首页 -> 2006年第5期
加强化学研究性实验教学的尝试
作者：朱江海
一、化学研究性实验的内容
验证性实验与研究性实验有许多不同之处，验证性实验是验证已知的，它的实验过程是现成的、已知的，它的结论是确定的。而研究性实验是研究未知的，它的实验过程是由本人自己设计的，它的结论是开放的。中学化学研究性实验是指学生在实验与观察的基础上，通过科学抽象的逻辑思维，自己概括得出结论的一种学习方法，其特点是根据实验的目的，利用已知的外加因素去干扰或扰动对象，看会发生什么样的变化，出现什么样的结果。
二、现行化学教材状况
在现行化学课本中安排的实验多数是验证性实验，这些实验始终处于概念理论的依附地位，它仅仅是验证化学知识、帮助学生形成化学概念、理解和巩固化学知识。在学生实验教材中，有许多内容是事先统一印制的，实验很少有研究性，这样学生做实验时，很少用脑来思考、分析问题。
三、研究性实验教学方法
１．让学生在思中研究演示实验的创新
学习的关键在于学生开启自己的智慧大门去思考问题，由于化学实验是充分调动学生的各种感观动能为前提的一个综合学习过程，因而必须通过有效的激“愤”促“悱”，强化实验教学的研究性，努力促使实验过程中出现的现象或结果激励学生，进行深入的思考研究。在化学演示实验中，某些实验由于种种原因导致实验效果差、过程烦琐、易造成环境污染、产生安全隐患等等。学生创新演示实验，不仅使学生掌握有关化学知识，而且培养他们不迷信课本，敢于对科学方法进行创新，激发创新意识进而达到培养学生创造能力的目的。例如甲烷制取实验，按照课本介绍的方法去做，得到的甲烷一般只有理论的４０％，且产气慢，气体不连续，在导管口点不着，试管往往在实验中破裂，使实验失败。如果将药品的配制进行探索，使无水醋酸钠：固体氢氧化钠：生石灰＝５∶３∶２，将配制混合物放入用铝箔包成一端封闭的圆柱筒内，再放入大试管中，使封闭端触及试管底部，然后加热试管收集气体。这样产生气体快、连续且铝箔对试管起到保护作用。
２．让学生在疑中研究改验证性实验为已经研究性实验
疑是吸取知识的动力，有疑才有积极主动的思维活动，在化学实验教学中，通过不失时机设置疑惑，制造悬念，可营造强烈的问题情景，引导学生通过实验进行积极的研究。在化学实验教材中属于研究性实验的不多，挖掘教材中实验的研究性或将部分验证性的实验改为研究性实验会提高学生的研究欲望，激发学生的科学思维能力和学习的主动性。例如在验证“金属铝与稀硫酸及稀盐酸反应产生氢气”的实验时，学生已经掌握了铝与酸的基础知识，他们都知道铝跟稀盐酸、稀硫酸起反应产生氢气。但是通过实验发现铝跟稀盐酸反应明显，而跟稀硫酸几乎不反应。这样由学习和理解化学反应转变到由实验研究化学反应在机理上发生了差异，为了寻找原因，学生分别用１．５ｍｏｌＬ和３ｍｏｌＬ的稀硫酸跟铝片反应，均无明显的反应现象，而用３ｍｏｌＬ的稀盐酸跟铝片反应，反应现象明显，于是学生产生疑问。稀盐酸及稀硫酸都是非氧化性酸，在水溶液里都能电离出Ｈ+，在［Ｈ+］都等于３ｍｏｌＬ的两种酸中，理论上反应速率应该相等。但铝和稀硫酸无明显的反应现象，这其中的原因是不是跟Ｈ+所处的环境不同有关。于是对问题作了假设：假设一，Ｃl-能促进金属铝与Ｈ+的反应。假设二，ＳＯ2-4对Ｈ+与金属铝的反应起阻碍作用。于是对问题进行验证：分别取稀盐酸、稀硫酸，加入铝片，然后添加氯化钠晶体、硫酸钠晶体。实验现象记录如表１。
于是得出实验结论：
（１）ａ组硫酸中加入ＮａＣｌ，铝与硫酸就明显反应，放出氢气。而ｂ组硫酸中加入Ｎ2ＳＯ4无明显现象。这两种盐中都含Ｎａ+，说明这种差别并非由加入的盐中Ｎａ+引起，而是由阴离子引起，即Ｃｌ-促进了铝与Ｈ+的反应。
（２）ｃ组实验在ＨＣｌ中加入Ｎａ2ＳＯ4+后反应与ｄ组盐酸不加Ｎａ2ＳＯ4+现象相同，说明ＳＯ42-对Ｈ+与Ａｌ的反应并无阻碍作用。
虽然学生得出的结论不一定完全正确，实验方法也不一定合理，但体现了学生不惟书本、不惟教材，敢于创新。整个过程在老师引导下由学生自己发现疑问、研究疑问、解决疑问，也充分体现学生主体作用，从而调动学生学习热情和研究的主动性。
３．让学生在放中研究设计实验
我国传统教育短处似乎是统得过多、放得过少，以及学生学习的过程中缺少应有的自主性。如何着力开放、引导学生设计实验呢？首先实验过程要给学生留有较充分的思维空间，改变目前实际存在的实验教学过程顺序化的倾向性。如现在普遍使用的化学实验报告的实验原理、操作、步骤及注意事项编写过分详细，限制学生自由创新能力的培养，所以在实验教学中要求学生自行设计实验，在实验的设计过程中既要求学生按正确的步骤操作，又能便于学生自主创造性完成实验。如学生做Ｃｕ与Ｈ2ＳＯ4反应实验，按教材中的要求去做，产生的ＳＯ4易污染环境，于是请学生设计：当实验现象明显时及时停止反应，可采用什么方法？学生提出下列三种方法（１）加水冲洗。（２）用冷水冷却试管。（３）将Ｃｕ及时拿出。显然（１）、（２）的方法是违背实验原则的，而（３）的方法可取，于是在（３）的基础上进行改进，即用一根铜丝代替铜片，其中铜丝的一头绕成螺旋状，伸入试管底部与浓Ｈ２ＳＯ４接触，另一头离试管口１～２厘米，如果要使反应停止，只要用镊子把铜丝取出。
４．让学生在乐中研究实验在生活中应用
乐趣是最好的老师，所以教师不仅要向学生传道授业，而且要激发学生的学习乐趣。趣味性实验具有鲜明、新颖、有趣等特点，所以通过对趣味性实验探索能培养学生的学习兴趣，让学生通过自己动手实验，自行观察探索、分析推理、归纳总结，自行解决问题，从而提高自己的分析和解决问题的能力。学生通过趣味性实验研究既深化化学基本概念和理论的理解，又结合理论成功解决化学的一些实际问题。例如：学生对氢气球很喜爱，对充氢气球的实验非常感兴趣。但利用已学过的知识去充一个气球并非是一件容易的事。它需要满足两个条件：一是反应速度要快，二是需要耐压的反应容器。对于反应速度同学们想出很多种能产生氢气的实验方法：（１）钠跟水反应；（２）锌跟稀硫酸反应；（３）铝跟稀硫酸反应；（４）铝跟氢氧化钠反应。根据反应的特点，第（１）种方法不符合科学规律，不可取，第（２）、（３）种方法产生氢气速度慢，不可取。只有第四种方法反应速度快，同时可利用废旧的铝作为材料。对于反应容器，采用：（１）启普发生器；（２）带导管的橡皮塞和玻璃瓶；（３）泡沫灭火器的内胆。三种情况只有第（３）种情况可取。符合以上两个条件虽能制成气球，但很容易变小，不宜久放。同学们通过仔细观察，分析造成气球变小的原因：（１）氢气中水蒸气含量过多；（２）气球未扎紧；（３）气球质量差。根据分析的原因，学生提出解决的具体办法，使气球保持尽可能长的时间。
参考文献
［１］ 张健如．中等师范学校教科书化学（第一册）．北京：人民教育出版社，１９９５．
［２］ 王顺明．探索性实验教学的尝试和体会．化学教学，２０００（１０）：５－６．
［３］ 刘炜．加强实验教学的启发性、探索性和自主性．化学教学，２００１（１０）：５－６．
（责任编辑孙海燕）