培养学生化学实验设计能力的教学策略和方法，本文主要内容关键词为：培养学生论文,化学实验论文,能力论文,教学策略论文,方法论文，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。
化学作为中学教育的一门主要课程，在新的历史条件下，如何实施以培养学生的创新精神和实践能力为核心的素质教育，是摆在我们广大中学化学教育工作者面前的一项新的课题。本文仅就中学化学教学中，如何培养学生的化学实验设计能力，谈谈我们的一些看法。
一、化学实验设计能力的内涵和作用
化学实验设计能力就是学生运用已具备的化学知识和实验技能，构思解决问题方案的本领。培养学生的化学实验能力，是中学化学教学大纲明确提出培养学生观察能力、思维能力、实验能力和自学能力四种能力之一，而化学实验设计能力既是实验能力的重要内容，也是实验能力的最高层次，其本身具有较强的综合性、创造性和灵活性。
化学实验设计的综合性，是指进行化学实验设计必须以一定的知识和实验技能为基础。换句话说，它既包含着对有关知识的掌握，也包含着对有关操作技能的掌握。如果没有化学知识和实验技能的综合运用，是根本不可能进行化学实验设计的。
化学实验设计的创造性，是指通过实验设计，可以充分发挥学生的聪明才智，让学生运用自己所学知识，创造性地构思、设计解决问题的途径和方法。
化学实验设计的灵活性，是指对于要解决的问题，根据不同的实验条件，可以设计不同的方案，即使在相同条件下，也可以进行不同的设计。
1.实验设计可以激发学生的化学学习兴趣
学生根据自己所学的化学知识和实验技能，独立地或在教师指导下设计出实验方案，并成功地解决化学问题，从而产生成功后的喜悦，会激发起他们更大的学习热情，对化学学习会更感兴趣。再经过正确引导，这将成为学生学习化学知识、探索化学世界的不竭动力。
2.实验设计是学生探索新知识、解决新问题的重要途径
依据现代教育心理学的观点，学生学习的过程分为感知、理解、巩固和应用四个阶段。其中“应用”就是把通过感知、思维、想像和记忆所获得的知识，运用到实际中去。这里所讲的“实际”更多的是指学生学习新知识，解决新问题。
3.实验设计可以有效地培养学生的创新精神和实践能力
实验设计本身就是一个综合运用所学知识和技能构思解决问题方案的过程。在这个过程中，可以从不同角度、不同层面，采用不同方法进行设计，其中必然蕴含着对学生创新精神的培养和训练。
另外，实验设计不是凭空想像、主观臆造。在进行实验设计时，要考虑设计方案的可行性和可操作性，从这点上来看，无疑也是对学生实践能力的培养。
4.实验设计有助于对学生进行科学方法训练和科学态度培养
进行化学实验设计，除了学生具备一定的化学知识和实验技能外，还需要学生掌握各种科学方法。如观察、测量、记录、归纳整理资料、分析对比异同、抽象概括结论等。化学实验设计还要求学生具有严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学态度。
二、化学实验设计的类型和内容
为了更好地培养学生的化学实验设计能力，应该明确化学实验设计的类型和内容，做到心中有数、有的放矢。
1.化学实验设计的类型
（1）依据化学实验内容分——有关物质组成、 结构和性质的实验设计；有关化学定律、化学基本概念和化学反应原理的实验设计；有关物质制备的实验设计；有关物质的分离、提纯、鉴别或鉴定的实验设计。
（2 ）依据化学实验设计所涉及的内容分——反应原理及试剂选择；反应条件控制；仪器和实验装置的选用；实验操作步骤的确定；观察方案的制定。
（3）依据实验在学生认知过程中的作用分——验证性实验设计； 启发性（或探索性）实验设计；创造性实验设计。
（4）依据化学实验实施的场合分——课内知识的实验设计； 课外知识的实验设计；化学竞赛中的实验设计。
2.化学实验设计的内容和格式
一个相对完整的化学实验方案所涉及的方方面面，即为化学实验设计的内容，主要包括：实验题目、实验目的、实验原理、实验用品及规格、实验步骤及实验装置图、注意事项、实验现象记录及结论等。
实验设计的具体格式，可根据实际情况，采用不同的表述形式。
（1）文体式：文体式就是用文字将实验设计内容完整、 详细地表述出来。这是我们最常见的一种实验设计方案格式，案例从略。
（2）流程式：流程式是将设计方案按其操作先后顺序， 用图示符号进行表述，并附以简要文字说明。它的最大特点是实验设计方案简明精练，层次清楚，一目了然，具体案例见后。
（3）表格式：表格式就是将实验设计的操作顺序、操作内容、 实验现象和结论等以列表的方式加以表述。这种格式也较为常见，案例从略。
三、培养学生化学实验设计能力的教学策略和方法
1.突出实验设计中的思路分析
无论哪种类型的化学实验设计，其实质都是根据实验题目所提出的问题，运用已具备的化学知识或实验技能，有时甚至是根据实验题目所给的信息或提示，构思出解决问题的方案。这一思维过程可以图1 所示。
图1 实验设计的思维过程
下面，结合具体实例对实验设计思路做一简要分析。
题目：请你设计一个实验方案，从含有少量泥沙、氯化镁、氯化钙和硫酸钠等杂质的粗食盐中制取精食盐。
思路分析：此实验题目提出的问题十分明确，就是要除掉粗食盐中的泥沙、氯化镁、氯化钙和硫酸钠等少量杂质。
至于如何除掉上述杂质，这是思路分析的第二步——构思实验假设。结合题目条件，由于泥沙不溶于水，通过过滤可以除掉。而其他三种杂质，实际上是Mg[2＋]，Ca[2＋]，SO[,4][2－]三种离子，通过加入适当的试剂让它们变为沉淀物，再采用过滤操作除掉。最后得到的氯化钠滤液，通过蒸发、结晶，获得精制食盐。
能否完成上述实验假设，就要运用已具备的化学知识和实验技能，进行知识、技能组合。从实验技能来讲，主要用到溶解、过滤、蒸发、结晶等；用到的化学知识一是使Mg[2＋]、Ca[2＋]，SO[,4][2－]生成沉淀的试剂选择，二是选用试剂的加入顺序。经过分析确定，先加入过量的氢氧化钠溶液，除掉Mg[2＋]；然后加入过量的BaCl[,2]溶液，SO[,4][2－]变为BaSO[,4]沉淀；再加入过量的Na[,2]CO[,3]溶液，除掉生成的CaCO[,3]，BaCO[,3]；最后加入过量的盐酸，除掉CO[,3][2－]，最终完成实验设计。但有时由于受知识、技能的限制，前一步的实验假设不一定能够完成。如在初中阶段，学生只可能通过实验鉴别CO[,3][2－]，Ag[＋]等，而不能鉴别Na[＋]，K[＋]等。此时就要重新构思实验假设。
在前三步的基础上，经过进一步的梳理，即可形成完整的实验设计方案，如图2的流程所示。
图2 实验流程
2.指导学生探寻化学实验的最佳条件
探寻、控制实验的最佳条件，可以说是化学实验的灵魂、成败的关键。这不仅对学生的学习，而且对教师的实验研究、乃至化学学科的发展，都具有十分重要的意义。
探寻化学实验的最佳条件，主要有优选法、综合比较法、全面比较法、简单比较法。由于篇幅所限，在此只简单介绍一下优选法。
优选法是指在单因素实验中，按照黄金分割法来确定试验点（在0.618和0.382的比例位置上）进行实验的方法。
例如炭粉还原氧化铜实验，用优选法来探寻二者的最佳质量比。首先将1：1，1：2，…1：10依次编号为1号、2号…10号，然后按0.618和0.382乘以总个数之值取号进行实验，即可找出最佳条件。
10×0.618＝6.18 取6号进行实验；
10×0.382＝3.82 取4号进行实验。
实验后发现4号试验效果好，则第二轮去掉7～10号，在1～6号中按照0.618和0.382乘以总个数之值取号进行试验：
6×0.618＝3.7 取4号（已做过）；
6×0.382＝2.2 取2号进行试验。
实验后发现2号效果好于4号，则第三轮去掉5，6号，在1～4号中取号进行试验，即：
4×0.618＝2.5 取3号进行试验；
4×0.382＝1.5 取2号（已做过）。
实验发现3号效果好于2号，那么3号1：3为炭粉与氧化铜的最佳质量比。
3.强化化学实验设计训练
强化化学实验设计训练，是培养学生实验设计能力的必经之路。学生只有通过必要的实验设计训练，才能学会实验设计，不断提高设计水平。为了切实搞好学生的实验设计训练，应注意以下几点：
（1）设计选题针对性要强
选择、确定什么样的题目让学生进行实验设计，这是设计训练的首要问题。选题应做到针对性强，一方面要贴近教学，另一方面要贴近学生实际。也就是说，设计选题目的要明确、切实可行。
（2）要有周密的训练计划
培养学生的实验设计能力，不是一朝一夕的事情。尽管目前中学化学教学大纲对实验设计能力只提出了一个笼统要求，但作为培养、训练过程，应根据各方面的实际情况，有一个完整、具体的计划，让学生学有所获、练有所长。
在制定和实施训练计划时，可遵循以下几项原则：先易后难，先课内后课外，先验证性后探索性，先常规后创新。
（3）及时总结，不断提高设计水平
指导学生进行实验设计，一定数量的设计练习是必要的，但并不是设计次数越多，学生的设计水平就会越高。从学生心理分析，随着设计次数的增多，兴趣往往会下降，有时甚至会出现厌烦情绪。在进行一定阶段的设计练习后，及时引导学生进行总结，是提高设计水平的重要环节。在总结方法上，既可以进行共性总结，也可以进行个性总结；既可以进行整体总结，也可以进行专项总结（原理分析、装置改进、条件控制等）。
4.提高学生对实验设计的评价能力
一个化学实验设计方案的优劣，其评价标准主要体现在以下四个方面：
（1）科学合理：科学合理就是指化学实验设计的原理、 操作程序和方法，必须与化学知识的科学性和实验操作的合理性相一致。例如，鉴别Na[,2]S和Na[,2]SO[,3]，在试剂的选择上不能用氧化性的酸； 在操作程序上，应该先溶解，取少量，然后再加入试剂，而不能溶解后就加入试剂。
（2 ）设计简捷：设计简捷就是要尽可能采用简单的仪器或实验装置，用较少的实验步骤和试剂，在较短的时间内完成实验，即充分体现实验设计的“简约性”原则。
（3）效果明显：效果明显就是按照实验设计进行操作， 产生的现象生动直观，易于观察、记录。
（4 ）安全可靠：安全是指实验设计要尽量避免使用有毒药品和具有一定危险性的实验操作。如果必须选用，应在设计方案中给予明确提示，以避免造成环境污染或实验事故。可靠是指设计方案要确保成功。