培养学生中学化学教学实验技能的改革与实践
刘文明
摘要：中学化学新课程标准的实施，对培养中学化学师资的实验教学能力提出了更高的要求。本文从改革教材内容、改进和创新实验仪器、改革课堂教学全面培养学生能力等方面对化学教学论实验课程的教学改革实践进行了尝试性的论述。精心设计的系统的教学改革的实施，全面提升了本科化学教学论实验课程的教学水平和教学质量。
关键词：新课标；化学教学论实验；仪器革新；开放实验；改革。
化学是一门以实验为基础的科学，化学实验不仅是化学学科的显着特征之一，也是化学教学的一个显着特征。学习化学离不开实验，离开了实验就不可能学好化学；中学化学教学也离不开化学实验，做不好化学实验的课不会成为一堂好课，不会做化学实验的教师是不合格的教师。因此，在化学教学论实验的教学中培养学生化学教学实验能力有着非常重要的意义。
教育部颁布的中学《化学课程标准》（以下简称新课标），是对传统中学化学教学的一场空前的深刻变革和理论上的重大突破。在化学实验教学方面，不单一的强调化学实验对化学知识的作用，更加注重化学实验对其他学科，对社会、生产、生活、科学技术和环境保护的作用，更加注重化学实验对学生掌握研究性学习的过程和方法以及化学能力和化学素质的培养。因此，《化学教学论实验》课程的教学，必须改变过去那种传统的封闭的教学方式，探索全新的开放的化学实验教学模式，才能适应当前中学化学教学改革的要求。现就近年来我们在化学教学论实验教学中，培养学生的中学化学教学实验能力的具体实践及取得的经验和教训交流于下。
一、践行“新课标”对师资的新要求，不断革新化学教学论实验的教学内容
全面推进素质教育是基础教育改革和发展的根本任务，课程内容改革是推行素质教育的突破口。
中学化学新课程基本理念的重要内容之一，就是通过以化学实验为主的各种探究活动，加深学生对化学知识的理解，使他们体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进“情感态度”与“价值观”的养成和学习方式的转变，培养创新精神和实践能力。
践行“新课标”的要求，必须革新现行化学教学论实验课程的教学内容。为此，我们根据“新课标”对师资的要求，编写了新的《化学教学论实验》教材，作为一次高师化学教学论实验教材改革的尝试，意图通过对本教材的使用进一步提高化学师范专业学生的教学能力和素质。教材从实验内容上不再局限于传统的验证性实验，已拓展成为与人们的生产、生活、科学研究、健康与环保密切相关的多学科的综合实验、设计试验、探索研究型实验；实验仪器和实验方法已不再像过去那样一直使用旧仪器和老方法，引入了现代高科技仪器和新方法；实验更加人性化，注重微型实验、绿色实验；对学生的实验教学能力也提出了更高的要求。教材在内容的选择上，为了全面培养学生的中学化学实验基本技能，编选了一些颇具代表性，包含基本技能较为全面的典型的中学化学教学实验来训练学生；为了提高学生的中学化学实验演示能力，编选了一些难度较大，耗时较多，难以做得令人满意的实验对学生进行训练，让学生掌握实验成功的关键和技能；为了培养学生对实验的改进和创新能力，编选了一些改进方法和探究方向各不相同，但又非常重要的实验对学生进行训练，期望他们获得更多的实验研究方法，在将来的实践中能灵活运用；为了培养学生指导中学生进行化学综合实践活动的教学能力，编选了一些与科学技术、社会、生活和环境保护密切相关的实验对学生进行训练，为他们将来指导中学生开展化学综合实践活动打下良好的基础；教材还注意在实验中引入微型实验、绿色化学实验内容，通过实验活动增强学生环保意识，培养学生节约习惯和对社会的关注和关爱态度。
二、践行“新课标”对师资的新要求，不断革新中学化学教学实验仪器
配套的实验仪器是保证化学教材改革和化学教学改革的必要条件，教材在实验内容和实验方法上的革新必然会要求实验仪器的革新。仪器的革新就是对仪器进行改进和创新，对仪器的使用功能进行开发和创新。仪器革新后不仅功能增加，而且还可以简化实验装置，简便实验操作，使实验获得更科学、更快速、更直观、现象更明显、结果更准确的效果。如果学生熟悉和掌握了仪器的革新方法和革新仪器的功能，就会在化学实验教学过程中如鱼得水，游刃有余。
为了培养学生改进和创新实验的能力，进行微型实验和绿色化学实验的能力，我们在新编教材中，写入了二十多种改进型或创新型仪器的制作、使用方法和功能，如微型滴管、微量药匙、自制酒精喷灯、多支通管、凹球通管、三叉管、V型管和W型管等。还写进了多种绿色实验的组合装置，如全封闭隔离式装置、全封闭流程式装置和全封闭组合式装置等。并通过设计、工厂加工、师生自制等渠道制成了配套的改进型和创新型仪器，基本满足了教学与科研活动中改进实验、创新实验和绿色实验的要求。这些仪器的应用使学生开阔了视野，增长了见识，拓展了思路，大大增强了对中学化学教学实验的研究能力。
三、践行“新课标”对师资的新要求，在实验活动中培养学生的中学实验教学能力
教材改革的实施最重要的是教学改革，新的教材、成套的改进和创新型仪器保证了实验教学活动向着探索型、研究型实验方式转变，保证了实验教学改革向着更加高效、有序的方向进行。我们在实验教学改革中非常注重以下五种能力的培养：
1.在实验活动中培养学生探索最佳实验现象和实验结果的能力
最佳的实验现象和实验结果能强烈刺激学生感观，最大限度地激活学生大脑，获得最佳的教学效果。教学中不仅要求学生会做实验，更重要的是要求学生探索最佳实验现象和实验结果。
例如做铁丝在氧气中燃烧的实验要求：（1）用不同粗细的铁丝进行实验；（2）将铁丝绕成不同大小的螺旋状进行实验；（3）用不同粗细和不同长度的引燃物进行实验；（4）用不同大小的集气瓶盛满氧气进行实验；（5）燃烧快结束时拿出集气瓶仔细观察；（6）通过比较得出最佳的实验现象和实验结果。通过反复实验，学生不仅观察到了最佳实验现象，而且掌握了产生最佳实验现象的实验条件和实验操作技能。
2.在实验活动中培养学生探索最佳实验操作技能的能力
获得最佳的实验现象和实验结果离不开最佳的实验操作技能，探索最佳的实验操作技能是化学教学论实验教学中培养学生实验能力的重要内容之一。
例如用微量法实验硫在氧气中燃烧，可减少二氧化硫的排放，防止污染，保护环境。实验成功的关键是玻棒的粗细、受热的程度、蘸硫的多少、伸入氧气瓶中的快慢等操作技能之间的相互配合。于是提出以下实验要求：（1）选用粗细不同的玻璃棒；（2）加热至不同的程度（加热片刻、加热至发黄、加热至变软、加热至红热）；（3）蘸硫时硫在玻棒上燃烧、硫在玻璃棒上不燃烧；（4）伸入氧气瓶速度（迅速、缓慢）；（5）得出最佳的实验操作技能。通过反复实验探索，学生掌握了该实验的最佳操作技能，不但大大提高了实验的成功率，而且节约了成本、降低了污染气体的排放量。
3.在实验活动中培养学生探索最佳实验条件的能力
获得最佳的实验现象和实验结果离不开最佳的实验条件，教学中要重视培养学生探索最佳实验条件的能力。
例如做硫酸亚铁的制备实验，提出以下要求：（1）探索铁粉用量对实验结果的影响（过量、适量、不足量），（2）探索硫酸浓度对实验结果的影响（1mol·L-1、2mol·L-1、3mol·L-1），（3）探索反应温度对实验结果的影响（35oC、55oC、75oC）；（4）探索空气对实验结果的影响（用油隔离空气、露置于空气中）；（5）总结制备硫酸亚铁的较佳条件。
通过实验，学生学会了探索此类实验较佳条件的设计思想和方法，在后续实验和论文实验中发挥了极大的作用。
4.在实验活动中培养学生探索改进实验装置和实验操作方法的能力
“新课标”要求实验充分体现节约、绿色、安全与以人为本的化学理念。因此，培养学生探索微型、绿色和安全实验，对实验装置进行改进的能力尤为必要。
例如在做氯气性质实验时提出以下要求：（1）设计微型、绿色和安全实验装置；（2）用尽可能少量的浓盐酸、高锰酸钾或氯酸钾；（3）完成氯气与水的反应、氯气的漂白性以及卤素间的置换反应等实验内容，应无氯气逸出。
例如在做二氧化硫的制取和性质实验时提出以下要求：设计微型、全封闭和串连装置进行绿色化学实验。
5.在实验活动中培养学生进行实验设计的能力
“新课标”非常重视探究性实验的教学，因此，改变传统实验方法，培养学生进行实验设计和探究性实验的教学能力已迫在眉睫。
现行教科书所编写的设计实验大多给出了实验所需的重要信息，如实验原理、仪器和药品、某些重要的实验步骤和操作方法。学生根据实验原理，稍微动脑，非常容易完成实验，设计实验基本上仍属照方抓药模式。进行化学科学实验研究，一旦选定课题，实验原理的确定就成为课题成败的关键，仿真科学研究过程，必须让学生确定实验原理。因此，我们理解的设计实验是指实验者根据实验题目、实验目的和要求自己确定实验原理，制定具体实验方案和实验方法进行实验，完成课题任务的过程。其过程就是学生探索科学研究规律，自主学习，创新思维，培养能力，提高科学素质的过程。
关于设计性实验教学的具体做法，我们与众不同的是，只给出实验题目、实验目的和要求以及必要的指导和提示，无方抓药，学生不动脑不行。
例如做烯烃的性质实验，要求学生设计实验验证乙烯跟溴的反应需要极性试剂。做炔烃性质实验，要求学生设计实验验证乙炔分子中氢原子的活泼性。做硫酸亚铁铵的制备实验，增加定量内容，使学生了解投料预算思想方法和进行化学探究性实验教学的过程和方法。
现将硫酸亚铁氨的制备实验设计的教学过程简要介绍如下：
第一步，提前2~3周给出实验题目。
实验题目：
用3mol·Ｌ－１H2SO4、铁屑、（NH4）2SO4（S）制取4gNH4Fe（SO4）2·6H2O（S），并确定产品级别。
同时说明实验目的，并提出实验要求，给予问题提示。
实验要求：
（1）根据题目查阅资料，写出实验原理。
（2）根据实验原理，写出所需仪器、药品和材料。
（3）根据实验原理，设计实验方案。
（4）根据实验方案，写出详细的实验内容及操作步骤，设计好实验记录表。以上书面内容提前1～2周交指导教师审阅。
（5）根据指导教师意见，修改实验内容及操作步骤后实施实验。
（6）总结和讨论。
问题提示：
（1）铁屑的质量、硫酸的体积多少为宜？哪种物质过量好？
（2）铁屑与硫酸反应在什么容器中进行好？怎样加快反应速度？用什么方法除去溶液中的杂质？
（3）反应过程中是否产生有毒气体？如何防止空气污染，保护环境与身体健康？
（4）硫酸亚铁与硫酸铵的作用在什么容器中进行好？
（5）用硫酸铵饱和溶液好还是不饱和溶液好？
（6）反应后的溶液是否要浓缩，用什么方法浓缩好，浓缩到哪个程度为宜？
（7）浓缩前溶液的pH值是否需要控制，控制在哪个范围内好？
（8）怎样估算以下内容：
①溶液浓缩后含水的体积并计算室温下能溶解（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O的质量。
②应生成（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O的总质量，据此计算反应所需铁屑的最小质量、反应所需3mol·L-1H2SO4的体积、所需（NH4）2SO4的质量。
③配制（NH4）2SO4饱和溶液所需水的体积。
必要时给学生提供可参考的文献和资料。
第二步，学生查阅资料，确定实验原理，设计实验方案，方案交指导教师审阅，学生修改实验方案。必要时教师可集体点评。
第三步，进行实验。实验前学生将修改后的实验方案交指导教师重审，经同意后才能进行实验。
通过这样的教学和实验活动，让学生了解实验设计的一般过程和基本方法，在后续实验中得到进一步的巩固和升华，使学生的实验设计能力大大增强。
四、践行“新课标”对师资的新要求，在课外活动中培养学生中学实验教学能力
培养学生的中学化学教学实验能力要树立开放意识，全方位着手，除了课堂实验教学之外，还要充分利用开放型实验、试讲过程和论文创作过程中所做的实验，甚至实习过程中的预备实验等机会培养学生实验教学能力。
多年来，通过以上“三改”、“五培养”、“一开放”的化学教学论实验教学改革实践证明，学生中学化学实验教学能力得到了显着提高，综合素质大大增强，提高了我校本科化学师范专业的教学水平和教学质量，化学教学论实验课程的系统性教学改革值得一试。
（刘文明，乐山师范学院化学与生命科学学院）
