基于学生科学素养培养的初中化学基础实验教学改进研究

杨东清 任娟

摘 要：化学是以实验为基础的自然科学，实验是学生获取知识、对知识进行创新的重要手段，是培养学生严谨的科学态度、较强的实验设计能力、动手实践能力、提高学生科学研究能力的重要途径。通过优化实验室气体制备实验，引导学生关注实验中的现象与结论，灵活运用控制变量法。通过实验改进，培养学生知识构建、实验探究等能力，形成研究及制备物质的一般思路，提升学生的科学素养。

关键词：实验室制备气体；实验改进；科学素养

依据化学课程标准，义务教育阶段的化学课程要以提高学生的科学素养为主旨，帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，发展科学探究能力。科学素养的要素内涵主要包括科学知识、科学方法、科学能力、科学情感态度与价值观、科学精神、科学技术与社会等六大要素。化学实验不仅仅是一种为学生提供感性认识的直观手段，而且还是激发学生兴趣，使学生掌握化学知识、实验技能和科学方法，培养学生科学能力、科学态度和科学观念的一种非常重要的途径和方法。可见，化学实验具有培养科学素养的功能。

化学实验涵盖的内容很多，其中改进实验恰当地对实验进行了拓展和延伸，让学生积极参与，激励他们不断去粗取精、去伪存真、由表及里地探求知识，是培养学生创造性思维的有效途径。因此，在化学实验教学中应充分注意对实验装置、原理等的探究。为此，本文选取实验室高锰酸钾制取氧气和二氧化碳两个气体制备基础实验为例，在自主性实验选题方面进行了相应的探索。

一、目前基础实验教学中存在的不足

1.学生的主体作用不突出

在基础实验教学过程中，很多教师往往在课堂上进行演示实验，然后学生记录实验现象以及在教师的引导下得出结论等。虽然学生有参与实验的过程，但往往也是在老师讲清楚实验步骤后，学生按部就班地操作而已。例如，氧气的制取实验，它是学生接触化学、了解化学、学习化学后接触到的第一个气体制取实验，有承前启后的作用，它不仅有利于学生进一步熟悉常见仪器的使用，而且通过对实验室制取氧气的原理和思路的分析，有利于培养学生的实验探究能力和创新意识，更为今后学习其他气体的制取打下良好的基础。但在以往的教学中，用高锰酸钾制取氧气时，一般方法是老师教给学生实验操作方法，用酒精灯加热试管中的高锰酸钾，再用带火星的木条检验氧气的产生，然后教师直接给出反应的文字表达式：高锰酸钾加热能产生锰酸钾、二氧化锰和氧气。教师往往感到尴尬，学生根本没有看到生成的锰酸钾和二氧化锰，由老师直接灌输给学生，这对实验原理的探究是远远不够的，所以，在后续的学习中，总会出现一些问题。比如，生成物写不全、区分不开锰酸钾和高锰酸钾等。再讲到氧气的收集方法时，应该选用向上排空气法，基本上都是教师先给知识点，然后再给学生讲解选用的原因，这样学生的感受不深，容易出现问题。在实验室制备二氧化碳气体实验中，一般都会采取类比氧气的实验室制法，认识实验室制备二氧化碳的原理、制取装置、操作步骤等方面；但在此基础上对发生装置进行进一步探究较少。对学生的实验设计思路、装置及实验探究能力的培养是远远不够的。

2.教师对基础实验的功能与地位认识不够

在化学课程标准中，科学探究部分明确指出了中学生需要完成的八个基本实验。但在实验教学过程中，很多教师在中考的压力下，往往只考虑学生如何才能得到高分，而忽略了对化学学科本质的探究。对于小组实验，因为场地和课时限制，往往会被忽略，而转变为教师演示实验，对于现象和结论比较注重，但是缺乏更多的原理分析和对学生情感态度的培养，忽略了学生自主学习的意识，对整个教学过程带来了消极的影响。

二、基于学生科学素养培养的基础实验教学改进

为改变教学中的不足，我们基于学生科学素养培养的角度改进初中化学实验教学，增强实验教学的探究性。具体的做法如下：

1.改进实验，探索生成物

眼见为实，直接告诉学生不如让学生亲眼看到、亲身体会。从生成物的角度分别设计实验，一一验证，充分分析实验现象，得出实验结论。例如，在高锰酸钾制取氧气的实验教学中：（1）氧气的检验：把带火星的木条接近导管口，复燃则是氧气。（2）锰酸钾的观察。本身锰酸钾是绿色固体，很容易看出来，但是在本实验中，前有高锰酸钾（剩余）的紫色干扰，后有生成的黑色的二氧化锰的干扰，造成观察生成的锰酸钾很困难。所以，我们采用了一些简单可行又不费时间的方法加以解决。方法如下：步骤一：首先取两个相同的集气瓶，分别放入100毫升水，一个备用，另一个把水倒掉。取少量的高锰酸钾溶解倒入有100毫升水的集气瓶中，让学生观察高锰酸钾的紫红色，两个集气瓶都留待后用。步骤二：取一药匙的高锰酸钾于试管中加热，用带火星的木条在导管口检验氧气。继续加热稍长时间后，撤掉酒精灯，把试管中的部分残留物倒到没有水的集气瓶中，学生能很清楚地观察绿色的锰酸钾。用集气瓶是因为底部向内突出，后倒入的固体药品会往底部四周扩散，遇到残留的水，很容易就看到了锰酸钾的绿色，排除了高锰酸钾的干扰，一次没有成功，可以重新做，直到基本没有固体残留，如果还没有观察到，可以往试管中到入一毫升水，稍加振荡，就能清楚地在试管壁上看到绿色的锰酸钾。最后，教师拿绿色的锰酸钾固体展示给学生。（3）二氧化锰的观察。向加入固体残留物的集气瓶中倒入100毫升水，振荡，和前边的加入高锰酸钾的集气瓶对比，学生会清楚地对比出有残留物的集气瓶中明显有黑色物质。我们可以继续验证二氧化锰。方法如下：把纸巾对折、对折、再对折，有一定的厚度，然后用滴管吸取少量混合物到纸巾上，很快液体被吸走，看到了残留的黑色物质二氧化锰。也可以课下利用小组活动，通过过滤的方法把二氧化锰提取出来，留待双氧水制取氧气时进一步检验。

2.改进实验，探索收集方法

向上和向下排空气法的教学，教师一般都采用直接讲解和画图并用的方法，讲解起来很是费劲，学生因为无法看到进入瓶中的氧气，也无法观察到排出去的空气，所以，造成部分学生理解有困难，只能死记硬背，不利于学生能力的培养。针对这一问题，我们采用了收集二氧化氮气体的对比实验。实验都是在实验室的通风橱中完成，并录像在课堂上展示。

对比实验一：向上和向下排空气法的对比。用向上排空气法收集二氧化氮气体时，学生看到了明显的红棕色气体进入集气瓶后，气体不断从瓶底上升，将空气排出，直到所有气体集满整个集气瓶。在向下排空气法时可以看到密度大于空气的二氧化氮气体会直接从瓶底向瓶口流动，无法收集满一瓶较纯净的气体。

对比实验二：导管深入集气瓶底和集气瓶口的对比。学生看到长管进入时，气体直接在瓶底富集，将空气排出，而从短管进入时，观察到气体不断向瓶底流动，很快与整瓶气体混合，不能有效地将空气排出瓶外。

对比实验三：排水法和排油法收集二氧化氮的实验对比。学生清楚地看到有色的二氧化氮气体很快消失和水产生反应，而排油法可以收集。从而得出能和水反应的气体不能用排水法收集，同理能溶于水的气体也不能用排水法收集等等。

通过对比实验，学生不仅能很容易掌握排气法收集气体的原理，而且能很好地培养学生学会在化学实验中灵活运用控制变量法。

3.分组实验，增强解决问题的能力

从实验的设计到具体实施，学生会遇到各种各样的问题。在解决问题中，让学生依据自己的实验现象进行分析，不仅有利于学生实验技能的培养，也有利于学生实验创新能力的培养。如，在第一单元的教学的过程中，学生加热胆矾固体，清楚地在试管口看到了产生的水珠现象，如果操作不当，就会造成试管炸裂。学生就很容易分析试管口稍向上倾斜引起回流问题。另外，在高锰酸钾制取氧气加热的过程中，如果试管口没有塞棉花，高锰酸钾进入导管就会出现紫红色。依据这一实验问题分析，学生对固体粉末的加热实验，操作上就会考虑类似问题的解决方法。实验室制取二氧化碳实验中，学生可以进一步设计实验装置，通过分组实验，引导学生发掘不同仪器的相同功能，进行简单替代，并赋予装置更多的功能，如，能控制反应随开随停以及生活中一些用品的再利用等等，实现对简单装置的改进。

4.增强实验题目的自主性、实用性、综合性

经过一学年的学习，学生已经逐步掌握了一些基本实验技能。学生的实验能力在不断提升，可以继续推出一些贴近生活，综合性强及可操作性强、学生感兴趣、具有一定创新性的基础化学实验。例如，日常食品中干燥剂成分的探究，蔬菜、水果中维生素C的测定，化妆品中铅含量的测定（快速检测试纸），松花蛋的制作等实验。也可以鼓励学生根据自己的兴趣开发新的实验题目。学生自主学习空间加大，求异创新的思维就会被激活。实验中涉及概念与技术的要点很多，例如，样品处理技术、实验方案设计、溶液的配制、干扰消除分析与实践、实验结果的表达与数据处理、推断化学组成、实验报告书写、相关实验设备使用与维护等。这种开放式的实验教学过程很受学生欢迎，为培养学生自主创新意识和能力创造了条件。在审阅学生实验设计方案以及与学生讨论问题的过程中，还应构建民主、平等、和谐的研讨氛围，师生关系要建立在平等、尊重、信任的基础上，充分发挥学生的潜能，使学生在实验的过程中全面提升分析问题的能力以及实践技能等科学素养。

总之，通过对化学基础实验教学的改进研究，不仅可以帮助学生完善对制备物质的原理研究以及物质制备的装置选择研究，而且在开放性的实验教学中，还可以充分发挥化学实验在培养学生的科学态度、训练学生的科学方法，特别是完善学生的创造性思维方面的功能。但在一些新开发的实验功能发挥上仍存在着一些不尽如人意的地方，阻碍着化学实验在完善学生创造性思维素质方面重要功能的充分发挥。因此，还需要我们不断探索。

参考文献：

[1]姚元芝.论初中化学教学中科学素质的培养[J].化学教育，1998（11）.

[2]刘贺芝.在化学实验教学中培养学生的创新能力[J].中学化学教学参考，2003（3）.

·编辑 李琴芳