《化学定量实验》校本选修教材开发初探

摘要   在化学课程改革中，化学实验改革是化学课程教学改革的重要组成部分。本文对以化学定量实验教学为主题的校本课程的开发与实践进行了初步研究：确定了化学定量实验校本课程的课程目标、课程主要内容、教学组织方式以及适于本课程特点的考核评价方式，并在教学实践进行了相应的尝试。此外，对高二年级化学定量实验选修课结果进行了分析。
关键词   校本课程  化学定量实验

问题的提出
 化学是一门以实验为基础的自然科学，以实验为基础是中学化学教学的基本特征。定性实验是近代化学的基础，但是定性实验无法使学生受到全面的科学方法的训练。康德有一句名言：“在自然科学的各门分支中，只有那些能以数学表达的分支才是真正的科学。”从这个意义上讲，定量实验是对定性实验的扬弃，化学实验从定性走向定量是化学发展的必然。定量实验较定性的实验有更大的难度。纵观上海市中学化学实验课程的变化，定量分析实验加强了，这意味着对学生的逻辑思维能力、综合分析和推理能力、实验数据的处理能力的要求都提高了。而高中学生的思维往往偏向于理论化，例如一瓶盐酸溶液，如果标签上写0.1mol/L，则学生通常会认为一点儿不差的0.1mol/L，不知道0.1mol/L与0.1000mol/L有何区别，不知道化学实验数据能表现出实际测量的程序和精确程度，不同于简单在纸上进行计算。同时上海市高中化学课本中的定量实验数目不多，除配制一定体积、一定物质的量浓度的溶液外，主要的定量实验是中和滴定、硫酸铜晶体结晶水含量的测定以及气体摩尔体积的测定。
 我校是上海市首批示范学校。我校学生主要来自于上海市优秀学生群体，有特定的成长需求和认知规律。发展学生的个性特长，开发学生的潜能是我校校本课程的出发点，培养学生的创新精神和实践能力是我校校本课程的最终目的。本课程《化学定量实验》就是为了适应学生多样性、主体性、创造性、发展性的需要，通过开展各种综合实践活动使学生亲身实践，将学科知识、社会生活和学生经验有机结合起来，发展学生收集与处理信息的能力、综合运用知识解决问题的能力以及交流与合作的能力，帮助学生在学会科学知识的过程中培养科学精神，掌握科学方法，形成创新思维的习惯和正确的情感、态度、价值观。
2．实践研究
2．1确定课程目标
 通过定量化学实验选修课的学习，学生应该在以下方面得到发展：
2．1．1正确使用化学实验中的仪器和各种化学试剂，具有一定操作技能，具有收集和利用课内外化学资料的能力。发展语言表达与书面表达能力，学会使用实验报告或小论文方式将实验现象、数据以及分析结果正确表达出来。
 运用化学实验基本操作技能，使实验结果在该实验设备条件下达到相对准确，减少误差；对实验操作引起的误差或失败的原因作出客观的判断与合理的解释；能够将以上定量实验的思想与方法，适当迁移运用到某些类似的定量实验中去，解决一些原理和操作较简单的定量问题。
2．1．2学会常见的定量分析实验方法，宏观与微观相结合、定性与定量相结合等化学方法，学会化学探究的一般方法，在对化学现象观察的基础上，提出问题，作出假设、设计实验、独立或小组合作进行实验、收集、记录以及处理实验中的数据、获得结论，最后进行误差分析。发展合作与交流能力。
2．1．3通过实验获得相应的化学基本知识，学习在个人生活与社会生活中应用这些知识。乐于探索自然的奥秘，具有一定的探索精神和创新精神，关注化学的发展，关注与化学有关的社会问题，形成主动参与社会决策的意识，养成严谨、求实的科学态度。
2．2选择课程内容
 选择什么实验？所选择的实验目的是什么？每个实验要学习哪些的化学知识？训练学生掌握什么技能？这是研究的一个方面。课程内容应该符合基础性、发展性、适应性、均衡性、研究性、动态性等原则。
 鉴于此，笔者整理挑选了曾经做过的一些实验，并参考全国各地教材中的实验，按照实验内容、方法分类，从中挑选了一些实验作为定量化学实验选修课学习的基本实验。笔者选择的实验可以分为三类：
 基本方法和技能训练实验——可以促进学生了解定量化学实验的基本方法，对学生进行基本操作技能的训练。如阿附加德罗常数的测定，白醋中醋酸含量的测定等。
 探究类的实验——在初步掌握化学实验的基本方法、具备一定操作技能后，学生对一些化学问题进行探究，学习化学知识，了解化学研究的特点，如测定气体体积的探究，纯碱含量测定的探究。
 自选实验——自选实验有两种，一种由老师提供实验项目，学生可以根据自己的兴趣选择其中的实验。另一种为学生自己提出的实验项目。自选实验一般为周期较长、较大型的实验。学生进行自选实验，需要自己设计实验方案，独立进行研究。完成自选实验要涉及多种方法，所以这类实验有助于培养学生的综合能力。自主选题实验多为小组合作的实验。在实验中，小组成员需要相互配合，这类实验也有利于学生合作精神的培养。
2．3教学组织形式、教学方法和校本课程中师生的关系
    参加学习的学生认知水平、操作技能水平不同，以及所掌握是化学学知识也不同，因此，不同阶段课程需要采用了不同的教学组织形式和教学方法，课程中师生的作用也有所差异。
 整个学习可以分高二上和高二下两个阶段。
 高二上学期的学习主要是在教师具体指导下进行各种实验活动。刚进入高二的学生定量化学实验方法还不是很丰富，也不够系统，教师需要结合实验内容介绍相关知识，使学生在实验过程中不仅学习操作，而且也学习相应的知识。首先在老师的指导下，了解定量化学研究的基本方法，然后重点是系统地对学生进行基本技能的训练。根据训练目标，教师提供学生实验讲义，学生阅读实验讲义，进行讨论，理解实验目的和操作要求，独立或小组合作完成规定的实验。实验过程中，教师需要对操作有问题的学生进行个别指导，并要检查学生实验的结果。此外，教师也可以提出一些实验题目，让学生尝试自己设计实验过程并进行探究性实验。实验中，教师要提供相关化学资料供学生阅读，并组织学生一起讨论分析实验结果，以促进学生对实验目的和结果的理解。
    高二下学期的课程重点是学生以自主选题实验为主要学习内容。学生的学习主要是对自己的选择的课题独立进行实验研究。教师需要对学生进行选题指导，注意实验进展情况，发现问题，及时给予指导和帮助。同时，教师还应该注意指导学生学习查找资料，利用资料提供的信息，对自己实验中的现象分析讨论的方法。
2．4考核评价的方式
    如何对以实验为主要学习方式的课程学习进行评价？学习评价应该包含哪些内容？笔者对这一问题进行了初步的探讨。对学生学习的评价应是一个综合评价，评价应包括学生学习过程中在知识技能、过程方法以及情感态度方面的变化；评价方式、结果应该有利于促进学生的发展。不同阶段学生学习内容不同，考核评价的方式也应有所差异。
    对于学生在学习过程中所获得化学知识以及实验技能的考核，既要考察学生平时学习的情况，也要检测学习的最终结果。
    对于平时学习情况的检测，笔者是通过观察学生在实验过程中的表现并检查完成的实验报告。对考察中发现的问题，及时作出指导，促进学生的发展。
    课程学习的最后考核有两种方式。高二上学期，进行实验考核。实验考核了包含实验设计和实验操作以及对实验结果的处理。高二下学期，要求学生完成自选实验实验设计与实验报告。
 学生在参加本课程学习的过程中情感态度方面的变化，不能用直接考核进行评价。笔者认为以下几个因素能够作为评价学生的指标，包括：出勤情况，参与实验的情况，参与讨论的情况，在小组自选实验中的贡献大小等，这些指标可以在一定程度上反映出学生参加本课程学习的态度与情感。以上几个方面，除出勤情况是客观的，其余几项都无法定性测试，因此，除了对学生在上课时的行为观察记录外，笔者还使用了问卷对学生情况进行调查，根据学生对问卷的回答进行分析，来了解学生的变化。
课程实施结果
3．1选修课完成情况：
 化学定量实验选修课共做规定实验6个，上学期主要是在老师的指导下，完成阿伏加德罗常数的测定（用了不同方法，同时比较各种方法的优点和缺点），学习气体体积的测定方法，共同分析讨论常见方法可能出现的误差、误差的分析以及减小误差可以采取的方法，进行了纯碱含量测定的探究性实验、白醋中醋酸含量的测定等。下学期，一方面由老师提供实验项目，学生可以根据自己的兴趣选择其中的实验，另一种为学生自己提出的实验项目。比如食盐中碘含量的测定，水果中维生素C含量的测定等等。
3．2对参加选修课学生问卷调查结果
 回答调查问卷的学生有15人。问卷共有10 个问题，分三个部分。通过该问卷，希望了解学生参加该课程后的变化以及与选修课学习有关问题的想法。
  问题1：本学期你曾经做过什么实验？在你做过的实验中，你最喜欢、印象最深的实验是哪一个？为什么？
 问题2：通过你做过的实验，你学到哪些化学知识？你接触过哪些化学研究的方法？
 这是问卷的第一部分，对于教师指导下进行的学生实验，每个实验都有喜欢的同学。学生最喜欢的实验是“水果中维生素C含量的测定”，其次是“食盐中碘含量的测定”等。喜欢的原因是，这些实验不仅学习了化学分析的方法，有关的操作技能，主要与学生生活关系密切。从学生的喜好，可以看到学生对化学实验有不同的要求，希望学习不同的方法和技能，所以，教师必须考虑学生学习的需求，尽可能提供更多类型的实验进行操作。
    问题3：你的选题实验的题目是__________？在选题实验中,你的合作人是___________。在你们的实验中，使用了哪些研究方法？
 问题4：除选修课的上课时间外，你们的研究是否利用了业余时间？大概多少小时？
 问题5：为完成你们的实验和实验报告，你获得这些资料的方式是什么？你是否查阅了参考书籍和有关文献或其他资料？除了你的老师外，你是否还请教过其他人或与其他人进行过讨论？如有关的专家、家长、其他学科的老师、同学、朋友。
 问题6：简述你们完成你们的实验报告过程。谁是执笔人？你对你们的实验报告做出了什么贡献？对报告的结论是否有不同的意见？对于有分歧的问题，你们是怎样解决的？
    问题7：在实验中，你曾经遇到过什么使你高兴或兴奋的事情？你们是否遇到困难或者迷惑不解的问题？你们是怎样解决的？
 这是问卷的第二部分，学生自选实验的完成情况。选题后，同学或多或少都增加了实验的时间。实验占用的娱乐、休息或者学习的时间，学生没有抱怨，表现出较高的积极性。
 因为本课程的目的不仅要培养学生动手操作进行定量化学分析的技能，也帮助学生获得一定的与科学研究有关的能力，如对课题研究有关资料的收集、处理，利用一定的理论对实验中的现象进行分析等等，因此设计了问题5。学生对于资料获得途径是这样的，很多学生是通过上网查询资料，部分学生只是读了老师提供的与选题有关的书籍，有少量学生向与本课程无关的人请教交流过。交流对象一般是本校老师和同学。个别同学曾经请请教过家长。
 被测同学都认为自己很好的与小组同学合作。
 从对学生进行实验的过程观察和对学生实验记录分析来看，在实验中，一些同学表现的不是很主动，对他人有较大的依赖性。
 问题8：参加化学定量选修课的学习，对你化学学习是否有影响？如果有机会，你是否愿意继续本课程的学习？为什么？
 问题9：如果你继续参加本课程的学习，你想做什么实验或你想研究什么问题？
 问题10、对于化学定量实验选修课的内容、学习方式、考评方式等方面，有什么建议和意见，欢迎各位同学提出来，促进我们改进这一课程。
 问卷的最后部分，学生学完本课程后，学生对该课程看法。除了2人没有回答外，其他同学都表示要继续进行本课程的学习。原因主要有：能够学到必修课学不到的东西，动手机会多，如果继续参加本课程的学习，很多学生提到要进行水质分析的研究、果汁中Vc含量比较的研究、有关酸雨的研究、电池的研究等等社会生活方方面面的问题。
4．结论与问题
4．1结论
 通过对本课程有关问题的实践研究，笔者认为：
4．1．1为适应目前教育改革的需要，适应培养人才的需要，以学校为基础开发适于本校特点的校本课程是必要的，也是可行的。开发校本课程可以充分利用学校以及社区教育资源，有助于学校的发展和学生个性的培养。
4．1．2对于老师本人，熟悉自己任教学科的知识、技能体系，了解学生学习自己所教学科的情况，具有一定的学科教学经验，参与开发的课程容易为学生接受，能够适应学生的发展，也有助于教师水平的提高，有助于从经验型教师向专家型教师转变。
4．1．3．学生需要这种能满足学生差异的课程，体现了教育的差异性。学生参加他们有兴趣的化学探究活动，学习化学知识，掌握一定的定量分析方法，树立了正确的实验观念，也为部分学生今后大学化学的学习和工作进行了必要的铺垫。
4．2问题
    对这一课程的研究仍处于起始阶段，课程实验过程中出现许多问题需要继续研究，使这一课程不断完善。
4．2．1在安排学生实验内容时，会出现学生还不具备相应化学知识的问题。选修课由于课时少（每周只有一节课），不可能用大量时间去介绍相关知识。这样进行实验会直接影响学生对实验现象以及结果的分析，也会影响所设计的实验目标的实现，降低了课程的时效。
4．2．2在课程内容上，重点是选择了传统的定量实验分析方法，关于数字化实验系统与定量化学实验的研究，只是做了粗略的介绍，并没有深入的研究。这也是笔者今后努力的方向。
4．2．3怎样更具体细致地指导学生进行选题实验，也是应该加强研究的问题。参与定量化学选修课学习的学生具有广泛的兴趣，所以选题可能涉及化学的方方面面，有时候对每个实验项目指导具有困难。需要投入更多的精力和时间，这与教师的主要教学工作存在矛盾。
4．2．4目前使用的评价方式人为干扰过多，只能定性，无法定量，操作复杂，必须寻找更为合理有效简洁的评价方法。
4．2．5学校对校本课程的教学计划的完成重视程度不够，要求也不高。选修课程往往由任课教师自己管理，自我检查。学校经常会因为某些活动影响校本课程的正常上课，使教学计划不断调整，甚至不能完成。
    此外，对于课程内容的安排、教学方法，也需要继续完善，以保证课程的目标的实现。

主要参考文献
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