史靖華+鄭光黔+邢焰

摘要：以“催化劑對反應速率的影響”為例，對基于實驗內容要素分析的化學實驗教學設計進行了教學研究。其設計模式的總體思路是將教材中的實驗內容按問題要素、本體要素、知識要素、方法與技能要素、態(tài)度要素等五要素進行分析、豐富，并設計探究式實驗教學環(huán)節(jié)，然后將分析、豐富后的內容有機整合到探究式實驗教學的各個環(huán)節(jié)中。設計過程主要有要素分析、確定目標、過程設計、內容整合等四個環(huán)節(jié)。

關鍵詞：化學實驗；教學設計；催化劑；反應速率

文章編號：1005–6629（2015）2–0040–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學實驗不但是驗證化學理論或假設的一種科學研究手段[1]，也是學生獲得化學知識、掌握相關化學實驗技能的學習方法[2]。王磊等[3]認為，新課程改革所倡導的實驗內容具有更加廣泛和豐富的內涵，應該包括問題要素、本體要素、知識要素、方法與技能要素、態(tài)度要素等五個要素。這五個要素不但涵蓋了實驗原理、實驗技能和實驗儀器等傳統(tǒng)三要素觀點的內容，同時也反映了化學實驗教學在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等方面的要求。

在教材中，有關實驗的編排往往只是對操作過程及現象觀察進行描述，沒有完整地呈現實驗內容的全部要素。如果完全按教材編排的內容進行教學，常常會使得某些內容被忽視，實驗的教學功能也會弱化為理論教學的輔助手段，難以真正落實“使學生體驗科學研究的過程，激發(fā)學習化學的興趣，強化科學探究意識，促進學習方式的轉變，在實踐中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力”[4]的基本理念。因此，教學過程中，需進一步分析實驗內容要素，合理設計實驗教學，充分發(fā)揮化學實驗的教育教學功能，最終達到培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的目的。

1 實驗教學設計模式

基于實驗內容要素分析的實驗教學設計，強調較全面地呈現實驗教學內容，不但要幫助學生獲得化學知識，也要幫助學生學會化學實驗技能，提高科學探究能力、化學實驗能力、實踐能力，促進學生學習方式的轉變。其總體思路是將教材中的實驗內容按問題要素、本體要素、知識要素、方法與技能要素、態(tài)度要素等五要素進行分析、豐富，并設計探究式實驗教學環(huán)節(jié)，將分析并豐富后的內容有機整合到探究式實驗教學環(huán)節(jié)中（見圖1）。

在該設計模式的要素分析中，問題要素是指實驗要解決的問題、揭示的規(guī)律或提供的事實；本體要素是實驗的物質條件，包括實驗條件、實驗藥品、儀器設備等；知識要素是指實驗原理、實驗步驟、實驗對象和實驗手段等方面的知識；方法與技能要素是指《普通高中化學課程標準》對“化學實驗基礎”活動與探究建議中的有關實證研究方法、實驗操作技能、實驗條件控制、數據的定量處理、模型和假說等科學方法和技能方面的內容；態(tài)度要素主要指實驗安全意識、綠色意識、環(huán)保意識，以及對實驗的認知和態(tài)度等。從這五個要素來分析實驗教學內容組成，能全面地呈現實驗教學的內容；同樣，基于這些內容，確定的教學目標能夠關注到知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等方面，從而避免內容缺失和教學功能弱化。

2 實驗教學設計過程

在教學中，我們按基于實驗內容要素分析的實驗教學設計模式進行了教學設計和實踐，取得良好效果?，F以人教版普通高中課程標準實驗教材《化學2》（2007年第3版）第二章實驗2-6“催化劑對反應速率的影響”為案例（以下稱實驗2-6），來說明該實驗教學的設計過程。

該實驗在教材中的陳述為“在3支大小相同的試管中各裝入2～3mL約5%的H2O2溶液，再向其中2支試管中分別加入MnO2粉末、1～2滴1 mol/L FeCl3溶液。對比觀察現象”。

在教學中，我們將其作為演示實驗進行教學。

2.1 要素分析

從實驗內容的五個要素分析實驗教學內容的組成，其目的是完整呈現實驗教學的全部內容。

2.1.1 問題要素分析

問題要素是實驗內容的核心要素，實驗只有圍繞要解決的問題，才具有探究性和目的性。教材中部分實驗課題明確提出了要探究的“問題”，這個“問題”也即是該實驗的問題要素。而對于一些沒有提出明確探究問題的實驗課題，通過分析該實驗的意圖及其在教學內容體系中的價值，也可以提煉出該實驗的問題要素。

案例 實驗2-6的陳述中并沒有明確提出問題，但從教材前后內容來看，實驗主要是探究有哪些因素能夠影響化學反應速率，意圖是通過該實驗得出催化劑能夠影響化學反應速率這一結論，因此我們將該實驗的問題要素確定為“MnO2、FeCl3對H2O2的分解速率有什么影響？”。

2.1.2 本體要素分析

本體要素是實驗的物質條件。分析實驗內容的本體要素，就是要從教材陳述的實驗過程中提煉出完成該實驗所需的所有藥品、器皿、儀器設備及其數量，特別是教材中沒有明確寫出、但又是必需的器皿等。

案例 實驗2-6中，本體要素除了包括MnO2粉末、1 mol/L FeCl3 10mL（滴瓶裝）、5%的H2O2 50mL（新配制）、清潔的試管3支外，還包括教材沒有寫明的塑料透明試管架、藥匙、紙槽等。

2.1.3 知識要素分析

知識要素既是解決問題的必備基礎，也是實驗教學目標的具體體現。因此，要考慮兩個層面，一是實驗前學生應具備的知識基礎，二是完成實驗后學生應獲得哪些新的知識。知識要素的分析，具體從實驗原理、實驗步驟，以及有關實驗對象、實驗手段的知識，實驗后獲得的結論等方面進行。

案例 實驗2-6中，實驗前學生應具備的知識：H2O2水溶液俗稱雙氧水，有毒，有腐蝕性，是強氧化劑；H2O2水溶液在一定條件下可分解為水及氧氣，并產生氣泡，氣泡越多表明分解速度越快。實驗后學生獲得的知識：MnO2、FeCl3起催化劑作用，能加快H2O2的分解；催化劑能夠影響化學反應速率。

2.1.4 方法與技能要素、態(tài)度要素分析

方法與技能要素、態(tài)度要素在教材中往往沒有直接呈現出來，需要鉆研課程標準、領會課程理念和設計思路，并從整體上把握教材編寫意圖和各模塊、章節(jié)的教學目標，才能很好地分析。方法與技能要素方面，除了物質的檢驗、分離、提純和溶液配制等化學實驗基本方法和操作技能外，還包括實驗設計、數據的定量處理等實證研究方法和技能方面的內容，以達到對學生探究能力、實驗能力等的培養(yǎng)。態(tài)度要素方面，應根據實驗課題的知識要素、方法與技能要素等方面的內容，分析提煉安全、環(huán)保、綠色意識培養(yǎng)，以及良好的實驗工作習慣培養(yǎng)等的內容。

案例 實驗2-6，除了鞏固藥品取用技能（MnO2粉末取用、FeCl3液體取用）外，還有簡單對比實驗的設計、實驗條件控制等的技能。H2O2有毒性和腐蝕性，因而教學需進行學生安全意識、環(huán)保意識的強化。

2.2 目標確定

從要素分析來看，實驗教學內容包括了知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等三個方面，因此教學目標的確定應有針對性地在這三個方面進行體現。但是化學實驗的類型多樣，不同具體實驗課題的要素組成、教學側重點有所不同，因此在重視體現教學目標完整性的基礎上，也應根據具體實驗課題在教學內容體系中的地位和價值，突出該實驗課題核心教學目標。

案例 實驗2-6，教材的意圖主要是通過該實驗來說明催化劑能夠影響化學反應速率，因此該實驗最為核心的教學目標是幫助學生獲得這一基礎知識。根據這個思路，結合要素分析結果，我們將實驗2-6的教學目標確定為：

認知性學習目標：知道MnO2、FeCl3起催化劑作用，認識到催化劑能夠影響化學反應速率。

技能性學習目標：學會簡單對比實驗的設計；鞏固試管實驗操作技能。

體驗性學習目標：通過探究活動進一步培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力；了解H2O2的毒性和腐蝕性，進一步培養(yǎng)安全意識、環(huán)保意識；規(guī)范操作，進一步形成良好的實驗工作習慣。

2.3 過程設計

化學課程改革中，大力倡導以科學探究為主的多樣化的教學方式，實驗教學過程無疑采用探究式教學過程最為恰當。一般來說，探究式實驗教學過程分為提出問題、建立假設、實驗設計、收集證據和解釋與結論五個環(huán)節(jié)，王磊等[5]從師生在不 同探究環(huán)節(jié)中所占活動主體的程度不同將探究式教學劃分為五個不同的水平，從水平一到水平五，教師的作用越來越小，學生的自主性越來越大。

案例 對于實驗2-6，我們作為演示實驗進行教學。但作為一個具有研究性質的實驗，仍然可采取探究式教學過程設計，具體環(huán)節(jié)見圖2。

2.4 內容整合

在要素分析、目標確定的基礎上，根據過程設計，將實驗教學內容具體組成成分有機整合到各個實驗教學環(huán)節(jié)中，設計出教學事件和流程。

2.4.1 提出問題

提出問題就是要明確實驗探究的問題、揭示的規(guī)律或提供的事實。這些問題、規(guī)律或事實應對應于實驗內容的問題要素。因此，在提出問題環(huán)節(jié)，要通過創(chuàng)設情景呈現實驗內容的問題要素，引發(fā)學生思考、激發(fā)學生對實驗的興趣，引導學生圍繞問題要素開展實驗探究學習，使實驗教學具有探究性和目的性。

案例 實驗2-6，實驗前教師提問：“MnO2、FeCl3對H2O2的分解速率有什么影響？”此問題與實驗的問題要素相同。

2.4.2 建立假設

教師引導學生依據已有的知識和經驗分析提出的問題，討論實驗的可能結果，作出猜想或假設。實驗的可能結果及假設的具體內容涉及實驗內容中的知識要素，即完成實驗后學生應獲得的新知識。因此，在這一環(huán)節(jié)，將實驗后學生應獲得的新知識這一知識要素通過假設的形式呈現。

案例 實驗2-6，提出實驗假設：MnO2、FeCl3可以加快H2O2的分解。此假設針對研究問題，體現知識要素。

2.4.3 實驗設計

實驗設計即設計實驗方案，教師要引導學生初步學會設計實驗方案，幫助學生發(fā)展科學探究能力。在這一環(huán)節(jié)中，要有計劃地融入方法與技能要素中的實驗設計方法，介紹自變量、因變量、實驗組、對照組等概念，幫助學生理清實驗的設計思路，引導學生一起設計實驗方案來探究提出的問題、驗證假設。

案例 實驗2-6中，可體現實驗技能中的對比實驗設計要素，通過對比實驗來驗證提出的假設。引導學生一起設計該實驗：自變量為MnO2、FeCl3；因變量為H2O2的分解速率；以加MnO2、FeCl3試管為實驗組，以不加MnO2、FeCl3為對照組，通過實驗觀察哪支試管中H2O2的分解速率快。

2.4.4 收集證據（開展實驗）

實驗準備是實驗內容本體要素，如實驗藥品、儀器設備的呈現過程，同時也是針對這些本體要素的知識要素、態(tài)度要素的教學環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，要求對實驗藥品、儀器設備等進行展示、介紹，針對某些實驗藥品、儀器設備的知識進行提問回顧或講解，幫助學生獲得在實驗前應具備的知識基礎；同時，針對有毒、有腐蝕性、易燃、易爆實驗藥品，進行安全教育，培養(yǎng)學生安全意識、環(huán)保意識。

案例 實驗2-6，實驗演示前，教師逐一展示MnO2粉末、FeCl3溶液（滴瓶裝）、H2O2溶液（新配制）、清潔的試管，并重點講解H2O2水溶液在一定條件下可分解為水及氧氣，產生氣泡，氣泡越多表明分解速度越快；同時強調H2O2水溶液的毒性、腐蝕性，培養(yǎng)安全意識、環(huán)保意識。

實驗演示是實驗內容的方法與技能要素、態(tài)度要素等綜合呈現的過程，在這一過程中要講解實驗步驟、實驗操作技能、實驗條件控制，同時要規(guī)范示范，培養(yǎng)學生良好的實驗工作習慣。演示實驗常常采用邊講解邊演示的教學形式。

案例 實驗2-6中，演示實驗時講解MnO2粉末取用技能、FeCl3液體取用技能。

實驗結果觀察是實驗收集證據的環(huán)節(jié)，也是整合實驗內容的方法與技能要素的重要一環(huán)，在這一環(huán)節(jié)中要引導學生學會觀察、收集同假設有關的實驗現象和數據。

案例 實驗2-6中，引導學生在相同條件、同一時間下對比觀察3支試管產生氣體的速度。

2.4.5 解釋與結論

將觀察、收集到的實驗現象、數據進行分析、討論，得出事實證據與假設之間的關系。這一環(huán)節(jié)也是實驗內容的方法與技能要素的重要呈現過程，要引導學生學會比較、分類、歸納、概括等方法，得到最后的結論，并通過正確方法表達實驗結果。

案例 實驗2-6中，對比3支試管中產生氣泡的速度，說明MnO2、FeCl3起催化劑作用，能加快 H2O2的分解，得到催化劑能夠影響化學反應速率的結論。

總之，基于實驗內容要素分析來理清實驗內容組成，合理設計教學過程，是提高實驗教學效率、充分發(fā)揮化學實驗的教育教學功能的一個有效途徑。但是，實際上高中化學實驗的類型多樣，有學生實驗、演示實驗，有探究實驗、設計實驗、對比實驗、觀察實驗等類型，由于不同類型實驗的教學目標側重點有所不同，因此具體實驗課題的內容組成要素上也有所差異，教學實踐中還應根據實際情況作靈活應用。

參考文獻：

[1]吳俊明，王祖浩.化學學習論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.

[2]李萬華.高中化學新課標教材實驗部分的研究[D].內蒙古：內蒙古師范大學碩士學位論文，2009.

[3]王磊，劉強，張小平等.試析《普通高中化學課程標準（實驗）》中的實驗體系[J].化學教育，2004，（9）：9～12.

[4]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[5]王磊，畢華林.基礎教育新課程師資培訓指導：初中化學[M].北京：北京師范大學出版社，2003.