徐 健

（南京市金陵匯文學校 江蘇 南京 210036）

2003年我國頒布的第一個《普通高中化學課程標準》，正式地將科學探究引入到實驗化學的教學目標之中：通過實驗探究活動，掌握基本的化學實驗技能和方法，進一步體驗實驗探究的基本過程，認識實驗在化學科學研究和化學學習中的重要作用，提高化學實驗能力。

課程標準的實施建議中要求重視探究學習活動，發(fā)展學生的科學探究能力。探究學習是學生學習化學的一種重要方式，也是培養(yǎng)學生探究意識和提高探究能力的重要途徑。教師應充分調動學生主動參與探究學習的積極性，引導學生通過實驗、觀察、調查、資料收集、閱讀、討論、辯論等多種方式，在提出問題、猜想與假設、制定計劃、進行實驗、收集證據(jù)、解釋與結論、反思與評價、表達與交流等活動中，增進對科學探究的理解，發(fā)展科學探究能力。

美國國家科學院于1996年初推出了美國歷史上第一部《國家科學教育標準》（以下簡稱《標準》）。在《標準》中，“探究處于核心地位”。 《標準》倡導的科學探究有三個方面的含義。其一，科學探究是學習內容。其二，科學探究是學習方式。其三，科學探究是教學指導思想。從幼兒園到 12年級，作為探究的科學的內容標準是一致的，都包括兩部分：進行科學探究所需要的能力培養(yǎng)和加深對科學探究的理解，與不同年齡階段的學生的認知發(fā)展水平相適應，在設計程度上有所不同。

在以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)為化學課程與教學的宗旨精神下，無疑化學實驗是承載與實現(xiàn)科學探究的重要方式與過程。通過設計豐富多彩、具有特色、目標明確的探究型化學實驗是實現(xiàn)課程目標的最好教學活動形式，成為教材編寫與實驗設計的一個研究熱點。

本文以我國人民教育出版社的高中化學選修教材1、4和美國高中化學主流教材之一的《化學：概念與應用》（Chemistry：Concepts and Applications）為研究內容，選取了金屬中關于“鐵生銹”實驗，從實驗過程、實驗設計的特點和對比啟發(fā)等方面進行比較與分析，探索美國的科學探究在化學教學中實現(xiàn)的過程，以期借鑒并促進我國高中化學實驗中科學探究理念與目標的實現(xiàn)途徑。

一、兩種教材中有關“鐵生銹”的實驗設計比較分析

1.中國［人教版高中化學選修1］科學探究：不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕（第50頁）

現(xiàn)有潔凈無銹的鐵釘、試管、植物油、棉花、干燥劑CaCl2、NaCl溶液、CH3COOH溶液和煮沸后迅速冷卻的蒸餾水，你也可以選用其他物品，設計實驗探究鐵釘銹蝕需要哪些條件，以及在什么條件下銹蝕速度較快。（該實驗需要在一周前開始做）

實驗方案記錄結論

2.美國［化學：概念與應用］化學反應的證據(jù)：鐵生銹（第122頁）

有一個化學反應，它的產(chǎn)物是大家都見過的鐵銹。金屬鐵和空氣中的氧氣結合會形成鐵銹—Fe2O3，這是一種三價鐵的氧化物。這個反應可作為常見化合物直接由組成它的元素合成的一個范例。對于鐵，人們最為熟悉的性質是它能被磁鐵吸引。

實驗步驟：

（1）取一小團嶄新的鋼絲棉和另外一小團生銹的鋼絲棉，將它們分別放入紙杯內。

（2）取一張 3 英寸×5 英寸（約 7.6cm×12.7cm）大小的索引卡片，和一個用塑料袋包裹起來的磁鐵。

（3）用磁鐵吸引嶄新的鋼絲棉。記錄下你的觀察結果。

（4）將生銹鋼絲棉放在白色卡片的上方，用大拇指和食指輕輕摩擦它們，會有一些很細小的鐵銹粉末落在卡片上。

（5）端起卡片，在卡片下方移動磁鐵。記錄下你的觀察結果。

分析與討論：

（1）嶄新的鋼絲棉對磁鐵的反應是什么？

（2）當磁鐵在卡片下方移動時，你觀察到什么現(xiàn)象？

（3）你獲得的鐵銹粉末是否是純的物質？實驗結果是如何證明你的答案的？

（4）你有能夠證明鐵銹與鐵是不同物質的證據(jù)嗎？

3.中國［人教版高中化學選修4］實驗4—3（第85頁）

將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入圖4－17所示的具支試管中。幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化，思考引起變化的原因。

4.美國［化學：概念與應用］鐵的銹蝕（第557頁）

在日常生活中，常用腐蝕來描述金屬在環(huán)境中發(fā)生氧化反應的過程。這個實驗將研究鐵釘?shù)母g以及影響腐蝕的因素。

實驗步驟：

（1）將1袋干凈無氣味的明膠溶于約200mL的溫水中，并加入2mL酚酞試劑和2mL鐵氰化鉀試劑。將混合均勻的溶液倒進廣口瓶或培養(yǎng)皿中，使溶液的高度約為1cm。

（2）將普通鐵釘、鋁釘、鍍鋅鐵釘和涂有油漆的鐵釘各1枚插在液體明膠中。注意：盡量將各枚釘子分開。

（3）在玻璃瓶或培養(yǎng)皿上作好記錄，靜置幾小時或一整夜。注意：只有在明膠凝固之后才能移動廣口瓶或培養(yǎng)皿。

（4）記錄明膠中的物質與鐵釘相互作用的現(xiàn)象。分析與討論：

（1）哪種鐵釘可與明膠反應？哪些現(xiàn)象說明鐵釘已被腐蝕？

（2）如果明膠中有釘子未被腐蝕，你認為它沒有被腐蝕的原因是什么？通?？刹捎媚男┓椒▉碜柚够驕p少腐蝕？

（3）若明膠中呈現(xiàn)藍色，則是形成的亞鐵離子與鐵氰化鉀作用的結果；若呈現(xiàn)粉紅色或紅色，則是由于氧氣和水分子得到電子，形成了氫氧根離子，從而使酚酞變紅。上述反應中，哪些是氧化反應？這些反應發(fā)生在鐵釘?shù)氖裁床课唬?/p>

二、中國人教版高中化學選修實驗設計的特點

1.科學探究性實驗為主體

教材中設置了大量探究性的實驗，倡導結合所學知識對“驗證性實驗”進行探究，著重學習和體驗科學研究的思路和方法，將實驗技能的訓練與能力培養(yǎng)，寓于實驗探究活動過程之中。

2.加強了學生自主學習的意識

在探究性活動中，學生有了更多自主學習的空間，自己提出問題，自己猜想假設，自己設計方案，并從自主學習的過程中增強了學習的積極性和主動性。學生在整個實驗過程中經(jīng)歷與科學家相似的探究過程，既達到了開拓思維，交流合作的目的，又使學生的知識和能力在實驗中得到加強、訓練，充分感受到科學探究的樂趣，領悟了科學的思想和精神。

3.強調探究的過程

化學實驗功能的體現(xiàn)，不僅僅在于獲得所謂的“正確”實驗結果，更重要的使學生經(jīng)歷和體驗獲得實驗結果的探究過程，只有親身經(jīng)歷了才能有真切的過程體會。這樣的過程，真正地體現(xiàn)了實驗探究的艱辛，學生對科學與科學實驗有較為深刻的理解，才能在過程中受到嚴格的科學過程和科學方法的訓練、形成科學的態(tài)度、情感和價值觀，以利于學生的可持續(xù)發(fā)展。

三、美國［化學：概念與應用］實驗設計的特點分析

1.以學生為主體的活動性

《化學：概念與應用》教材實驗設計突出了學生活動為中心的特點，設計別致，操作簡便。通過活動讓學生多動手，充分調動學生主動參與和積極思維，自主性得到充分的尊重。改變驗證性實驗的固態(tài)化過程，實現(xiàn)動態(tài)性。

2.體現(xiàn)探究的過程性

教材中的實驗設計突出了“情境—問題—探究—結論—應用”的實驗探究模式。學生在實驗中通過觀察、分類、測量、假設、分析、交流、評價和反思，體驗到了解決問題過程中的種種情感經(jīng)歷，有助于科學方法的培養(yǎng)，增強了自主學習和合作意識。

3.貫徹整體的實驗安全性教育

教材將實驗安全教育內容滲透到實驗教學的各個環(huán)節(jié)中。學生在實驗過程中借助實驗安全規(guī)則，可以隨時關注實驗安全方面的問題，又可通過動手實踐理解實驗中要注意的安全問題。

4.分析與討論

更加注重實驗之后的“分析與討論”。在每個實驗活動之后設置了“分析與討論”，這對于提升學生的各方面能力有很大的作用。

5.自主性探究的原則

實驗原理明確，步驟細致、完整，并告訴學生去觀察哪些地方，讓學生獨立自主地完成探究實驗，再通過對實驗的分析和討論，讓學生完成理解該實驗。

6.迷你實驗的微型化

給學生提供快速有效的、親自操作的機會，應用化學概念和技能；用最少的儀器，以強化學生對概念的理解。

四、美國［化學：概念與應用］實驗設計給我們的啟示

1.從［化學：概念與應用］教材的實驗設計分析發(fā)現(xiàn)，類型豐富的探究實驗體系具有鮮明的特點。教材中的實驗分為 “化學實驗”、“迷你實驗”和 “起步實驗”。 其中“化學實驗”23 個，“迷你實驗”47 個，“起步實驗”21個，平均每章 4.33個。

2.學生有更多的選擇性和靈活度

眾多的實驗類型和實驗數(shù)量，為學生提供了極其豐富的實驗內容、實驗技術和實驗教學策略，教師可根據(jù)教學條件、學生層次和個人能力選擇合適的實驗進行教學，同時也體現(xiàn)出教材中實驗體現(xiàn)的設計彈性和良好的選擇性與適應性。

3.從定性到定量的發(fā)展趨勢

“化學實驗”、“迷你實驗”和“起步實驗”中均安排了不少定量實驗，定量實驗內容涉及比較廣泛，每個實驗都分別針對不同的知識點設計，實驗內容取材于同生活經(jīng)驗緊密聯(lián)系的素材，很容易激發(fā)學生的探究欲望，啟迪學生的思維。實驗設計思路比較開放，重視實驗的趣味性與生活化。同時定性到定量實驗的轉變，也體現(xiàn)了高中化學課程的學科化與科學素養(yǎng)培養(yǎng)水平與要求的整體提高。

4.系統(tǒng)化的實驗安全教育內容

教材中實驗安全內容包括實驗安全規(guī)則、實驗室急救、安全警示圖標、安全操作教育等內容，這些內容相互聯(lián)系、相互作用，共同構成統(tǒng)一的實驗安全教育體系。

［1］ 人教社化學室.普通高中課程標準實驗教科書化學（選修1）化學與生活［M］.北京：人民教育出版社，2005

［2］ 人教社化學室.普通高中課程標準實驗教科書化學（選修4）化學反應原理［M］.北京：人民教育出版社，2005

［3］ Phillips.Chemistry：Concepts and Applications.McGraw －Hill／Glencoe

［4］ 王磊.化學比較教育［M］.南寧：廣西教育出版社，2006

［5］ 朱鵬濤，周青，楊輝祥.美國高中化學教材中的實驗設計［J］.化學教育，2007，（6）

［6］ 朱鵬濤，鞏曉燕，周青.美國高中化學教材中實驗安全教育的特點與啟示［J］.國內外化學教育動態(tài)，2006，（8）