義務教育化學課程標準實驗教科書中化學實驗的新特點

鄭長龍

摘要：與過去的化學教科書不同，在實驗區(qū)使用的義務教育化學課程標準實驗教科書在化學實驗的內容選擇、設計和陳述上發(fā)生了較大的變化，表現(xiàn)為：實驗內容選擇上具有生活化、趣味化的特點；實驗設計上具有探究化、綠色化的特點；實驗陳述上注意以人性化的實驗探究情景導入實驗，以人性化的稱謂陳述實驗內容；注意觀察與思考相結合。

關鍵詞：實驗教科書；化學實驗；特點；內容選擇；設計；陳述

一、化學實驗內容選擇的新特點

（一）化學實驗的生活化

將“面向全體學生的化學”“面向公民的化學”這一新課程理念落實到化學教科書中，就要求化學教科書的內容要貼近生活、貼近社會，使學生學習“有用的化學”。作為化學教科書內容重要組成部分的化學實驗，尤其要注意聯(lián)系學生的生活實際和社會實際。這一方面可以提高學生的科學興趣，使學生感到化學就在自己的身邊，身邊無處無化學；另一方面也可使學生在知道和理解化學知識的基礎上，能夠清楚所學的知識能用于做什么和怎么做；同時對化學的本質和價值，尤其是化學科學的“兩重性”，有一個正確的認識。因此，通過化學實驗來解釋和解決日常生活和社會實際問題，對于拓展化學實驗的功能，提高學生的科學素養(yǎng)，具有十分重要的意義和價值。

1.選取學生身邊的化學物質作為實驗藥品

以學生身邊常見的化學物質作為實驗藥品，可以使學生有一種親切感，感到化學并不神秘，就在我們身邊，這有利于調動學生的學習積極性和激發(fā)他們進行實驗探究的興趣。例如，“灼燒葡萄糖、砂糖和面粉”“蛋殼的性質實驗”“食用油和洗潔精在水中的分散情況實驗”“純堿、肥皂水、石灰水、食鹽水、蔗糖水的酸堿性實驗”“蔗糖溶液的配制實驗”等。這些實驗所涉及的實驗藥品，都是學生身邊常見的化學物質。

2.選取生活和社會中的化學現(xiàn)象作為實驗內容

日常生活和社會生活中的很多化學現(xiàn)象都可以作為選取化學實驗內容的素材，這些素材學生熟悉，內容豐富，易于選取。以這些素材為實驗內容，對于學生注意身邊的化學現(xiàn)象、解釋身邊的化學現(xiàn)象，利用身邊的化學現(xiàn)象，更好地學以致用，具有重要作用。例如，“吸入與呼出氣體的比較實驗”“鐵釘銹蝕實驗”“食鹽溶液、蔗糖溶液及水的凝固點的測量實驗”“氫氣流吹肥皂泡實驗”“雞蛋白性質實驗”等。

3.選取與化學有關的社會問題作為實驗內容

化學在給人類帶來巨大福祉的同時，也出現(xiàn)了很多與化學有關的社會問題。這些問題關乎每一個社會成員，當然也應當是作為未來社會公民的學生所關注的內容。因此，選取這些問題為實驗內容，對于學生形成從化學的視角來解釋和解決現(xiàn)實中的與化學有關的生活和社會問題，具有重要作用。例如，“硫在空氣中和氧氣中燃燒及形成酸雨的實驗”“污水凈化實驗”“小組協(xié)作完成當?shù)赝寥浪釅A性測定的實驗，提出土壤改良的建議或適宜的種植方案”“設計實驗，探究農(nóng)藥、化肥對農(nóng)作物或水生生物生長的影響”等。

（二）化學實驗的趣味化

化學實驗具有動機功能，可以激發(fā)學生的化學學習興趣，這是人們的共識。但是過分強調“學科中心”的化學教科書，使化學實驗的“學術化”傾向十分明顯。國內外的各種調查顯示，很多中學生對化學學習的興趣正在明顯降低，甚至一些學生放棄了化學學習。導致這一狀況的原因是多方面的，但做了化學實驗，是否就一定能夠激發(fā)學生的化學學習興趣的問題引起了人們的思考。因此，如何增加化學實驗的趣味性，成了人們開始關注和研究的一個問題。為此，“課標”實驗教科書中采取了“趣味實驗”“家庭小實驗”等新的化學實驗形式。

所謂趣味實驗是指以生動、鮮明、新奇的實驗現(xiàn)象來引發(fā)學生興趣的一類實驗。例如上海教育出版社出版（以下簡稱“上教版”）的“課標”實驗教科書中的“面粉爆炸實驗”“用碘水檢驗馬鈴薯、芋頭、面包等食物中淀粉的實驗”等。所謂家庭小實驗是指利用生活中的一些常見用品作為實驗儀器和藥品，由學生在家里獨立完成的一類實驗。這類實驗儀器和藥品相對易得，實驗較為安全，操作并不復雜，但具有一定的創(chuàng)新性。人民教育出版社出版（以下簡稱“人教版”）的“課標”實驗教科書中單獨設計了“家庭小實驗”欄目，選擇了“自制簡易凈水器”“鉛筆芯導電實驗”“雞蛋殼與醋精反應實驗”等。

二、化學實驗設計的新特點

（一）化學實驗的探究化

在化學實驗的設計上，以往的化學教科書過于強調實驗對所認識的化學基本概念、基本規(guī)律和基本原理的驗證，即使是“探索性實驗”或“啟發(fā)性實驗”，也是照方抓藥式的設計。這樣的實驗設計學生幾乎不需要進行什么“探索”，只要按照實驗步驟做下去，就可以得出結論，別說發(fā)揮實驗的功能、促進科學素養(yǎng)的發(fā)展，就連學生最初的實驗操作興趣，也可能因為這樣的設計而喪失殆盡。改變化學實驗“照方抓藥”式現(xiàn)狀的關鍵，是加強化學實驗的探究化設計。這對于更好地發(fā)揮化學實驗的功能，發(fā)展學生的科學探究能力，促進學生科學素養(yǎng)主動、全面的發(fā)展，具有重要意義。

實驗的探究化設計離不開實驗方法論的指導。實驗方法論是關于科學實驗的一般過程和方法的理論，對所有的實驗活動都具有指導作用?；顒邮沁\用方法的活動，方法是指導活動的方法，兩者的關系如下頁圖所示。因此，化學實驗的探究化設計，不僅要有利于學生通過實驗來學習化學科學知識與技能，而且還要有利于學生體驗科學過程和學習科學方法。

在實驗方法論中，實驗條件的控制方法是設計和實施探究性實驗的最常用的一種方法?！皩嶒?，實際上是條件控制下的觀察”“所有的實驗，都是在條件控制下進行的”。[1]控制實驗條件是實驗這種探究活動最突出的一個特點。因此，要想對化學實驗進行探究化設計，就必須運用“實驗條件的控制”方法。所謂實驗條件是指同特定實驗對象相聯(lián)系，并對其狀態(tài)、性質和變化發(fā)生影響的諸因素的總和。中學化學實驗所涉及的實驗條件主要有化學藥品，包括化學試劑的規(guī)格，化學藥品的種類、狀態(tài)（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)）、形狀（塊狀、顆粒狀或粉末狀）、質量、體積和濃度等；化學實驗儀器和裝置，主要包括不同規(guī)格的化學實驗儀器及其不同的安裝方法；化學實驗操作，主要包括點燃、加熱、冷卻、振蕩、溶解、洗滌、過濾等化學實驗操作，以及對電流、電壓、時間和壓強的控制等。所謂實驗條件的控制，就是將影響實驗對象的諸條件中的一個條件作為可變，其他條件保持不變，探究此條件的變化對實驗結果的影響，以便找出最佳實驗條件的一種科學方法。[2]正因為實驗條件的控制對于探究性實驗設計具有重要意義，因而在義務教育化學課程標準“發(fā)展科學探究能力”的“制定計劃”要素中，明確要求學生要具有“控制實驗條件的意識”。[3](10)為了反映和落實“課標”的思想，“課標”實驗教科書中，運用實驗條件的控制方法設計了大量富有創(chuàng)意的探究性實驗。

實驗過程與實驗方法之間的關系圖

例如，“人教版”教科書中的“溶液酸堿度對頭發(fā)的影響”的實驗。[4]該實驗通過對頭發(fā)在不同pH溶液中（其他條件不變，只改變溶液的pH）浸泡后拉斷難易程度的比較，來討論洗發(fā)液的選擇問題。溶液的酸堿度對頭發(fā)的影響，是一個生活中遇到的實際問題。以此為背景來學習溶液酸堿性的有關知識，可以創(chuàng)設真實的學習情景；將此課題設計成一個實驗活動，使學生通過實驗來進行探究，因而創(chuàng)設了一個良好的探究情景；此實驗的設計體現(xiàn)了“實驗條件的控制”方法，因而有助于學生體驗科學過程，理解科學方法，培養(yǎng)他們的科學探究能力，提高他們的科學素養(yǎng)。

再如，“上教版”教科書中的“水與酒精混合后體積變化情況”的實驗[5](59)。以往的設計通常只是用“50 mL酒精與50 mL水混合”，直接得出“微粒之間是有一定空隙的”的結論，缺乏探究性。為此，教科書在明確了要解決的實驗問題后，引導學生先進行預測，使學生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗和化學知識，對可能出現(xiàn)的情況，大膽地進行猜想與假設；運用“實驗條件的控制方法”進行實驗設計：體積不變，只改變物質的種類，即50 mL水分別與50 mL水、50 mL酒精混合；50 mL酒精分別與50 mL水和50 mL酒精混合；運用“觀察”和“記錄”等方法“收集證據(jù)”，運用“表格”的方法對證據(jù)進行處理；在加工事實和證據(jù)的基礎上，引導學生對所探究的問題進行“解釋”，并得出結論。通過這樣的一個設計，學生既學到了化學知識與技能，同時，也學習了多種科學方法，使化學知識的學習與實驗探究活動、科學探究能力的發(fā)展有機結合起來。

（二）化學實驗的綠色化

從實驗設計來看，“課標”實驗教科書除了重視化學實驗的探究化以外，還非常關注化學實驗的綠色化，體現(xiàn)綠色化學思想。

化學實驗的綠色化是指選取綠色化的原料、采用“原子經(jīng)濟性”的化學反應，從而獲得綠色化產(chǎn)物的過程。所謂“原子經(jīng)濟性”，是指化學反應應該最大限度地利用原料分子中的每一個原子，使它們都結合到目標分子（產(chǎn)物）中去，從而達到零排放（即沒有副反應、不生成副產(chǎn)物、不產(chǎn)生廢棄物）。一個化學反應的原子經(jīng)濟性程度可以用“原子利用率”來衡量。100%的原子利用率，是化學實驗綠色化設計所追求的理想目標。但是，在實際的化學反應中，在目前的狀況下，很多化學反應很難達到100%的原子利用率，為此，非常有必要研究如何降低化學反應污染程度的問題。

例如，實驗室制取氧氣的反應，過去的教科書中通常是采用加熱高錳酸鉀或加熱氯酸鉀這兩種方法來進行。KMnO4是通過焙燒MnO2和KOH制得K2MnO4，然后電解K2MnO4水溶液而制得；KClO3是通過電解NaCl溶液制得NaClO3，然后用NaClO3跟KCl反應而制得。在生產(chǎn)K2MnO4和KClO3的過程中，都要消耗大量的電能，工藝比較復雜，而且還有對環(huán)境有污染的副產(chǎn)物產(chǎn)生。為此，國外許多國家的教科書在制取氧氣時，大多使用過氧化氫分解的方法。H2O2主要采用2—乙基蒽醌法，先氫化，再氧化而制得，生產(chǎn)過程中能耗少，成本也比較低，原料可以重復使用。過氧化氫分解反應除產(chǎn)生O2外，生成的副產(chǎn)品是對環(huán)境無污染的H2O。基于這一反應的綠色化特點，“人教版”教科書在介紹實驗室制取氧氣的方法時，選用了“過氧化氫分解”的反應。

三、化學實驗陳述的新特點

化學實驗內容的陳述應該準確無誤，具有科學性。但是，保證科學性并不等于實驗內容的陳述就一定要“學術化”，全部采用學術語言，用學術研究的口氣來陳述中學化學實驗內容。采用什么樣的語言來陳述實驗內容，實際上反映了不同的化學課程觀。以學科為中心的化學課程觀，必然要求“學術化”陳述；以學生發(fā)展為中心的化學課程觀，必然要求“人性化”陳述?！罢n標”實驗教科書，非常重視化學實驗的人性化陳述。

（一）以人性化的實驗探究情景導入實驗

“景”指外界的景物，“情”指由外界的景物所激起的感情。情景是指能夠激起人們情感的各種景物?；诮嬛髁x的實驗探究學習，特別強調和重視實驗探究情景的創(chuàng)設。所謂實驗探究情景是指能夠激發(fā)學生的實驗探究興趣、形成良好探究氛圍的情景。[6]實驗探究情景的人性化，倡導在敘述實驗步驟和實驗方法之前，應以學生熟悉的生活經(jīng)驗、已有的化學知識、日常生活中的真實現(xiàn)象、社會發(fā)展中與化學有關的問題、重要的化學實驗史實和科學技術發(fā)展的重大事件等作為實驗探究情景，來導入實驗探究活動?！罢n標”實驗教科書在陳述化學實驗內容時，非常重視創(chuàng)設人性化的實驗探究情景。

例如，“上教版”教科書在引入“燃燒條件的探究”實驗時，就設計了如下情景：“在日常生活中，燃燒現(xiàn)象屢見不鮮。你想過沒有：發(fā)生燃燒的條件是什么？下面我們通過實驗來探究這一問題?！边@樣的情景貼近學生的生活，很容易激發(fā)學生進行實驗探究的積極性。

實驗探究情景可以是問題情境，但并不是所有的問題情境都能成為實驗探究情景。如“水是大家非常熟悉的物質，如果將同樣體積的兩杯水混合在一起，那么，混合后水的體積是否等于混合前兩杯水的體積之和呢？”這是一個基于學生已有生活經(jīng)驗的問題情境，但不是一個實驗探究情景。如果將這一問題改造成：“水和酒精是大家非常熟悉的兩種物質，如果將同樣體積的水和酒精混合在一起，那么，混合后的液體體積是否等于混合前水和酒精的體積之和呢？”這樣的一個問題具有探究價值，可以成為實驗探究情景。

（二）以人性化的稱謂陳述實驗內容

除重視創(chuàng)設人性化的實驗探究情景以外，“課標”實驗教科書還注意用人性化的稱謂來陳述實驗內容。在化學實驗內容的陳述中，加進“第一人稱”或“第二人稱”，使用“請”字，可以使學生有一種親切感，使他們感到化學實驗內容不是“計算機程序”，只呈現(xiàn)操作的步驟，而是“擬人化”的一種交流，是實驗內容與學生的一種互動。這樣的呈現(xiàn)，顯然在調動學生學習的主動性和積極性，尊重學生的人性，體現(xiàn)教師與學生、教科書與學生、實驗內容與學生的相互平等上，比那種“板著面孔”“命令式”的學術化陳述，效果要好得多。

例如，“上教版”教科書在呈現(xiàn)“二氧化碳的性質實驗”時，就作了如下的陳述。[5](41)

●請預測圖中兩個實驗的結果。

●自己動手進行實驗，或觀察老師的演示實驗，描述你所觀察到的現(xiàn)象。

●根據(jù)實驗現(xiàn)象，你能得出什么結論？

● 由此你能否試著說明用二氧化碳滅火的原因。

在陳述之初，就“請”字當頭，使學生有一種親切感和相互尊重感；在陳述的過程中，兩次用到第二人稱“你”，使學生有一種平等交流的感覺；在第2條的陳述中，用的是“自己”，而不是“學生”；用的是“老師”，而不是“教師”，這樣的稱謂是將學生作為陳述主體的口氣。因而，這樣的陳述很容易拉近教師與學生、教科書與學生、實驗內容與學生的距離，使學生在一種輕松、愉悅的心境下進行學習。

（三）注意觀察與思考相結合

以往化學教科書在陳述化學實驗時，通常只是敘述化學實驗操作與觀察的內容。例如，“把少量KClO3放在試管里加熱幾分鐘，可以看到KClO3熔化后慢慢放出氣泡。這時用帶火星的木條插入試管口，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。”這樣的陳述形式，容易使學生只注意實驗的操作步驟和實驗現(xiàn)象，不注意思考為什么這樣操作、為什么會產(chǎn)生這樣的實驗現(xiàn)象，因而造成很多學生只是被動地“做”和“看”，而不是能動“思”和“想”。

人性化的化學實驗陳述，就是要從促進學生科學素養(yǎng)的主動發(fā)展出發(fā)，使學生在積極、能動的思考中，來進行實驗操作，來觀察實驗現(xiàn)象?！安粌H要讓學生知道要做什么和怎么做，還要讓他們懂得為什么要這樣做、為什么不那樣做的道理和理論依據(jù)。還要注意培養(yǎng)他們把實驗操作（動手）、實驗觀察（動感覺器官）、積極思考（動腦）三者有機地結合起來統(tǒng)一于實驗實施的全過程中。這樣將會有助于提高學生實驗操作的主動性和自覺性，減少實驗操作中的被動性和盲目性?！盵7]為此，在義務教育化學課程標準“發(fā)展科學探究能力”的“進行實驗”要素中，特別提出“在實驗操作中注意觀察和思考相結合”。[3](10)

“課標”實驗教科書非常注意將與實驗內容有關的思考性問題引入實驗中，使學生在操作與觀察中思考，在思考中操作與觀察。例如，“上教版”教科書在呈現(xiàn)“空氣中氧氣含量的測定”實驗時，就作了如下的陳述。[5](23)

【實驗】

●將集氣瓶容積劃分為5等份，并加以標記。

●在帶橡皮塞和導管的燃燒匙內裝滿紅磷，將氣體導氣管上的止水夾夾緊，把燃燒匙內的紅磷放在酒精燈外焰上點燃，并迅速深入集氣瓶內，塞緊橡皮塞，觀察到什么現(xiàn)象？

●待集氣瓶冷卻到室溫后，把導管插入盛水的燒杯中，打開止水夾，又觀察到什么現(xiàn)象？

【思考并和同學們討論下列問題】

●紅磷在集氣瓶中燃燒，消耗了什么氣體？

●紅磷在集氣瓶中未能全部燃燒，說明了什么？

●集氣瓶中剩余的氣體是氧氣嗎？

●打開止水夾，為什么集氣瓶中能吸入約占集氣瓶容積1/5的水？

●你還能設計什么實驗來測定空氣中氧氣的體積含量？

這樣的實驗陳述，使得學生在進行每一步實驗操作時，都要認真思考教科書所提供的有關問題，都要仔細分析實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，從而達到通過化學實驗促進學生科學素養(yǎng)主動、全面發(fā)展的目的。