中学化学新课程教科书新增实验内容选材述评

摘要：在目前已有不同版本化学教科书的情况下，如何理解新增实验的设计意图，发挥新增实验的功能是一个亟待解决的问题。新增实验反映了教科书编研者如下选材取向：实验综合化与多元化；突出实验改进与创新；呈现方式的探究性；内容生活化与趣味化；实验仪器与设施的现代化；实验安全与绿色化；实验微型化与简约化等。提高化学实验编选的科学化水平，还需要做一些扎实的实验科学研究。

关键词：新课程教科书；新增实验；内容选材

21世纪我国的中学化学学科教育既要适应社会发展对科学技术的需要，又要适应中学生个性发展需要。化学课程要面向全体学生，努力满足学生的求知欲望，丰富他们的精神生活。所以化学学科教育必须要突破自身体系的封闭性和教学时间及教学空间的封闭性，其中化学实验作为化学教学改革中最为活跃的一个因素，也必然要有新的发展和创新。

我国传统的中学化学实验的选题服从于学科中心的化学课程。故实验的选择明显地具有专业化的倾向，它容易割裂化学学科跟其他学科之间的关联性和综合性。因此不易适应学科知识的综合、交叉和渗透的趋势，也难以使学生认识化学与社会、化学与技术发展的关系。近年来，国外的STS教育对我国中学化学教学已产生了广泛的影响，一些版本教科书的实验选题已融合了部分问题中心的模式，化学实验的选题不再是静态的学科知识的介绍和验证，实验将渗透社会关注的一些热点问题和技术教育，使学生体验技术在科学与社会之间的桥梁作用，认识化学与技术、与社会的交互影响。显然这类实验具有综合性、现实性和动态性的特征。目前我国新编教科书中，这类实验已被选用，并有进一步增加的趋势。例如：香烟的毒性检验，粉尘爆炸实验，碘盐中碘的测定，蛋白质酶除血迹、汗迹等。我国现行新课程教科书的实验内容已经发生了一些变化，甚至是质的飞跃。

［案例1］粉尘爆炸实验。［1］（诠释易燃物和易爆物的安全知识）

如图1（Ⅰ）所示，剪去空金属罐和小塑料瓶的上部，并在金属罐和小塑料瓶的底侧各打一

图1 粉尘爆炸实验

个比橡皮管外径略小的小孔。连接好装置，在小塑料瓶中放入面粉，点燃蜡烛，用塑料盖盖住罐（如图1（Ⅱ）所示）。从橡皮管一端鼓入大量的空气（人距离该装置远一些），使面粉充满罐，观察现象并分析原因。

［创新意图］

1．本实验通过“面粉与空气在‘火星’条件下能否发生爆炸”的问题探究，学生得出：除可燃性气体能发生爆炸外，面粉、煤粉等粉尘也能发生爆炸的结论，从而更好地理解油库、面粉加工厂、纺织厂和煤矿的矿井内，都标有“严禁烟火”字样或图标的原因。因为这些地方的空气中常混有可燃性的气体或粉尘，它们接触到明火，就有发生爆炸的危险。

2．上述实验内容贴近社会生活实际，实验具有开放性特征，能增强学生探究化学问题的意识，学会探究问题的方法，这有利于学生的实践能力和创造能力的培养，也有利于激发学生的求知欲。充分体现了融合学科中心和问题中心教材的各自优势来选择、设计实验内容的特色。

二、实验内容选材凸显改进与创新取向

对化学实验的选材而言，只有经过广泛而具体的改进与创新，才能使我们实验教学更好、更切实际地实施素质教育。新课程教科书在旧版教材基础上重新设计一些旧版教材上没有的而又有助于学生理解知识难点、融入科学方法教育，且又与社会、生活实际联系比较紧密的实验。一些构思巧妙、效果较好、方法科学的研究成果被教科书采用，极大地提高了学科的教学效果。

化学实验的改进与创新，可以是对实验装置、实验方案的改进与创新，还可以是对实验原理、实验手段的改进与创新，以达到提高实验效果、突破知识难点、体现安全环保功能等效果。从心理学方面分析，这些鲜活的实验所产生的各种现象和问题很容易使学生的大脑思维紧张地活动起来，产生各种想象、假设和推理。这就有利于教师有选择地给予积极正确的指导，帮助学生完成创造性思维的全过程。使学生在学习化学知识、操作化学实验的过程中，创造能力和逻辑思维能力得到锻炼和培养。

［案例2］合成氨的反应原理。［2］

在一干燥的硬质试管中放入适量铁丝绒，按图2连接好实验装置。加热试管中的铁丝绒至红热后，用注射器抽取20 mL干燥氮气和60 mL 干燥氢气，将混合气体通入试管，并用湿润的pH试纸置于导管出口处，观察试纸的变化。

图2 合成氨的实验装置

［创新意图］

1．中学化学的演示实验通常无法选用高压条件，而合成氨反应在常压下即使选用最好的催化剂，在500 ℃温度下，其达到平衡时氨的产率也仅为0.1%，所以中学化学教科书一般不会安排合成氨的实验，而人教版教科书之所以设计、编排了该演示实验，其用意显然也是为了向学生介绍化学领域中的一些特殊而精彩的科学方法、科学思想，这些科学思想和方法是人类社会不可多得的智慧结晶。另外，合成氨演示实验本身在设计和教学中也能闪耀出科学思想和方法的火花。

2．在克服非高压条件对实验造成的困难方面，该演示实验使学生进一步认识到，一个化学反应如合成氨，由于实验和生产的目的、条件等不同，其实验的设计方法也会有差异，因此在解决许多化学实验的疑难问题时，我们应该因地制宜地、科学地选择适当的方法。使学生进一步认识到科学精神、态度和方法的重要意义。

图3 氮气与氧气

放电反应装置

［案例3］探究（模拟）闪电时氮气与氧气的反应。［3］

在一个塑料矿泉水瓶距瓶底5 cm处，对称地钻两个小孔，然后放在感应圈上，将感应圈的两根极针通过小孔插入瓶中，使两根极针成一条直线，且针尖之间相距0.5 cm（如图3），接通电源，观察实验现象。待矿泉水瓶中产生红棕色气体后，加入蒸馏水，振荡，用蓝色石蕊试纸检测瓶中溶液的酸碱性。

用简洁的语言描述实验现象 。

［创新意图］

1．该案例把当今社会生活中与化学有关的环境、资源等问题设计成以问题形式展开活动的实验课题。在实验室条件下“模拟闪电时氮气与氧气的反应”实验是一个独特而新颖的构思，设计上具有独创性。实验中，教师通过鼓励学生注意实验操作技巧的学习和实验步骤合理巧妙地设置、编排；引导学生进行实验观察，并提出一些富有启发性的实验问题，启发和组织对关键问题的探讨，从中培养学生的逻辑思维能力，养成实事求是的科学态度。

2．该实验突破原有的单科性、学术性为主的实验题材，具有综合性、社会性、实践性，在跨学科综合实验设计上有所突破。在研究型实验中，除了培养学生创造性学习能力外，还能发展学生探究化学问题的能力，学会用创新实验探究化学问题的方法。

三、实验内容选材呈现方式的探究性

我国传统的中学化学实验有两大特点，其一，实验教学形式是以演示实验为主；其二，实验教学模式是以验证性教学为主。验证性实验的教学模式是按“问题→原理→结论→实验证明”的程序教学的。这种模式简明、清晰，有利于学生对相关结论的认可、强化理解和记忆，也有利于教师对整个教学过程的控制，其教学步骤的设计和实施可以做到丝毫不差，教师可以充分把握教学的时间和进程。探究性实验的教学模式通常按“实验→问题→讨论→结论”或“问题→讨论→实验→结论”的程序进行教学。采用探究性实验教学模式，更能促使学生自主地发现问题，设计实验，观察实验，用学过的知识来解决问题或发现新的规律等，同时也更能激发学习的动机。所以把验证性实验变为探究性实验，对发展学生的多种能力具有重要的意义。

［案例4］实验探究：氯气能与水反应吗？［4］

预测与假设：

实验设计（经教师认可后实施）。

试剂和仪器：

（供参考：氯水，镁条，石蕊溶液，AgNO3溶液，红纸条，试管，胶头滴管，砂纸）

实验记录：

实验内容 实验现象 结论

实验内容

实验现象

结论

［创新意图］

本实验在传统验证性实验的基础上，通过调整实验的时序，把验证性实验转变为探究性实验，这是一种教学观念的转变。本案例探究方式为：先提出问题，再带着问题引导、组织学生探讨(猜测)，然后根据在探讨中产生的一些问题设计出实验，并通过实验给出最客观的答案。无疑，这类实验的探究过程正是学生自主学习的过程，在解决与实验相关的一个个问题的同时，学生在科学知识、科学方法、科学态度等各方面都获得了长进。探究性实验的选题应该是丰富多样的，其实验涉及知识的综合性、社会性、实践性，这将极有利于推进对素质教育的教学模式及新课程理念的研究和学习。

四、实验内容选材生活化与趣味化

中学化学实验的生活化与趣味性也是我国实验教学发展的趋势之一。过去我们在强调化学学科知识的科学性和严谨性时，往往把实验设计得非常“严肃”“规范”，实验装置必须选用化学仪器、器皿来装配，瓶瓶罐罐的实验被视为不正式、不科学。实验试剂必须用化学试剂，如果使用日常用品或食品等物质作为试剂则被视作小儿游戏，如酸碱指示剂只能用酚酞、石蕊试剂，而不可用咖喱粉、植物花朵、紫色卷心菜汁等。这导致过去的化学实验相对显得较抽象而枯燥乏味。然而，在国外，有些化学教师做化学实验就显得较轻松、随意，仪器、试剂有时似乎是信手拈来，许多药品能从家庭、食品店、药店等获得。目前我国不少教师在进行化学实验时也刻意地使实验及其现象尽可能新奇、鲜明，以便提高实验的趣味性。许多趣味性很强的实验，如自制褪色灵、自制保暖袋、化学密信、苹果电池、化学振荡实验、碘时钟反应、蓝瓶子实验、滴水生烟、滴水起火、会自燃的金属、用化学方法制作小工艺品和学习用品等，已成为当今中学化学教科书中的重要题材。无论从心理学的角度还是教育学的角度来看，教学的趣味性会转化为学生的学习动力，所以它是今后化学实验题材应该重视的一个因素。

［案例5］动手实践：水果电池。［5］家庭小实验：番茄电池。［6］

番茄汁显酸性，当在番茄里平行地插入铜片和锌片时，形成原电池。实验步骤为：取2个半熟的番茄，相隔一定距离，分别平行插入铜片和锌片。按图4所示，用导线将铜片与锌片及电流计相连，观察现象。

图4 番茄电池

［创新意图］

1．该案例告诉我们，学生也是实验题材的开发者，或者也可以说学生也是重要的实验教学资源。这些身边的实验内容让学生切身体会到化学就在身边，激发了他们强烈的好奇心和求知欲，感受化学在日常生活和社会各方面的应用。

2．充分利用日常生活周围环境中的材料和废弃物，代替实验仪器和药品。一方面可以解决实验仪器药品短缺，实验经费不足的问题；另一方面还可以丰富实验资源，养成学生节约资源和废物利用习惯，强化环境保护意识，提高学生的动手能力和创新意识。

五、实验仪器与设施的现代化

随着我国经济、技术的飞速发展，各种先进的实验装备、设施将会越来越多地在化学实验及其教学中得到应用，这无疑也是中学化学实验的又一个必然趋势。随着选修模块课程的开设，一些实验题材涉及精密电子天平、数字式测温仪、数字式pH计、导电仪、红外光谱仪、紫外和可见光谱仪、气相色谱分析仪、质谱分析仪、溶解氧测定仪、COD测定仪等多种现代化、高性能的实验设备。再者，多媒体教育手段的发展也为化学实验教学提供了日益现代化的外部条件。另外，耐高温的玻璃材料、耐强腐蚀的高分子材料、多功能的复合材料等在中学化学实验教学中也将会获得更多应用。

这些现代化实验仪器的使用，使实验操作省时省力，实验数据得到及时处理，实验结果形象直观，实验信息充分共享，使实验教学活动更具有研究性、更联系实际，从而拓宽了化学实验的选材范围。

［案例6］燃料电池制作实验。［3］

以小组为单位，制订实验方案，在教师指导下完成燃料电池制作实验。

图5 燃料电池实验装置

（1）参照图5组装实验装置（多孔碳棒电极由实验室提供，将碳电极放在高温火焰上灼烧到红热，迅速浸入冷水中，使它的表面变得粗糙多孔即可）。电解质溶液用0.5 mol·L-1Na2SO4溶液，电源用3 V～6 V直流电源，发光二极管起辉电压为1.7 V，电流为0.6 mA。

（2）按下开关S1，接通电源，电解约半分钟，碳棒上产生明显的气泡。

（3）断开开关S1，按下开关S2，接通二极管，观察并记录实验现象。

。

［创新意图］

燃料电池是一种不同于一次电池和二次电池的新型电池。本实验证明氢气跟氧气起反应时其化学能可以直接转变为电能，而实验所需的氢、氧气体可通过电解水得到，这又是电能转变为化学能的过程。本实验构思巧妙、技术先进、方法科学，学生通过实验能了解化学电源前沿科学知识。

六、实验内容选材安全与绿色化

我国的化学实验教学历来都强调要保障实验的安全，安全是教学实验必备的一个条件，但过去对化学实验的不安全因素主要考虑为爆炸、起燃、强腐蚀、强毒性等，这些问题在今后当然仍应该重视。而现在，人类对环境保护日益重视，化学实验产生有害环境的废气、废液和废渣等也被视为实验的不安全因素，因为其结果同样会影响到师生的健康，而且这种危害还具有广泛性和持久性。对此，我国目前大部分新课程教科书对那些会产生CO、H2S、SO2、Cl2、HCl、NOx等有害尾气的实验都增添了尾气的收集或处理装置，使实验显得更为安全、卫生。新教科书增加的一些实验有的自始至终都在封闭条件下进行，或者充分考虑了吸收有毒物质的环节，有利于环境保护，符合绿色化学的要求。

［案例7］铜与浓硫酸反应。［7］

按图6装置，在a试管中放入一小块铜片，加入5 mL浓硫酸，b试管里盛有0.1%的品红溶液，c试管里盛有氢氧化钠溶液，给a试管微微加热。反应后，把a试管里的溶液倒入盛有少量水的另一个试管中。

图6 铜与浓硫酸反应装置

记录观察到的现象 ： ；

用化学方程式表示上述反应：。

［创新意图］

1．该实验将浓硫酸的氧化性和二氧化硫的检验、二氧化硫尾气处理集于一体，较好地对有毒气体进行符合环保要求的处理，有利于在化学实验中树立环境保护意识。

2．为了把化学实验所产生的污染程度降到最低限度，下列措施应在教科书与实验操作中予以采纳。

（1）化学实验密闭化。反应产生的气体、液体和固体都予以收集和处理，避免敞开操作，防止反应物质逸失到周围环境中。

（2）在无法密闭操作时，要加强吸收、通风或其他防护措施。

（3）加强反应物质的回收利用和消害处理，建立责任制度。

（4）在设计实验方案时，要尽量避免使用和生成毒性较大以及容易形成污染的物质，尽量选择污染少的实验方法和实验装置，在无法避免使用或者产生有害物质和污染的情况下，实验方案必须包括有效的防护和消害处理措施。

七、实验内容选材微型化与简约化

微型实验就是用小型的仪器、装置和极少量的试剂进行的一类化学实验。从目前资料来看，微型实验的仪器装置一般比常用的要缩小十倍至几十倍，所用试剂的量也为常规实验的几十分之一到千分之一。微型实验的优点首先是可减少污染，起到保护环境的作用；其次在中学化学实验中推行微型实验可省钱、省时、省力；此外，微型实验还能养成学生严谨的工作习惯和操作技能，能在相同条件下增加实验的数量，能提倡勤俭节约、艰苦奋斗的精神。

中学化学实验中总有一部分操作要求、反应条件都较高而成功率又相对较低的所谓疑难实验。为对付这些疑难实验，教师必须花费较多的时间、精力进行探索和操作训练。所谓简约化实验就是指由专门工厂经过精心设计、组合加工的实验仪器，其中盛有相应的药品，是围绕某个特定的目的所设计的单元实验。它装置简单、操作简便、使用安全、现象明显、结论明确，这种实验节约药品、节约师生的时间、成功率高、一次性使用且不产生污染。

微型实验和简约化实验也都有一定的负面影响，它们无法取代中学化学中所有的教学实验，但这类实验具有高效、方便、环保、便宜等长处，在新教科书的实验选材中无疑应有它们的一席之地。

［案例8］碘的升华；［7］使用水质速测试纸盒作水质测定。［8］

图7 碘的升华图 图8 水质速测试纸盒

实验活动：使用水质速测试纸盒作水质测定。

实验目的： 。

实验用品：工业废水试样或天然水试样、水质速测试纸盒中各种测定试纸及对应的标准色阶、醋酸钠晶体、酒石酸晶体、其他测定用的外加试剂、水样取水器等。

实验过程、实验记录、测定报告（略）。

［创新意图］

1．用封闭的盛少量碘晶体容器代替传统碘升华的实验，具有省钱、省时、省力、环保和反复循环使用的优点。从发展的角度看，中学化学实验教学形式的多元化，实验的安全化等趋势也促进了微型实验的发展。将来一些由学生动手操作的化学活动课实验、第二课堂实验、家庭小实验等为化学微型实验的推广开辟了新的天地。

2．水质的全面检测需要一定的仪器设备，手续比较繁复。国内外环保部门相继开发水质分析试纸，用于水质的简易测定。用水质速测试纸盒中各种测定试纸及对应的标准色阶可以测定工业废水或天然水的pH、Cl-、总Fe、总Cu、总硬度、Pb、Cr（Ⅵ）、、、氨氮十项指标。简约化实验的开发，既能把中学实验题材拓展到现代科技前沿领域，又能把师生从繁重的实验准备和预练中解放出来，把精力更集中地用于教学和探究活动上。

尽管新课程教科书实验内容改革的步伐已经启动，一些传统的经典的实验内容、方法和手段正在被更为科学、更为先进而高效的内容、方法和手段所替代，但其创新程度和科学水平总的看来仍不够高，在研究的方法、观念、角度等方面还存在一定的问题。首先，不同版本教科书实验内容和方法趋同现象普遍，真正反映各种版本不同设计思路的创新实验题材有限；其次，一些构思巧妙、方法科学、效果较好的实验研究成果被教科书选用的极少，例如，由京、津、沪、渝、川、辽等省市组建的中学化学实验研讨会，自1986年起至今已产生了几百项实验研究成果，包括实验仪器的创新和改进、化学实验的设计和研究，以及中学化学活动课实验的探索研究等等，其成果真正转化为教科书内容的很少；最后，反映实验选题的多元化与综合化的实验比例偏少，实验仪器现代化、学生实验微型化、简约化实验在新教科书中尚未形成系统的实验体系；实验内容如何实现质和量的双重提升，怎样具备激发学生学习化学兴趣、学习实验的技能和科学方法、培养学生解决问题的能力、培养学生的科学品质和科学思想等多种教学功能等，都有待修订时进一步提高编选的科学水平，这需要我们做一些扎实的实验科学研究。

［1］课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）［Z］.北京：人民教育出版社，2001.128.

［2］ 课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书·化学（选修2化学与技术）［Z］.北京：人民教育出版社，2005.11.

［3］王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学［Z］.南京：江苏教育出版社，2004.

［4］北京师范大学国家基础教育实验教材总编委会.普通高中课程标准实验教科书·化学（必修1）［Z］.济南：山东科学技术出版社，2004.14.

［5］北京师范大学国家基础教育实验教材总编委会.普通高中课程标准实验教科书·化学（必修2）［Z］.济南：山东科学技术出版社，2004.55.

［6］上海中小学课程教材改革委员会.高级中学课本·化学（高中一年级第二学期）［Z］.上海：上海科学技术出版社，2003.71.

［7］上海中小学课程教材改革委员会.高级中学课本·化学（高中一年级第一学期）［Z］.上海：上海科学技术出版社，2003.91-92，44.

［8］上海中小学课程教材改革委员会.高级中学课本·化学（高中二年级第二学期）［Z］.上海：上海科学技术出版社，2003.69-70.