浅谈化学实验设计

【摘要】“以实验为基础”是化学学科的基本特征。即使在由经验化学向理论化学发展的今天,化学实验仍然是化学学科发展的最现实、最生动、最有效的物质载体。做好实验的第一步,关键在于化学实验的设计。本文拟对化学实验设计的有关问题作初步探讨。

【关键词】化学实验实验设计探究性

一、深刻理解化学基本理论的实验基础

掌握化学基本原理和基本技能,初步学会化学研究的实验方法。掌握基本的操作技能、实验技术、培养分析问题、解决问题的能力,养成严谨的实事求是的科学态度,树立勇于开拓的创新意识。

二、设计实验必须有化学实验总体观

任何一个化学实验都包含以下内容:(1)实验目的;(2)实验原理;(3)实验设计;(4)实验药品、仪器、装置;(5)实验操作及操作规程;(6)实验结果的处理。这六个方面的内容可称为化学实验的六要素。实验目的是核心;实验原理是达到实验目的的理论根据;实验程序是能否完成实验的关键,它的设计以实验原理为基础;药品、仪器、装置是物质保证,这些物质条件的选择是由实验原理和实验程序决定的,同时,对实验程序也起着制约作用;实验操作及注意事项是实验得以顺利、安全进行的保证,它的制定要由实验程序和实验用品来决定;实验结果的处理是对实验是否达到预期目所进行的检验,在解释实验现象、处理所测得的数据、分析实验误差等项工作中,必须对各要素进行综合分析。

三、充分体现化学实验的探究功能

1.化学的学科特征决定了化学实验可以作为探究性学习的途径

“以实验为基础”是化学学科的基本特征。即使在由经验化学向理论化学发展的今天,化学实验仍然是化学学科发展的最现实、最生动、最有效的物质载体。

学科的基本特征决定了学科的学习特点,在实验中学习化学,无疑是最有效而又最重要的化学学习方法之一。在化学实验中,学生通过实验研究和认识物质,掌握化学基本原理和基本技能,初步学会化学研究的实验方法。化学科学以实验为基础的学科特征,更有利于学生进行化学探究性学习。

2.化学实验本身就是科学探究的过程

化学实验,是人们认识和研究物质的一种科学方法,是人们根据研究的对象和研究的目的,创造性地运用科学知识和实验手段,有计划地实施探究性实践活动的过程。因此,化学实验过程本身就是一个创造性地探究的过程。化学发展的历史也充分证明,化学科学的任何一项重大的突破,无一例外地是经过化学实验而取得的。正如波义耳所说,没有实验,任何新的东西都不能深知。中学生化学学习中的化学实验,虽然绝大多数是对物质及其变化的再认识,但从本质上看,这一过程与科学家进行的科学研究中的化学实验是一致的。当化学实验被用作探究性学习的途径时,化学实验的创造性和探究性便充分显示出来。学生在实验过程中积极地动脑动手,体验科学家科学探究的过程和方法,获得科学探究的乐趣和成功的喜悦。所以,在学生的化学学习过程中,完全可以利用实验这个手段进行探究性学习。

3.化学实验为探究性学习验证提供了科学方法

和科学家进行的科学探究一样,探究性学习也具有问题特征、收集信息特征、假设特征、验证特征和评价反馈特征。学生在探究性学习中,针对发现的问题,在回忆总结已有的知识和经验、收集和整理信息的基础上,做出大胆假设或猜想,并通过化学实验对提出的假设或猜想进行证实或证伪。所以,化学实验不仅是学生探究性学习时验证假设或猜想的主要方法,也为学生将来从事科学研究提供了一种方法。

四、创造性是实验设计的灵魂

爱因斯坦曾说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”经常开展探究性、设计性和创造性实验研究,有助于学生创新能力的培养和提高。

在实验教学中,让学生设计实验方案调动学生发散思维,探索多种实验途径,培养学生创新能力。例如,针对《用实验方法比较铁和铜两种金属的活动性》一题,学生提出了三种实验方案:一是用铁片插入硫酸铜溶液中;二是将铜片和铁片分别插入稀硫酸溶液中;三是设计铜一铁原电池。通过讨论,学生明确了实验方案的多样性。又如,对制取硝酸铜实验方案设计的讨论,学生有的设计用铜屑和浓硝酸为原料制取硝酸铜;有的设计用铜屑和稀硝酸为原料制取硝酸铜;有的提出先把铜屑在空气中灼烧,再跟用等体积水稀释的浓硝酸反应来制取硝酸铜;有的提出先把铜屑在空气中灼烧,再跟浓硝酸反应来制取硝酸铜。通过讨论,学生明确了各方案的利和弊,从中选择出最佳方案,思维的深刻性和批判性加强了,创新的能力也提高了。

实践证明,在实验教学中,注意提高学生对化学实验能力的认识,让学生在探索性、开放性、设计性、研究性实验中不断提高思维能力和实验设计能力,培养学生的创新意识和创新精神,对全面提高学生素质大有裨益。