浅议中学生设计实验能力的培养

化学实验设计是指实验者在实施化学实验之前，根据一定的化学实验目的和要求，运用相关的化学知识和技能，对实验的仪器、装置、步骤和方法等进行的一种规划。因此，在化学教学中，设计实验就成了衡量学生化学实践素质高低的标准之一。学生通过设计实验，可以激发化学学习兴趣，活化相关知识，并能使学生灵活地运用所学的化学知识和技能去解决一些相关的化学问题；对发展学生的化学创新思维能力、敏锐的观察能力、丰富的想象能力，以及情感、意志、兴趣等心理品质大有裨益；对学生有效地接受科学方法的训练，以及培养学生理论联系实际的学风和实事求是、严肃认真的科学态度等具有十分重要的意义。本文拟就设计实验能力培养，结合教学实践略陈管见，敬请专家、同仁斧正、赐教。

一、挖掘经典实验的设计思想

化学实验设计思想是跨接在化学理论和化学实验之间的桥梁，是化学实验教学的灵魂，是根据相关的化学实验课题，以化学理论为依据，思考、指导、设计怎样进行化学实践的过程。任何化学实验，都有其各自的设计思想，一个成功的实验，其设计思想总包含着对已有知识的灵活运用与创造性的科学构思。化学家完成一个成功的实验，需要经历曲折地探索和设计过程，因此，引导、启发学生挖掘、继承前人的实验设计思想，是一条培养学生设计实验能力的有效途径。

经典实验的设计思想，凝聚着化学家的辛勤劳动和高超智慧，其设计思路往往巧妙而又有独到，体现了化学科学之美。

二、明确改革实验的设计意图

化学是一门建立在实验基础上的实验学科，可以说，没有实验就没有化学。因此，各种实验进行得顺利，化学教学过程就会生动活泼。任何一位化学教师从学生那渴求知识的双眸中都能感受到：在教学中注重对实验进行改革，并经常性地以各种新、奇、特的实验来吸引学生参与课堂学习的教师是最受学生欢迎的。因为这样会使学生从中明确改革实验的设计意图，会对学生实验方案的设计提供理论参考和实践依据。

在化学实验教学中，照本宣科效果不会好，甚至会使演示实验失败，给教学带来不少负效应(学生对所学知识、技能产生怀疑和误解，师生之间信息流馈受阻等)。然而，若对这些相关的演示实验进行改革，并由原课堂演示实验全部改为课堂学生实验，无疑，其教学效果会相当显著。

三、进行简单实验方案的设计

化学实验方案的设计，直接关系到实验效率的高低和实验的成败。科学、合理、周密、巧妙的实验设计，会促进学生良好思维品质以及理论联系实际的学风和实事求是、严肃认真的科学态度的自我养成。

（一）在化学教学过程中让学生设计相关实验

1、比较性实验设计

比较性实验是指通过对照或比较，研究和揭示相关化学事物的某种本质属性或某种原因的一种实验方法。让学生进行这种范型的实验设计，必须是在课堂教学中配合相关化学知识讲授来进行，即多数是采取边讲边议边实验的形式。因此，在让学生设计此种范型的实验时，要注意实验安全可靠、易操作、时间短、效果明显。例如，“强、弱电解质”一节的教学片断：

(1)教师提出问题

①两种弱电解质溶液等体积混合后，其导电性更弱吗?

②两种强电解质溶液等体积混合后，其导电性更强吗?

(2)学生设计实验（2 人/组）

①实验条件控制Ⅰ

分别进行NH3・H2O、CH3COOH(物质的量浓度均为0.2mol・L-1)和H2SO4、Ba(OH)2(物质的量浓度均为0.1 mol・L-1)四种电解质溶液的导电性实验。观察现象。

②实验条件控制Ⅱ

使NH3・H2O 和 CH3COOH 溶液、H2SO4 和 Ba(OH)2 溶液，等体积 (20mL) 混合，再进行溶液导电性实验。观察现象。

③实验事实与处理

根据反应事实和学生观察到的现象，以及对这些现象发生的原因 (原理、化学方程式等)，在教师启发、指导下，由学生自己回答教师所提出的问题。

学生通过上述比较性实验的设计，对教师提出的问题便有了明确的认识，并在把握相关化学事物（强、弱电解质）本质属性的同时，培养了设计实验能力，发展了比较性思维品质。

2、验证性实验设计

验证性实验是指对所研究的化学事物有了一定的了解，并且形成了一定的认识或提出了某种假说，为验证这种认识或假说是否正确而进行的一种实验。通过让学生进行此种范型的实验设计，旨在防范学生因思维疏忽而造成片面乃至错误的认识，使学生养成细致缜密的分析习惯，提高学生从错综复杂的联系与关系中，认识相关化学事物的本质属性和化学规律的能力，发展学生的严密性思维品质。例如，某些金属具有与盐反应的性质， 但笔者从执教的历届学生的化学作业中发现，不少学生竟写出类似：2Na＋CuSO4＝Cu＋Na2SO4这样错误的化学方程式。不难看出，这是学生受了初中化学“金属活动性顺序表”的影响，思维疏忽而造成的对金属与盐的反应规律片面、错误认识的结果。要纠正学生的这种错误认识，最好的方法是让学生设计实验(2人/组):向盛有约 30 mL 0.2 mol・L-1硫酸铜溶液的小烧杯中，放入一绿豆粒大小的钠块，观察现象（从略）。然后，师生共同分析现象发生的原因，并由学生本人写出有关反应的化学方程式：

2Na ＋ 2H2O ＝ 2NaOH ＋ H2

CuSO4 ＋ 2NaOH ＝ Cu(OH)2(蓝色) ＋ Na2SO4

2Na + CuSO4 + 2H2O = Cu(OH)2(蓝色) ＋ Na2SO4 ＋ H2

让学生设计这样的实验，能使学生认识到某些金属与盐反应的规律是相对一定条件而言的，不能把一些在一定条件下成立的化学规律当做普遍规律。

3、联系性实验设计

在化学教学中，通过让学生设计一些与本教学内容相关的联系性实验，让学生的思维活动信马脱缰般地自由驰骋，激活其发散性思维，从不同的角度、不同的侧重点对相关化学问题进行有效地分析和研究；使学生从一般的模式或通常的制约条件中解脱出来，通权达变地去思考问题；让学生积极地进行各种猜测和联想，以便于发展学生的灵活性思维品质。

（二）在化学考核中渗透设计实验方案的题目

笔者认为，对学生进行化学考核，要改变过去重知识轻能力的考核方法，即命题标准不仅要具有代表性和充分的覆盖面，而且要符合考核的目的要求。通过考核，真正能体现出学生掌握知识和技能的情况；体现出对学生进行理论联系实际和化学实践素质的综合教育。

总之，在化学教学中，教师根据不同的教学内容和实验课型，引导、启发学生挖掘经典实验的设计思想；明确改革实验的设计意图；进行不同范型实验的设计，“授之以鱼，莫若授之以渔”，是为了给学生一种生动、鲜明的化学实验图景和规范有素的实验操作训练方法；是为了给学生提供设计实验的经典理论和实践依据。只要教师指导得法，持之以恒，那么，学生的化学创新思维能力和设计实验能力就会得到培养和提高。