浅谈高中生化学实验设计能力的培养

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中图分类号：G633.8

一、问题提出

化学是一门以实验为基础的自然科学，化学实验是化学教学的重要内容，是化学教师常用的教学手段，也是学生学好化学的有效方法。

改革后的新教材在实验编排上得到加强，《普通高中化学新课程标准（实验）》中必修Ⅰ模块的内容标准要求学生初步认识实验方案设计、实验条件控制、数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用。《普通高中化学教学大纲》也明确提出：化学是一门以实验为基础的学科。加强实验教学是提高化学教学质量的重要一环。培养学生的实验能力有助于学生学好化学，提高科学探究的水平。教师应通过实验教学和开展有关的课题研究，培养学生的实验操作技能和实验设计能力，引导他们综合运用知识和技能解决一些简单的化学实际问题。

二、化学实验设计的原则

1.目的性原则：在整个实验设计过程中，如实验装置、实验步骤等的设计都应围绕实验目的和要求进行。

2.科学性原则：科学性是化学实验设计的核心原则。在整个实验设计过程中，实验原理、装置原理以及操作原理都必须与化学理论知识、实验方法论和实验研究过程相一致。简单来说就是实验设计应该具有合理性。

3.安全性原则：化学实验设计中应当尽量避免使用有毒药品或反应生成有毒气体物质，以及具有一定危险性的实验装置和实验操作。

4.可行性原则：可行性是化学实验设计的根本原则。主要包括两个方面：一是实验原理、装置原理和操作原理以及实验方法切实可行；一是所选用的仪器、设备和药品在现有条件下能得到满足。

5.简约性原则：实验设计方案越简单越好。

6.创新性原则：创新是实验设计的灵魂。化学实验设计要敢于突破陈规，能反映新事物、新观点、新理论、新方法和新思路，体现新颖、独特的特点。

7.最优化原则：在化学实验设计中，对所运用的反应原理、装置原理、操作原理和实验方法等进行全面优化，或是在多个实验设计方案中选取最佳实验设计方案。

三、化学实验设计能力的培养策略

1.讲清实验原理，挖掘经典实验的设计思想

实验原理是化学实验的核心部分，它不仅贯穿于化学实验的始终，而且还影响化学实验的方方面面，在一定程度上决定着实验的方法和步骤，因此，充分理解实验原理是形成实验设计能力的基础。化学实验设计思想是化学理论和化学实验之间的桥梁，是化学实验设计的灵魂，是根据相关的化学实验课题，以化学理论为依据，思考、指导怎样进行化学实验的理性认识。任何化学实验，都有其各自设计思想，一个成功的实验，其设计思想包含着对以有知识灵活运用与创造性的科学构思。引导、启发学生挖掘、继承前人的实验设计思想，是培养学生实验设计能力的有效途径。

2.挖掘化学实验教学资源，在教学过程中有计划地让学生参与或设计相关实验

中学生的化学基础知识体系还不够健全，一般不可能实现像科学家那样运用科学方法，通过探究的途径去发现人类尚未认识的科学事物及规律。在这种情况下，探究性实验教学在内容的选择上，应立足于教材、贴近生活的情景素材，以具体的化学问题为载体，挖掘教材、生活中的素材，创设学习情境。将科学探究的方法渗透于某一具体的课题内容教学之中，实现培养学生实验设计能力的目标。

3.改验证性实验设计为探究性实验

在化学教学中要有计划的指导学生将验证性实验设计成探索性、研究性实验，为学生探索和创造提供广阔的实践活动空间和思维分析空间，让学生积极探索的过程中不断发现问题、提出问题、调整实验设计方案，使自身的探索过程不断趋向科学、合理，从而使学生充分体验探索性实验的魅力，提高实验设计能力。

4.重视生活情景中的科学探究实验体验

化学是与日常社会生活、生产实际联系紧密的自然科学，这就决定了自然现象、社会生活、生产实践都能为化学教学提供丰富而有效的科学探究素材。如食品袋中常放的脱氧剂，可以利用这一日常社会生活中学生熟悉的情景，去引导学生对脱氧剂成分进行探究，观察其颜色。根据其脱氧原理及颜色进行假设与猜想，进行实验探究，将粉末分别加入水、碱、酸中，观察到前两者没明显变化，后者冒气泡，反应后一段时间加硫氰化钾溶液，发现变红即存在铁离子，逐步引导学生抽象出脱氧剂粉末中存在铁粉这一结论。在这一实验探究体验学习过程中，学生不仅实验设计能力提高，也提高了分析问题、解决问题的实践能力。

5.分析实验设计方法，拓宽实验设计思路

在实验教学中，要培养学生实验设计能力，就必须引导学生认真分析实验设计方法，拓宽实验设计思路，进行同一实验问题多个实验方案并优选的设计方式，使学生从中体会实验设计思想，掌握实验设计方法，从而达到培养实验设计能力的目的。

6.对实验方案设计提供咨询

由于中学生的知识水平参差不齐，在实验设计的过程中，遇到的问题肯定很多。所以，这就需要教师要一一给予帮助，提供必要的咨询服务。在整个设计过程中，要采取边扶边放的政策，切不可包办代替，要逐步培养学生独立设计实验方案的能力。

7.在化学考核中渗透探究性实验方案设计的内容

对学生进行化学考核时，要尽量改变过去重知识轻能力的考核方式，要求命题标准不仅要具有代表性和充分的知识覆盖面，而且要符合实验能力考核的目的要求。通过考核，真正能体现出学生掌握知识和技能的情况。化学考核的命题，应注重对学生探究性实验设计方面考核。

8.及时指导学生总结，不断提高学生实验设计水平

指导学生进行实验设计，一定数量的设计练习是有必要的，但设计次数越多并不意味着设计水平提高越快。从心理学分析，随着设计次数增多，兴趣往往会降低，甚至产生厌烦情绪。所以恰当的引导学生及时进行总结非常关键。

培养学生的实验设计能力，可以激发学生的学习兴趣，有利于培养学生的逻辑组织能力，有助于对学生进行科学方法训练和科学态度养成，有利于学生掌握化学科学研究的一般方法，提高学生的创新精神和实践能力，以及发展学生的终身学习能力。