化学教师实验研究选题的新视角，本文主要内容关键词为：实验研究论文,化学论文,教师论文,新视角论文，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。
实验是化学科学的基石，中学化学课程实验内容丰富，在培养学生科学素养、启迪学生科学思维等方面起着重要的作用。文献检索和实践调查表明，多年来教师在化学实验研究的选题上表现出明显的不足。例如，不少教师仅关注对教材实验的浅层验证，对现有实验进行深度研究的工作较少，缺乏设计更多有助于促进知识理解的新实验，未能就疑难实验提出简捷、有效的方案，忽视实验中出现的“异常”现象等等。上述种种现象，不仅在化学学科中存在，而且在其他理科课程的教学中也非常普遍。这直接影响理科教师学科素养的提升，也不利于培养学生的科学思维能力。本文将结合化学教学实际，从新的角度对教师开发实验课题提供新的思路，以期对提高理科教师的实验研究能力有所启迪。
一、设计“物化”实验感知抽象知识
本文中的“物化”是指将有关的化学概念、定律或原理（尤其是抽象的概念或原理等）借助实验手段直接复原为实验这种具体的物质形态的一种思路。“物化”实验就是运用该思路将化学知识“物化”所设计的实验。
化学基本概念和基础理论既是化学教学的重要内容，也是实验探究的理论前提。在教学过程中，教师能从学生当前的认知水平出发，将学生未知的化学概念和理论通过新的实验活动进行总结、归纳，从而将化学知识以实验的形式表现出来，使学生通过对演示实验的观察或亲自探究实验获得有关基本概念和基础理论的知识，这有助于学生化学知识的有意义建构。
许多实验方案的构思设计或实验课题的提出就是利用了“物化”策略。实践证明，除教材原有的实验外，开发更多的新实验课题有助于教学质量的提高。为使学生掌握“盐类水解平衡的影响因素”，教师设计了“物化”实验（如案例1），使抽象概念更易被学生所理解。
案例1 盐类水解的实验设计[1]
1.通过实验，提出问题
取10mL0.1mol/L醋酸溶液，使用pH试纸测定溶液的pH。向其中加入少许固体醋酸钠，待完全溶解后，再测定溶液的pH，发现pH增大。为什么加入醋酸钠后醋酸溶液的pH会增大？
2.学生讨论后提出假设
(1)醋酸钠溶液呈碱性，中和醋酸电离出来的
，使溶液c()降低。
(2)加了固体醋酸钠后，溶液中
离子浓度增加，使醋酸电离平衡向左移动，使c()降低。
3.分析
假设(1)的依据是醋酸钠溶液的碱性中和醋酸的酸性，假设(2)的依据是醋酸钠使溶液中浓度增加，抑制醋酸的电离。如果能寻找某种中性的醋酸盐，加到醋酸溶液中，如果溶液pH不变，则假设(1)正确，如果溶液pH仍增大，则假设(2)正确。
4.实验方案
在0.1mol/L醋酸溶液中加入少量醋酸铵固体，测定混合溶液的pH。实验结果是溶液pH增大。
5.实验结论
醋酸铵溶液呈中性（因醋酸和一水合氨的电离常数接近，故醋酸铵水解结果呈中性），却同样使醋酸溶液的pH增大，说明假设(1)错误，假设(2)正确。
在讲授“盐类水解平衡”概念时，教师并不以理说理，而是要求学生自行提出假设和设计实验来验证，使学生通过实验探究得出有关的知识规律，从而加深了学生对新知识的理解。该实验给我们的启示是：教学中可选择一些抽象的理论作为实验研究的对象，以验证实验或探究实验形式将这些理论“物化”后，生动地展示在学生面前，以深化学生对该知识的认知。
二、优选反应条件改进常规实验
常规实验是指教材或相关文献中已有的、较为成熟的实验。这些实验的目的、原理、步骤等均已为教师所熟知。反应条件是指与实验过程相关的各要素，如实验药品和试剂、实验装置、实验操作等。实验药品的性质，试剂的浓度、用量，实验装置的科学性以及实验操作的合理性等均会对实验产生或大或小的影响。
在某些实验中，温度的影响占主导的地位，如银镜反应、乙烯的制取、苯的硝化和磺化等有机反应；有些实验则是药品的性质和用量等因素占主导地位，如胶体的形成（反应物浓度），甲烷的制取（反应物的干燥程度），木炭还原氧化铜（反应物的质量比）等。此外，有些实验的原理或机理往往比较复杂，反应条件难以把握，若教师抱以侥幸的心理去对待实验，既不利于学生理解知识，也影响到教师自身能力的提升。
因此，通过探究常规实验的反应条件，可以完善实验设计，提高实验教学的质量；从另一个角度讲，也为实验新课题的开发创设了条件。例如，过氧化氢制氧气受过氧化氢浓度和用量、催化剂种类等因素的影响，以前常用
作催化剂，但存在速率过快、反应难以控制等问题。实验证明，影响该反应的催化剂很多，为探索过氧化氢制氧气的最佳催化剂，提出新的实验课题（案例2）。
案例2 过氧化氢制氧气最佳催化剂的探究[2]
1.实验涉及的各种催化剂
(1)活性炭；；土豆颗粒
(2)金属氧化物
：将2g活性炭分别浸渍于15mL盐溶液（浓度为15%的
溶液）置于蒸发皿中进行灼烧。
2.定性研究和定量研究
取等质量的上述各种催化剂置于试管中，分别加入等量的10%
溶液，观察反应现象，记录实验现象，定性记录反应速度以及反应时间。取各种催化剂0.4g和10%溶液4mL于试管中，按一定装置进行实验。记录反应的时间t和相应的量气管读数V，求出气体产生的速度(
)，记录结果。
3.结论
由定性和定量研究结果得出，在相同的实验条件下，以活性炭颗粒作为催化剂，分解反应的速度最适中，产生的气体最均匀，反应的时间也较长，且溶液颜色无变化，便于学生观察和理解催化剂的概念，并借助软件将活性炭作催化剂时产生的气体体积随时间变化作曲线图，使结论更直观。
就实验本身而言，影响过氧化氢分解速度的因素众多，包括的浓度、催化剂用量和状态（载体、颗粒大小等）、反应的温度、溶液的酸碱度等。该实验选取催化剂为该实验的研究对象，通过改变催化剂的种类提高了催化效果。同样，也可从改变反应的温度、溶液的酸碱度等入手设计实验方案，优化反应条件。
因此，适当关注教学中常规的演示实验和学生实验，选取一些反应条件较复杂或成功率不高的实验作为课题，针对影响该实验的诸多因素展开研究，优选其反应条件，并将实验研究的成果应用到实际教学当中，将实验研究与实验教学有效地结合起来以提高教学效果。
三、根据“异常”现象确立实验课题
“异常”现象是指由于受药品的性状（状态、颗粒大小、干燥程度等）、溶液的浓度、酸碱性、仪器装置、反应机理的复杂性、副反应等因素的影响，产生不同于常规推理的客观存在的实验现象。在实际教学过程中，无论是演示实验还是学生实验，可以说“异常”实验现象屡见不鲜：未经处理的镁条置于滴有酚酞的冷水中本身未跟冷水反应，但无色酚酞却变红了；碘与淀粉的显色反应中，将溶液加热到一定温度时蓝色会褪去，冷却后，又能恢复，且恢复时间的长短与加热的温度有一定的关系；将酚酞加入到pH＞13的强碱性溶液时，出现的红色会立即消失[3]；氢气燃烧生成的水能使碘化钾淀粉试纸变蓝；一定浓度的苯酚溶液能使指示剂变色[4]……
“异常”现象并非“无规可循”，而是在现象背后隐藏着学生所未知的原理。在遇到“异常”现象时，我们可以选择不同的实验影响因素进行研究，从内部因素或外部因素着手分析；关键是要对实验中存在的一个或多个化学反应的原理或机理有着深刻的认识，在分析原理或机理的前提下，借助科学的研究方法，探寻引起“异常”现象的原因。这样才能站在一定的高度看待问题，从本质上抓住问题的关键，使问题得到解决。
四、基于设计方法寻求研究课题
在实验研究中，根据实验研究对象的不同，所采用的研究方法也各异。在一个实验过程中，实验各要素及其相互关系可以通过图1来表示：
图1实验研究过程各要素及其相互关系示意图
实验要素中实验药品和试剂的用量、性状，实验装置的设计或改进，实验步骤的先后顺序，实验现象的解释，实验结果的处理等事先均需要借助一定的设计方法，从而得出完成该实验要素的要求。案例2中针对实验药品和试剂展开研究，采用控制其他反应条件，改变单一条件——催化剂种类的方法，用全面试验法进行了一一比较，得出了结论。
由此可知，在反应条件探究的实验课题中，以设计方法为线索改进实验的反应条件为研究目的可以产生新的实验课题。又如在探究实验装置的设计和改进的方法中，可以将经验性设计方法和理论性设计方法进行分类讨论，以探求出某一设计方法对某一类装置设计或改进的作用。因此，以设计方法为线索，建立方法与某一类实验的关系，使设计方法在该类实验设计中的应用价值以课题开发的形式体现出来，也不乏为化学教师实验研究选题的新思路之一。
五、将“社会生活元素”融入实验课题
让学生运用已有的化学知识和实验技能以实验的方式探索与社会现象、日常生活密切相关的问题，不仅是活动课的内容，也是课堂教学的延伸，有利于增进学生的学习兴趣，进一步认识到知识的实际价值。化学教师应将目光延伸到教室、课本以外，从社会生活中寻找与化学知识有关的实验课题，将社会现象、生活环境作为发掘实验新课题的出发点，使实验室实验走进社会，贴近生活，让学生深刻体会到化学知识应用的现实意义。
本文结合饮食与健康、环境检测以及生活常识，对有关的化学实验课题进行提炼，供教师参考。如表1所示。
此外，将工业生产、工艺流程或生活现象等通过实验模拟的方式引入课堂，使学生增加感性认识的同时也增进对知识的理解，这也是开发实验选题的一种思路。例如，氯碱工业、硫酸工业、硝酸工业以及酸雨形成等均可成为教师实验设计的素材，其中关键的问题是如何使工业过程、化学反应通过实验模拟得以真实、生动的体现，并反映出装置简约、操作简单、符合循环经济要求等特点。
表1 融入“社会生活元素”的化学实验研究课题
六、结语
实验课题的价值不仅在于实验选题是否新颖，更重要的是在实际教学中能充分发挥实验的价值，以达到启迪学生的科学思维、培养学生能力的目的。实验研究对象不能仅停留在教材规定的有限内容上，而是应在符合课程标准前提下从不同角度收集实验素材，努力体现实验研究的思想方法，在选题思路上寻求新的突破。本文从五个新的视角探讨了化学教师实验研究选题的一般思路，有助于转变理科教师的观念，扩展理科教师实验研究的视野，使他们在方法论层面把握实验的教学价值，并且能够在此理论的指导下进行实验及其相关教学研究，促进理科教师专业素养的提升。