创新中学化学教学法实验的研究

摘要开设“中学化学教学法实验研究”课已5学年有余，从改革的方向、方法和结果看：绿色化学——目标明确、方法正确、前景可观，道路深远。
　　
　　在基础教育推进素质教育的进程中，“以人为本”论，教师是根本，这一点，社会各界以达成共识。我们认为高素质中学教师不仅应成为合格教学型人才，更应成为学者型、研究型和创造型人才。为了既培养高师生毕业后从事实验教学和技术研究的能力，又为考研生提供创新性实验研究题材，我系决定改革原“教学论实验”课，开设“教学论实验研究”必修课，现已开设该课程5年余，从改革的方向、方法和结果看：绿色化学——目标明确、方法正确、前景可观，道路深远。
　　
　　1改革的方向和方法
　　
　　1.1实验课选题、内容和要求具有研究性和创新性
　　
　　教学实验研究选题12项，每项选题尾缀以研究、探索之词，给人以新颖、创新之感。如以选题“非铂电极电解水实验探索”为例。其内容是分别在两种电解液（1﹕10硫酸，10%氢氧化钠）中，改变和选择电极材料（铅、碳、铜、铁棒），电压（6、9、12V）和两极距（2、4、6cm），用无刻度试管（一般农村中学用）探索电解水的最佳条件；要求用绿色化学方法和技术解决实验操作过程中，电解液腐蚀皮肤（手）的问题。显然该选题题目新颖，不仅具有研究性，还具有创新性和挑战性。选题的研究性是显而易见的，条件变量多，因素复杂，需要学生分项目、控制条件和因素分别进行实验探索，在一些细微末节问题上，更值得研究，如电解水所得氢气、氧气的体积用无刻度试管测量，就值得探索。墨水、中性笔等虽然可在试管上做记号（刻线），但这些化学成分都易溶解于电解液中，使所做记号不复存在，而油笔又不能在试管上做出任何标记，偶有痕迹，又被强碱性电解液将其化学成分腐蚀破坏的一干二净；用任何标签纸划线做记号，都是笨拙之举。而某生用剪刀将细橡胶管剪出一极细（相当于吸量管刻度线）橡皮圈，套在试管上作可移动性记号，配合量筒、尖嘴滴管滴加水测量氢气、氧气体积，使问题得以解决，其思维在探索的基础上得以升华，技能颇具原创性。而解决实验研究操作过程中碱液、酸液不腐蚀手的要求，却极具绿色化学的挑战性和创新性。大多数学生用塑料袋套在手上，用手指堵住盛满10%NaOH电解液的试管口，倒立插入装有该电解液的电解池中；不少学生用塑料袋堵住装满10%NaOH的试管口，并用其在试管口打结，使之不漏液，倒立插入盛有该电解液的电解池中，放松结口，提升试管（不出液面），取出塑料袋（此举因试管漏液进气而失败人次较多）。而仅有一位学生是剪一张小塑料薄膜片，用其盖住装满10%NaOH电解液的试管口，使试管倒立，在大气压的作用下薄膜片可密封并托住电解液，使试管顺利插入盛有电解液的电解池的勾型电极中，在极具创造性实验技术的挑战中，该生脱颖而出。
　　
　　诸如经典实验：分解KClO3制取氧气法，分解剂和催化剂质量的比例与分解速率的关系；药品在试管底的铺置方式（平铺，不得堆积）和酒精灯的加热方式（从试管底逐渐缓慢前移，不得拦腰截断加热），对控制氧气产生速率及其制取和收集（凡固—固型反应，须加热制取气体的实验），其研究成果值得推广。鉴定海带中碘的研究中，酸化与乳化及破坏乳化法，从萃取剂的颜色判定碘含量，及其废液中分离制I2、回收CCl4。纤维素的水解实验的研究中，脱脂棉用量与浓H2SO4体积（滴数）的关系，玻棒搅拌时速度、粘稠度及脱水炭化（失败），和溶液颜色与水解程度的关系，中和液、沉淀液NaOH浓度、体积（或滴数）、加热方式与生成Cu2O沉淀速率和颜色的关系，为什么要用新制的Cu(OH)2沉淀等均具有绿色化学实验的探索性和创新性。
　　
　　1.2实验前、后任务由学生完成
　　
　　为了培养学生从事和熟悉实验研究的全程经验和实验素养[1]的形成，单做实验研究，不懂实验研究的前期任务和善后工作，从绿色化学的思想和原则，建立绿色化学实验室标准出发，应彻头彻尾打破教师开单——实验员准备——教师指导——学生实验研究——教师、实验员善后这条实验教学工作链，建立教师指导——学生准备——（教师指导）学生实验研究——（教师指导）学生善后这样的一条教学实验研究工作链。将学生每4人分为1组，让每组学生轮流承担一次实验前准备工作，和实验完毕善后任务处理。前者，如实验器材、药品的领取，分门别类存放、配发，及试剂、溶液的配制，实验器材研制配发等；后者，如实验后剩余试剂、溶液的收存，实验“三废”按照绿色化学处理药品的5“R”原则进行回收、处理、再生和利用，整顿公用仪器，清扫实验室卫生工作等等。器材研制，如测定KNO3溶解度研究中环形搅拌的弯制；电离、电解实验探索中三通管的烧制，电解水非铂电
　　
　　极研制中极（接）头的密封链接等，这些工作既培养了学生创造性思维，又锻炼了学生的实验技术和严谨的科学实验作风。实验“三废”：制H2实验研究中废锌粒（已镀松疏Cu）回收后的再利用及废气（H2）的收集、贮存；经典实验分解KClO3制O2的再研究中的废渣中分离出MnO2和制取KCl；纤维素水解及鉴定研究后的废液中分离出Cu2O和葡萄糖酸，银镜反应研究后用稀HNO3处理银镜后，废液回收，提取纯化AgNO3等。这些回收、分离、再生、利用和贮存等绿色化实验室工作，不仅促使学生学会了绿色化学实验的思想、原则、方法和技术，树立了和谐节约型的实验风气，还培养了学生的创造性思维和探究性实验的方法，并历炼了学生的实验素养。显然，只有如此，才能使学生始终处于教学研究的主体地位，教师处于指导地位。
　　
　　1.3实验研究计划——实验研究报告一条链
　　
　　众所周知，实验研究计划是制约实验研究过程和实验研究报告的瓶颈。体现形式往往是实验研究计划和实验研究报告是“两张皮”，即体现为两种文本形式，且内容大相径庭。解决问题的唯一途径是在做实验研究计划上寻求突破口。为此，在撰写研究计划，做研究操作（实验）和直至做研究报告上向学生提出10点要求：①学生实验前必须要到图书馆、资料室或上网等查阅相关实验选题的资料，获取、采集一些实验原理、方法、技术和数据等基本信息。②研究计划和研究报告是实验研究前后内容的链接，体现方式不同（因时空而异）的一种文本形式，换言之，实验研究报告是在实验研究计划的基础上成型的。实验研究前可完成和能完成的（完成在研究计划上），决不推在实验研究后（写在实验研究报告上）。③实验研究原理简洁化，实验研究步骤、过程要格式化、纲领化、前提化、公式化、符号化、术语化、数据化、英文缩写化。④尊重他人劳动成果和知识产权。做研究计划时查阅（含上网）的资料内容、数据等应将其文献做标注（角码），并在格式化过的计划书（报告书）页脚下方按照文体要求说明标注的来源出处。⑤实验研究（操作）时，勿须看书，仅凭研究计划便可操作。⑥实验研究操作过程，要眼、手、脑并用。操作规范是基础，遵守程序须切记，做上步、想下步，心中有谱尚须记录在册是行手。⑦探索过程有困难，方式方法要讲究；能解决实验研究中出现的实际问题是根本，它是知识和技能转化为能力的必经之路。⑧将实验研究过程中所得现象和数据填充到格式化的研究计划中，或经过一定的数据处理（含手工和
　　
　　电脑），且得出结论，便是一篇将要成型的实验研究报告。⑨实验研究本身具有探索性，实验反常（异常现象、实验失败、结果欠佳、误差与偏差过大等）在所难免，遇到问题不得回避，更不能造假，必须进行问题探讨。应从主观因素（加错试剂、读数有误、按错键钮、计算出错、反滴、滴管交叉等）和客观因素（温度、浓度、酸碱度，试剂、试液的损坏——氧化、还原、分解、玷污、光化、催化和仪器性能等）等诸方面进行反思、假设、重做、分析、比较、归纳、解释并得出结论。问题探讨是实验研究报告的必要和重要内容，是实验研究报告完美、完整全面的具体体现，没有问题探讨是一份未成型的实验研究报告。问题探讨能力：深刻性、尖锐性、广度性、准确性是一个人独立从事化学实验研究时学术水平高低的重要标志。⑩习题或作业。习题和作业是实验研究内容的具体内涵和外延的问题化，不完成、不认真完成和完成有误说明该生实验研究素养有缺陷。而知识、技能、能力和素养是构成实验研究学业结构的四要素。