美国高中化学教材CHEMISTRY:Concepts and Application中的定量实验，本文主要内容关键词为：美国论文,定量论文,教材论文,高中化学论文,CHEMISTRY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。
化学实验教学作为化学教学中的重要组成部分，是培养学生科学素养的主要阵地。化学实验一般分为定性实验和定量实验，定性实验主要解决的是“有和无”“是与否”的问题[1]；定量实验是指为了深入了解物质和自然现象的量的特征，揭示各因素之间的数量关系，确定某些因素的数值等而进行的实验。定量的学生实验以其特有的教学功能——是一种要求较高的探索活动，是学生获取知识、领悟科学思想、学习科学方法的重要途径[2]，必将在化学实验教学发展中受到越来越多的重视。美国最大的教育书籍出版集团——McGraw-Hill的Glencoe公司2005年出版的美国高中化学教材《化学：概念和应用》(CHEMISTRY:Concepts and Applica tion)的实验体系纳入了大量的定量实验内容，本文对该教材中的定量实验设计特点做了初步研究。
一、“CHEMISTRY:Concepts and Application”教材简介
“CHEMISTRY:Concepts and Application”教材在整个知识体系上是以化学学科的逻辑顺序编排，但在内容选取上重视知识与生活、社会的联系，全面渗透了STS思想；尤其是其实验内容的选取编排，充分体现了以培养科学素养为宗旨的新的化学教育目标。“CHEMISTRY:Concepts and Application”教材的实验内容以4个栏目的形式出现，分别为导航实验、实验室实验、微型实验、家庭实验，定量实验在各个栏目中均有分布。
二、“CHEMISTRY:Concepts and Application”中的定量实验
1.导航实验(Launch Lab)中的定量实验
该教材的导航实验安排在各个章节的开始部分，是学生在学习每一章新的概念的准备活动，通过提出生活中常见的问题，启发学生思考，自然地导入该章新知识点。教材中的导航实验中的定量实验见表1。这些实验的设计，使学生能够从量的角度入手，考查实验现象，从而培养他们严谨的科学探究态度。比如“仅仅是气体变热了吗”这一实验。实验目的是研究“温度变化是怎样影响气球内气体的变化的”，该实验是让学生测量充满气体的气球的周长，记为
；再把该气球浸入盛有冰水混合物的桶内约15min，拿出气球，再测量其周长，记为
；比较和的大小；分析当温度升高时，气球内气体会发生怎样的变化。这个实验设计，操作非常简单便，但是却能让学生参与测量，并根据有说服力的数据来得出结论。这大有“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的理论联系实际的科学精神。
表1 导航实验中的定量实验
2.微型实验(MiniLab)中的定量实验
该教材中的微型实验是学生实验的主要方式之一，贯穿于教材的每个章节，且实验内容富有生活趣味性，表2为教材中微型实验中的定量实验。
表2 微型实验中的定量实验
这些实验更加重视实验思想的设计，例如“分子速率”实验，该实验让学生在分子扩散时间相同的条件下，通过测量分子扩散距离的大小，来比较分子速率的大小。取一洁净的直玻璃管，水平放置，在其左、右两端分别标记为A、B，再用两棉球棒分别蘸取浓氨水和盐酸，并同时把浓氨水和盐酸分别滴加在玻璃管的A处和B处，让学生注意观察玻璃管内生成的白色环烟状的氯化铵，记下其在玻璃管内的位置为O，用直尺测量OA与OB的大小。因为反应时间相同，比较OA与OB的大小即是盐酸分子与浓氨水分子扩散速率的大小。该实验设计思想比较新颖，另辟蹊径的介绍了分子速率的知识点，把抽象的理论具体呈现在学生面前，培养学生运用化学及实验的基本理论和方法分析解决问题的能力，这对于培养学生的探究能力和创新意识是有益的。
3.实验室实验(ChemLab)中的定量实验
实验室实验是教材中课堂实验的主要内容，出现在每一个章节。实验室实验中的定量实验（见表3）所占比例最大，约为26.1%。在定量化的实验室实验中，学生根据实验现象收集信息，处理数据，能够更好地把握知识概念的准确性。比如“金属的反应生成量与价电子的关系”，该实验用相等物质的量的金属镁和铝分别与过量的盐酸反应。用量筒利用排水集气法收集生成的氢气，待金属完全反应后，读取量筒内气体的体积数，比较哪种金属生成的气体体积多。通过这个实验让学生思考：已知2种金属的价电子数，那么生成氢气的体积数之比与相应的金属价电子之比有何关系？化学反应中价电子与生成量的关系是个抽象的知识点，属于对微观领域的认识，不是通过视觉触觉能够直观理解的，通过“量”把几个抽象的概念联系起来，并且深入地分析它们之间的规律。另外，这个知识点也是设计习题的热点，一旦掌握了这个规律，“授之以鱼”远远不如“授之以渔”，将给学生在解答习题时带来莫大的帮助。
表3 实验室实验中的定量实验
4.家庭实验(Try At Home Labs)中的定量实验
教材为每一章都提供了相应的家庭实验，其中定量实验所占的比例也较大，约为23.8%（见表4）。这些实验充分利用学生身边熟悉的生活场景，为学生提供了较为宽松的学习环境，把微观领域内抽象的化学概念置入熟悉的、具体的场景中学习。如“比较原子的大小”步骤如下：在白纸上点一个圆点，直径为0.1mm（作标记A），此圆点代表电子的大小；在以距离标记A5cm处为圆心，5cm为半径画圆代表中子或质子的大小；再以距离标记A3.1m处为圆心，以3.1m为半径画圆代表最小原子He的大小；然后以距离标记A24.8m处为圆心，以24.8m为半径画圆代表最大原子Cs的大小。
分析和总结：比较中子、质子和原子的大小，推测哪种粒子占据了原子的大部分空间？该实验活动是让学生亲自动手把质子、中子、电子和原子的大小形象地用实际距离来表示，帮助他们在头脑中建立起原子模型，不仅激发了他们的活动兴趣，还使他们对概念的理解从感性认识上升到了理性认识。
表4 家庭实验中的定量实验
三、分析与比较
我们将“CHEMISTRY:Concepts and Application”教材与我国高中教材（人民教育出版社，2004年版）做了比较分析，发现两国教材中定量实验明显区别有3点。
首先，在实验数量上，我国高中教材中实验总数为122个，定量实验数目有7个（见表5），约占实验总数目的5.74%。“CHEMISTRY:Concepts and Application”教材中共有实验数目112个，其中定量实验数目为18个（见表1、表2、表3和表4），约占实验总数目的16.1%。
表5 我国高中教材①中定量实验
①注：人民教育出版社2004年版，宋心琦主编。
其二，在实验内容的安排上，我国高中教材中7个定量实验集中分布在4个章节中，有些实验内容考察的知识点相同，像第一章的“温度的测定”和“温度降低了多少”第三章的“溶液的配制”和“配制一定物质的量浓度的溶液”。表5中可以看出，整个定量实验内容仅涵盖5个知识点，且内容选材学术性太强。而“CHEMISTRY:Concepts and Application”教材中定量实验内容涉及比较广泛，每个实验都分别针对不同的知识点设计，实验内容取材于同生活经验紧密联系的素材，容易激发学生的探究欲望，启迪学生的思维。
其三，在实验设计上，我国高中教材中定量实验设计类型比较单一，思路比较简单（如温度、熔沸点的测定），实验操作也很简便，重在实验基本操作和数据处理能力的训练，对学生要求较低；有关抽象概念的实验内容很少，只是给出直观的描述性的认识，具有模糊性，不如定量的数据具有说服力。“CHEMISTRY:Concepts and Application”教材中实验设计思路比较开放，重视实验的趣味性与生活化，如“测量糖的物质的量”“仅仅是气体变热了吗”；有的实验则是把抽象的化学概念加以量化，或通过量把几个相关的概念联系起来（比如“波义耳定律”“金属、反应生成量和价电子”等），使学生能够更具体、更准确、更清晰地理解所学的知识，提高学生思维的深刻性，培养学生科学方法和科学精神。
与定性实验相比，学生的定量实验更有利于学生摆脱习以为常地把已经验证的知识默认下来的习惯，有助于提高学生的创造性思维，同时可以给学生提供深层次的认知和积极的情感体验的环境，从中品味、感悟实验的探究过程，促进学生高层次思维能力的发展，有助于科学方法的掌握，科学态度的形成及全面科学素养的提高。