。二是化学实验是解决化学问题的重要途径。实现化学以课题为组成单元，每一个课题即是一个任务，通过任务分析、方案设计、实验实施等解决给定的化学问题。 案例1 学生在学习铁及其化合物知识时，*重要的知识点就是铁的不同价态之间的转化。其中有一个实验“铜与氯化铁溶液的反应”，经常用到并容易被学生与其他反应混淆，因此，在此处补充一个试管实验，让学生观察铜与氯化铁的反应。 实验：用试管取少量氯化铁溶液，向其中加入一束铜丝，放置一段时间后，要求学生观察现象。几分钟后，溶液中出现了非常奇特的现象，黄色的溶液逐渐分层，上层变为黄绿色，而下层变为蓝色。学生由实验现象非常直观地判断出反应的产物，上层黄绿色的是氯化亚铁溶液，下层蓝色的是氯化铜溶液。反应方程式为 2FeCl3+Cu=CuCl3+2FeCl2 这个实验虽然简单，但这个反应体现了氧化还原反应的一个非常重要的规律：强氧化剂+强还原剂=弱还原剂+弱氧化剂，其中强氧化剂被还原为弱还原剂，而强还原剂被氧化为弱氧化剂，两种物质的氧化性和还原性相差越大，反应越容易发生。这个反应只能正向进行，由反应进行的方向也可以判断氧化剂、还原剂的相对强弱。通过这个实验，我们知道氯化亚铁也有较强的还原性，但它的还原性弱于铁；氯化铁和氯化铜都有氧化性，但三价铁离子的氧化性强于铜离子。根据这个规律或事实，可以将学过的很多氧化剂、还原剂的相对强弱进行比较。 案例2 在高二有机化学“苯酚”的教学中，教师给学生设计了一组实验，用于讨论苯酚的政性。 首先是苯酚和氢氧化钩溶液的反应。通过实验观察到白色的苯酚浊液变澄清，发生了类似于政碱中和的反应，生成了可溶于水的类似于盐的物质苯酚钩。 为了证明苯酚的弱酸性，根据强酸可制得弱酸的理论，接下来向苯酚钠溶液中通入二氧化破气体，发现澄清的溶液又变浑浊，显然，苯酚钧、二氧化破和水又发生反应生成了苯酚，那么除苯酚之外的另一种产物是什么呢？是碳酸钠还是碳酸氢钠？这时学生的意见就会出现分歧，