①化学实验基本操作;②物质的性质和制备实验;③论证基本概念和原理的实验;④结合生产和生活实际的实验;⑤让学生进行独立设计的实验。
从认识过程中师生双方的主体地位和作用来划分,则可组织形成如下表的教学模式。
验证式指导探究式开放探究式认知顺序概念→数据①数据→概念数据→概念问题选择教师教师学生实验设计教师教师学生数据分析教师学生学生数据解释教师学生学生①数据,泛指从实验获得的各种信息。
总之,无论是哪类实验,在组织实施时,均应从教学目的、要求上抓准“加强双基,发展智力,培养能力,养成方法”这一基点;要切实做好“实验基本环节”的培养、落实。实验的基本环节主要包括:
①让学生学会识别并掌握常用仪器和试剂的名称、性能及用法;②懂得常用实验装置、实验条件与有关反应原理的关系;③学会实验的一般操作程序、操作要领和操作规范;④学会观察和记录实验现象、绘制装置图,能够从实际出发,分析综合,抽象概括,得出结论。
结合当前的现状,加强化学实验教学改革需要研究解决以下几个问题:
①实验内容和有关实验的编排顺序与有关基础知识的匹配关系;②实验技能各层次的限定和评价问题;③各类型实验在各个年级的合理编组;④充分利用现有设备和实验代用品问题。
分类标准实验类型
按实验主体分类演示实验(主体是教师)学生实验(主体是学生)按实验内容质和量的关系分类定性实验定量实验按实验在认识过程中的作用分类研究式实验(也叫发现式或探索性实验)验证式实验要落实各实验技能和能力的培养化学实验技能和能力培养,是与化学事实学习、化学概念和原理学习、化学用语(指广义的符号,包括化学元素符号、化学式、化学方程式及有关特定符号等。)学习、科学态度和方法学习,以及化学计算学习等既相联系,又相区别的。化学实验技能包括智力技能和操作技能,二者在化学实验教学过程中相互辅佐,相互促进。
化学实验技能学习,大致可以分为:
①化学基本操作学习;②化学规定操作学习;③化学设计操作学习。
三者都包含智力技能和操作技能学习两个方面。其中,在认知领域,理解实验操作的依据,了解为什么要这样操作,理解仪器装置的原理及数量运算等方面,智力技能的活动起主导作用;在动作技能领域,操作演练、动作的协调、动作的规范和美感等,以操作技能的训练和迁移为基点。可以说,实验能力结构是一个多维的心智与动作技能等的结合体。
换个图解方式,实验能力的形成是如下过程:
观察、分析综合与抽象概括实验操作技能合理融合实验能力有的学校在实验教学中培养观察能力的做法,就符合上述原理。即引导学生了解并掌握观察的一般规律:观察对象包含(1)实验仪器装置,(2)实验操作,(3)试剂,(4)反应现象;促使学生在操作演练时运用观察规律,并进行有序的操作练习;随后让学生独立实践:独立观察、独立设计、独立操作。这一过程包含了学生看、做、练、会的交互作用。所谓“看”,系指让学生观察或观摩教师的示范操作,结合教师的讲解进行思考;“做”指模仿教师的示范操作,试探并体验操作根据和要领;“练”指有针对性地进行演练操作,体味动感态势;“会”指全面理解实验教学要求,掌握实验方法,消除干扰和多余的动作。
总之,化学实验教学应当全面地实施科学教育的广义目的:
(1)态度发展学生对于自然环境中发生的现象的好奇心和惊异感;发展他们对科学在日常生活中的贡献的评价;发展他们运用科学方法解决问题的价值观和倾向等。
(2)过程发展学生的智力探究过程,让他们按照探究过程来对待科学问题和现象;让他们试探着去组织、设计并实施,学会解释、预测或探知探索的问题和现象等。
(3)知识发展学生关于科学事实、术语、概念、概括和原理的知识;让他们理解知识的社会含义、实际应用、历史方法和科学方法的运用等。
(4)技能发展学生的智力技能和操作技能,即发展他们运用知识、计算和解决问题的能力;发展他们运用安全高效的方法来使用、组装并操作有关器材和仪器的能力;发展他们测量、组织和传播科学信息的能力等。
为了实现上述目的,结合我国实际,扬长补短,当前似应着重加强对学生科学态度和科学方法的培养、训练。科学方法论教育是一个具有独特意义的课题,已有专着专文论述,本文从略。为了便于借鉴,现仅择要举例介绍。美国《现代化学》一书,在“科学方法”一节中列述了以下步骤,具有简而明的特色:
(1)观察对所观察的现象要积累尽可能多的可靠的资料;可以直接观察,也可以间接(借助仪器)观察,或者进行自然观察及控制条件的观察等。
(2)概括将积累的资料组织起来并寻求它们之间的关系。当这个概括被众多的资料所支持时,它就可能被认为是一条新的定律或原理。
(3)理论化在知道发生了什么并探求它是怎样发生的之后,进行试图寻求一个似乎合理的解释,从而建立起一个简单的实际的或思维的模型。进而可以确立“学说”,以对观察到的自然现象作出似乎合理的解释。
(4)检验一个理论一旦建立,就需要靠检验和再检验来证明它的确实性。经得起检验的学说是可贵的,因为它可以作为预言尚未研究过的行为的基础。这种检验和预言是科学方法的核心,也是促进科学知识发展的核心。
我们认为,重要的是坚持并细致入微地贯穿、运用科学方法,而不在于采用多少步骤。一定要紧紧把握住:引导学生观察、实验,启迪他们积极思维,形成科学结论,随后学会运用知识解决实际问题这一主线。这是实验教学的核心所在。
实验教学改革的趋向国内外化学课程改革的新趋向带动了实验教学改革向纵深发展。联合国教科文组织出版的《学校化学教学》一书指出:“课程改革不仅要从新内容、新实验和新方法进课堂做起,而且要从培训教师、改革仪器、教具和测验,以及发展教育领导人的经验等方面实施。”“当前在理科中主要是强调它的实践定向性,这已导致科学教育的新目标,即更强调科学是一种过程。”也就是说,理科实验教学改革,在更新内容和采用新方法的同时,要将着重点放在处理问题的过程上,把重点放在处理问题的技巧方面,如观察、分类、提出假设和提出结论;还应将重点放在着重于探究的实验室和实地工作上。
从整个化学教学过程看,要强调让学生积极参与教学过程,强调学生“学会怎样学习与思考”的策略。可以说,这一定向也是实验教学改革企求的目标。为此,应当采取有力措施,让学生尽可能多实践、多做实验并实行单人操作;合理编排验证式和研究式实验,随着年级的晋升逐步增加研究式实验的比重;组织学生积极参加课外活动,尤其是实验研究活动;创造条件试行实验操作考试等等。
基于以上认识,试提出加强化学实验教学改革的几项原则,供研讨。
①明确实验教改的目的和目标,充分发挥实验教学的多种效能要结合实验,明确目的、要求。各单元、各章教学的目标要具体,并据此实施;要结合概念教学、元素化合物知识教学等内容,从认识论、方法论、世界观等方面培养、启发学生。
②结合教材研究,合理调整实验的内容和类型某些实验(现行课本中的演示或学生实验)该调换或补充的,应从实效出发,进行变动;在时间允许的条件下,可将某些简便易行的演示实验转化为学生做的随堂实验;某些验证式实验,可以超前于知识教学进行,以增强研究性,激发学生学习的主动性;在单元复习或练习课上,可以增加一些费时不多的研究式实验。
③从养成学习能力着眼,落实实验基本环节的培养实验教学是以实验操作为基点与其他类型的教学紧密相联的一种实践活动,是培养学生学习能力、分析和解决化学实际问题能力的最佳途径。在实验教学改革中,要始终抓住实验基本环节这一核心,对学生进行循序渐进、细致有效的培养训练。
④确立全面的教学质量观,开展科学的教学评价活动教学质量应涵盖思想品德、文化科学知识、体能、审美感和创造才能等诸多方面,而不应该简单地采用文化科学知识学习成绩的“原则分数”来评量。结合实验教改的实际,开拓科学化、标准化的评价活动是必需的。
从培养学生的能力出发,坚持了化学实验教学改革的方向
北京大学唐有棋教授说得好:“学生中有些人对实验不感兴趣,这与引导、要求、考试等环节有关。”我们在进行实验教学改革时,是以培养能力为出发点,从多方面引导、严格要求和认真进行考试考查等入手。具体的措施是:
①无机化学和有机化学的实验,原来都是两人一组,一套仪器。这样编组实验,总有一些学生缺少某些操作,甚至为学生造成了偷懒的机会,我们改成一人一套仪器单独实验。这样改的目的,主要是增大操作的覆盖度,给学生更多的动手机会,克服偷懒现象。这为实验创造了充分的训练条件。
在实验内容上,我们加进了发现式和研究型的实验,加强了基本训练,即使在验证式实验中也增加了发现式和研究式的内容。所谓发现式和研究型实验,我们采取的形式有两种。一种是由老师出题,学生自己去查阅资料,进行实验设计,写出设计报告;另一种是由学生自己选题目,自己设计实验。在设计过程中,教师安排一定时间答疑。设计报告经批准以后才进实验室做实验。教师记成绩时,不仅仅依据报告,而是对实验的全过程进行评定。发现式和研究型的实验学生最感兴趣。例如:有学生自选从三颗针(一种药用植物)中提取黄连素的实验。自己上山去采来原料,加班加点实验,甚至暑假期间也到实验室实验,终于完成了含量的测定及提取方法;有的学生从课外读物中得知30烷醇的用处甚多,就自己查阅资料,找来原料蜂蜡,设计各种方案进行实验;在作己二酸的制备实验时需用环己醇作原料,但库房只有环己酮,从反应历程看,可不可以用环己酮代环己醇呢?有资料说不能代。
我们让学生自己去摸索。开头各组都失败了,他们又重做,有的同学发现温度和加料速度是该实验成功的关键,最后终于完成了。
即使验证式的实验,也尽量加进研究型的内容。例如,在做PbCl2沉淀转化为PbSO4沉淀时,加进了对转化产物的检验的内容。PbCl2沉淀和PbSO4沉淀都是白色的,只能用其他的方法来检验。学生提出了各种各样的检验方法,确实比单纯的“照方抓药”式的实验效果好多了。无机化学一共开36个实验,完全是研究型的实验5个,部分加进了研究性的实验内容,要学生自己设计实验的有23个,另外还安排了部分制备内容的实验5个。
除了对实验内容本身加进研究性实验以外,还结合贵州农村中学实验仪器奇缺的状况,要求学生作如何选用代用品来进行实验的设计。
③大学生的实验教学,有专门的采购、保管、实验室主任、实验工人、技术员、实验老师等一整套编制。但是我们培养的学生到中学以后一般都既要上课,也要实验,还管采购、保管。过去有不少毕业生不知道仪器药品在什么地方买,也不懂得保管知识。经常是碰到问题后,又回校来问老师。因此,我们在实验教学的改革中,加进一项培养学生关于实验的管理和组织能力的内容。具体的办法是,组织学生利用课余时间随同采购的同志去了解仪器药品采购的情况和知识,到保管室了解有关保管的情况和知识,轮流与教师一起作准备实验。
④逐步向学生开放实验室。对于发现式的实验,学生进行实验设计的,想去老师的实验室答疑,在老师同意下也可以试一试;在准备考试和考试期间,实验室也是全天开放。
⑤按照实验规程,严格要求,我们制定了一套关于实验室的规章制度。无机和有机还制定实验规程。实验规程规定,没有预习报告不准做实验。物理化学则把预习报告和实验报告一起印成表格,提前一周发给学生。没有预习记录和预习报告的学生,不准做该次实验。待其补上预习报告后才能补作。补作实验要适当扣分;三次不做实验或不交实验报告,不准参加本课程的期终考试。成绩以不及格论。无机和有机实验都把按照课题设计实验作为一项必须达到的基本操作要求列入实验规程。
实验老师本身的要求也较严格,除了认真审批学生的预习报告、设计报告、实验报告和认真指导学生操作而外,还要逐台检查学生使用的天平和贵重仪器,填写使用卡片,填写“实验指导记录卡”。“实验指导记录卡片”包括“实验名称”,“实验中出现的问题”,“对学生的指导和教育”,“实验内容的改进意见”和“经验教训”等栏目,都要认真进行填写。
⑥认真进行考试考查。我们的实验考试,有两种形式。
第一种叫演示型口试。这种考试是根据培养目标,对学生的实验操作技能、边实验边讲述的演示能力,以及课堂知识的掌握情况一个一个地进行全面的考核。考试的内容分为两部分。一是演示实验部分,题目用抽签的办法提前一周确定。每生一题。第二是在考试实验时,由老师当场提问的口试题,首先写成题签。当学生做完实验后,再发给题签,允许一定准备时间。但是多数都是当场回答。
第二种形式是研究型考试。例如,我们利用抽签的办法分别发给学生不同的工业废液,给他们半月到一月的时间,让他们通过实验处理某些成分的鉴定和回收。学生得到试液以后,自己查阅资料,提出实验办法,在教师的认可和监督下进行实验,然后写出报告。学生在设计和准备时,随时都可到实验室。成绩评定时兼顾操作和结果。
关于实验成绩的评定,各科实验根据不同的性质执行不同的标准。例如有机化学实验,考试的方法是实行抽签口试和笔试相结合的方法。其实验成绩的评定标准是按期末占60%(其中基本操作40,理论部分20),平均分40%(其中实验报告15,期中考试15,平时观察10分),物理化学实验是和理论教学合并计算,所以物理化学的成绩评定是按实验占40%,其中平时成绩占60%,期末考试占40%。从总的来看,我们都是重点看实际的操作来评定实验成绩的。
中学化学实验教学的改革(三)
中学化学实验教学,对于激发学生内在的学习动机,顺利形成化学概念和理论,培养学生观察、思维、动手能力,都具有重大作用;同时,通过实验教学,还可使学生形成科学的世界观和方法论,培养独立工作能力和严谨的学风。
近年来,中学化学实验教学不断受到重视,有了较大的发展。但是,用教育要“三个面向”