论文资料：化学教学中学生自主设计实验方案能力的培养与提高

1、.化学教学中学生自主设计实验方案能力的培养与提高乳山市府前中学化学组 冯利华 多年的化学教学发现，考试时学生在实验探究题出错较多，从中也反映出平时在实验教学中存在的问题。为了提高学生的实验探究能力及分析问题、解决问题的能力，现对化学课堂教学中对学生自主设计实验方案能力的培养与提高简要总结分析如下。一、实验探究题出现的问题。1、学生对有多种气体同时存在时，对选择检验气体试剂的方法和原则及气体检验的顺序不会综合分析、灵活解决。2、对所学的知识与题中所给的信息不能很好地整合，所以猜想没有正确的思路。3、学生表述实验现象时，只描述部分反应现象。4、学生不能很好地将实验装置和实验原理进行对比分

2、析，找出其差异所在，也不能将质量守恒定律等知识灵活地运用于问题的解决中。 二、实验教学薄弱的原因分析：实验教学之所以总被重视又屡屡薄弱，原因是多方面的。现分析如下：1、从目前的化学实验教学来看，比较强调和重视化学知识的传授，而且在化学实验教学中化学知识都是预知的，只需要强制性记忆。另外师生重视的是实验结果或结论（多数情况下实验教学的目的也就是验证并记住这些结论），而对实验过程的探索不够重视，至于素质教育所提倡的科学思想、科学品质、科学态度、科学方法等的培养，在实验教学中体现较少。显然，这样的实验教学不能适应实验教学目标的实现。2、教材、实验册及教辅的导向。现行的教材、实验册及教学辅导资料上设计

3、的实验题目中客观题目众多，对于这些题目，或答标号，或填写数据、操作、仪器名称、现象等，这样限制得过死且往往都给出标准答案，使学生“不敢越雷池一步”，而鼓励学生动手，有利于学生展开思维的开放性、探索性实验题目较少。久而久之教与学都停滞在应试作答的模式上。3、实验教研气氛不浓。在平时的教学中，教师注重的主要是化学知识及解题能力的培养和训练，而对化学实验探究的研究不够，平时的听课也只重视知识的传授与思维能力的研究，至于实验过程中出现的生成性的问题、实验经验的积累、实验的后记则往往不被重视。尤其是不关心学生实验中出现的问题，不去分析学生实验中出现问题的根本原因，不能对学生进行及时的学法指导，因而使得学

4、生的实验探究能力相对薄弱。4、不注重学生的技能训练。受教学进度的影响，教师在实验教学过程中忙于赶进度，演示实验做的多，而让学生练习的少，因而学生的实验探究能力始终得不到很大的提高。5、不注重观察能力的培养。不少教师在实验教学中，只注意实验现象或实验结果的描述，而不注意引导学生对实验过程做细致的观察，不注意比较实验前后的异同，不注意一些表面现象所掩盖着的深层次内涵。因而学生在分析实验现象、概括实验结论时往往片面、浅显、甚至存在错误。6、不注重学生表达能力的培养。在平时的教学中，由于学生对实验目的、实验原理、实验程序及实验的内涵搞不清楚，也就不能够完整表达出实验的过程、实验的现象、实验的结论，而教

5、师不注意及时纠正学生存在的问题，久而久之，学生的表达能力得不到提高。三、实验教学改革对策与建议：通过以上分析可知，化学实验教学存在的问题是多方面的。要想使中学化学实验教学现状有一个根本性的转变，就应该在分析问题的基础上寻找出切实可行的整改措施并将其落到实处，以消除不利因素，创造积极因素，促进实验教学发展。为此，提出以下几点建议：1、化学是一门以实验为基础的学科，化学实验是中学化学教学中不可分割的一个重要组成部分，通过化学实验的教学，能够使学生初步学会认识自然界的科学方法，化学实验不仅是培养学生解决化学问题的极为重要的内容和手段，而且对发展学生智力和能力起到极其重要的作用。2、更新教学方法，扩大

6、实验范围。作为化学教师，在教学中要改进现行的教学方法，真正让学生成为学习的主人，实验的主人，让每个学生都有锻炼的机会。教师不仅要做好课本上规定的演示实验，指导学生做好实验，而且要尽量变演示实验为学生分组实验，变验证性实验为探索性实验。在条件允许的情况下适当增加一些演示实验，还要尽可能增加一些课外兴趣实验，适时布置一些学生家庭实验，鼓励学生对实验的创新热情。让学生在课上、课下、校内、校外都有练习和实践的机会，都能享受到实验成功的喜悦，以达到增强兴趣，培养实验探究的能力为目的。尝试在初中化学实验教学中增加探究性练习，让学生在实验探索的过程中，发现并掌握新知识，学会科学探究的方法，从而培养他们的创新

7、意识和实践能力。我们所提出的化学实验教学中的探究性练习是指在开放的化学问题情境下，学生主动发现问题，提出问题，解决问题的一种练习形式。它具有问题性、自主性、实践性的特点。在初中化学实验教学中从不同的角度尝试研究、运用探究性练习。下面是“用排水集气法收集氧气”的实验教学中进行探究性练习的案例介绍：（1）发现问题。教师预先装配好用排水集气法收集氧气的实验装置（注：导管口已放入集气瓶中），然后开始加热，并收集气体，同时让学生注意观察实验现象，收集满第一瓶后，写上标号“1”，马上收集第二瓶，集满后写上标号“2”。接着，用收集好的这两瓶氧气做了一个蜡烛燃烧的对比实验，在实验中，学生观察到1号瓶中蜡烛燃烧

8、的剧烈程度和时间都比不上2号瓶。（2）提出问题。 教师让学生讲出心中存在的疑惑。学生提出，“为什么在同样条件下收集的两瓶氧气在对比实验中存在差异？是什么原因造成的？”（3）解决问题。 在学生经过讨论后，教师让学生说说自己的看法。甲学生提出：“1号瓶中蜡烛燃烧的剧烈程度和时间都不如2号瓶，说明1号瓶中的氧气没有2号瓶多，不如2号瓶纯净。”这个观点得到其他学生的一致赞同。甲学生又提出：“是不是因为装置气密性不好，导致1号瓶氧气不纯？”马上有乙学生反驳这个观点：“如果是气密性不好，应该两瓶氧气都不纯。”又有丙学生提出：“是不是因为试管及导管中的空气混入了1号瓶中，造成1号瓶氧气不纯，而2号瓶是在收集

9、完1号瓶后马上收集，所以2号瓶收集到的氧气就比1号瓶纯净。”这个观点没有学生反对，教师提出：“我们假设这个观点正确，那么，我们应该如何正确操作来避免产生这个问题？”学生提出：“在加热前，不能把导管口放入集气瓶内，当把试管中的空气排尽后，再将导管口放入集气瓶内”。马上又有学生提出：“怎样才能知道空气已经排尽了呢？”教师让学生回想前面实验中在加热后，导管口产生气泡速度的变化情况。学生马上得出答案：刚开始加热时，导管口产生气泡速度较慢，且不连续，这时应该是试管中的空气；过一会儿后，产生气泡速度加快，并且是连续均匀地放出，这时应该是氧气。教师肯定了学生的推断，并让学生用正确的操作方法将前面的实验再做一

10、遍，来验证提出的假设。学生通过分组实验后，发现按正确的操作方法制得的两瓶氧气在蜡烛燃烧的对比实验中，现象基本一样，从而证明前面实验中1号瓶中氧气不纯是因为错误操作导致试管中空气混入造成的。四、反思与体会：（一）探究性练习的作用1、只有学生自觉、主动获得的知识才能被学生真正掌握并加以灵活运用。探究性练习可以让学生在主动参与中发现问题，并在教师的引导下，寻找解决问题的方法和途径，最终获取知识并运用自己所学的知识来解决更多的问题。通过探究过程的教学效果要好于教师反复灌输的效果。例如，前面案例中所提到的收集氧气的正确操作，在以前教学中，虽然我会在实验前反复强调这一点，但学生到实验室做这个实验时，仍然有

11、许多学生在加热前已经把导管口伸入集气瓶内，使收集到的氧气不纯，从而造成后面氧气的性质实验现象不明显。在通过探究性练习后，这一情况有了较大改观，大多数学生都能按照正确的操作方法来收集氧气，实验得到了较好的效果。并在章节测验中对此类题目也大都能正确回答。2、探究性练习可以使学生了解科学探究的基本过程，并学会科学探究的一般方法。传统的化学实验教学的目的是让学生学会、学懂相关的知识和技能，而忽视了科学方法的教学。在教学中运用探究性练习，注重科学方法的指导，可使学生的思路变得更开阔，更敏捷，解决学习问题的手段也变得更多、更灵活。坚持把科学知识与科学方法的教学融合在一起，教给学生以最快的速度、最有效的途径

12、去获取知识的方法，同时培养学生对问题的敏感性，并让学生学会运用原有的认知基础去解决问题。在化学实验教学中采用探究性练习将有助于我们达到上面的教学目标。例如，前面的案例中让学生根据问题提出自己的假设，通过实验来验证假设，从而得到问题的答案，这就是科学方法的训练。在其他探究性练习中，我也努力将知识与方法的教学融为一体。在“空气中氧气含量的测定”的教学中，我向学生介绍了化学家拉瓦锡通过实验测出空气中氧气含量的方法，演示了“针筒中加热铜丝来测定氧气含量”的实验，让学生知道可以用不同的方法测定氧气的含量。进而，让学生讨论“在前面介绍的两个测定氧气含量的实验中，消耗氧气的反应物能否用木炭来代替？为什么？他

13、们是怎样来测定消耗掉的氧气的体积的？对你有什么启发？”在这些问题的讨论中，使学生了解测定氧气含量的方法和原理中关键的地方。最后让学生根据自己已有的知识另外设计新的测定空气中氧气含量的实验。通过这样的练习，使学生了解科学研究的一般方法和过程，取得了较好的教学效果。3、探究性练习可以使学生的创新意识和创造能力得到培养。社会的发展、科技的发展离不开创新和创造，21世纪需要的是具有创造意识和创造能力的人才。培养学生的创新意识和创造能力已成为当今中学素质教育的核心。探究性练习就是要让学生能够充分发挥想象力和创造力，通过实验产生各种假设和推理，在教师有选择地给予积极正确的指导下，使学生创新意识和创造能力得

14、到培养。例如，前面案例中提到通过产生气泡的速度来判断试管中的空气是否排尽。有个学生在课后提出了他的方法，用带火星的木条放在导管口，如果带火星的木条复燃了，说明试管中的空气排尽，氧气已经放出了，这时再将导管口伸入集气瓶中收集氧气。他能将学过的知识运用在新的情境中，说明他已经有意识地去思考不同的方法，这也就达到了培养学生创新意识的目的。（二）探究性练习内容选择的原则在初中化学实验教学中，并非所有的内容都适合于探究，有些内容很难通过简单的探究活动就能反映出来，有些内容由于材料、实验设备或者由于学生学习准备情况的限制，不能进行探究，因此，在选择探究性练习的内容上应遵循一定的原则。1、适度的原则这里的适

15、度，一方面是指工作量上的适度。在教学中，探究内容既不能过于复杂，需要太长的时间进行探究；也不能太过简单，学生很容易就可以得出结果，从而失去探究的兴趣。在每一次探究中，一般要选择只含一个中心问题的内容，进行一次探究循环过程即可解决问题，通常不要求学生对证据作过多的探究。适度的原则更主要的是指难度上的适宜。探究内容难度确定的理论依据之一就是维果茨基的最近发展区理论。在一般情况下，探究问题的解决所需的能力应在学生的最近发展区之内，对这样的难度水平的问题学生通过努力可以解决。换一种更通俗的说法，即选择的探究内容对于学生来讲，必须是他们通过已有的知识，能力的提取和综合，是可以进行探究并能得到结果的，但是

16、，这些内容对学生来讲决不能毫无疑问、不费努力即可解决。适宜的难度要求探究的内容具有适度的不确定性，其变量的多少要以学生能够掌握和控制为限度。例如，在“用启普发生器制氢气的原理”这部分实验教学时，我根据学生现有的理化基础引入了物理上气体压强变化的知识，然后提出在学过的化学实验中，还有哪些实验或实验现象与气体压强变化有关？学生经过讨论，在教师的引导下，提出了不少与气体压强变化有关的实验。如：气体发生装置气密性的检查，验证二氧化碳与氢氧化钠反应的实验，空气中氧气含量测定的实验，实验室排水法收集氧气的实验等等。在此基础上，我又趁热打铁，引导学生归纳出气体压强变化与化学反应之间的联系规律。这样的练习，无

17、疑促使了学生把所学的知识在不同情况下加以应用，提高了学生实践应用能力。 2、引起兴趣的原则学生主体性得以发挥的前提条件之一便是具有了内在动机，因此，要使学生在教学中发挥主体作用，就必须能充分激发学生的内在动机，探究的内容即肩负着这样的使命。可以这样讲，学生对探究内容的兴趣是探究活动进行下去的动力源泉。什么样的内容才能引起学生的兴趣呢？首先，能够满足学生现实需要的内容能够引起学生的兴趣。这也是当代科学教育把目光转向学生生活、选择切合学生实际内容的原因之一。其次，对于超越常规但又在情理之中的问题内容，学生也会感兴趣，因为这样的问题能够激发学生了解的欲望。再次，对于具有一定难度的问题学生感兴趣。学生

18、有一种天生的好奇倾向，喜欢探索未知世界，喜欢探究问题的答案。随着问题的解决，学生的好奇心得到满足，也同时感受到了成就感，这些成为他进一步探究的动力所在。3、可操作性的原则探究内容应具有可操作性，即探究内容是可以通过有步骤的探究活动得到答案的问题。这里有两条主要标准：一是探究的结果与某些变量之间具有因果联系，这种因果联系通过演绎推理是可以成立的。如果这种因果联系不成立，探究活动便没有结果；如果这种因果联系不能以演绎方式而推得，就会使探究活动不严密，学生也难以把握。二是这种因果联系在现有条件下可以通过探究活动而证明。所谓现有条件，即是一方面是指现有的物质条件，如材料、实验设备等。另一方面是指学生已

19、有的知识准备、技能准备等。例如：在学习“饱和溶液和不饱和溶液”前，我根据家庭实验的条件给学生布置了一个预习作业：取一杯水，向水中不断加入蔗糖，并用筷子搅拌直至蔗糖不能再溶解，将糖水倒入另外一个杯子，尝试向糖水中加入食盐或味精，观察是否能溶解。又根据学生的认知基础，在复习了制氧装置和制氢装置中反应物的状态和反应条件后，我布置了一道实验设计题：在实验室通常用加热食盐和浓硫酸的方法来制取氯化氢气体。请你根据制氧装置和制氢装置的特点，设计实验室制氯化氢气体的装置。（三）教师的主导作用化学实验教学中的探究性练习更加突出学生的主体地位，强调学生的积极参与，但如果缺乏教师的主导作用，仍不会有好的教学效果。在

20、以“教师主导，学生主体”的教学思想指导下，要充分发挥教师的能动性和创造性。具体来说，教师的主导作用主要表现在以下几个方面：1、精心设计探究计划要使探究性练习在教学中获得较好的效果就必须在事前进行精心计划。教师应制定明确的探究目标，使学生既能掌握教学大纲所规定的教学内容，又能发展各种探究能力，形成探究精神和态度。教师要选择或补充恰当的教学内容，使它们适应学生的兴趣、知识水平、理解力等。对于哪些内容让学生探究，开展哪些探究活动，教师要心中有数，而不能盲目或随意而为。2、做好教学组织安排教学组织的成功与否决定着教学所取得效果的好坏。教师必须学会确定在什么时候进行演示实验，什么时候进行学生实验，什么时

21、候进行讨论，什么时候让学生个人发表意见，什么时候进行结论总结等等。并且教师要根据教学进程及时调整教学组织形式。3、指导教学过程在教学中，教师对学生探究过程的控制与指导至关重要。要求教师能做出各种决断，例如，应该在什么时候改变讨论方向，当学生考虑问题的思路出现偏差时，如何引导学生回到正确的思路上来，以及如何抓住机会发展科学技能、培养科学情趣等。教师还要解决好既要让学生对某个题目作更深一层的探讨，又要及时地把教学活动转移到有待学习的新内容上。教师还应针对学生在探究中碰到的各种问题及时进行个别指导。总之，在探究的各阶段，教师的工作都是指导学生的学习，激发和鼓励他们的学习，使学生的主体地位能真正得到保

22、证，使学生真正成为学习的主人。五、几点思考：1、初中化学的教学时间紧（一学年），任务重（参加毕业考和中考），而在化学教学中进行探究性练习势必要占用一定的教学时间，如何解决这之间的矛盾，还有待于进一步研究和实践。2、由于学生的知识基础和能力水平各不相同，甚至存在较大的差异，如何才能使探究性练习面向全体学生，使不同层次的学生的探究能力都能得到相应的提高，这也是一个亟需解决的问题。3、学生通过探究性练习训练后，其效果应该通过什么形式加以评价？如何评价？这些都需要我们在教学实践中不断尝试和探索。【典型案例选取】：案例一 实验探究氢氧化钠溶液能否与二氧化碳反应（实验演示）：把二氧化碳气体通入氢氧化钠溶液

23、中，观察现象。（提出问题）：把二氧化碳气体通入氢氧化钠溶液中，无明显现象产生，因此难以判断氢氧化钠溶液是否跟二氧化碳发生反应，那么如何才能确定反应是否发生？（类比实验）：把一支充满二氧化碳气体的试管，倒立于盛有澄清石灰水的烧杯中，观察现象。根据现象师生共同讨论实验原理：氢氧化钙与二氧化碳气体发生反应，引起试管内外气压差，导致试管内的液面上升；同时因为二者反应生成了碳酸钙白色沉淀，因此澄清的石灰水变浑浊。（提出假设）：1、氢氧化钠溶液不能与二氧化碳反应。2、根据:酸能跟金属氧化物反应生成盐和水的性质，氢氧化钠是一种碱，作为酸的对应物，是否具有与酸相反的性质;氢氧化钙和氢氧化钠都是碱类物质，氢氧化

24、钙溶液能与二氧化碳反应生成碳酸钙和水，从而做出氢氧化钠溶液能与二氧化碳反应，生成碳酸钠和水的假设。（设计实验方案）：学生以小组合作的形式，根据类比实验的原理，尽可能多地设计方案，最终看哪个组设计的方案多且可行而有创意。（交流方案）：每一小组交流自己设计的方案，其它组学生进行质疑、讨论与评价。学生设计的方案有：1、把一支充满二氧化碳气体的试管，倒立于盛有氢氧化钠溶液的烧杯中，观察试管内的液面是否上升。2、向一个充满二氧化碳气体的软塑料瓶中注入氢氧化钠溶液，观察塑料瓶是否变瘪。3、把二氧化碳气体通入氢氧化钠溶液中一会儿，停止通入二氧化碳，滴入稀盐酸或稀硫酸，观察有无气泡产生。4、在用橡皮塞塞紧的烧

25、瓶里充满二氧化碳气体，烧瓶内导管的一端事先绑好一个气球。拔开橡皮塞，迅速倒入氢氧化钠溶液，再立即塞紧橡皮塞，振荡，观察干瘪的气球是否膨胀。5、在烧瓶中收集干燥的二氧化碳气体，瓶口塞上双孔橡皮塞，其中的一个孔插入吸有足量的浓氢氧化钠溶液的胶头滴管，另一个孔插入一个带活塞的导气管，并伸入盛有水的烧杯里，首先关闭活塞，将浓氢氧化钠溶液滴入烧瓶中，振荡，使其充分反应后，然后打开活塞，观察烧杯中的水是否进入烧瓶。6、将方案5的烧瓶倒放，观察能否形成喷泉。（实验验证）：选择12个简单的方案进行验证，如前3个实验。（学生质疑）：以方案2为例，软塑料瓶变瘪不一定是因为二氧化碳与氢氧化钠发生反应所致，因为氢氧化

26、钠溶液中含有的水也能与二氧化碳反应同样可以使瓶内压强减小，使软塑料瓶变瘪，如何才能证明二氧化碳与氢氧化钠确实发生了化学反应？（讨论设计实验方案）：做对比实验：分别向同样两个充满二氧化碳气体的软塑料瓶中注入等量的水和氢氧化钠溶液，观察并比较两个软塑料瓶变瘪的程度。（搜集证据，得出结论）：实验方案1：试管内的液面上升。实验方案2：软塑料瓶变瘪。实验方案3：有气泡产生。实验方案4：干瘪的气球逐渐膨胀。实验方案5：烧杯中的水进入烧瓶。实验方案6：打开活塞，产生喷泉。对比实验：注入氢氧化钠溶液的软塑料瓶变瘪的程度大。实验1、2、4、5、6都是由于二氧化碳与氢氧化钠溶液发生反应，使试管、烧瓶、软塑料瓶内的

27、气压减小，在大气压的作用下，使水上升、软塑料瓶变瘪、气球膨胀；实验3则是由于CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，生成的碳酸钠跟滴入的稀盐酸或稀硫酸反应生成二氧化碳气体，故有气泡产生；通过对比实验充分说明氢氧化钠溶液能与二氧化碳发生反应。案例的设计与反思：由于以实验为载体的研究性学习方式刚刚渗透到学生的学习过程中，所以在学生设计实验方案之前，我首先设计了一个实验情景，进而通过实验原理的分析，给学生一个抛砖引玉的作用，在此基础上，重点展开实验方案的设计、讨论与评价活动，整个教学过程围绕着背景的呈现实验方案的设计、讨论、质疑与完善方法的提炼这一主线展开。背景实验的呈现，点燃了学生心中探求新知的

28、思维火花，产生强烈的探究新知的欲望，有利地激发了学生的学习兴趣；实验方案的设计、讨论、质疑与完善，活跃了学生的思维，开发了学生的潜能，加强了学生之间的合作与交流，培养了学生的质疑和创新能力；方法的提炼，培养了学生的发散思维能力和比较归纳能力。在整个过程中，教师的主要任务是眼观六路，耳听八方，巡回指导，不断点拨强化学生的合作探究，激发学生的思维，让学生体验到研究性学习的乐趣，且不可形成教师与学生面对面的问答或对话形式，要让学生与学生之间对话、答辩、争论，教师只需在关键处加以指点，避免形成教师牵着学生鼻子走的局面。案例二 “酸碱盐复习”课堂教学回放在一节酸碱盐的复习课中，本着教学过程是师生交往、积

29、极互动的新课改理念，我首先让学生在互动中复习了酸碱盐的化学性质、复分解反应发生的条件等重点知识，然后出示了这样一道练习题：“在一支盛有少量无色溶液的试管里，滴加另一种无色溶液，出现了大量的气泡，请写出符合上述实验现象的化学反应方程式。”原以为这是一个比较简单的题目，但没想到因为这道题目却引发了一场有趣的学生之间的讨论、争辩和交流。回放其中的精彩镜头，对大家或许会有所启迪。 学生看到题目后，纷纷动笔写出符合要求的化学反应方程式，通过学生们的交流，我发现大多数学生是写生成二氧化碳的反应。（如：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2），为了培养学生的发散思维，我又启发学生仔细回忆我们学过

30、的知识，思考是否还有其它符合题意的化学反应？短暂的沉默之后，聪明机灵的周丽君站起来说：“还可以写铵盐与碱生成氨气的反应，它也符合要求。”当周丽君将化学方程式（NH4）2SO4 + 2NaOH=Na2SO4+2NH3+2H2O写在黑板上时，我的脸上露出满意的笑容，然而其他同学的脸上表现出来的却是“我怎么就没想到”的遗憾。此时，我不失时机地对学生说：“今后大家在思考某一问题时，一定要养成从多角度进行思考的习惯，以提高你们的发散思维能力。”正当我准备让学生做下一道练习题时，只听刘可为同学急切地说道：“老师，我有不同意见，据我观察，做硫酸铵溶液与氢氧化钠溶液的实验时，几乎看不到有气泡产生，而题中说的是

31、出现大量的气泡，所以我认为生成氨气的反应不符合题意要求。”从教十几年的我，对于这个实验，只是引导学生总结出铵根离子的检验方法，而并未曾仔细观察过产生气泡的多少，刘可为独特的见解让一向自信的我有点发慌和惭愧，但我马上镇定下来说：“我很高兴，刘可为同学敢于对他人的观点进行大胆质疑，公开发表自己与众不同的见解，大家看，他的观点有无依据？”课堂气氛顿时活跃起来，很多同学在脑海里积极搜索生成氨气的实验现象，纷纷表示赞同王永伟同学的看法。“同学们，我们刚才在欣赏刘可为同学大胆质疑的同时，不得不佩服他细致的观察力，包括老师在内，我们都应该从他对待学习的严谨态度和一丝不苟的精神中得到收获和启迪。”当我再一次想为这道题的解答画上一