中学化学实验研究2.ppt

中学化学实验研究中学化学实验研究中学化学实验研究中学化学实验研究周宁怀周宁怀（杭州师范学院继续教育学院）（杭州师范学院继续教育学院）Tel:0571-88972919Tel:0571-88972919Email:Email:cn 本课程简介在全面实施素质教育的大趋势下，审视中学化学实验教学的现状与存在问题。从理论与实践的结合上阐明实验教学的地位与作用，21世纪中学化学实验教学改革的方向；微型实验的概念、发展和在中学化学中的应用，探究型实验的设计与实践。教材分三章：教材分三章：1我国中学化学实验教学现状与发展趋势我国中学化学实验教学现状与发展趋势2微型化学实验微型化学实验3.探究性实验探究性实验 学习要求:学员对当前实验教学的主要问题，实验改革的方向有更清楚的认识，能够在本职教学中开展微型实验和探究性实验，了解实验教学的研究内容和注意事项并能用于实践。学习方法学习方法学习方法学习方法:网上自学教材内容；利用本校实验室进行探究实验；阅读指定参考文献；完成复习思考题和作业；进行网上答疑辅导（通过EMAIL）根据所学内容联系教学实践写出有关实验教学的论文（现状问题分析与解决办法；经验总结或新实验的探索）作为本课程结业评分依据。参考书刊：参考书刊：吴俊明.中学化学实验研究导论江苏教育出版社周宁怀.微型无机化学实验科学出版社徐承波等.化学活动课与微型实验设计与实践上、下册，民主建设出版社化学教育、化学教育、中学化学教学参考、期刊的有关文章 内容概要：内容概要：本章较全面的分析实验教学观念、实验内容与手段和教学研究等方面的现状与问题，论述了发展趋势。重点是加深对实验教学地位和发展趋势的认识。第一章第一章 我国中学化学实验教学现状我国中学化学实验教学现状及其发展趋势及其发展趋势1.1 实验在中学化学教学中的地位和作用尚待实验在中学化学教学中的地位和作用尚待加强加强存在问题存在问题:1.把实验当作一种直观工具把实验当作一种直观工具 辅助手段辅助手段,在教学中在教学中处于从属地位处于从属地位;表表1 全国部分中学化学实验教学调查统计全国部分中学化学实验教学调查统计调查项目初三高三全不做演示和学生实验7.1%4.3%只做个别实验22.9%5.7%做大部分演示和少量学生实验或做少量演示实验和大部分学生实验40.0%44.3%教材上演示实验和学生实验全做或基本全做30.0%45.7%2.2.学生亲自动手实验机会少学生亲自动手实验机会少学生亲自动手实验机会少学生亲自动手实验机会少学生实验动手率(SR)的概念作为学生参加实验教学的一项指标，其定义为：i为班级中学生人数2000年调查表明：初中学生SR20%，高中33%。即高中学生亲自做过的实验占教材中学生实验1/3左右，而初中生每人做过的实验只占规定实验的1/5。分组中学生人数越多或开出的实验个数越少，SR越低。教教育育“八八五五”规规划划的的重重点点课课题题之之一一学学生生实实验验能能力力调调查查曾曾首首次次在在全全国国范范围围较较大大规规模模抽抽样样1010个个省省市市1062110621名名学学生生，对对学学生生物物理理、化化学学、生生物物学学等等各各种种实实验验动动手手能能力力进进行行测测试试。测测试试满满分分为为3030分分，及及格格标标准准是是1818分分。结结果果高高中中化化学学实实验验平平均均分分为为17.0517.05分分，初初中中化化学学实实验验能能力力平平均均分分为为19.16 19.16 分分。在在调调查查测测试试过过程程中中，学学生生简简单单操操作作较较好好，细细心心操操作作差差，直直观观模模仿仿性性实实验验尚尚好好，设设计计型型实实验验很很差差。课课题题组组通通过过对对测测试试结结果果进进行行综综合合评评价价是是高高中中学学生生实实验验能能力力不不及及格格，初初中中学学生实验能力也生实验能力也不及格不及格！国际教育发展评价组织在新世纪之初对21个国家学生的创新能力开展调研，结果是我国中学生的创新能力处于第16位，只有占4.7%的中学生认为自己有好奇心和创新能力，仅有14.9%的学生希望得到创新能力的培养。表明传统的教育理念、教学内容和模式（包括实验教学）不利于学生创新精神的培养。1.2 中学化学实验教材内容分析中学化学实验教材内容分析国别书名作者或出版社/（年）学生实验数美国高中现代化学HC梅特卡夫/（1974）65化学基础ER图恩/（1980）67化学概要AW格林斯通/（1980）115德国化学A凯姆批帕/（1982）375中国初中化学（1987）人教社8+4高中化学（必修）20018+8高中化学（选修）7+2表表2 部分国家中学化学教科书中编入学生实验的数目比较部分国家中学化学教科书中编入学生实验的数目比较注：“+”号后的数据为选做实验或家庭实验我国中学化学教材中实验数量比一些发达国家要少，我国中学化学教材中实验数量比一些发达国家要少，我国中学化学教材中实验数量比一些发达国家要少，我国中学化学教材中实验数量比一些发达国家要少，近来有所改变。近来有所改变。近来有所改变。近来有所改变。上海科技出版社初三化学新教材人教社（1987）版初三化学教材2001版高中化学试验修订本必做选做课外实验要求做实验86个4个15个78个课堂实验37个学生实验学生实验学生实验必做选做课外实验必做选做必做选做家庭12个4个4个8个4个853表表3 上海版新教材与人教版教材实验数量比较上海版新教材与人教版教材实验数量比较上海初中新教材中实验数量比1987年人教社递增了34.6%，学生实验递增了67%。增加实验是教学改革的一个趋势。从内容上看，过去是以演示实验、验证性实验为主。学生做实验主要是所学知识的应用，往往限于“照方抓药”式的呆板操作。近来已注意到要紧密地联系社会生产和生活，具有实用价值的实验。趣味性也有所提高，有些实验还能按问题中心模式编排。例如：上海科技初三部分实验目录：各种水的含氧量测试及比较实验 酸雨的pH值的测定 香烟的毒性检验 天然纤维和合成纤维的染色比较实验 煤气爆鸣实验 粉尘爆炸实验 酸、碱对动、植物纤维的腐蚀性比较实验 各种水的硬度测定及水中氯离子的检验这种课题式的实验教学活动是社会中心课程，还有融合学科中心和问题中心教材的双方长处来选择设计实验内容 1.3 中学化学实验的手段的发展中学化学实验的手段的发展化学实验手段是指仪器、装置、工具和设备等。近百年没有什么变动的，这与当今科技高速发展的现状是极不相符的。实验的步骤和方法等也规定得过于“规范”和“具体”。不利于培养开拓型、创造性思维的人才。突破：称量用了高精密度的数字显示电子天平，测量温度用数字显示的电子测温仪。微型实验仪器（如多用滴管和井穴板）入了部颁中学理科教学仪器配备目录向全国推广1.4 中学化学实验教学研究现状中学化学实验教学研究现状实验教学作为教学科研活动，一直受到广大中学化学教师的重视。近10多年来，各种类型的实验研讨活动如雨后春笋般涌现。例如，由京、津、沪、渝、川、辽等省市组建的中学化学实验研讨会，自1986年起至今已举办了17届。其间产生了几百项实验研究的成果，包括实验仪器的创新和改进、化学实验的设计和研究，以及中学化学第二课堂实验的探索研究等。又如由中国化学会主办的全国中学微型化学实验研讨会，自1994年起至今已举行过3届，每次均有上百篇论文在会上交流，并正式出版会议论文集。这些大型的研讨活动，对我国中学化学实验教学的促进作用是很大的。但就其科学水平总的看来仍不够高。首先，广义的实验研究课题却少有人问津。如化学实验如何更好地实施素质教育？如何在实验教学中实施科学方法、科学态度的教育？怎样更好地培养学生的创新意识和创造能力等等。其次，对研究具体的实验而言，存在不少随意而为、方法笨拙、技术落后，甚至是违反科学等问题。知识产权被侵、重复发表。缺乏用科学理论对实验的研究进行指导，盲目地用尝试错误法寻找最佳实验条件，对实验产生的诸多因素只采用较低水平的简单比较法。成果的表达或过于简单，或不完整。为了提高研究的科学水平，应该提倡研究者学习一些科学研究的方法论，学习对中学化学实验的系统分析方法。了解国外的中学化学实验教学及其研究的现状，学会科学地选择研究课题，学会有关文献及检索学习一些基本的试验设计方法如简单比较法和正交试验法等，并学一些对试验结果的分析方法（如直观分析法、方差分析法等）。1.5 中学化学实验教学改革的发展趋势中学化学实验教学改革的发展趋势 1.5.1 化学实验教学功能的再认识化学实验教学功能的再认识资深院士戴安邦教授指出“上好化学实验课是实施全面化学教育（即素质教育）的最有效的教学形式。”“因为学生在化学实验的作业中，不仅学到第一手化学知识和动手技术，更受到科学方法和思维的训练，还得到科学精神和品德的培养。”创新思维的培养创新思维的培养大脑两半球基本上是以不同的方式进行思维的，大脑两半球基本上是以不同的方式进行思维的，左脑倾向于对抽象材料（概念、数字、理论）形成左脑倾向于对抽象材料（概念、数字、理论）形成概念、做出判断、用推理的方式进行抽象思维；右概念、做出判断、用推理的方式进行抽象思维；右脑则通过对形象材料、表象的加工改造，进行形象脑则通过对形象材料、表象的加工改造，进行形象思维。创造活动是抽象思维和形象思维协同作用的思维。创造活动是抽象思维和形象思维协同作用的结果。形象思维在创新过程中，起着关键的作用。结果。形象思维在创新过程中，起着关键的作用。传统教育偏重于左脑的训练与开发，忽视了右脑开传统教育偏重于左脑的训练与开发，忽视了右脑开发实验作业是开发学生发实验作业是开发学生“右脑右脑”、促使青少年全脑、促使青少年全脑均衡发育的不可替代的教学活动。实验使学生的大均衡发育的不可替代的教学活动。实验使学生的大脑思维紧张地活动起来，产生各种想象、假设和推脑思维紧张地活动起来，产生各种想象、假设和推理，帮助学生完成创造性思维的全过程。理，帮助学生完成创造性思维的全过程。实验能力的培养实验能力的培养实验能力的培养实验能力的培养 能力是一种个性心理特征。广义的化学实验能力内涵除了知识和技能之外，还包括实验方法论和实验方法论技能等。首先包括提出问题、选择和明确课题的能力。爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”科学地选择实验方法和设计实验方案的能力;查阅有关的化学文献资料的能力;上网查询各种资料的能力；实验思维能力涉及对实验课题和实验方案的理解，涉及对实验现象的认知、判断、处理，涉及对实验活动和行为的设计、决策、评价和概括。综上所述，化学实验能力是一种综合能力着眼于广义实验能力的培养。只有这样才能真正提高学生的化学实验能力和素质。科学方法与科学态度的培养科学方法与科学态度的培养科学方法与科学态度的培养科学方法与科学态度的培养 科学方法是指人在认识自然和改造自然的过程中所遵科学方法是指人在认识自然和改造自然的过程中所遵科学方法是指人在认识自然和改造自然的过程中所遵科学方法是指人在认识自然和改造自然的过程中所遵循的途径以及使用的手段。科学方法是理解科学知识的纲循的途径以及使用的手段。科学方法是理解科学知识的纲循的途径以及使用的手段。科学方法是理解科学知识的纲循的途径以及使用的手段。科学方法是理解科学知识的纲领，也是应用知识解决实际问题的桥梁。把科学知识的学领，也是应用知识解决实际问题的桥梁。把科学知识的学领，也是应用知识解决实际问题的桥梁。把科学知识的学领，也是应用知识解决实际问题的桥梁。把科学知识的学习与科学方法、科学思想、科学精神的教学融合在一起，习与科学方法、科学思想、科学精神的教学融合在一起，习与科学方法、科学思想、科学精神的教学融合在一起，习与科学方法、科学思想、科学精神的教学融合在一起，使学生形成一种心理的定势，能最有效获取知识，并能够使学生形成一种心理的定势，能最有效获取知识，并能够使学生形成一种心理的定势，能最有效获取知识，并能够使学生形成一种心理的定势，能最有效获取知识，并能够产生一种对问题的敏感性，是学生智能发展的标志，又为产生一种对问题的敏感性，是学生智能发展的标志，又为产生一种对问题的敏感性，是学生智能发展的标志，又为产生一种对问题的敏感性，是学生智能发展的标志，又为智能的进一步发展提供保障。智能的进一步发展提供保障。智能的进一步发展提供保障。智能的进一步发展提供保障。传统的教学对科学方法很少关注，学生没有掌握这门传统的教学对科学方法很少关注，学生没有掌握这门传统的教学对科学方法很少关注，学生没有掌握这门传统的教学对科学方法很少关注，学生没有掌握这门科学的科学方法，所以最科学的科学方法，所以最科学的科学方法，所以最科学的科学方法，所以最多只能说他学过了这门学科，多只能说他学过了这门学科，多只能说他学过了这门学科，多只能说他学过了这门学科，而不能说已掌握了这门学科。而不能说已掌握了这门学科。而不能说已掌握了这门学科。而不能说已掌握了这门学科。很多科学方法都和化学实验融合在一起。很多科学方法都和化学实验融合在一起。很多科学方法都和化学实验融合在一起。很多科学方法都和化学实验融合在一起。上海上海上海上海版的初三化学课本，版的初三化学课本，版的初三化学课本，版的初三化学课本，“空气的成分空气的成分空气的成分空气的成分”中介绍了中介绍了中介绍了中介绍了舍勒和普里斯特先后制得氧气的情况，又介绍舍勒和普里斯特先后制得氧气的情况，又介绍舍勒和普里斯特先后制得氧气的情况，又介绍舍勒和普里斯特先后制得氧气的情况，又介绍了法国化学家拉瓦锡的著名研究空气成分的实了法国化学家拉瓦锡的著名研究空气成分的实了法国化学家拉瓦锡的著名研究空气成分的实了法国化学家拉瓦锡的著名研究空气成分的实验。为什么舍勒和普里斯特先一步制得氧气却验。为什么舍勒和普里斯特先一步制得氧气却验。为什么舍勒和普里斯特先一步制得氧气却验。为什么舍勒和普里斯特先一步制得氧气却不认为是氧气，而分别称之为不认为是氧气，而分别称之为不认为是氧气，而分别称之为不认为是氧气，而分别称之为“火气火气火气火气”和和和和“脱脱脱脱燃素的空气燃素的空气燃素的空气燃素的空气”呢？真正发现氧气的为什么是后呢？真正发现氧气的为什么是后呢？真正发现氧气的为什么是后呢？真正发现氧气的为什么是后来才制得氧气的拉瓦锡呢？来才制得氧气的拉瓦锡呢？来才制得氧气的拉瓦锡呢？来才制得氧气的拉瓦锡呢？课本将拉瓦锡用新课本将拉瓦锡用新课本将拉瓦锡用新课本将拉瓦锡用新理论来探索研究事物的科学方法，生动地展现理论来探索研究事物的科学方法，生动地展现理论来探索研究事物的科学方法，生动地展现理论来探索研究事物的科学方法，生动地展现在学生面前。他的功绩就在于在学生面前。他的功绩就在于在学生面前。他的功绩就在于在学生面前。他的功绩就在于进行了系统的定进行了系统的定进行了系统的定进行了系统的定量实验量实验量实验量实验，把舍勒、普里斯特等化学家所提供的，把舍勒、普里斯特等化学家所提供的，把舍勒、普里斯特等化学家所提供的，把舍勒、普里斯特等化学家所提供的实验材料和方法，科学地整理、编排、归纳、实验材料和方法，科学地整理、编排、归纳、实验材料和方法，科学地整理、编排、归纳、实验材料和方法，科学地整理、编排、归纳、分析，科学地进行推论。分析，科学地进行推论。分析，科学地进行推论。分析，科学地进行推论。从而使学生认识到科从而使学生认识到科从而使学生认识到科从而使学生认识到科学方法及科学理论的重要意义。学方法及科学理论的重要意义。学方法及科学理论的重要意义。学方法及科学理论的重要意义。以以上上从从青青少少年年全全脑脑发发育育、创创造造性性思思维维和和实实验验能能力力的的培培养养、科科学学方方法法与与态态度度的的养养成成等等方方面面多多维维度度讨讨论论了了化化学学实实验验的的教教育育功功能，由此可得出结论：能，由此可得出结论：一一、以以学学生生为为本本的的教教学学观观把把学学生生亲亲自自进进行行实实验验作作为为培培养养学学生生创创新新精精神神和和实实践践能能力的基本途径；力的基本途径；二二、实实验验是是实实现现中中学学化化学学教教学学目目标标，提提高高学学生生科科学学素素质质的的重重要要而而有有效效的的途途径径，它应贯穿于中学化学教学的全过程。它应贯穿于中学化学教学的全过程。教学模式是教学基础理论的具体化，又是教学教学模式是教学基础理论的具体化，又是教学经验的概括。教学模式跟教学基础理论相比，经验的概括。教学模式跟教学基础理论相比，具有更强的可操作性，是教学基础理论和教学具有更强的可操作性，是教学基础理论和教学实践的中介。实践的中介。探究式教学模式极有可能成为我探究式教学模式极有可能成为我国中学化学实验教学改革的方向。国中学化学实验教学改革的方向。通常按通常按“实验实验问题问题讨论讨论结论结论”或或“问题问题讨论讨论实验实验结论结论”的程序进行教学能促使的程序进行教学能促使学生学习如何自主地发现问题，如何设计实验，学生学习如何自主地发现问题，如何设计实验，如何观察实验，如何用学过的知识来解决问题如何观察实验，如何用学过的知识来解决问题或发现新的规律等，同时也更能激发学习的动或发现新的规律等，同时也更能激发学习的动机。机。1.5.2中学化学实验教学模式的改革方向中学化学实验教学模式的改革方向 实验内容和形式的多元化实验内容和形式的多元化突破学科中心心的体系封闭性（内容和教学空间与时间的封闭）。融合STS教育思想是化学教材改革的一个趋势。如实验将渗透社会关注的热点问题，使学生体验化学、技术和社会的联系，显然这类实验具有综合性、现实性和动态性这类实验的开展形式也是多样化的。对那些效果优良的传统实验仍应保留或进一步改进 1.5.3中学化学实验内容的发展趋势中学化学实验内容的发展趋势 实验仪器与设施的现代化实验仪器与设施的现代化 各种先进实验装备、设施将会越来越多得到应用各种先进实验装备、设施将会越来越多得到应用。如：如：精密电子天平、数字式测温计和气压计，数字精密电子天平、数字式测温计和气压计，数字式式PH计，不少重点中学还添置了红外光谱仪、双气计，不少重点中学还添置了红外光谱仪、双气路大气采样仪等仪器。路大气采样仪等仪器。新颁布的新颁布的“高中化学课程标准高中化学课程标准”中实验化学内中实验化学内容标准已列出初步掌握分析天平和容标准已列出初步掌握分析天平和PH计，并知道可计，并知道可用质谱仪、核磁共振仪，红外光谱等现代仪器来测用质谱仪、核磁共振仪，红外光谱等现代仪器来测定物质的组成与结构的要求。定物质的组成与结构的要求。以图形计算器为核心的手持式教学工具，包括以图形计算器为核心的手持式教学工具，包括“TI图形计算器图形计算器”、“以计算器为基础的实验室（以计算器为基础的实验室（GBL系统）系统）”、各种传感器（俗称探头）等，也开始进、各种传感器（俗称探头）等，也开始进行教学。行教学。图图图图1-11-1用用用用TITI技术测酒精灯火焰温度装置图技术测酒精灯火焰温度装置图技术测酒精灯火焰温度装置图技术测酒精灯火焰温度装置图测得酒精灯火焰温度高低顺序是：焰心（测得酒精灯火焰温度高低顺序是：焰心（测得酒精灯火焰温度高低顺序是：焰心（测得酒精灯火焰温度高低顺序是：焰心（432.3432.3）外焰外焰外焰外焰（519.9519.9）内焰（内焰（内焰（内焰（665.5665.5）。纠正了过去的观念。）。纠正了过去的观念。）。纠正了过去的观念。）。纠正了过去的观念。对化学实验的不安全因素，有害环境的废对化学实验的不安全因素，有害环境的废气、废液、废渣要进行必要处理。气、废液、废渣要进行必要处理。措施措施：1.尽可能减少实验试剂的用量尽可能减少实验试剂的用量 ;2.采用密闭化的实验装置采用密闭化的实验装置;3.无法密闭时，要加强吸收、通风无法密闭时，要加强吸收、通风;4.加强反应物质的回收利用和消害处理加强反应物质的回收利用和消害处理;5.开发绿色化学实验开发绿色化学实验.重视实验安全、开发绿色实验重视实验安全、开发绿色实验绿绿色色化化学学是是从从源源头头上上消消除除化化学学过过程程对对环环境境负负面面影影响的化学又称环境友好化学，可以图示如下响的化学又称环境友好化学，可以图示如下要以这样的理念来设计的实验要以这样的理念来设计的实验。无毒无害原料可再生资源原子经济性反应高选择性反应环境友好产品无害溶剂无害高效催化剂 推广微型化学实验推广微型化学实验 微型化学实验是在微型化的仪器装置中进行的化学实验，其试剂用量比对应常规实验节约90%左右。被视为化学实验绿色化的措施。目前国内已有近千所中学不同程度地开展了微型实验，所有采用微型实验的学校的试点班化学成绩整体大面积提高。