中学化学实验学习与教学设计

化学实验是化学科学实验的简称，是指化学科学研究者根据一定的化学实验目的，运用一定的化学实验仪器、设备和装置等物质手段，在人为的实验条件下，改变实验对象的状态或性质，从而获得各种化学实验事实的一种科学实践活动。^[23]化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础，对物质的组成、结构、性质和变化的认识，发现新元素和新物质，实现对天然产物、自然界中原本不存在的新物质的人工合成，理论化学结论的验证等，在化学发展史上几乎每一项科学成就都源于化学家的实验室工作。著名化学家傅鹰教授曾经说过“实验是最高法庭”。研究化学需要实验，学习化学同样离不开实验。化学教学实验简称化学实验，是指在化学教学中教师或学生根据一定的化学实验目的，运用一定的试剂、化学实验仪器、设备和装置等物质手段，在人为的实验条件下，改变实验对象的状态或性质，从而获得各种化学实验事实，达到化学教学目的的一种教学实践活动，本节主要讨论的是后一类化学实验。

作为化学课程的重要组成部分，化学实验是激发学生学习兴趣的重要载体。实验的神奇变化和鲜明现象是学生对化学学习产生兴趣的主要源泉，既有意想不到的结果和悬念，又能吸引学生共同探索微观世界的奥秘。调查数据显示，几乎百分之百的中学生喜欢化学实验，尤其喜欢自己动手做实验。化学实验是学生学习化学的重要方式。它是联系认识主体和认识客体的中介；是沟通认识主体和化学科学认识的桥梁；是化学科学认识从一级上升到另一级的中间环节。^[24]丰富、生动的感性材料和实验情境不仅能促进学生对化学知识的理解，而且能影响知觉的内容与学习方式，使抽象的概念直观化、微观的规律宏观化……对记忆产生较为深远的影响。化学实验更是学生探究物质世界、解决一些生活和生产中与化学相关的实际问题最主要的手段。在完成化学实验的过程中需要运用控制条件、记录现象、测定和处理数据等技能，借助比较、分析、综合、想象、归纳、演绎等方法，具有实事求是、严谨治学、协作创新的态度等。可见，化学实验也是启迪学生科学思维、训练学生科学方法、培养学生科学态度的重要途径，“对提高化学教学质量，全面落实培养科学素养的目标，具有其他化学教学内容和形式所不能代替的特殊作用。”^[25]戴安邦教授说：“实验室应该是学生学习化学最有效和收获最丰富的场所。”

一、化学实验的要素与过程

从不同的视角可以将形形色色的化学实验分成不同的类型。例如，着眼于实验者的不同，中学化学实验可分为演示实验与学生实验；着眼于实验时段的不同，可分为课内实验与课外实验；着眼于实验与知识的关系，可分为验证性实验与探究性实验；着眼于实验试剂用量以及仪器规格不同，可分为常规实验与微型实验……

1.化学实验的要素

从系统论的观点来看，每个化学实验都是一个由实验者、实验对象和实验手段等要素构成的系统。这些要素的结构关系如图3-20所示。^[26]

图3-20　化学实验的构成要素及其相互关系示意图

实验者可以是教师，也可以是学生，作为化学实验主体，他们在实验中应表现自主性、能动性和创造性。实验对象是指化学实验研究的客体：研究什么以及研究的内容。实验手段可分为实物形态的手段和观念形态的手段两类。实物形态手段（也称为硬件）包括化学实验的基本手段（实验仪器、设备、工具）以及现代化手段（如红外光谱仪、核磁共振仪、质谱仪等仪器）；观念形态手段（也称为软件）主要有实验方法论和化学实验方法。实验方法论包括实验方法在科学认识中的性质、地位和作用，实验实施的一般程序和科学方法，实验方法的发展史等内容；化学实验方法主要包括化学实验基本操作方法，物质的制备、分析、分离与提纯方法等。

实验者采用合理的实验步骤、规范的操作技术，通过实验手段来控制实验对象，使其发生变化，显示其特有的各种属性；实验对象所表现的各种属性，作用于实验仪器，并通过实验仪器为实验者所感知。对任何一个化学实验，实验对象的选择是最为重要的，因为一旦选定实验对象，实验的仪器装置就随之确定，安全有序地完成实验的步骤也就对应产生了。教学中化学教师理应指导学生学会根据实验目的选定恰当的实验对象体系，然而长期使用教材开展实验教学的化学教师却很容易忽视这一点，因为教材或教参通常已经给这些教学实验确定了实验对象。

2.化学实验的过程

一般来说，化学实验过程大致分为如图3-21所示的三个阶段。

图3-21　化学实验过程示意图

（1）实验的准备阶段。确定实验课题、设计实验方案是本阶段最主要的两项工作。化学实验课题是为了实现特定的化学实验目的而选定实验对象、提出所需要研究和解决的一个或一组化学实验问题。这些化学实验问题应具有探究价值，能满足学生发展科学探究能力的需要。

化学实验方案是化学实验设计的成果。一个相对完整的实验方案一般包括实验课题、实验目的、实验原理、实验用品（试剂、仪器、设备）及规格、实验装置图、实验步骤和操作方法、实验现象及结果处理、实验讨论与交流等。设计时应遵循科学性、可行性、安全性、简约性、绿色化的原则。

（2）实验的实施阶段。控制实验条件（也称为因素或变量）、全面细致的观察、及时准确的记录是该阶段最主要的工作。从中学化学实验来看，实验条件主要包括化学试剂、实验仪器和装置以及实验操作三方面。控制实验条件的方式按所需要控制实验条件的多少可分为单因素控制、多因素控制，后者又可从实验条件对实验结果的影响角度分为两种：固定其他条件，探寻某一条件的变化对实验结果的影响（即控制变量法）；对几种实验条件同时加以综合控制，以求获得满意的效果。

科学观察是指人们有目的、有计划地通过多种感官对观察对象进行感知，从而获得实验事实的一种科学方法。在中学化学中，观察主要包括三方面内容：①观察化学实验仪器和装置。首先进行整体观察，然后迅速找出仪器或装置的核心部分进行重点观察。②观察化学实验操作。③观察物质及其变化。对反应物和生成物要观察其颜色、状态、气味、挥发性、溶解性、密度、硬度、熔点、沸点和酸碱性等特征；对物质的变化要观察其状态变化、颜色变化、气味变化、热量变化，燃烧、爆鸣、闪光、发声、产生气体等现象。

为了更好地进行实验观察，在化学教学中还应遵循以下原则：一是目的性原则。实验观察是一种有目的、有计划的活动，为此实验前首先要让学生明确实验观察的目的以及观察的重点。二是客观性和全面性原则。在化学实验中要求学生尽可能用多种感官、从多个方面进行观察，并如实记录和反映观察结果。三是辩证性原则。要引导学生分清主次、抓住重点，注意观察的条件性和典型性。

实验记录是指用文字、化学术语、数字、计量单位、化学实验仪器和装置图、图线、表格等形式，对实验观察的对象进行简要、概括描述的一种科学方法。记录时应遵循实事求是、准确完整、详细有序的原则。

（3）实验结果的处理阶段。通常可以用化学用语、表格、直线图或曲线图等对所获得的实验结果加以系统化和简明化。^[27]

二、化学实验的学习特点

学习化学一定离不开实验。化学实验的学习首先是化学实验技能的学习，这是学习化学和进行探究活动的基础和保证。化学实验技能是指学生在完成化学实验过程中所需要的各种技能和技巧——既包括基本的化学实验操作技能，也包括设计实验方案、收集实验信息、处理实验结果等思维技能。作为技能，化学实验技能的习得不同于知识的习得，从模仿到学会再到运用，往往过程比较长，要花的时间比较多，尤其是需要达到自动化、熟练化程度的技能。那么，是否只要教师讲解清楚、学生反复操练就能达成教学目标呢？非也。因为化学实验技能的学习并不是动作领域动作技能的学习，而是属于认知领域知识与技能的学习；不是陈述性知识的学习，而是程序性知识的学习。检验此类知识是否习得的方法，要看学生能否依据所学创造性地解决实际问题，需要思考缜密，安排周到，操作准确，观察细致，手脑并用，协调一致，光靠“教师讲完学生练”粗放式的教学或“照方抓药”式的反复训练是不可能做到的。

化学实验学习离不开客观实验条件，如化学试剂、实验仪器用品、实验室、实验时间等。在我国中学中，化学实验条件有限，大班化教学条件下学生学习的需要，尤其是学生个性化学习的需要很难得到满足；教材中规定的学生实验本身学时不多，但由于应试压力的影响、实验经费的不足、试剂采购的不易等因素，还不容易得到保证。随着科学技术的进步，实验内容的丰富，实验手段变得更加先进，越来越需要与他人合作，尤其是与化学实验员的合作。但是，当前我国中学化学实验员队伍青黄不接的现象比比皆是。用视频实验、模拟实验、黑板实验、讲实验代替真实实验和学生动手实验的现象在课堂上经常可见，充满趣味、奥妙和生机的实验现象，实验原理，实验步骤，实验探究过程，实验评价等，常常演变成学生的背诵和记忆。

化学实验问题的解决一般不仅涉及化学基础知识和基本技能，而且涉及化学思维能力、化学探究能力等，综合程度比较高。由于上述种种原因，学生解决实验问题的能力显得特别“苍白”。无论初中还是高中，无论学生还是教师，都说测试中的化学实验题“是不可能不失分的试题”，化学实验成了中学化学中最不容易学好的内容。

化学实验的学习务必注意安全，具备环保意识。中学化学实验中常会用到一些有毒试剂，实验过程中也会有有害物质产生，还有点燃、气体爆鸣、浓硫酸的使用等具有一定危险性的实验操作。教师一定要在教学设计中有缜密的安排，在实验准备阶段采取科学措施，让每位学生在实验活动前了解这些物质或实验操作的危害，知道实验注意事项；学生一定要在教师或实验员在场的情况下，遵守实验规则，开展相关的实验活动并使化学实验对环境的污染降到最低限度。

三、化学实验的教学设计策略

化学的学科特征决定化学教学中实验教学的重要地位，课堂教学实践证明化学实验是教学中最能吸引全体学生心灵的内容，因此化学实验教学的设计能力理应成为每位化学教师最为擅长的一种设计教学的能力。怎样做好化学实验的教学设计呢？

1.注重开发化学实验的教育功能

让学生学会课程标准规定的实验仪器的基本操作、知道或理解把各种仪器组合成完成某个化学过程装置时的要点、通过实验培养学生的动手能力，通过实验现象增强教学的直观性，是否就完成了化学实验教学的任务呢？其实“实验”一词具有四重含义，即“实验探究活动”“实验方法论”“实验事实”和“实验史实”。前三重含义之间的关系如图3-22所示。^[28]

图3-22　实验探究活动、实验方法论与实验事实之间的关系

其中实验事实有两种：一种是学生直接从实验中获得的事实，称为直接实验事实；另一种是限于中学化学教学的实际条件，只能从其他途径（如有关书籍、杂志、网络、视频）获得的事实，称为间接实验事实。而化学实验史实本质上就是一部运用实验方法论进行实验探究活动，以获取化学实验事实，建立化学科学理论的发展史，其中有丰富的培养学生科学素养、陶冶性情的“养料”。

可见，在化学实验教学的设计中不仅要关注通过实验让学生感知教材所述的化学知识、学会做课程标准规定的化学实验，而且要创造条件让学生多动手做实验，更要学习充分开发实验内容中所蕴含的科学思想和方法，合理运用实验方法论、实验事实和实验史实，构建富有真实性、情感性和实践性的教学情境，让学生获取充足的学习体验与收获。例如，在讲述18世纪末科学家积极探索水的组成的背景下演示电解水的实验，同时介绍卡文迪什通过氢氧化合获得水，从而证实水的组成的史实，展现“分”与“合”是获得充分科学证据的常用的两个视角。又如，直接加热某些含氧化合物可以获取单质氧气，这是对化学元素论的有力佐证。但是，同样含有氧元素的KClO3与玻璃试管的主要成分SiO2，在经历同样的加热过程时，为什么KClO3能够分解放出氧气而SiO2却不能呢？那是因为不同的含氧化合物中氧原子所处的化学环境不同（即氧原子与其他原子的结合方式、强度不同），化学性质也就不同，这就是“结构决定性质”这一基本化学学科思想的体现。再如，取用大理石，高温锻烧可以直接制备CO2；加入稀酸可以在常温下直接制备CO2，可见在实现物质转化时化学可以通过物质之间元素的转移、交换或重新组合提供更多的选择。大理石经锻烧可以生成CO2和CaO，CO2与石灰水反应又能产生大理石的主要成分CaCO3，基于CO2和CaO之间分离与结合的两个反应，采用最简单的仪器和普通试剂，在实验室中可以根据需要获取或检验CO2，还可以用来提纯CaCO3。化学的奇妙、化学的科学技术价值就呈现在大家面前。

2.积极促进学生学习兴趣的产生与发展

人的学习过程是主动参与的过程，需要兴趣，需要投入。化学实验能以其形形色色、瞬息万变的现象展示其生动的魅力和丰富的内涵，学生普遍喜爱化学实验，这种学习化学的兴趣和热情是十分可贵的，然而它们能否持续和深化却与教师的教学设计以及执教水平有很大关系。

学生的化学学习兴趣就其水平的高低而言，由低到高可以分为感知兴趣、操作兴趣、探究兴趣和创造兴趣四种。^[29]

感知兴趣，是指学生通过感知教师演示实验的现象以及观察各种仪器、装置、实物而产生的一种直觉兴趣。这种兴趣使很多学生对化学学习有较高的积极性，尤其是学生刚开始学习化学时往往起到主导作用。这种兴趣属于直接兴趣，在化学学习中不够稳定也不持久。

操作兴趣，是指学生通过亲自动手操作来获得化学实验现象所产生的一种兴趣。它比感知兴趣的水平高，学生不仅满足于观察现象，更希望亲自动手操作，主动性、积极性很高。但这种兴趣仍然属于直接兴趣，只要把给定的实验做出来，兴趣就得到满足，往往对化学现象的本质关注不够，理解不透。

探究兴趣，是指学生通过探究物质及其变化产生的原因和规律而形成的一种兴趣。处在这种兴趣水平的学生不满足于只动手做一做，而是力图探究引起某种化学变化的原因，或对日常生活、现实社会中的实际问题能够作出科学的解释和说明。这种兴趣不仅成为学习化学的重要动机，而且也成为学生形成和发展科学探究能力的重要影响因素。它比前两种兴趣的水平更高，属于间接兴趣，具有稳定、持久的特点，是促进学生形成较高科学素养的最基本的动力。

创造兴趣，是指学生运用已有知识、技能和方法进行创造性实验活动所形成的兴趣。这是化学学习兴趣的最高水平，是推动学生形成较高科学素养的最强劲的动力。

上述四种学习兴趣的水平是逐级升高的，低水平是高水平的基础，高水平是低水平的发展。教学中教师要善于开发校内外、身边的实验资源，创造条件让学生多动手、多探究，引发他们的学习兴趣和奇思妙想；要根据学生的认知水平，鼓励和保护学生的直觉兴趣，充分发挥其在启蒙阶段学习中的积极作用；要注意维护和发展学生的好奇心，努力促进直接兴趣逐步向间接兴趣转化。

3.统筹规划、精心设计、落到实处

学生的身心发展有个过程，学生的化学实验，如实验技能的学习也有个“模仿→学会→熟练→运用”的发展过程，需要比较多的实践和时间，一般不可能在一节课内实现飞跃，需要有计划地在不同时段内多次练习，逐步达标。因此，作为化学教师要根据不同学段、不同年段学生的特点，统筹规划各阶段实验教学的目标和内容，精心设计各类实验的实施方案，创造条件帮助学生打好扎实基础，切忌根据中考、高考试题随意拔高实验教学的要求，或止步于学生能背诵实验的步骤、现象、结论，会解实验习题等。

有的教师在初三学生学习“气体的制备”时，并没有关注让学生认识启普发生器（或其简易装置）的构造、理解它的功能，而是急于向学生介绍各种试题中出现过的形形色色简易启普发生器。学生见识过的启普发生器简易装置丝毫不亚于高三学生，然而遇到下列问题，却不知所措：

在图3-23中能用于实验室制取H2，并具有随开随用、随关随停功能的装置是（　　）

图3-23　几个发生气体的装置

笔者以为初三学段的学生正处在学习化学实验方法、认识物质及其变化规律的初级阶段，教学中宜在培养兴趣，帮助学生养成仔细观察、及时记录、积极思考的好习惯，以及实事求是、严谨踏实的好作风方面下功夫；应加强演示，悉心指导学生观察思考、模仿操作、自我训练、合作学习，在体验科学探究的一般过程中增进创新的意识和能力；强化实验安全与环保意识。到高中学段的高年段，学生已有相当的化学知识、技能、方法和经验的积累，步入从化学视角学习以实验为基础的实证研究方法的最高年段，化学实验教学的重心理应移向指导学生依据化学实验研究的一般过程，多角度设计解决化学问题的实验方案，并予以评价、优化和实施，引导学生在完成实验的全过程中严谨求实、关注生命安全、树立绿色化学思想，鼓励他们主动了解化学实验手段的新发展，不断提高创新能力。

演示实验是由教师在教学过程中为配合化学教学内容的教授而面向全体学生进行示范操作的一种教学实验，自19世纪后期在英国学校课堂上出现以来，一直是中学化学最基本的实验教学形式之一。在今天的中学化学课堂中，涉及操作规范、供学生模仿的实验，有一定不安全因素的实验或受限于学校实际条件的实验，仍然需要通过演示实验来完成。演示实验的基本要求有：现象明显，易于观察；简易快速，按时完成；操作规范，注重示范；演讲结合，启迪思考；保护环境，注意安全。

教师在实验演示前要作好确保实验成功的充分准备——摸条件、作改进，并明确告知学生实验观察的要求和方法。演示时应采用垫高装置或实物投影等手段确保班里每位学生都能清晰观察实验的全过程。要注意演示实验的装置只在需要演示时才能在讲台上出现，切忌早早放上讲台或演示完毕直到下课一直放在讲台上，干扰学生上课的注意力。实验演示完毕，要及时把仪器药品收拾干净，保持桌面整洁，切忌胡乱放在讲台上，直到下课。教师必须身体力行，为学生作出养成良好实验习惯的表率。

学生实验，顾名思义，就是由学生在课堂上为完成实验课题自己动手操作的教学实验，在我国中学里一般是由2～4名学生组成的小组共同来完成的。学生实验能否成为高质量的科学实践活动，同样与有没有良好的教学设计密切相关。实验预习是教学设计的首要环节。它的目标在于让学生明确实验目的，了解解决该实验问题的原理、方法与步骤，思考并设定自己想关注的实验重点。教师在教学设计中要对学生课前阅读教材或实验讲义提出要求，设计若干问题帮助学生展开思考。对内容陌生、综合程度高的实验，可以通过前期的课堂教学与课后作业帮助学生完成实验预习，如案例1。

教学设计中教师要对学生实验的各个环节做好预案，包括怎样保证每组学生有充足的实验仪器和药品、估计可能出现的问题及应对策略、实验目的的达成情况与评价方法以及必要的实验思考问题等。例如，以模仿为主的学生实验，拍摄画面清晰的微视频在课堂上循环播放，便于接受能力、动手能力不同的学生在学习中选用。年段越低，需要学习的新仪器、新操作技能越多，此种方法使用的频度应该越高。

教学设计中教师也要对实验环境作好设计：实验课题、实验目的、有针对性的实验提示等，在教室的媒体上有的应始终呈现、有的要适时出现，为学生提供及时的提醒与指导。

实验报告是学生实验活动的过程与收获的反映，也是对学生实验进行评价的重要依据。教学设计中教师还要对实验报告进行设计。为了尽可能充分反映学生在实验研究过程中的设计思想、收获体会、情感态度以及思维能力和实验技能等方面的提高，笔者经常在教学中改变中学常用的化学实验报告千篇一律的模式：实验目的、实验用品、实验步骤（画有固定表格）、问题讨论、练习，将实验报告设计为“实验设计（含实验原理、实验装置图、实验用品）”“实验过程”“实验研究和讨论（含教师与学生提出的研讨问题、学生对实验过程中得失之处的反思）”“自我评价”四个部分，为学生留有可以自由撰写的空间。教师根据学生的书面实验报告以及对学生实际学习过程的了解，在学生自我评价的基础上作出最后评价。这些做法很受学生欢迎。

当然，在学生实验过程中教师要加强巡视、及时指导、强化互动、做好交流。

演示实验与学生实验是根据化学教学中实验主体的不同而进行的一种人为划分，化学课程标准并没有刻意进行这样的分类，但倡导“学生亲自动手完成实验”。因此对教材中出现的实验，除了课程标准规定的学生实验必须由学生亲历之外，其余实验教师可以根据学生特点、学校条件作出选择。

4.加强化学实验的探究性设计

实验探究是中学化学最重要的学习方式。实验探究的基本教学模式主要有“基于现象的实证分析”和“基于问题解决的综合探究”。前者是指学生在教师的引导下，运用已有的知识与技能，充当新知识的探索者和发现者，通过实验探索进行积极主动的分析和思考，探求未知和解决问题的一种教学模式。后者的探究要求更高，指的是学生围绕某个学习项目或问题，选择并利用最优化的学习资源进行方案设计，通过探索与实践，完成较为完整而具体的学习任务，体验内化，吸收创新，形成并发展专门的技能。

化学实验教育功能的真正实现离不开教师在一个个具体的实验教学设计中积极挖掘可供学生探究的学习素材，巧妙设计探究环节，创造条件引领学生经历实验探究。例如，案例1中，王灿老师在学生明白定量实验的“魂”是“精准”之后，用连续的问题1、2、3，启发学生在已知实验仪器中通过选择、改造、组合，自己找出酸碱滴定的常用必备仪器，无须背诵就能对这些仪器的功能和用法了然于胸。又如，“一氧化碳还原氧化铜”是初三化学中的一个重要实验，学生不仅要通过观察实验现象理解一氧化碳的还原性，而且要理解实验装置和正确的实验操作，学习要求不低。由于一氧化碳的毒性，这个实验通常是由教师演示的。大多数教师在教学中首先演示实验，要求学生观察现象、做好记录；接着与学生一起分析实验现象，得出一氧化碳具有还原性的结论；然后对实验装置各个部分的作用、实验操作步骤及其理由逐一进行讨论、讲解；最后用习题检查学生是否已经记住。有位教师的课是这样上的：她让学生分成小组，为各组准备各种仪器，再引导学生猜测：一氧化碳类似于氢气也能夺取氧化铜中氧元素后，首先带领大家复习氢气还原氧化铜的实验；接着要求各组学生自己选择仪器、试剂，搭建一氧化碳与氧化铜反应并检验产物的装置，设计操作步骤；然后由学生小组展示他们的设计成果，全班学生在共同参与评价中释疑解惑、纠正错误；最后由教师按照学生改进后的装置与步骤演示实验，学生观察、记录实验现象……同样一节课，她的教学效果格外好，因为学生的习得是通过主动探究、高频度的思维碰撞、比较深刻的反思得来的。

5.关注化学实验的现代化

随着科学技术的进步，各种先进的实验技术、手段、仪器、设备相继诞生，使得化学实验现象更加直观、数据更加精准、绿色化程度提高……在中学化学教学实验中主要体现在化学实验的微型化和数字化两个方面（详见第六章第四节）。教师努力创造条件，让自己的化学实验带上更多的时代色彩，可以让以往不能做的实验变为能做，看不见的实验现象变为看得清，提供学生更多的动手实验机会，在更多的亲身体验中感悟、明理，在更多的实践中尝试创新。

6.巧妙设计实验作业

化学实验的奇妙、复杂、综合程度高等特点使学生在化学实验中产生不少问题，这些问题常常未必能在课堂上全部得到解决。基于学生的学习实情，设计实验作业、开放实验室，让学生在课余时间走进实验室，在充足的时间和空间里自己做、看、想、讨论和感悟，然后回到教室深入展开交流讨论，在真实、完整的求知过程中锻炼实验探究能力，提升思维品质和学习能力，收效甚佳。案例3便是一个典型例子。

四、化学实验的教学设计案例

【案例1】

酸碱滴定（第一课时）

教材：《化学　高中二年级第一学期（试用本）》第十章第三节　上海科学技术出版社

设计者：上海市松江一中　王灿

一、教学目标

1.知识与技能

理解酸碱滴定原理，了解滴定管的使用以及酸碱滴定的操作。

2.过程与方法

通过将中和反应原理转化成酸碱滴定方法的过程，学习定量实验的设计方法，认识酸碱指示剂的选用、滴定终点的判断方法。

3.情感态度与价值观

进一步感悟定量实验的“精准”原则，体会化学科学严谨、求实的本色。

二、教学分析（略）

教学重点：酸碱滴定所需实验数据及其准确测量的方法；滴定终点的判断。

教学难点：滴定终点的判断；做定量实验的“精准”意识。

三、教学过程

（续表）

（续表）

（续表）

（续表）

【评析】

酸碱（中和）滴定是高中化学中一个重要的学生实验活动，课程标准规定的“知识与技能”维度的学习水平为“C”级——最高层级；“过程与方法”维度的学习水平是“B”级。本节课是学生学习气体体积法、重量法之后学习的第三种定量测定方法——滴定法的第一课时，既是一节新授课，又是学生实验“中和滴定”的预习课。王灿老师的这节课有如下特点：

（1）思考深入，目标适切。王老师通过对教学内容和学情的详尽分析，深入思考教学内容的育人价值，认识理解中和滴定原理及相关实验仪器的过程是提高学生认知水平、提升思维品质的好素材，找准富有特色的教学重点和难点，设计适切的教学目标。

（2）脉络清晰，教学有“魂”。从提出问题，引出课题；到了解原理，发现新问题；然后在生生互动、师生互动解决问题的过程中完成对滴定终点的判断、实验仪器的选择与使用等中和滴定关键问题的理解；最后演示操作，归纳小结，课的脉络清晰，一气呵成。定量实验的“魂”——“精准”两字贯穿始终，成为学生理解实验原理、实验仪器、实验操作以及酸碱指示剂的选择这些中和滴定关键的准则，使整节课的学习成为一个主题鲜明的有机体，而不是那么多需要记忆的知识点。

（3）引导得法，探究有效。对中和滴定原理涉及需要测定哪些实验数据？用哪些仪器来测定？为什么？甲基橙和酚酞为什么能用于强酸强碱中和滴定？……这些大家熟知的重要问题，王老师并没有采用教师讲、学生记传授式的教学方式，而是精心设计了探究问题1～4，激疑启思，引发学生的求知欲，同时给学生充分的活动时间，让他们为解决问题而积极思维、动手设计、合作探究、通过教师点拨，主动获取知识，顺利突破教学难点。

（4）引入朴实，寓意深刻。上课伊始，王老师出示实验室中一瓶标签模糊的盐酸，提出问题：如何测知它的浓度？这是化学实验室中随处可遇的问题，以此引出课题，既贴近学生，又突出学习中和滴定的意义，还倡导善于观察、善于思考的好习惯，这种课的引入费时不多，效果不错。

建议：在课的引入阶段，当学生回答可以利用盐酸与活泼金属反应，测定产生H2的体积，或利用盐酸能与AgNO3溶液反应，测定生成白色沉淀的质量来设计实验方案测知标签模糊的盐酸的物质的量浓度时，如果能简要分析这两种方法的不足之处，与最后滴定的结果形成对照，不但能显示滴定法的精确性，还能让学生初步感悟：什么时候用滴定法？什么时候用重量法？什么时候用气体体积法？不同的实验对象应该有对应的精准度更高、操作更简便的好方法，这是有章可循的，这样更有利于学生日后举一反三。在课的最后，如果能简要介绍滴定法的实验精确度一般是多少，目前其他先进实验手段又能使实验精确度提高到怎样的极限，三言两语，是否能使学生更生动地感受科技的发展、化学的进步，热爱科学之心再次受到激励呢？！

【案例2】

酸碱滴定（第一课时）教学介绍

设计者：澳大利亚坎博维尔（Camberwell）女子文法学校Trena Jolly

一、实验器材（按每2人一组发放，略）

二、教学过程介绍

Trena Jolly女士首先下发讲义（见下页三）并告诉学生：大家桌子上都有一瓶盐酸，它们的浓度相同，可是不知道究竟是多少。今天我们要用已知浓度的NaOH溶液来测定瓶内盐酸的浓度，这是滴定分析法。接着简要讲解测定的原理，向学生介绍滴定管、移液管（移液管吸注器）、锥形瓶以及它们的使用方法，酸碱指示剂——溴百里酚蓝在酸性、中性、碱性溶液中的颜色。然后让学生边阅读讲义，边分组完成实验。

学生分组实验，教师巡视指导：或指点某组内学生，或针对酸碱指示剂颜色变化等学生普遍不易掌握的操作进行演示。教室里照方抓药的、不置可否的、提问的、相互讨论的、恍然大悟的、欢呼的……都有。

下课时各小组基本上匆匆完成了实验。教师简要点评大家的实验过程，最后布置作业（见下面三）。

三、实验讲义与作业（翻译稿）

滴定分析

提示：当你看到这个标题时，你应该问自己一个问题“为什么……？”

·目标

1.讨论滴定分析法的原理。

2.描述滴定分析法的操作步骤。

3.学会分辨滴定终点以及等当点。

4.学会辨认滴定分析法中所用到的装置。

·方法

1.开始实验前，请保持良好精神状态，遵照所有必需的安全措施。

2.在移取溶液前，请摇匀。

3.清洗移液管，并且在使用前用少量待装液进行润洗。

4.清洗锥形瓶，最后用蒸馏水或去离子水润洗，锥形瓶不需要烘干。

5.在读数时，精确读取凹液面最低处的刻度，用移液管移取一定体积的标准溶液至锥形瓶中，将移液管管口剩余液体转入锥形瓶中（接触锥形瓶）以保证量取体积的准确性，不要吹出移液管尖端残留的液体，记录移取的体积。

6.用少量蒸馏水冲洗锥形瓶内壁，记住，稀释锥形瓶中溶液并不影响测量的准确性。

7.加入2～3滴酸碱指示剂（如果需要），将锥形瓶置于白色瓷板或纸片上。

8.清洗滴定管，用少量待装液润洗。

9.将滴定管固定在铁架台上，确保滴定管呈竖直状态。

10.利用漏斗将待测液移入滴定管，确保滴定管下方尖嘴处无气泡。

11.平视滴定管，读取滴定管中凹液面最低处的读数，精确到小数点后两位，记录在实验本上，注意：读数不一定要从零点开始。

12.如果你惯用右手，请用左手捏住滴定管下端旋塞处，在滴定过程中用右手摇动锥形瓶。

13.将滴定管中溶液缓慢滴入锥形瓶中，进行一次粗略滴定，在滴定过程中摇动混合溶液，直到达到滴定终点。

14.同样读取滴定管凹液面最低处的读数，记录于实验本上。减去最初的读数，算出加入溶液的体积。粗略滴定的数据一般偏高。

15.重复步骤2～9，注意操作方法以及给出的提示。

16.如果滴定管内液体液面低于滴定管量程的一半，将液体重新加满滴定管，重新读数并精确到小数点后两位。

17.向锥形瓶中滴入标准溶液，持续摇动锥形瓶，进行一次精确滴定，直到你滴入的液体体积比粗略滴定时少约3mL。

18.继续滴加几滴标准液，每滴加1次后均摇动锥形瓶。当溶液颜色开始变化并需要较长时间才能恢复时，表明你接近滴定终点了，此时改为一段时间内滴1滴。

19.当溶液颜色不再变化时停止滴定。到达滴定终点。

20.精确读取凹液面的最低处溶液的体积，并精确到小数点后两位，将数据记录于表格中。

21.计算滴定时用去的溶液的体积。

22.重复精确的滴定操作直到你拥有三组一致的数据为止。一致的数据是指最大与最小的体积之间的差值在0.1mL以内。

23.计算三组一致的滴定数据的平均值，将此平均值作为你定量计算的“加入体积”。

24.写出配平的化学方程式。

25.从实验（或问题）中提取有关信息。

26.通过溶液的体积（V）和浓度（c），用n=cV计算反应物的物质的量（n）。

27.从配平的化学方程式中找出反应物之间的物质的量之比。

28.利用它们的物质的量之比计算未知反应物的物质的量。

29.通过未知反应物溶液的体积（V）以及计算所得未知反应物的物质的量（n），用c=n/V计算未知反应物的物质的量浓度（c）。

30.实验完成。

·其他资源

（提供关于以下内容的网站：移液管、滴定管、凹液面、滴定）

·典型问题——作业：

1.利用标准盐酸滴定未知浓度的氢氧化钠溶液来测定氢氧化钠溶液物质的量浓度。在滴定过程中会涉及以下步骤（没有按照正确的顺序）。

a.滴定管中装满标准溶液盐酸。

b.锥形瓶先用蒸馏水洗涤。

c.滴定管用标准酸液润洗。

d.将移液管中氢氧化钠溶液注入锥形瓶中。

e.读出滴定管中酸液液面的读数。

f.读出滴定管中酸液液面的读数。

g.用氢氧化钠溶液润洗移液管。

h.用盐酸滴定氢氧化钠溶液，直至达到滴定终点为止。

i.将酸碱指示剂加入氢氧化钠溶液中。

重复几次滴定操作并得到以下几组消耗盐酸的体积：

25.32mL、25.30mL、25.34mL、25.90mL、25.30mL

回答下列问题。

（1）“标准盐酸”中的“标准”表示什么意义？

（2）将上面列出的步骤按照正确的顺序排列。

（3）在进行一次精确滴定前会进行一次粗略滴定，解释何为粗略滴定。

（4）重复滴定操作直至得到一致的滴定数据，请解释何为“一致的”。

（5）上面哪组酸液体积的数据是最精确的？将它写下来。

2.有学生在滴定管中残留有少量水，用此滴定管进行已知浓度碱液滴定未知浓度酸液的实验并计算酸液的物质的量浓度，请问这一小部分水会给酸液浓度的计算造成影响吗？如果有影响，则造成什么影响呢？

3.用一个未知浓度的溶液滴定另外一个未知浓度的溶液并仍然能得到一个有意义的答案，这种可能性有吗？试解释之。

4.解释滴定过程中滴定终点和滴定等当点之间的区别。

5.通过用标准浓度氢氧化钠溶液滴定的方法来测定某白醋中醋酸的物质的量浓度，用移液管移取25.00mL白醋溶液于锥形瓶中，并滴加3滴酚酞作为酸碱指示剂。利用滴定管将0.995 mol/L氢氧化钠溶液缓慢滴加到锥形瓶中，

直到酸碱指示剂的颜色变为浅红色，并在半分钟内不褪色，消耗氢氧化钠溶液的体积为21.56mL。计算白醋中醋酸的浓度。已知两种溶液发生反应的化学方程式为CH3COOH（aq）+NaOH（aq）CH3COONa（aq）+H2O（l）。

6.在100mL水中溶解2.74 g分析纯氢氧化钡，并配成溶液。以酚酞为酸碱指示剂，滴定20mL该溶液，需要18.70mL盐酸才能将碱恰好完全中和。

a.写出配平的化学方程式。

b.计算氢氧化钡溶液的物质的量浓度。

c.计算用20mL移液管移取的溶液中氢氧化钡的物质的量。

d.计算滴定管中18.70mL盐酸所含氯化氢的物质的量。

e.计算盐酸的物质的量浓度。

【评析】

这是Trena Jolly女士于2012年11月在上海市第三女子中学校庆教学展示活动中与中国化学教师同课异构的一节课。

对学生实验，我国化学教师普遍认为学生首先应该理解实验原理，然后动手实验，最后通过对实验的讨论达成教学目标，因此学生实验第一课时的教学内容一般就是实验原理，中和滴定比较复杂、要求高，更是如此。可是Trena Jolly女士的“中和滴定”学生实验的第一课时的教学内容却是让学生动手做实验，她的教学设计意图是：在学生初步预习、完成实验，获得感性认识与初步体验后，再通过对实验问题的讨论来达成中和滴定的教学目标。仔细阅读她给学生的实验讲义和课后作业，大家不难看到，她给学生的实验讲义既有方法指导，又有心理引导；不仅有精心设计的层层递进的问题，而且提供相关网络资源。大家也一定能发现这节课的教学要求不低，但是学生已经亲自做过实验，在实验课上有了丰富的感性认识以及可贵的学习中和滴定的兴趣，他们解决这些问题的难度是否因此大大降低了呢？学习的深刻性是否大大增强了呢？这里有没有值得我们学习借鉴之处呢？

【案例3】

实验室制备乙烯中的几个问题讨论（教学过程）

教材：《化学　高中二年级第二学期（试用本）》第十一章第二节，上海科学技术出版社

设计者：上海市曹杨第二中学　方芳

（续表）

附：A组学生展示的PPT

图3-25　A组学生展示的PPT

【评析】

实验室制备乙烯的原理和方法是中学有机化学的重点学习内容之一。方芳老师设计的这节课是通过学生实验作业的交流展示、分享提炼来达成对学习内容的深化理解的。这个教学设计突出的亮点主要有：

（1）关注学生的发展，变革学生的学习活动方式。这个实验作业来源于课堂上制备乙烯的演示实验。由于实验中反应物的配比、反应条件以及催化剂的选择都属于经验性事实，教学中通常主要是由教师告知学生的，对实验现象的观察，教师也常常给予较多指向性引导（如观察溴水或酸性高锰酸钾溶液的变色），通常忽略反应混合物变黑等现象。学生在观察实验时一定会产生很多不解的疑团。方芳老师鼓励学生把疑问提出来，没有直接给出答案，而是帮助学生从诸多问题中梳理出三大问题：这些“不正常”实验现象的出现是不是因反应温度太高造成的呢？无水酒精和浓硫酸以怎样的体积比混合效果最好？为什么选用浓硫酸作催化剂和脱水剂？同时组成三个研究小组，向学生开放实验室，创造条件让他们在课余时间开展进一步的自主学习和实验探究，然后回到课堂，在师生共同备课的基础上，通过交流共享，指导全体学生获得自己想要知道问题的答案，在完成学习任务的同时锻炼学习能力，学习研究问题的方法，发展思维品质，体现“以学生发展为本”的教学理念。

（2）善于开发课程资源，发挥教学智慧。仔细阅读教学设计和三个学生小组的研究报告，不难看出这节课不仅承担提升学生对实验室乙烯制备过程理解的任务，而且承载深化学生对有机反应的复杂性，对氧化还原理论，对诸如浓硫酸、二氧化硫、溴水等重要物质的性质这些中学化学核心知识的理解之功能。从化学原理到实验设计，再到学习用实验手段研究化学问题的方法等，课的容量不小，对学生的知识与技能水平、学习与应用知识解决问题的能力要求颇高。

方芳老师善于开发和利用学生这一重要的课程资源，让他们走进实验室自己做、看、想和悟，回到课堂上进一步引发思维碰撞，课的开放程度很大。方老师又恰到好处地调控学生学习过程的设计——及时帮助学生小结、提炼，水到渠成，画龙点睛，将中学化学核心知识与技能的学习落到实处，寓“教”于“不教”“少教”之中，让富有生命活力的课堂精彩起来，以利教学目标的高效达成。

（3）创设和谐教学环境，诱发学生的创新潜能。无论是课余走进实验室还是课堂上的相互交流，学生都有充裕的活动时间和空间，有充分的发言和创新的机会；教师尊重学生的见解，循循善诱，师生双方始终相容相悦，这对培养学生的创新意识，诱发创新潜能十分有利。例如，为了减少副反应、提高乙烯的产量，某小组学生设计的实验方案为：将浓硫酸迅速加热至170℃，撤去热源，然后滴加适量无水酒精；他们选用中学实验中没有用过的三颈瓶和滴液漏斗，在令人满意的实验效果中闪现智慧的火花。

（4）以化学教学为载体，有效培养学生的科学素养。化学课堂作为科学教育的重要渠道，担负培养学生科学素养的重任。“实验室制备乙烯中的几个问题讨论”采用的是实验研究法。每个学生小组汇报都有“问题的提出”“实验设计（含实验设想、装置、药品）”“实验记录（含现象、数据、生成的新问题）”“实验结论”四个板块，并且都列出参考资料的来源，科学严谨。从课外到课内，学生小组的学习活动分工明确，参与积极，合作有成效。

在听课中笔者看到无论是汇报还是质疑、回答，学生思维敏捷、条理清晰、表达流畅。更可贵的是他们在课堂上相互交流、共同分享的过程中不仅对自己、对同学的习得进行多角度的科学评价，而且能自觉地欣赏他人，如有的说：“我觉得××同学的问题对我很有启发。”有的在回答同学的质疑后不忘说一声：“谢谢给我们提出问题。”还有的说出了自己发自内心的学习感受，这是从学习过程中收获的又一个可喜的成果。

学生的表现是教师在化学教学过程中长期潜移默化影响的结果，是教师注重以化学教学为载体培养学生的科学素养，敢于严格要求、规范训练的反映。

【注释】

[1][美]国家研究理事会.美国国家科学教育标准[M].戢守志，等，译.北京：科学技术文献出版社，1999.

[2]毕华林，黄婕，亓英丽.化学学习中“宏观—微观—符号”三重表征的研究[J].化学教育，2005，（5）：8.

[3]裴新宁.化学课程与教学论[M].杭州：浙江教育出版社，2003.

[4]刘知新.化学教学论（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5]王小潞，李恒威，唐孝威.语言思维与非语言思维[J].浙江大学学报（人文社会科学版），2006，36，（3）：29-36.

[6]毕华林.化学新教材开发与使用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[7]毕华林，亓英丽.高中化学新课程教学论[M].北京：高等教育出版社，2006.

[8]刘知新.化学教学论（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[9]毕华林，亓英丽.化学教学设计——任务、策略与实践[M].北京：北京师范大学出版社，2013.

[10]皮连生，刘杰.现代教学设计[M].北京：首都师范大学出版社，2005.

[11]张大钧.教育心理学[M].北京：人民教育出版社，1997.

[12]毕华林，亓英丽.化学教学设计——任务、策略与实践[M].北京：北京师范大学出版社，2013.

[13]毕华林，亓英丽.化学教学设计——任务、策略与实践[M].北京：北京师范大学出版社，2013.

[14]王磊.化学教学研究与案例[M].北京：高等教育出版社，2006.

[15]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[16]林崇德.中学生心理学[M].北京：北京出版社，1983.

[17]毕华林，亓英丽.化学教学设计——任务、策略与实践[M].北京：北京师范大学出版社，2013.

[18]宋心琦.课程标准高中化学（必修）元素化学教学之我见[J].化学教学，2012，（3）：3.

[19]黄梅，李远蓉，宋乃庆.化学教学策略论[M].北京：科学出版社，2013.

[20]刘知新.化学教学论（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[21]张大钧.教与学的策略[M].北京：人民教育出版社，2003.

[22]黄梅，李远蓉，宋乃庆.化学教学策略论[M].北京：科学出版社，2013.

[23]刘知新.化学教学论（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[24]梁慧姝，郑长龙.化学实验论[M].南宁：广西教育出版社，1996.

[25]郑长龙.中学化学课程与教学改革[M].长春：东北师范大学出版社，2001.

[26]刘知新.化学教学论（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[27]刘知新.化学教学论（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[28]梁慧姝，郑长龙.化学实验论[M].南宁：广西教育出版社，1996.

[29]梁慧姝，郑长龙.化学实验论[M].南宁：广西教育出版社，1996.