基于高中教学视角的初中化学“学生实验”学习状况研究
文章编号：1005-6629(2011)10-0012-03
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1、问题的提出
我们在高一初始教学过程中，发现学生在实验学习方面存在着不少问题：学生动手实验能力普遍较差；学生对实验学习大多停留在动手做实验和关注简单实验现象的层次上，不善于发现实验现象中的问题，也不习惯去探索实验现象背后的原因，因而不能通过实验有效地获得知识、形成能力、发展科学思维。
本文通过调查学生初中化学实验的学习情况，了解初中学生实验的教学现状，探究产生上述问题的原因，以便更好地发挥实验的教育价值，促进初高中实验教学的有效衔接，提高实验教学质量。
2、初中化学“学生实验”学习情况的调查
本研究中的样本是上海市某市级实验性、示范性高中全体高一学生，他们来自不同行政区域的58所初中学校。发放调查问卷301份，收回有效问卷299份。样本构成如下：本区学生266人，外区学生33人；男生118人，女生181人。
问卷调查时间：2010年9月初；问卷调查形式：课堂内通过无记名形式填表完成。问卷调查内容：初中学生化学实验学习情况。包括：(1)初中化学学习中二十个“学生实验”的完成情况。哪些实验动手做过?印象是否深刻?有否困难?对肯定的内容在表格中打“√”，可以多个选择。(2)通过初三一年学习，是否对化学学习有兴趣?(3)喜欢怎样的化学教学形式?
研究主要通过问卷调查和个别谈话的方式；调查结果见表1。
2.1 初中“学生实验”完成的整体现状
据统计299名学生实际完成的实验总数为2771人，占初中教学中应做实验总数的46.34％，折合平均每个学生完成“学生实验”9.27个。不同学校间“学生实验”完成率差异显著，各学校学生实验完成情况见图1所示。
其中9所学校实验完成率超过80％，大多数学校实验完成率集中在40％-60％，极个别学校完成率仅为20％左右。
2.2 不同“学生实验”的完成情况
表1中各个“学生实验”的完成情况显示：完成率排于前五位的“学生实验”依次为(括号内数据为实际做过实验的学生占参加问卷调查学生总人数的百分数)：粗盐提纯(93.98％)、氧气的实验室制备(84.62％)、化学实验基本操作(84.28％)、使用酸碱指示剂和pH试纸测定溶液酸碱性(75.25％)、物质在氧气中燃烧(67.22％)。这些“学生实验”全部集中在初三上学期，显然学生动手实验不够，且下学期动手机会更少，这可能是造成高一新生动手能力不强的部分原因。
完成率低于50％的“学生实验”占全部“学生实验”的一半，其中完成率排于最后位的“学生实验”依次为通过放大镜或显微镜观察晶体和非晶体(7.36％)、有机化合物的性质(4.01％)、合理使用铵肥(1.67％)。笔者通过与部分初中化学教师交谈，了解到排于完成率最后3位的实验所涉及到的知识难度均不大，学习水平都是A级要求。同时这些知识相对独立，与其它知识联系程度较少。因此，考题中出现的可能性不大，即使出现难度也不大。考虑到初三教学时间紧张，从应试角度看，这些实验的教学效益不高。例如，通过放大镜或显微镜观察晶体和非晶体的实验是新教材增加的实验，教学中一般让学生通过观察教材中图片进行了解。关于有机化合物易燃、大多不溶解于水等性质，教师普遍认为学生在生活中已有这些经验，只需采用课内让学生举例说明即可。另外，化学实验室一般没有显微镜也是原因一。
2.3 印象深刻的实验和有难度的实验
以认定属于印象深刻实验的学生人数占实际做过实验的学生总人数的百分数统计排于前6位的实验是：物质在氧气中燃烧(57.21％)、氧气的实验室制备(54.50％)、粗盐提纯(51.96％)、探究铁、铜、银的活动性强弱(46.10％)、硝酸银与盐酸的反应(40.70％)、二氧化碳的实验室制备(38.96％)。
以认定属于有困难的实验的学生人数占实际做过实验的学生总人数的百分数统计排于前4位的实验是：氧气的实验室制备(6.72％)、二氧化碳的实验室制备(5.23％)、探究铁、铜、银的活动性强弱(355％)、粗盐提纯(320％)。
笔者通过与部分学生的交谈，分析上述6个实验能给学生留下印象深刻的原因：首先，比较上述两组数据，可以发现排在学生感到有困难的前4位实验均给学生留下深刻印象。哪些实验会让学生感到困难呢?(1)操作要求较高的气体制备实验：氧气、二氧化碳的实验室制备；(2)操作较复杂的物质提纯实验：粗盐提纯；(3)思维容量较高的探究实验：探究铁、铜、银的活动性强弱。其次，实验现象生动又有些惊险的实验也易给学生留下深刻印象，如：物质在氧气中燃烧。还有，重要的性质实验也让学生记忆深刻。
2.4 实验教学与化学学习兴趣
问卷中关于学生喜欢的教学形式的调查结果表明，排于前3位的是：实验教学、多媒体教学、教师讲课与学生讨论相结合的教学。其中，将实验教学排于第一位的学生人数占参加问卷调查学生总人数90％以上。这表明初三学生通过一年化学学习，已经感受到化学学习与化学实验间的不可分割性。问卷调查同时也显示：有180名学生对化学学习有兴趣，占参加问卷调查学生总人数的60.20％，为什么学生对实验教学形式的喜欢没有明显迁移至对化学学习的兴趣呢?
我们通过与部分学生面谈了解到，由于初三是学生学习化学，实验操作容易、现象单一、原理简单，实验教学主要侧重于现象的观察和技能的训练，较少能引起学生的思维冲突；实验中往往要求学生按部就班地完成，很少给学生提供自主探究和实践的机会，较少能激发学生的求知欲望，故这样的实验教学很难实现实验兴趣向学科兴趣的有效迁移。因此实验对学习兴趣的影响不仅取决于实验完成的量，更取决于实验的质，即实验是否能引起学生的思考，是否能提供给学生足够的创造空间，促使学生在解决实验问题中学习化学，从而促进学生关注化学、热爱化学。
3、启示与建议
任教高一年级的化学教师，可考虑在开学初进行问卷调查和学生访谈，了解学生具备的化学实验学习水平、化学实验操作技能及存在的差异。在明确初中化学“学生实验”学习现状的基础上，根据初高中学生身心特点的差异，在高中化学课堂中有效实施实验教学。
3.1 弥补完成率低的实验 教师应关注完成率低的实验，根据具体原因，采用合适的方法进行弥补。如对于“显微镜观察晶体和非晶体”，可在生物课学习显微镜的使用方法时与生物学科进行整合。对于“有机化合物的性质”、“合理使用铵肥”两个实验可分别在学习有机化合物和氮及其化合物时加以强化。
3.2 化解突破困难实验
研究发现，学生感到实验困难的原因之一是由于实验中操作步骤较多、操作要求较高。如氧气的实验室制备涉及装配实验装置、检查装置的气密性、添加药品、制备气体、收集气体、检验气体等步骤，每一个实验步骤的增加都会导致操作难度的增加。而在具体操作时，单个步骤的要求也比较高，如用排水法收集氧气的操作，气体集满后应先从水槽中移出导管再移去酒精灯的操作在老师看来是简单的，但由于其中包含着较高的认知要求，学生在实际操作时必须先想一想再动手，增加了学生的思维负荷因而成为难点。由于高中实验的综合程度和操作技能要求更高，上述困难可能在实验中更多地显现出来，如何帮助学生克服困难完成实验应引起我们更多的关注。
如何降解困难实验的学习难度?首先教师应充分了解实验的操作难点，在实验前给予必要的指导，包括组织学生讨论关键步骤的操作细节和原因分析。以气体摩尔体积测定实验的教学为例，在原理分析时组织学生研究实验的重要操作和难点操作，如两次抽气的原因、抽气操作的要领、镁条称量前除去表面氧化膜的理由等，并给予示范指导。
其次由于操作难度、学生操作技能差异等因素客观存在，实验中存在困难和错误是难免的。而实际教学中这类实验大多以小组形式开展，因此教师应鼓励团队合作的精神，充分发挥同伴互助的作用。
3.3 拓展探究实验的学习空间
调查表明，学生对思维容量较高的探究实验也感到困难，这是由于探究实验涉及的学科知识综合性强、呈现形式多、思维容量大，而这类实验却是高中化学实验教学的难点和重点。
以“探究4种无色溶液(氯化铵、硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钠)成分的实验”为例，受课堂教学时空的限制，学生很难在短时间内设计出多种合理的实验方案，方案交流和实验操作很难充允一般也缺少由现象到结论的陈述环节，导致探究实验不能充分进行，也容易掩盖学生学习中的问题。因此，必须给予学生足够的思维空间和交流实践空间，才能保证探究实验的顺利实施。
实际教学中建议采用以实验为中心的开放式教学。教师布置一个探究课题，要求学生若干天完成。学生自主设计方案，自行选择去实验室进行操作，并完成实验报告。教师在综合分析学生实验报告的基础上，利用课堂教学进行点评并组织学生对典型实验报告进行自评和互评。这样的做法将学习拓展到课后，每个学生都经历了实验设计的思考过程；将学习扩展到实验室，每个学生都体验了动手操作的实践历程，能够及时发现问题和纠正错误；实验报告的书写帮助学生整理了思路，教师点评和学生自评、互评的方式使学生充分交流和互动，巩固了学科知识，提升了问题解决能力。
3.4 促进实验兴趣向学科兴趣的迁移
调查表明，实验对学习兴趣的影响主要取决于实验是否能引起学生的思考，引发学生对学科的关注。因此教师应当依据学生身心发展特点合理设置实验，挖掘实验的教学价值，激发学生对化学学科的持久热爱，促进实验兴趣向学科兴趣的迁移。
具体教学中，可以尝试将简单实验进行整合，以提高思维容量，帮助学生形成更好的认知方式。例如，高一“氯气性质的研究”实验由5个简单实验组成，教学中可转化为小型化少污染的综合性学生实验：取―大一小两个培养皿，在大培养皿中加入一定量氢氧化钠酚酞溶液，将小培养皿放人大培养皿中，并在其中放入少量高锰酸钾固体和盐酸，盖上大培养皿的盖子(盖子内壁贴有湿润的淀粉碘化钾试纸、湿润的蓝色石蕊试纸以及干、湿两条有色布条)。让学生围绕实验现象综合研究氯气的性质，鼓励学生大胆预测实验中现象产生的原因，在解决认知冲突中释疑解惑。
整合后的实验从形式上来看更加新颖，具有探究性、绿色化、综合化等特点，便于学生通过观察实验和共同研究来认识氯气的性质，对实验的兴趣激发了学生的探究欲望；从内在结构来看更加综合，以实验为中心开展研究，能够帮助学生综合构建化学知识结构，形成对化学学科的深层兴趣，实现实验兴趣向学科兴趣的迁移，充分发挥实验在化学教学中的价值。
