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对化学实验教学创新与课堂实验的观察与思考教育学博士特级教师国务院特贴专家河北师范大学硕士生导师人民教育出版社教材培训专家团成员教育部“国培计划”专家团首批成员石家庄一中校长13833165726娄延果一、对实验教学创新的观察化学实验教学创新的外显成果主要集中在：（1）专著：《化学实验教学新视野》（2003）《化学实验教学论》（2001）《新课程高中化学实验全解》《中学化学实验改革与创新——江苏省中学化学实验调演获奖项目集粹》《化学实验教学探索》《中学化学实验研究与创新》等十几本。（2）硕士论文：中国知网1390篇（3）杂志：《化学教育》《化学教学》《中化参》等（4）课堂教学评优：全国赛、片区赛、地方赛（5）实验教学创新大赛：（6）全国中小学实验教学展评：选择三类素材作为样本：•2014武汉全国优质课观摩会31节课；•1994—2008年间《化学教育》245篇文章；——东北师大历晶博士《化学实验教学创新研究综述》•2012宣化“实验教学创新会”60件一等奖作品。（核心样本）通过对三类样本的研究，对核心样本的分类统计，我们看出：1.样本的创新主要是对化学实验本身的仪器、药品、操作的研究。而少有对实验教学中教与学要素，实验的环节、操作次序与学生学习的进程、思维发展关系的研究和创新。2.实验教学创新的途径•改进型创新：对教科书中那些条件不易掌握、反应时间较长、效果不明显的实验进行改进，使之更适合教学需要。•创意型创新：指教科书中未出现，教师按照新的构思设计并开发的创意实验。类别作品名称频次增补教材实验电离平衡动态演示仪1应用传感器进行气态化学平衡移动的实验设计（压强）1开发探究性实验电解反应中离子在磁场中的定向运动1改进氯化铁水解实验及由该实验引发的实验探究1开发化学实验仪器低碳简易抽滤器1多功能化学实验瓶1“多功能”化学实验装置设计及演示1利用灭火原理探究可燃气体点燃防爆装置1碘的四氯化碳溶液的分离回收装置1简易双控气体发生及储存器1便携式试管架1自制简易水解装置及运用——高浓度氯水的“零污染”快速制取1自制多功能测电装置1创意型创新的分布（13个）类别作品名称频次元素化合物（共23个49%）氧气性质及含量测定木炭具有吸附性实验的改进电解水创新实验设计NH3制备及性质实验NO与NO2转化浓稀HNO3与Cu反应311422氯气制备及性质实验HClO见光分解实验21铝热反应制取白色Fe(OH)2的简便方法21Na2O2与CO2定量实验1火柴头中S元素检验1焰色反应2概念、原理（共20个43%）爆炸及燃烧实验分子的运动“外因与溶解速率的关系”试验器检验装置的气密性化学反应速率的测定中和热测定化学反应的热效应燃料电池多功能盐桥沉淀溶解平衡7411211111有机化学（共4个9%）卤代反应趣味化改进实验银镜反应铜镜反应——乙醇催化氧化燃烧法快速制肥皂1111改进型创新的分布（47个）15年间，《化学教育》刊载实验创新案例的分布3.实验创新的动机主要是为了解决实验操作中的问题这些问题主要是：污染、易爆、现象不明显、操作复杂、不适于学生实验等。选题原由频次创新优点频次易产生污染17装置简单，便携26装置繁琐，携带及组装不便14密闭体系，绿色环保20实验现象未达预期效果14实验现象明显20试剂用量大9操作简便17操作繁琐7趣味化实验，有观赏性16成功率低7成本低，材料易得，制作简单13反应耗时长7节约药品11原实验无法准确说明结论6开发学生分组实验11干扰因素未排除5安全性10定量实验误差大5可推广，适用性强9重要实验无实验验证3用时短8不适合分组实验3成功率高8实验开展受场所限制3可多次连续实验8农村设备短缺2定量研究误差小，准确性高7定性实验定量探究2深化概念理解6开发探究性实验资源2微型化5危险性（易炸）2验证原实验未能说明的问题5不能多次演示实验2增强实验探究性4仪器易损坏1与其它学科相结合4反应物制取不便（CH4）1对比实验，排除干扰因素4学生实验废液难处理1不受实验地点限制2习题中的问题需验证1体现用途（铝热）14.实验创新的方法（1）调整实验试剂：调换试剂种类、减少试剂用量调换试剂种类（7/60）:创新作品名称原实验试剂现实验试剂调换原因卤代反应的趣味化改进实验CH4和Cl2甲苯和Br2的CCl4溶液甲烷、氯气制取不便氧气的化学性质的实验改进KClO3与MnO2H2O2与MnO2快速安全补充氧气，且方便控制，随用现制“焰色反应”改进实验盐的水溶液盐的甲醇溶液可直接点燃，避免火焰颜色干扰用常规仪器准确连续测定化学反应速率Zn与盐酸CaCO3与盐酸用体系减重法代替气体体积测定，CO2减重质量大，误差小难溶物沉淀溶解平衡的存在实验设计碘化铅的过饱和溶液KSCN、AgNO3、KI、Fe(NO3)3原实验无法证明存在平衡体系氢氯混合气见光爆炸实验的微型设计Zn粒、KClO3和浓盐酸饱和食盐水电解法代替传统化学法，试剂用量小，无污染，可随时控制开始和停止自制简易水解装置及运用——高浓度氯水的“零污染”快速制取MnO2与浓盐酸饱和食盐水MnO2与浓盐酸反应收集氯气有泄漏，对实验老师身体有危害减少试剂用量，使实验微型化（16/60）（2）优化实验条件•敞开体系密闭化；•优化引发反应的方式；创新作品名称原引发反应方式现引发反应方式测定空气中氧气的含量空气中酒精灯加热点燃电加热棒密闭环境引燃空气组成的测定化学实验设计空气中酒精灯加热点燃电烙铁密闭环境引燃铝热反应实验改进初探点燃镁条电炉丝或丁烷抢引燃铝热反应实验创新点燃镁条坩埚钳夹持镁条点燃，接触引燃剂，引发反应粉尘爆炸的化学实验设计内置燃烧的蜡烛引火枪引爆氢氯混合气见光爆炸实验外置燃烧的镁条闪光灯的强光•控制反应过程的外部条件。创新作品名称反应条件改进措施改进后的优点优化反应条件次氯酸见光分解实验新设计紫外线光照，反光桶内壁涂紫外线反光材料加速次氯酸分解光照波长和强度白磷自燃宣纸用火棉胶处理燃烧后无灰烬助燃白色氢氧化亚铁的制备水浴微热白色氢氧化亚铁温度银镜反应实验改进银氨溶液中多加2滴NaOH常温振荡制镜碱性环境乙醇催化氧化及产物的检验用NaOH润洗试管后配制银氨溶液，再滴4-5滴AgNO3通入乙醛常温下反应制得银镜试剂的比例碱性环境氨气性质实验的改进与整合喷泉实验加水后取下烧瓶充分振荡提高喷泉实验的成功率振荡氯气的制备与性质实验设计12mol/L盐酸与MnO2常温反应10mol/L盐酸与MnO2水浴加热35-40℃反应无需明火加热制备氯气浓度对焰色反应实验的再改进铝箔或铜片消除玻璃导管对火焰颜色的干扰得到无色火焰火焰颜色化学反应速率影响因素探究校准管使气体温度接近室温，减少温度对气体体积的影响排除温度对气体体积的影响气体温度（3）改进、创新实验装置（55/60）类别创新方法频次传统化学仪器的改装与巧用更改仪器规格2更换原有仪器3设计对比实验2多件仪器巧妙组合3借鉴生活中常用物品传统化学仪器与生活物品相结合20巧用生活物品自制实验仪器17以生活物品为原形设计实验装置1手持技术应用于化学实验色度传感系统1温度传感系统1与物理相结合光电效应1磁场中带电微粒定向移动1热敏电阻1浮力原理1开发自动化实验装置电子搅拌器1可待机自动电源1传统化学仪器的改装与巧用借鉴生活中常用物品样本中，共使用到了25种生活用品，出现了63次：注射器、输液器、输液袋、笔杆、塑料瓶、塑料盒、废弃的太空杯、电烙铁、电加热棒、粉笔、亚克力板、音乐贺卡、橡皮泥、气球、节能灯管、水泥、泥土、木料、电子称、喷壶、气泵、电打火枪、丁烷枪、小风扇、计数器。《化学教育》刊载的实验创新的方法角度关于这项研究的其他内容请参阅河北师范大学硕士论文（2015）《中学化学教师实验教学创新策略的研究》——李鑫4.思考：（1）实验教学创新的价值极高；（2）化学实验的数字化是很好的创新方向，但要注意不能过分淡化实验的过程，基础知识教学中的实验更重过程价值；（3）大量使用替代品的优与劣：◎替代应是缺少标准仪器的无奈之举，化学仪器的学科方法、学科思想价值难以被替代；◎医疗垃圾的过度使用令人担心；（4）改进与创新不能越改越复杂，不便于推广应用；（5）化学实验教学创新，还应重视化学实验的情境和实验操作方式、次序的不同与实验功能的关系。将实验置于课堂情境中考察，可以发现：•同一化学实验，在不同的课堂情境中进行，教学价值不同；•在同一课堂情境中的同一化学实验，其操作次序不同，教学价值不同。盐酸性质的教学教学行为链1：陈述知识——实验验证——原理解释——实践应用动手实验提出问题归纳结论原理解释描述汇总现象同一个化学实验，在不同的教学行为次序中，教学价值不同。教学行为链2：二、对课堂情境中的实验的思考1.分析一个课例：《物质的溶解》录像《物质的溶解》课堂脉络：学校门口的洗衣店接到任务《物质的溶解》课例三次学生实验是为了完成三个有相互逻辑关系的任务，解决“能不能洗”的三个问题。问题探究、任务驱使下的动手实验，既提升了学生的实验动机水平，又凸显了实验的教学价值。2.化学课堂中“境脉”的存在化学课堂结构的CPCP模型化学课堂板块一板块n……板块二……教学行为链一教学行为链n教学行为链二……教学行为一教学行为n教学行为二C——class；P——plate；C——Chain；P——pair2.化学课堂中“境脉”的存在板块间是靠课堂情境的脉络发展关系联结在一起的。借用美国卡罗拉多大学“学习环境”研究专家威尔逊（BrentG.Wilson）的“境脉”（AuthenticContext）概念来表达这一关系。境脉3.化学课堂境脉的特征（1）境脉是活动脉络；（2）境脉是科学探究的逻辑需要；（3）境脉是专注于某一个核心问题的；（4）境脉是能容学生于其中的；（5）境脉是能容化学核心知识于其脉络之上的；（6）境脉贯穿于整节课的始终；（7）境脉应是发生在学生身边的。4.化学课堂中境脉关系的存在形态（1）一是单线直通型（2）二是多线并列型（3）三是多线交叉型5.“境脉课堂”的结构……境脉活动单元一活动基元一活动基元二……活动基元n活动单元二活动基元一活动基元二……活动基元n……活动单元n活动基元一活动基元二……活动基元n维度一：化学课堂的活动结构维度二：化学课堂的境脉结构情境问题一活动一问题二问题三活动二结论二总结论活动三结论三问题n活动n结论n情境回扣情境情境维度三：化学课堂的知识结构标题一、××××标题二、××××标题三、×××点1：######点4：#####点7：######点2：######点5：#####点8：######点3：######点6：#####点9：######境脉板块一：点5：#####点2：#####板块二：点7：####点1：#####点3：####板块三：点9：####点4：#####板块四：点8：#####点10：#####教科书知识结构课堂知识结构知识结构≠认识过程结构知识的获取途径：真实背景和问题解决过程中获得，最终在大脑中梳理为知识结构。教学问题学习问题情境境脉的价值解决问题回答问题得出结论6.分析课例《垃圾资源化》垃圾可以资源化感谢倾听！