优化实验教学设计 提升实验教学效益

张彩玲

摘要：实验有助于学生深入认识和体验化学。实验教学设计可从三个方面进行优化：搭建问题支架帮助学生理解实验原理，在实验药品上“做手脚”变验证为发现探究，将实验与认知相结合进行主题复习。

关键词：实验教学设计；问题支架；探究；主题复习

文章编号：1008-0546（2014）06-0086-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.06.034

化学是以实验为基础的科学。化学实验不仅是有利于培养学生动手和培养科学习惯的一种教学手段，更是一种有助于深入认识和体验化学的最为生动、也最能适应学生个性发展的教学方式[1]。通过实验，很多化学名词和符号就不再是枯燥无味的所谓“知识”，而是有助于思维和探索的工具。鉴于化学实验的重要意义，我们在化学实验教学中应优化设计，从而提升实验教学的效益。

一、搭建问题支架，帮助学生理解实验原理

建构主义认为[2]，学习是学习者运用自己的已有经验去主动而积极地建构对自己富有意义的内部心理表征的过程。学习过程不是知识由教师向学生传递的过程，而是学生主动建构自己知识的过程，学习者不是被动的信息吸收者，相反，他要主动建构信息的意义。建构主义提出的支架式教学，首先将学生引入一定的问题情境，教师帮助学生确立目标，提供问题解决的原形，通过一套恰当的概念框架帮助学习者理解特定的知识、建构知识的意义。

例如“测定空气组成”，这个著名的化学实验所包含的化学教育内容十分丰富，充分体现化学学科特点，其中值得着重提到的有化学的选择，最佳选择应当是找到一种只和氧气起反应的化学物质，而且反应产物容易分离[3]。该实验在人教版教材中位于第二单元课题1，对于刚接触化学才两个星期左右的初三学生，如何帮助他们理解磷体系的选择、理解测定空气里氧气含量的原理，以便更好地挖掘该实验丰富的化学教育内容？面对缺乏基本化学概念、几乎是一张白纸的学生，可以从学生熟悉的生活入手，在生活中找到问题解决的原形，利用学生熟悉的生活原形搭建解决问题的支架。以下为师生间在问题支架式教学过程中得的对话：

[师]一袋米中混有较多沙粒，如何测得其中米的体积含量？

[生]找个鸡之类的动物把米吃掉，测米被吃掉前后袋子内物质的体积，从而求得米的体积含量。

[师]对这个吃米的动物有何要求？

[生]要能把其中的米吃干净，但不能把沙子也吃掉，也不能“吐出”东西到袋子中。

[师]为什么？

[生]如果米吃不完，会导致测得的米的含量偏小；如果把沙子也吃了，会导致测得结果偏大；如果“吐出”东西到袋子中，会导致测得结果偏小。

[师]如果“吐出”气体到袋子中呢？

[生]米和沙子都是固体，前后测的都是固体体积，“吐出”气体对结果几乎没有影响。

此时，学生在教师的问题引导下，借助熟悉的生活原形已逐步登上解决问题的台阶，接下来教师拆掉这个“脚手架”，回归化学问题。

[师]如果要测得集气瓶内空气中氧气的含量，怎么办？

[生]找一种物质把氧气反应掉，测氧气被消耗前后气体体积的变化。

[师]对这种物质有何要求？

[生]要能把其中氧气消耗尽，但不能与空气中其它气体反应，也不能产生新的气体。

[师]如果所用物质与氧气反应时产生液体或固体呢？

[生]对气体体积测定的影响非常小，可以忽略。

[师]很多物质可以和氧气反应，如蜡烛、木炭、镁条、磷、汞等。已知蜡烛、木炭等与氧气反应有气体生成，镁条在空气中燃烧时不仅跟氧气反应也和氮气、二氧化碳等反应，磷、汞只跟空气中氧气反应且生成物为固体。这些物质中可用于测定空气中氧气含量的有哪些？

[生]符合要求“能把其中氧气消耗尽，不与空气中其它气体反应，也不产生新的气体”的只有磷、汞。

[师]测定时对所用物质的多少有没有要求？

[生]为确保氧气被消耗完全，用于和氧气反应的物质应该足量。

[师]像石蜡、木炭这样与氧气反应有气体生成的物质，是否一定不能利用？

[生]……也不一定，如果能把生成的气体再想办法吸收掉的话也可以。

通过上述支架式问题的引导，学生运用自己的已有经验去主动而积极地建构对自己富有意义的学习，才能真正理解拉瓦锡测定空气成分时为什么选择汞体系以及我们测定时选择磷体系的原因。卢梭曾说过“教育的问题不在于告诉他一个真理，而在于教他怎样去发现真理。”

二、在实验药品上“做手脚”，变验证为发现探究

“出乎意料的现象、不同于预期的结果、不同实验组所观察到的实验现象或所获得的实验结果之间的差异，都能对实验者进行适时反省、思考和采取新的探究路线等产生促进作用。”[3]假如实验目的仅仅着重于对某个规律或原理的验证，而实际上学生并不认为真有验证的必要，因为他们相信书上的结论。有的学生还没动手实验就已经把实验册上的现象和结论填写好。虽然教师一再强调要根据实验现象实事求是填写实验报告，但学生却置若罔闻，更害怕自己填写了与课本、与他人不同的“错误”现象。这样，实验做不做都无所谓，除了熟悉操作，似乎再无价值可言。在日常实验教学中，这种现象可谓司空见惯，那怎样改变这种现状、真正发挥实验的功能呢？一个做不做都无所谓的实验，当然不能引发学生的求知欲和兴趣。那怎样把学生认为做不做都无所谓的验证性实验变为感兴趣的探究呢？在适当的时候、在合适的实验中，我们可以在实验药品上做点手脚，“逼迫”学生在出现异常现象时去主动探究。

例如，九年级化学人教版教材实验活动6“酸、碱的化学性质”实验步骤5：向两支试管中各加入相同量的氢氧化钙粉末，然后各加入1mL水，振荡；再各滴入1～2滴酚酞溶液，观察现象。继续向其中一支试管中加入约1mL水，振荡；向另一支试管中加入约1mL稀盐酸，振荡；比较两试管中的现象。endprint

这是一个验证氢氧化钙性质的实验，在动手实验之前学生就已经知道所谓的正确现象“加水部分溶解，向混合液中滴加酚酞时酚酞变红，再加稀盐酸，固体完全溶解，溶液红色逐渐褪去”，因此很难调动学生的求知欲和兴趣。如果我们把这个验证性实验改为探究性实验，教学效果将截然不同。教师准备实验时在氢氧化钙粉末上做个手脚，即把氢氧化钙粉末换成部分变质的或完全变质的样品，不同实验组的药品不尽相同：有的组是没有变质的氢氧化钙、有的组是完全变质的氢氧化钙样品、有的组是部分变质的氢氧化钙样品。实验前告知学生所用氢氧化钙样品可能变质但不确定，说明不同组实验现象可能会有差异。学生积极性被调动起来，迫切想通过实验知道所用样品究竟是否变质。实验时，不同实验组之间出现了三种不同的现象：①向样品和水的混合液中加入酚酞时变红，再加盐酸时试管底部固体消失、溶液红色褪去；②向样品和水的混合液中加入酚酞时不变红，再加盐酸时试管底部固体消失有气泡产生；③向样品和水的混合液中加入酚酞时变红，再加盐酸时试管底部固体消失有气泡产生、溶液红色褪去。学生通过对不同现象的分析来确定药品的成分，把原来氢氧化钙性质验证性实验变成对样品的探究实验。不再是做不做都知道现象的验证性实验，因此不能照搬书上的结论；不同实验组药品可能不同，因此不能人云亦云。无疑，这样的实验教学设计更利于培养学生勤于思考、严谨求实的科学品质。

如果只会“照方抓药”，即使操作很规范、实验过程很顺利，也不是高质量的科学实验活动。而通过在实验药品上“做点手脚”，可避免学生只会按照实验册规定的方法和步骤去完成实验。这样，才能真正实现中学化学实验的教育内涵“学做人，学做事，学做科学实验，学会思考”。当然，在实际操作时应注意合理分组，对不同能力的学生给予层次不同的问题。比如，上述案例中没有变质、完全变质、部分变质的三种样品，应由低到高分配给三个不同层次的学生。

三、将实验与认知相结合进行主题复习设计

POE（预测、观察和解释）教学模式的开发者White和Gunstone提出，当将实验过程与认知学习的经验相结合，可以使得实验过程与认知过程相融合，而不是纯粹联系实验用品、步骤或注意事项等，可以更好地促进学生科学学习[4]。复习课能够很好地实现将实验过程与认知过程相融合，下面以主题复习《废液成分探究》为例说明。

此时学生已经完成新课的学习进入初中化学的最后学习阶段，经过近一年的化学学习，具备了一定科学探究能力；掌握了一些基本实验技能：能较熟练地进行药品取用，会用酸碱指示剂检验溶液酸碱性，会进行过滤操作；具备了一定的知识基础：对酸、碱的化学性质较为熟悉，知道酸、碱、盐在水溶液中会解离成离子，了解常见离子之间的反应，知道CO32-的检验方法。不过，学生虽然具备了一定的知识基础，但面对陌生的问题情景，却往往不知所措，在新问题情景下解决化学问题的能力有待提高，对科学探究的理解也有待进一步提升。

活动一通过向充满CO2的塑料瓶中倒入过量氢氧化钠溶液并拧紧瓶盖振荡，创设问题情境，使问题处于学生思维的最近发展区，提高学生兴趣，激发学生的思维，引导学生初步学习分析反应后溶液成分的方法，知道一定有可溶性的生成物，可能有过量的可溶性反应物。

活动二利用学生较为熟悉的情景“实验室制CO2”，选择符合学生认知特征的、同时又具有一定开放性的问题：实验室制CO2废液过滤后所得滤液中可能含哪些溶质？通过改变问题的呈现方式，利用探究活动，调动学生复习“酸的化学性质”的积极性，提高复习质量和效率。以实验为载体，引导学生理解实验原理、训练基本实验技能、学会表述实验结论，进一步培养学生实验观。通过活动初步学习分析探究废液中溶质的方法，在活动中抓好知识和技能的落实，同时，强化学生的环境保护意识。

活动三创设真实而有意义的问题情景“把活动一、二中的两种废液混合”，探究两种废液混合后可能存在的阴离子，同时充分发挥实验的教育功能，引导学生逐步树立珍惜资源、爱护环境的可持续发展观念。以活动为载体，引导学生体验探究过程。

教师，作为学生学习引导者和驱动者，要立足于学生已有的认知水平，合理组织教材内容，精心设计实验教学。理想的实验教学，不仅要有助于激发学生学习化学的兴趣，创设生动活泼的教学情景，更要帮助学生理解化学知识，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观。我们应尽可能优化实验教学设计，充分挖掘实验的教育潜力。

参考文献

[1] 宋心琦. 化学实验教学改革建议之一 [J]. 化学教学，2012，（4）

[2] 汪凤炎. 教育心理学新编 [M]. 广州：冀南大学出版社，2006

[3] 宋心琦. 再谈中学化学实验教学改革 [J]. 化学教学，2013，（3）：5

[4] 孙丹儿. 中学化学实验研究视角的分析及其启示 [J]. 化学教学，2013，（7）：9endprint

这是一个验证氢氧化钙性质的实验，在动手实验之前学生就已经知道所谓的正确现象“加水部分溶解，向混合液中滴加酚酞时酚酞变红，再加稀盐酸，固体完全溶解，溶液红色逐渐褪去”，因此很难调动学生的求知欲和兴趣。如果我们把这个验证性实验改为探究性实验，教学效果将截然不同。教师准备实验时在氢氧化钙粉末上做个手脚，即把氢氧化钙粉末换成部分变质的或完全变质的样品，不同实验组的药品不尽相同：有的组是没有变质的氢氧化钙、有的组是完全变质的氢氧化钙样品、有的组是部分变质的氢氧化钙样品。实验前告知学生所用氢氧化钙样品可能变质但不确定，说明不同组实验现象可能会有差异。学生积极性被调动起来，迫切想通过实验知道所用样品究竟是否变质。实验时，不同实验组之间出现了三种不同的现象：①向样品和水的混合液中加入酚酞时变红，再加盐酸时试管底部固体消失、溶液红色褪去；②向样品和水的混合液中加入酚酞时不变红，再加盐酸时试管底部固体消失有气泡产生；③向样品和水的混合液中加入酚酞时变红，再加盐酸时试管底部固体消失有气泡产生、溶液红色褪去。学生通过对不同现象的分析来确定药品的成分，把原来氢氧化钙性质验证性实验变成对样品的探究实验。不再是做不做都知道现象的验证性实验，因此不能照搬书上的结论；不同实验组药品可能不同，因此不能人云亦云。无疑，这样的实验教学设计更利于培养学生勤于思考、严谨求实的科学品质。

如果只会“照方抓药”，即使操作很规范、实验过程很顺利，也不是高质量的科学实验活动。而通过在实验药品上“做点手脚”，可避免学生只会按照实验册规定的方法和步骤去完成实验。这样，才能真正实现中学化学实验的教育内涵“学做人，学做事，学做科学实验，学会思考”。当然，在实际操作时应注意合理分组，对不同能力的学生给予层次不同的问题。比如，上述案例中没有变质、完全变质、部分变质的三种样品，应由低到高分配给三个不同层次的学生。

三、将实验与认知相结合进行主题复习设计

POE（预测、观察和解释）教学模式的开发者White和Gunstone提出，当将实验过程与认知学习的经验相结合，可以使得实验过程与认知过程相融合，而不是纯粹联系实验用品、步骤或注意事项等，可以更好地促进学生科学学习[4]。复习课能够很好地实现将实验过程与认知过程相融合，下面以主题复习《废液成分探究》为例说明。

此时学生已经完成新课的学习进入初中化学的最后学习阶段，经过近一年的化学学习，具备了一定科学探究能力；掌握了一些基本实验技能：能较熟练地进行药品取用，会用酸碱指示剂检验溶液酸碱性，会进行过滤操作；具备了一定的知识基础：对酸、碱的化学性质较为熟悉，知道酸、碱、盐在水溶液中会解离成离子，了解常见离子之间的反应，知道CO32-的检验方法。不过，学生虽然具备了一定的知识基础，但面对陌生的问题情景，却往往不知所措，在新问题情景下解决化学问题的能力有待提高，对科学探究的理解也有待进一步提升。

活动一通过向充满CO2的塑料瓶中倒入过量氢氧化钠溶液并拧紧瓶盖振荡，创设问题情境，使问题处于学生思维的最近发展区，提高学生兴趣，激发学生的思维，引导学生初步学习分析反应后溶液成分的方法，知道一定有可溶性的生成物，可能有过量的可溶性反应物。

活动二利用学生较为熟悉的情景“实验室制CO2”，选择符合学生认知特征的、同时又具有一定开放性的问题：实验室制CO2废液过滤后所得滤液中可能含哪些溶质？通过改变问题的呈现方式，利用探究活动，调动学生复习“酸的化学性质”的积极性，提高复习质量和效率。以实验为载体，引导学生理解实验原理、训练基本实验技能、学会表述实验结论，进一步培养学生实验观。通过活动初步学习分析探究废液中溶质的方法，在活动中抓好知识和技能的落实，同时，强化学生的环境保护意识。

活动三创设真实而有意义的问题情景“把活动一、二中的两种废液混合”，探究两种废液混合后可能存在的阴离子，同时充分发挥实验的教育功能，引导学生逐步树立珍惜资源、爱护环境的可持续发展观念。以活动为载体，引导学生体验探究过程。

教师，作为学生学习引导者和驱动者，要立足于学生已有的认知水平，合理组织教材内容，精心设计实验教学。理想的实验教学，不仅要有助于激发学生学习化学的兴趣，创设生动活泼的教学情景，更要帮助学生理解化学知识，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观。我们应尽可能优化实验教学设计，充分挖掘实验的教育潜力。

参考文献

[1] 宋心琦. 化学实验教学改革建议之一 [J]. 化学教学，2012，（4）

[2] 汪凤炎. 教育心理学新编 [M]. 广州：冀南大学出版社，2006

[3] 宋心琦. 再谈中学化学实验教学改革 [J]. 化学教学，2013，（3）：5

[4] 孙丹儿. 中学化学实验研究视角的分析及其启示 [J]. 化学教学，2013，（7）：9endprint

这是一个验证氢氧化钙性质的实验，在动手实验之前学生就已经知道所谓的正确现象“加水部分溶解，向混合液中滴加酚酞时酚酞变红，再加稀盐酸，固体完全溶解，溶液红色逐渐褪去”，因此很难调动学生的求知欲和兴趣。如果我们把这个验证性实验改为探究性实验，教学效果将截然不同。教师准备实验时在氢氧化钙粉末上做个手脚，即把氢氧化钙粉末换成部分变质的或完全变质的样品，不同实验组的药品不尽相同：有的组是没有变质的氢氧化钙、有的组是完全变质的氢氧化钙样品、有的组是部分变质的氢氧化钙样品。实验前告知学生所用氢氧化钙样品可能变质但不确定，说明不同组实验现象可能会有差异。学生积极性被调动起来，迫切想通过实验知道所用样品究竟是否变质。实验时，不同实验组之间出现了三种不同的现象：①向样品和水的混合液中加入酚酞时变红，再加盐酸时试管底部固体消失、溶液红色褪去；②向样品和水的混合液中加入酚酞时不变红，再加盐酸时试管底部固体消失有气泡产生；③向样品和水的混合液中加入酚酞时变红，再加盐酸时试管底部固体消失有气泡产生、溶液红色褪去。学生通过对不同现象的分析来确定药品的成分，把原来氢氧化钙性质验证性实验变成对样品的探究实验。不再是做不做都知道现象的验证性实验，因此不能照搬书上的结论；不同实验组药品可能不同，因此不能人云亦云。无疑，这样的实验教学设计更利于培养学生勤于思考、严谨求实的科学品质。

如果只会“照方抓药”，即使操作很规范、实验过程很顺利，也不是高质量的科学实验活动。而通过在实验药品上“做点手脚”，可避免学生只会按照实验册规定的方法和步骤去完成实验。这样，才能真正实现中学化学实验的教育内涵“学做人，学做事，学做科学实验，学会思考”。当然，在实际操作时应注意合理分组，对不同能力的学生给予层次不同的问题。比如，上述案例中没有变质、完全变质、部分变质的三种样品，应由低到高分配给三个不同层次的学生。

三、将实验与认知相结合进行主题复习设计

POE（预测、观察和解释）教学模式的开发者White和Gunstone提出，当将实验过程与认知学习的经验相结合，可以使得实验过程与认知过程相融合，而不是纯粹联系实验用品、步骤或注意事项等，可以更好地促进学生科学学习[4]。复习课能够很好地实现将实验过程与认知过程相融合，下面以主题复习《废液成分探究》为例说明。

此时学生已经完成新课的学习进入初中化学的最后学习阶段，经过近一年的化学学习，具备了一定科学探究能力；掌握了一些基本实验技能：能较熟练地进行药品取用，会用酸碱指示剂检验溶液酸碱性，会进行过滤操作；具备了一定的知识基础：对酸、碱的化学性质较为熟悉，知道酸、碱、盐在水溶液中会解离成离子，了解常见离子之间的反应，知道CO32-的检验方法。不过，学生虽然具备了一定的知识基础，但面对陌生的问题情景，却往往不知所措，在新问题情景下解决化学问题的能力有待提高，对科学探究的理解也有待进一步提升。

活动一通过向充满CO2的塑料瓶中倒入过量氢氧化钠溶液并拧紧瓶盖振荡，创设问题情境，使问题处于学生思维的最近发展区，提高学生兴趣，激发学生的思维，引导学生初步学习分析反应后溶液成分的方法，知道一定有可溶性的生成物，可能有过量的可溶性反应物。

活动二利用学生较为熟悉的情景“实验室制CO2”，选择符合学生认知特征的、同时又具有一定开放性的问题：实验室制CO2废液过滤后所得滤液中可能含哪些溶质？通过改变问题的呈现方式，利用探究活动，调动学生复习“酸的化学性质”的积极性，提高复习质量和效率。以实验为载体，引导学生理解实验原理、训练基本实验技能、学会表述实验结论，进一步培养学生实验观。通过活动初步学习分析探究废液中溶质的方法，在活动中抓好知识和技能的落实，同时，强化学生的环境保护意识。

活动三创设真实而有意义的问题情景“把活动一、二中的两种废液混合”，探究两种废液混合后可能存在的阴离子，同时充分发挥实验的教育功能，引导学生逐步树立珍惜资源、爱护环境的可持续发展观念。以活动为载体，引导学生体验探究过程。

教师，作为学生学习引导者和驱动者，要立足于学生已有的认知水平，合理组织教材内容，精心设计实验教学。理想的实验教学，不仅要有助于激发学生学习化学的兴趣，创设生动活泼的教学情景，更要帮助学生理解化学知识，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观。我们应尽可能优化实验教学设计，充分挖掘实验的教育潜力。

参考文献

[1] 宋心琦. 化学实验教学改革建议之一 [J]. 化学教学，2012，（4）

[2] 汪凤炎. 教育心理学新编 [M]. 广州：冀南大学出版社，2006

[3] 宋心琦. 再谈中学化学实验教学改革 [J]. 化学教学，2013，（3）：5

[4] 孙丹儿. 中学化学实验研究视角的分析及其启示 [J]. 化学教学，2013，（7）：9endprint