探索性化学实验的设计原则、内容及其教学模式，本文主要内容关键词为：教学模式论文,化学实验论文,原则论文,内容论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
实施素质教育，培养创新人才，已成为当今高师化学教育教学改革的主旋律。在我院化学实验教学改革中，我们发现探索性化学实验教学对于加强师生互动，激发学生的学习兴趣，激励学生的探索精神，磨练学生克服困难、获取成功的意志，以及培养学生创新精神和实践能力都有重要的作用。本文结合《化学实验设计与研究》课程的教学，对探索性化学实验的设计原则、内容及其教学模式进行初步探索。
1 探索性化学实验的设计原则
探索性化学实验是那些只有实验课题而没有实验步骤的一类实验。它要求学生用发散思维、联想思维、逆向思维对教师所提出的课题根据已掌握的知识和技能，根据现有条件制定不同的方案、验证方案、得出结论。我们以为，要设计具有良好教学功能的探索性实验，需要用目的性、科学性、发展性、创新性、可行性、简约性、安全性、趣味性、启发性和最优化等原则作为探索性实验设计的指导思想。其中，科学性、创新性、简约性和启发性原则应引起设计者给予足够的重视。
1.1 科学性原则
科学性是探索性实验设计的核心原则。科学性是指探索性实验设计中的实验原理、装置原理、操作程序和方法都必须与化学理论知识、实验方法论、实验教学论和实验研究过程相一致。探索性化学实验设计的全过程都要科学、合理，所采用的设计标准、方法、步骤等都有一定的理论依据或实践基础，由此而得出的实验结论才是正确的。
1.2 创新性原则
创新是探索性化学实验设计的灵魂。没有创新，就没有进步。创新性是指实验设计要敢于突破陈规，独到于新颖、独特、巧妙之处，能反映新事物、新观点、新理论、新方法和新思路等。一个成功的探索性实验设计必须反映实验设计者独出心裁的构思。
1.3 简约性原则
简约性是探索性化学实验设计的根本原则。对于同一实验，实验越简单越好，简单就是美。所谓简约性是指要尽可能采用简单的实验方法和实验装置，用较少的实验步骤和实验药品、仪器，在较短的时间内可完成效果明显的实验。恰当的实验设计既突出实验重点，又没有冗长的实验步骤，充分体现出简约性。“一个科学家最大的本领就在于化复杂为简单，用简单的方法去解决复杂的问题。”
1.4 启发性原则
教学中的探索性实验设计不同于科研中的探索性实验设计，其不同点之一是前者应具有启发性。所谓启发性是指探索性实验设计本身具有启迪学生思维的作用以及教师对实验作出一系列富有启发性的指导，使学生在探索性实验中能自觉、深入的思考，并对探索的结果进行诊断和评价，培养学生思维能力和创新精神。
2 探索性化学实验的设计内容
《化学实验设计与研究》课程是高师化学教育专业一门选修课，主要研究中学化学教学中的实验问题。因此，探索性实验的设计内容主要是中学化学教学中一些容易转化为探索性实验的教学内容和将已学的化学知识应用于日常生活、生产中的一些实际问题。它主要包括以下5 个方面。
2.1 将“化学教学中的一些问题”设计成探索性实验
化学教学中，有些问题，教材和参考书上给出的结论很笼统，人们对其研究得很少，认识也较为简单。对这样一类问题，可以设计成探索性实验，让学生通过实验探索得出符合客观实际的结论。例如“Zn跟FeCl[,3]溶液反应”，教材和参考书上笼统地用“Zn＋2FeCl[,3]＝2FeCl[,2]＋Zn－Cl[,2]”来表示反应结果，但实际情况很复杂，随着FeCl[,3]溶液浓度的不同，反应现象、反应产物、反应表达式也不相同。
2.2 将“影响因素多， 又不易成功的实验”设计成探索性实验
在中学化学演示实验和学生实验中，有很多实验受多种因素影响，其实验现象不明显，甚至会出现失败或异常现象。对于此类实验问题，可设计成探索性实验，让学生探索出最佳实验条件。例如“纤维素水解实验”可设计成“纤维素水解实验最佳条件的探讨”。
2.3 将“实验中异常物质的成分鉴别”设计成探索性实验
化学实验中，经常可以看到有异常物质生成，其物质的成分究竟是什么，人们难以给出明确答案。例如，铜跟浓硫酸在加热条件下反应时，总有大量黑色物质生成，并悬浮在硫酸中，该黑色物质的成分是什么，可设计成探索性实验，让学生进行实验探索。
2.4 将“贴近生活、贴近生产的问题”设计成探索性实验
学习的目的是为了应用。化学教学中，很多的化学知识与生活、生产有着密切的联系。如果将其中有些问题设计成探索性实验，可激发学生的学习兴趣和热情，使他们真切地感受到化学知识有用武之地。例如，现在假酒、假碘盐等伪劣产品充斥市场，就此可设计成“真假白酒鉴别实验设计”和“真假碘盐鉴别实验设计”等研究性课题让学生进行实验探索。
2.5 将“演示实验”设计成探索性实验
现行中学化学课本中的演示实验，绝大多数是一种培养学生形成概念、理解和巩固化学知识的验证性实验，缺少探索性实验，不利于对学生创新思维和创新能力的培养。因此，要多进行探索性实验设计。例如，镁粉与溴水反应的验证演示实验可设计成探索性演示实验。
3 探索性实验的教学模式
化学实验教学模式是一种教学范型，是在一定的教学思想指导下，围绕着教学活动中某一主题而形成的相对稳定的、系统化的理论化的方案。根据不同的实验类型、教学要求以及学生发展水平、接受能力和心理特点应选用特定的教学模式。探索性实验是化学实验中的一种类型，其教学模式的结构示意图如下：
注：虚线方框内的教学环节不是在本次学生实验课内完成的，而是在课前完成的。
4 探索性化学实验的教学过程
根据上述探索性实验的教学模式，可采用“准备——实施——结束”三段式教学。现以中学化学教学中受影响因素较多、不易成功的实验之一“氢氧化亚铁的制备”实验为例，介绍其教学过程。
4.1 准备阶段
（1）提出课题 明确要求
现行中学化学课本中关于氢氧化亚铁制备的实验存在如下不足：生成白色的氢氧化亚铁很快被空气中的氧气氧化，转变成灰绿色和红褐色，学生不能观察到白色氢氧化亚铁沉淀的生成。因此，该实验可以设计成探索性实验，其研究课题为“制备氢氧化亚铁实验最佳条件的探讨”。教师在实验课之前引导学生从以下3 个方面思考和探索：①怎样制取不含铁离子的亚铁盐溶液；②怎样消除溶液中溶解氧气的影响；③怎样使反应体系成为相对封闭。
（2）学生设计 教师指导
学生根据设计要求，利用课余时间去查阅相关的参考资料，初步拟订该实验的反应条件、实验装置和实验操作步骤的方案，并送交教师审核。教师根据学生的实验设计方案，进行逐项审核，并提出修改意见后交给学生。审核的重点之一是方案中有没有不安全隐患。在该实验所有学生设计方案中，最佳的实验设计方案如下：
制备氢氧化亚铁实验最佳条件的探讨
一、反应条件的控制
1.确保硫酸亚铁溶液中不含铁离子，可以加入略微过量的还原性铁粉控制。
2.尽量控制氢氧化钠溶液中溶解的氧气。
3.整个实验过程应该减少氧气的影响，使整个反应最好能在相对密闭的体系中进行。
二、实验方案
1.实验用品（略）
2.实验原理（略）
3.实验装置
如图所示（略去铁架台）。
制备氢氧化亚铁实验装置
1.还原铁粉＋稀硫酸 2.滤布 3.氢氧化钠溶液 4.液体石蜡
4.实验步骤
（1）在一支20×200mm试管（B）中加入8 mL 2 mol／L NaOH溶液，加热试管，至NaOH溶液沸腾1至2分钟后，停止加热，立即加入2mL液体石蜡，冷却。
（2）在一支20×200mm具支试管中加入1／3药匙的还原铁粉和15mL 1∶4 H[,2]SO[,4]溶液，按图所示连接好导管，同时打开活栓，使产生的氢气从氢氧化钠溶液中逸出。
（3）当还原性铁粉和稀硫酸反应平稳时，关闭活栓， 使具支试管（A）中溶液经导管被压入试管（B）中的氢氧化钠溶液里。观察实验现象。
5.实验说明（略）
4.2 实验阶段
学生进入实验室后，根据各自拟订的实验设计方案，进行准备、实验、观察和记录实验现象，得出各自的实验结果。与此同时，教师进行检查、巡视、指导、提问等。
按照上述实验设计方案实施时，其实验现象是：生成白色的沉淀能保存较长的时间，实验现象鲜明，可用于演示实验中。
4.3 结束阶段
教师根据学生的实验设计方案和实验情况，对本次实验作出总的评价，并向学生推荐其中最佳的实验设计方案。
教师在布置下次实验研究课题后，学生整理实验用品并打扫实验室。
采用探索性实验教学，培养学生的创新能力和实践能力，这是提高学生化学素质的有效方法，能否落实，其关键在于教师能否转变教育观念，以新的视角开展实验教学。教材中没有现成的方案可寻，要改进传统实验，要挖掘教材中探索性实验的内容，要优化实验课教学过程，这就需要发挥教师的聪明才智，需要教师付出艰苦劳动，需要时间、精力和投入。