高中化学实验探究教学设计的策略

钱柳云

社会的发展和人类的进步都离不开科学实验。生动的探究性实验不仅是提升课堂的亮点所在，也是激发学生求知欲的重要手段，更是提高学生科学素养、培养学生探究能力的源头活水。《高中化学课程标准》提倡：“以进一步提高学生的科学素养为宗旨，激发学生学习化学的兴趣，尊重和促进学生的个性发展；帮助学生获得未来发展所必需的化学知识、技能和方法，提高学生的科学探究能力。”随着高中新课程改革的推进，课堂中关注学生体验、引入科学探究、注重师生互动等教学理念已经被多数教师所接受，但是如何进行实验探究教学设计，如何将理念落实到课堂教学中，却是一个复杂的教学艺术问题。教师需要精心设计实验探究教学，改变学生的学习方式，通过实验的神奇魅力激发学生对化学的兴趣。教师可以通过实验探究教学设计的创新与改进使课堂更加生动精彩，有时只要在实验方法和手段上做适当的变化，就能收到意想不到的效果。笔者认为在实验探究教学设计过程中应注重以下几个策略。

一、“生活化”策略

陶行知先生曾说过：“我们深信生活是教育的中心。生活教育是给生活以教育，用生活来教育，为生活向前向上的需要而教育。教育要通过生活才能发出力量而成为真正的教育。”通过成长经验和从初中开始积累的化学知识，学生明白了化学与生活之间有着千丝万缕的联系，正确运用化学知识可以理清很多生活中的问题。因此在课堂教学设计中要重视“生活化”策略。

药物是学生在生活中必然会接触的事物，也是学生比较有兴趣去了解的事物。“生活中常见的药物”是苏教版《化学与生活》专题2第四单元“造福人类健康的化学药物”中的内容，其中抗酸药的药理研究与学生在必修1、必修2中所学知识首尾呼应。在进行教学时，可以设计抗酸药胃舒平成分的实验探究，让学生更好地掌握氢氧化铝的两性，了解复方药的特点，理解药物保存和使用的要求。检验胃舒平中氢氧化铝这一成分，要处理好Mg2+的干扰，如此也使偏铝酸盐的知识得到拓展。

这样的教学设计，具体内容上的前后交叉和重叠，既使学习有了阶段性，又使必修内容有了层次性，使知识概念的形成与发展得以螺旋式上升。教学回归学生的生活，让学生从生活素材中水到渠成地发现科学规律，使探究更贴近学生的最近发展区。这有益于引导学生从生活走进化学，从化学走向社会，通过关注社会、留心生活，研究、分析生活事实中的化学，体悟真实的、有用的化学，了解化学在日常生活中的巨大作用，理解化学、欣赏化学，增强对化学学科的自豪感和自信心。

二、“微型化”策略

20世纪80年代初期，为减少资源消耗和化学污染，部分发达国家开始推行微型化学实验，这是基于传统化学实验在理论上的微型化，是一种化学实验的新方法、新技术。实验探究教学设计中注重“微型化”策略，可以使学生在学习化学的过程中，培养细致、节约的意识。

在“电解池的工作原理及应用”中，为了帮助学生理解离子放电规律，教材中安排了在U形管中电解氯化铜溶液的演示实验。但是很多学生围观一个演示实验，容易出现三方面问题：一是不容易看清楚；二是如果按照课本图示进行分组实验，药品用量大，产生氯气较多，污染严重；三是教材中的实验无法体现出电解过程中离子放电的先后顺序。所以需要对该实验进行改进，将其改成可行的探究性分组实验。教师提供电解氯化钠和硫酸铜溶液以及微型实验器材：反应板、铅笔芯等，分别电解硫酸铜、氯化钠溶液。根据实验现象，再分析溶液中实际存在的离子，就能顺利得出阳极放电顺序为：Cl-—OH-—SO2-

4，阴极放电顺序为：Cu2+—H+—Na+，这样，学生就能对电解的先后顺序有直观的了解。

通过微型实验将电化学和元素化合物知识有机结合，使成本降低，时间变短，但现象明显。采用微型实验教学模式，为学生提供了从自己组装实验仪器装置到亲自操作的机会，能够完整地培养学生发现问题、设计实验、解决问题的能力，同时也能够激发学生学习的动力。

三、“绿色化”策略

化学教学“绿色化”的目标是最大程度地使各环节实现净化和无污染的反应途径，是实施可持续发展化学教育的必要途径。

在硝酸的教学内容中，强氧化性是其重要性质之一，因此，铜与浓、稀硝酸的反应也是重要的演示实验之一，通过演示实验可以形成鲜明的对比，使学生掌握不同浓度硝酸的氧化性。教材中采用试管实验，在课后“练习与实践”中，对铜与稀硝酸的反应已有初步改进，但仍还不够完善，存在污染环境的问题。所以在做这类实验时，要注重简单、环保。如可以将浓、稀硝酸分别与铜的反应进行对比实验，采用较易得的材料——输液袋，进行气体的制取、收集及性质的检验。将输液袋内的液体抽出后，塞入适量的铜丝。用注射器向其中一侧加入约5mL的6mol/L的稀硝酸，也可用温水浴加热以加快反应速度。另取约2mL的10mol/L的浓硝酸加入另一侧袋内。约3分钟后在稀硝酸一侧注入20mL空气，浓硝酸一侧注入10mL蒸馏水。这样既避免了麻烦的气密性检验，又排除了空气对一氧化氮的干扰，反应可控性强，操作简单，过程中无污染性气体逸出。

该实验的合理改进，不仅可以帮助学生迅速掌握硝酸的性质，更有利于培养学生的创新能力和环保意识。通过对针筒、输液袋等废旧物品的组合设计，体现出“物尽其用”的理念，同时培养了学生变废为宝，充分利用现有资源的生活观念。通过向学生潜意识中渗透环保意识和节约理念，培养了学生绿色化学的精神。

四、“定量化”策略

在高中化学教学过程中，定性研究是通过现象、文本、叙述、图片等来收集和分析化学中的非数字表征。定量研究是基于理性和逻辑分析，借助实验、测量、统计、分析等手段来对事物量的方面进行分析和研究，结果以数字呈现。在高中化学教学过程中，实验教学通过DIS手持技术“定量化” 设计，将有助于科学地揭示化学现象和规律。

例如，教师在处理“探究压强变化对化学平衡的影响”这一教学内容时，经常进行定性教学，这使得学生对于勒夏特列原理中“不是抵消而是减弱”的理解比较困难。对于这一知识难点，可以利用色度传感器来检测 2NO2?N2O4体系的吸光度，根据吸光度可以表征体系中红棕色气体二氧化氮的浓度，那么就能用定量的手段得出体系压强改变对化学平衡的影响，就可以让学生更直观地理解了。

该实验，可利用数据采集器、色度传感器和电脑相连接，通过与配套软件组成的定量采集和处理数据系统，得到相应的数据图像，从而能更直观地表现出反应前后气体体积发生变化的可逆反应——当其他条件不变时，增大体系压强，平衡朝着气态物质减少的方向移动，最终压强减小，但仍比原来大，“减弱”了压强的增大但是不能“抵消”压强的增大；而减小体系压强，平衡朝着气态物质增多的方向移动，最终压强增大，但仍比原来小，“减弱”了压强的减小但是不能“抵消”压强的减小。

肉眼观察颜色变化不够准确，而数据显示则能一目了然。借助于DIS手持技术，学生能够直观地观察到压强变化对化学平衡移动的影响，也使宏观的实验现象与微观的原理解释一致。这样化抽象为直观，转定性为定量，体现了化学实验的真实性，展现了数字化探究实验的魅力。

五、“可视化”策略

在知识爆炸的时代背景下，知识可视化（Knowledge Visualization）伴随着各种技术的飞速进步，在教育领域也受到众多教育学家与教育实践者的关注，如何恰当应用实验手段使知识可视化，从而促进教学活动，也成为当前教育界探讨的热点。

在“氯水成分的多样性”探究实验教学设计中，关于次氯酸的光解实验，教师往往谈而不做，甚至一带而过。究其原因，是由于传统的氯水光解实验是在敞口容器中进行的，且所需氯水用量大，光解时间特别漫长，要在课堂上检验氧气的生成是不现实的。怎样将实验现象进行放大，便于全体学生观察呢？可视化的实验探究教学设计是值得考虑的解决方案。

例如，可以将氯气通入Na2CO3溶液中直至饱和，达到提高溶液中次氯酸浓度的目的。然后将配制好的高浓度次氯酸溶液用针筒抽取注入到一支无色透明的小药瓶中，注满，放到盒子里避光。实验时，将一段输液管穿透小橡皮塞伸入瓶内，顶端接上带有红墨水的水笔芯，置于明亮直射的日光下，5分钟后，可观察到盛有次氯酸溶液的红液柱上升，有许多细小的针尖状的气泡附着在软管外壁上。又因红墨水没有褪色的迹象，可知产生了氧气。

该设计可弥补课堂时间的不足，既缩短了光解时间又节约了氯水用量，更可以验证是否产生氧气。将此实验可视化，不但向学生证明化学是真实的，而且可以培养学生求真务实的态度，并提高其创新思维能力。

以上策略的实施，首先需要教师提高教学能力，设计出条理清晰、结构优化的教学设计。其次，教师要善于启发学生质疑，激发学生内驱力，增加学生表达的机会。再次，教师要培养自身敏锐的洞察能力、灵活的课堂应变能力，及时发现学生的问题和想法，用设问、追问等方式为学生提出问题创造时机，不但化解学生的疑惑，还帮助学生收获知识。最后，教师更要努力创造民主和谐的课堂氛围，调动学生的学习热情，提高学生的参与意识，充分发挥学生的主体地位，让更多的学生参与到教学活动中。

参考文献（编者略）

（责任编辑 郭向和）