李新义蚌埠二中

李新义蚌埠二中中学化学实验系统设计与实践一、中学实验教学的现状与困惑1．化学实验的地位：

⑴化学是一门以实验为基础的自然科学；

⑵实验是化学学科的重要特征之一；

⑶化学实验对于全面提高学生的科学素养，落实新课程所倡导的“三维目标”有着重要的作用。２.实验教学的现状

⑴化学实验的地位和作用并没有得到充分的体现；

⑵学生实验素养不仅没有进步反而有所下降。

实验教学状况令人担忧！3.我们认为，教材实验体系本身的某些缺憾或不足是造成实验教学薄弱的重要原因。主要有：第一、课程结构设计不合理阻碍新课程实验教学的推进。

a.设计者的理想：新课程标准将实验提升到了前所未有的高度，在高中化学教材中增加了《化学实验》模块。

b.实施者的现实：但是，据了解，各省只是建议部分有条件的学校开设这门课程，然而，在实际教学过程中，各中学并没有将《化学实验》列入选修模块。第二、学校及教师的对实验功能的认识和具体操作并不一致。老师的认识：化学实验在新课程中占有很重要的地位。实际的教学：多采用“演示实验”、“画实验”甚至要学生来“背实验”。————为什么会这样？原因：①课程标准淡化了“学生实验”和“演示实验”的界定，但是缺少强制性，导致一些必要的可以由学生独立完成的实验被取消了，甚至对于不同年级应包含的具体实验要求也没有反映，造成教师在安排实验时无所适从，更让不愿意走进实验室的教师找到理由。例如：教材必修一第二节《研究物质性质的方法和程序》一节中“观察金属钠及金属钠与水反应的现象”实验，这个实验是教师演示还是学生分组，教材中没有明示，而是以“观察与思考”形式设置的，是不是要求教师演示实验呢？对于有条件的学校完全可以进行分组实验，但是，基于教材没有明示，可能会有部分老师为了省事或者说偷懒，只是演示实验而已了。再如:必修一第三章“氨的性质”实验，同样没有说明是演示实验还是分组实验？而在原人教版本中“氨的性质”是明确要求为学生实验的。②现行的教材中过于强调学生探究实验，教材实验方案的设计过于突出创新意识和实践能力的培养，却忽视了学生对经典实验的学习；在教学实践中教师普遍认为有的实验方案太开放，实验准备太麻烦，也没有强制要求，从而导致了实验可做可不做。再例如必修一第三章第一节《碳的多样性》中“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”实验，无目的、无步骤、无试剂，完全让学生自由发挥，任意创新，很显然，这种设置必然的结果是老师按照自己的意愿教实验或不做实验，甚至背实验。第三、实验教学资源的不完善影响实验教学的深层次发展。新课程标准对于实验仪器和药品，实验员都提出了更新更高的要求，但目前大部分学校教学资源和人员素质有限，导致了高中化学实验教学的弱化。例如，在中学化学教师的队伍结构中，实验员的专业功能往往是被忽视的，而就化学的学科特点对实验人员的要求应该是很高的，既要有扎实的专业功底，还要具备较强的服务意识。第四、学生实验缺乏规范合理的考核与评价标准，新课程化学实验综合评价的实际落实存在弊端。

《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》在评价建议中强调：以培养和发展学生科学素养为宗旨的化学课程需要与之相适应的评价体系，这一体系既要评价学生化学实验基本技能的掌握情况，又要重视对学生科学探究能力、情感态度与价值观等方面的评价。但是在现行的教材中并没有专门的对实验技能和实验素养的科学评价。我们认为：

现行的教材中实验教学的设计安排与新课程理念不完全相匹配，尤其高一高二的淡化基础实验教学的现状不太利于高中化学新课程推进。研究、实施高中新课程化学实验的系统设计与学生实验的规范性合理性考核、评价已迫在眉睫，势在必行。以下是我们对原人教版中的实验进行分类统计的结果：二、我们的想法第一、先对原人教版和现行必修教材中的实验进行总结和比较，试着找到两种版本的异同点，结合新课标进行有效融合，再系统设计。章节随堂实验学生实验选做实验1.2比较电解质溶液的导电能力；硫酸铜溶液分别与氯化钠和氯化铜溶液反应；银离子与氯离子的反应；化学实验基本操作一：制取氧化铜；制取氧气实验一：趣味实验1、指纹检查2、滴水生烟3、自制指示剂4、吹气生火5、检验含碘食盐中的碘1.3铝与盐酸反应；氢氧化钡晶体与氯化铵反应；化学实验基本操作二：滴定管的使用；容量瓶的使用实验二：制取蒸馏水2.1钠的物理性质；钠与水反应实验三：碱金属及其化合物的性质；实验三：天然水的净化2.2过氧化钠与水反应；滴水生火实验；碳酸钠和碳酸氢钠性质比较（与酸，加热分解）2.3碱金属与非金属的反应；碱金属与水的反应；焰色反应；5.2镁、铝与水反应；氢氧化铝的两性；实验六：同周期、同主族元素性质的递变实验五:阿伏伽德罗常数的测定6.2SO2溶于石蕊试液中；SO2通入品红溶液中实验七：浓硫酸的性质；硫酸根离子的检验6.3浓硫酸的吸水性和脱水性；浓硫酸的氧化性；硫酸根离子的检验以下是我们对必修教材中的实验进行分类统计的结果：通过实验的内容和形式，不难发现，原人教版本教材是以随堂实验、学生实验、选做实验三种形式来设置的。其优点是：

1、实验的主体和分工很明确；

2、基础实验较多，有利于培养学生的基本操作技能和基本实验素养；不足之处是：

1、大部分实验以验证性实验为主，探究性实验设置比较少，仅仅是在选做实验中设计了一些探究性实验，而在实际教学中，选做实验的开展几乎不不开课的；

2、实验设置缺乏对学生探究能力和创新思维的培养。必修一观察与思考活动与探究1.2观察钠及金属钠与水反应的现象；氯气的物理性质；

氯气与铁、铜反应；氯气与氢气反应；氯气与水反应；氯水的漂白性。1.3配制一定物质的量的浓度的溶液2.1单质、氧化物、酸碱盐间的关系；

2.2稀硫酸和氢氧化钡在水溶液中的反应；2.3铁及其化合物的氧化性和还原性；3.1碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质；模拟溶洞的“形成”；3.2氨的性质反；铵盐的性质；硝酸的氧化性3.3硫单质的性质；不同价态硫元素之间的转化；3.4金属镁的还原性；溴单质、碘单质的物理性质氯、溴和碘单质的氧化性强弱比较；4.2金属铝的还原性；氢氧化铝与酸、碱溶液的反应铝热反应；必修二章节观察与思考活动与探究1.3预测金属钾的性质；

第3周期元素原子得失电子能力的比较2.1感受化学反应中的能量变化2.1单质、氧化物、酸碱盐间的关系；

2.2温度对化学平衡的影响认识化学反应的快慢2.3氯气的制取；原电池的工作原理3.1甲烷的化学性质烷烃的结构3.2乙烯的性质；苯能与酸性高锰酸钾或溴的四氯化碳溶液反应吗？3.3乙醇与乙酸的反应；葡萄糖的性质乙醇的化学性质；乙酸的酸性；乙酸乙酯的水解；3.4有机化合物的基本性质下面我们试着对新旧版本实验类型进行了数据统计，以期从中了解实验的侧重点。教材中的实验主要是以“观察与思考”和“活动与探究”两种形式设置的。其优点是：

1、实验很明显突出了对学生探究能力和创新思维的培养；

2、实验形式与内容也很活泼，能调动学生的听课热情，激发学生的学习化学的兴趣。不足之处：

1、实验的操作性对于学生很难，或者学生的能力根本达不到；

2、可能导致实际教学中学习的形式化，或者因麻烦而放弃实验教学。

1、如果将原人教版中的随堂实验和学生实验划分为基础性实验，把选做实验划分为探究实验；把现行教材中“观察与思考”划分为基础性实验，“活动与探究”实验划分为探究性实验。比较结果如下：基础性实验探究性实验旧人教版385新鲁科版1921由上数据可知，教材中基础性实验较多，而探究性实验很少，与之鲜明对比的是新教材中探究实验是旧教材中的4倍还多。可见，新教材突出的是对学生探究能力和创新思维的培养。

2、如果再将原人教版中随堂实验划分为演示实验，其它为学生实验；而将观察与思考划分为演示实验，活动与探究划分为学生实验，则统计如下：演示实验学生实验原人教版317现行教材1921通过以上数据可知，原教材中以演示实验为主，学生实验很少，而新教材中演示实验数量则大幅下降，而学生实验数量则大幅上升，恰为旧教材中的3倍。

由此可见，新教材更注重学生的设计能力和探究能力。毋庸置疑，新教材的编排对学生的科学发展起着重要的作用。

我们以必修一教材中“不同价态硫元素的转化”实验为例来说明。实例：不同价态的硫元素之间的转化你一进初步认识了硫磺和一些含硫化合物，例如二氧化硫和硫酸等。在硫磺、二氧化硫和硫酸这三种物质中，硫元素和化合价分别为----2、0、+4、+6。请你设计实验，探究这三种价态硫元素间的相互转化，并实施部分实验。

实验方案和实验记录试验编号预期的转化选择的试剂实验现象结论归纳整理

1.根据实验，用图示的方法表示不同价态硫元素之间的相互转化关系。

2.通过实验，总结二氧化硫和浓硫酸的化学性质。

3.在实验过程中，你遇到哪些问题？是如何解决的？

4.你还能实现其它含有不同价态硫元素的物质间的相互转化吗？本实验为探究实验，只给了方案和记录、归纳整理等环节，把整个探究活动全部交给学生，完全要求学生去自主设计，不可否认，这样的编排利于培养学生自主设计实验的能力，但是学生很难操作，尤其是对于刚进入高一才一周的学生，自主创新的能力还较弱，甚至基本的实验操作技能还不具备，怎么可能自主创新或实验探究呢？那是不是要回到过去呢？当然不是，整合和系统设计才是更好的选择！第二、结合新旧教材实验内容，将中学化学实验分类设计，即根据实验的特点和难易程度划分为基础性、拓展性、探究性三种层次，有效的分层次教学，不同层次的实验教学适合不同层次的学校、班级，做到因校施教，因班施教，真正的做到因材施教。第三、在基础性、拓展性、探究性三个层次的分类基础上，再细分为学生实验、演示实验、探究实验、趣味实验以及数字化实验等，然后再按照课标要求，进行系统设计并撰写实验报告，形成符合学生认知结构和新课标要求的一系列实验，弥补高一高二必修与选修教学阶段系统实验和经典实验这个“根本性的缺陷”。第四、针对不同层次的实验，制定有不同侧重点的实验评价标准，以完善实验评价体系。不同层次的学校，可以选择适合自己学校水平的实验报告，进行实验教学和实验评价。三、具体工作和取得的进展第一阶段是先研读教材，组内讨论，对教材中的实验进行分类，划分层次，即明确哪些是基础性实验，哪些是拓展性实验，哪些是探究性实验。以选修四第三章第4节“酸碱中和滴定”内容为例，对于酸碱中和滴定终点的判定实验，基础性实验为：按照教材的要求设计为利用酸碱滴定管来进行强酸和强碱之间的中和滴定实验；拓展性实验为：按照教材的要求设计为利用酸碱滴定管来进行强酸和弱碱之间的中和滴定实验；探究性实验则是利用离子浓度、温度及导电能力的变化来确定终点，即设计利用pH、温度和电导率传感器来确定滴定终点等。

基础性设计主要针对一些普通中学，而拓展性实验和探究性实验则适用于重点中学或学有余力且对化学有浓厚兴趣的学生。必修一章节基础性实验拓展性实验探究性实验1.2金属钠与水反应的现象；氯气与铁、铜反应；氯气与氢气反应金属钠与盐溶液的反应；氯气与白磷燃烧试验；滴水生火实验；吹气生火实验；氯气与水反应；氯水的漂白性。1.3配制一定物质的量的浓度的溶液2.1溶液与浊液的区别；胶体的聚沉实验；丁达尔现象；氯化铁胶体的制备。胶体的电泳现象2.2溶液导电性实验；稀硫酸和氢氧化钡在水溶液中的反应；熔融的氯化钠导电性实验；强电解质和弱电解质导电性实验；2.3金属钠与氯气的反应；锌与硫酸铜反应；碘化钾和酸性高锰酸钾反应；铁及其化合物的氧化性和还原性；3.1碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质模拟溶洞的“形成”；3.2氨的性质（喷泉实验；氨和氯化氢反应）；铵盐的性质；硝酸的氧化性氨的实验室制法（三种）；模拟空气放电试验；3.3硫单质的性质；浓硫酸的氧化性不同价态硫元素之间的转化；3.4金属镁的还原性；溴单质、碘单质的物理性质氯、溴和碘单质的氧化性强弱比较；4.2金属铝的还原性；氢氧化铝与酸、碱溶液的反应铝热反应；第二阶段是在第一阶段分类的基础上，在继续细分类型不同的实验。例如，我们对基础性实验又分为演示实验、学生实验，我们先重点对教师演示实验和学生实验进行了分工，设计并编写不同类型的实验报告。序号参考用书教师实验类型1必修1贾若冰。陆晓萍教师演示实验，学生实验2必修2蒋蓓蓓，李惠勇教师演示实验，学生实验3选修4《化学反应原理》高涛，高建伟教师演示实验，学生实验4选修5《有机化学基础》司步磊，程红梅教师演示实验，学生实验5选修1《化学与生活》吴艳，蒋红年，秦群学生分组实验6选修2化学与技术宋国丰，王心田7选修6实验化学马骧，路芳学生实验8选修3物质结构与性质黄钊，胡婷婷教师演示实验基础性实验：氯气的性质【实验目的】1．认识氯气的物理性质。2．认识铁、铜、氢气与氯气的反应。3．探究氯气与水的反应，认识氯水的漂白性。【实验用品】仪器：集气瓶、玻璃片、水槽、试管、坩埚钳。试剂：氯气，铁丝、铜丝、氢气、红纸条、氢氧化钠溶液。【实验记录】一、氯气的物理性质实验步骤观察到的现象解释、结论、化学方程式1．取一个盛满氯气的集气瓶，观察氯气的颜色；稍打开玻璃片，用手轻轻地在瓶口扇动，使极少量的氯气飘进鼻孔，闻气味。2．取一支盛满氯气的试管，将其倒扣在水槽中，静置一段时间后，观察现象。二、铁、铜、氢气与氯气的反应实验步骤观察到的现象解释、结论、化学方程式1．用排饱和食盐水法收集一瓶氯气（瓶内保存少量饱和食盐水），在通风橱内把烧得红热的一束细铁丝伸入充满氯气的集气瓶中，观察现象。2．用排饱和食盐水法收集一瓶氯气（瓶内保存少量饱和食盐水），在通风橱内把烧得红热的一束细铜丝伸入充满氯气的集气瓶中，观察现象。3．在空气中点燃氢气，然后在通风橱中把导管伸入盛有氯气的集气瓶中，观察氢气在氯气中燃烧时的现象。实验步骤观察到的现象解释、结论、化学方程式将干燥的氯气依次通过盛有干燥红纸条的集气瓶和盛有湿润红纸条的集气瓶，然后通入盛有氢氧化钠的溶液中进行尾气吸收。观察红纸条是否变色。拓展性实验：氯气的漂白性探究性实验：氯气与水反应产物探究【实验目的】探究氯气与水的反应的产物。【实验用品】仪器：集气瓶、玻璃片、水槽、试管、红色纸条。试剂：氯水，AgNO3溶液，石蕊试液。【实验记录】实验步骤观察到的现象解释、结论、化学方程式1．取一支试管，加入少量氯水后，向其中滴加少量AgNO3溶液，观察现象。2．取一支试管，加入少量氯水后，向其中加入除去表面氧化膜的镁条，观察现象。3．取一支试管，加入少量氯水后，向其中滴加少量石蕊试液，观察现象。4．取一支试管，加入少量氯水后，向其中加入红色纸条，观察现象。【反思与探究】你是如何确定氯气能与水发生反应的？产物是什么？

第三阶段以课题为载体，深化开展拓展性实验

1、有效开展趣味实验并分工完成实验报告⑴以学校科技节为平台，开展趣味化学实验比赛和实验技能比赛活动，既丰富了学生的课余生活，增长了同学们的化学知识，又培养了动手能力。⑵设计改进以中学实验为基础的趣味性实验，达20多例。拓展性化学实验目录：序号趣味实验名称参考书序号趣味实验名称参考书1空瓶生烟必修114指纹检查必修12捉迷藏必修115美丽的水底“花园”必修23密信必修1，16口吐“仙气”选修54喷雾作画必修117美丽的火花选修35滴水生烟必修118粉笔炸弹必修16烧不坏的手帕选修419铝热反应必修27火龙写字必修220叶脉书签必修18吹气生火必修121水中花园选修39不安定的卫生球选修422制晴雨花选修310铜树必修223自制酸碱指示剂或pH试纸选修411晴雨花必修224蛋壳彩绘选修512魔棒点火必修225化学泡沫灭火器制备选修413神奇的瓶子选修4趣味性实验（二）碳酸盐与硫酸铝反应泡沫灭火器一、实验目的：1.探究碳酸盐与硫酸铝的双水解反应原理2.模拟灭火器灭火原理二、实验原理：3HCO3-+Al3+===Al(OH)3+3CO2↑三、实验仪器及药品具支试管、小试管、单孔塞饱和的碳酸氢钠溶液、1moL/L的硫酸铝溶液溶液、洗洁精四、实验操作1、先在具支试管装好饱和的碳酸氢钠和洗洁精的混合液，约占试管容积的二分之一；2、把盛有1moL/L的硫酸铝溶液溶液的小试管系住，小心地放进具支试管里（为防止小试管管口倒转时堵塞，可加入一支比小试管略长的玻璃管），用胶塞塞紧（如图1）。此装置犹如备用的泡沫灭火器；3、把具支试管倒转，使两种溶液混和，即可产生大量的泡沫，并从具支试管中的支管喷也，射程可达1~2米（如图2）。三、改进后的实验至少有三个优点：1．试剂用量少，适应微型化要求，甚至能改为学生实验；2．本实验装置在外形和结构更似实用泡沫灭火器；3．现象明显，尤其不会因二氧化碳的气压不足而影响实验结果，成功率几达100%。2、以数字化实验为抓手，推动探究性实验的深入开展1、从2008年，我校引入最先进的化学实验教学技术，将数字化实验列入新课程中学化学实验系统设计研究的范围之内。2、数字化实验从无到有，从少到多，从粗到细，从易到难。3、不断改进实验技术，进行了多项实验设计和研究，并取得了一定的进展。数字化实验的两种思路：一是就某一个实验，利用不同的传感器技术进行实践和探究，例如关于酸碱中和滴定的终点判定，我们可以用pH传感器、温度传感器、电导率传感器等方法，然后进行讨论、评价。二是利用一种传感器对不同的中学化学实验案例进