论化学开放实验

第28卷第1期　2009年1月
实验室研究与探索
R ESEARCH AND EXPLORATI ON I N L ABORAT OR Y
Vol .28No .1　Jan .2009　
论化学开放实验
马志成
(温州大学化学与材料工程学院,浙江温州325027)
摘　要:开放实验是提高学生综合素质的新型实验教学方法。

化学教学法开放实验有利于培养学生团结合作精神和综合实践能力,发展学生个性特长以及训练科学研究方法,为基础教育化学学科以及其它
学科教学改革和发展提供了借鉴。

关键词:化学教学法;开放实验;综合素质
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1006-7167(2009)01-0113-05
O n Chem istry O pen Expe ri m ent
MA Zh i 2cheng
(College of Che m istry &Materia l Science,W enzhou University,W enzhou 325027,China )
Abstrac t:Open ex peri ment is a ne w expe ri mental teachingm ethod that r aise s the co mp rehensive cha r acter of students .The che m istr y teaching m ethod open experi ment is of benefit t o cultiva ting the students ’solidarity and cooperant spirit and comp r ehensive p rac tical abilities and develop ing the students ’individual character and fea tur e s .I t pr ovide s r efer 2ence f or the teaching ref or m and devel opm ent of founda tion educa tiona l che m istry course and othe r courses .Key wor ds:che m istry teaching m ethod;open expe ri m ent;comprehensive charac ter
CL C n um ber :G642.423 Docum en t code:A A r t i c le I D :1006-7167(2009)01-0113-05
收稿日期:2008-01-22　修改日期:2008-08-21
基金项目:温州大学开放实验研究项目“中学化学实验绿色化设计
与探究”(62233)
作者简介马志成(5)男,河南潢川人,教授,硕士,硕士生导师,主要从事化学科学课程教学论教学与研究。

T 5253363;
2z z @631　引　言
化学是一门以实验为基础的学科,化学实验是化学教学的有机组成部分,是学生获取知识和形成能力的重要内容和手段,化学教学法开放实验是提高教师教育学生的化学教师技能的最有效补充。

正如著名化学家戴帮先生指出:“实验室是培养全面化学人才最好的场所”。

化学课堂教学中几乎所有的知识及其内在联系都与化学实验密不可分,都要经过化学实验来说明和验证。

在实验中,学生手、眼、脑并用,使大量难以理解只能死记硬背的化学概念、定律、反应现象生动、栩栩如生,感性知识深深植入学生的脑海之中。

学生在对多姿多彩、变化万千的化学反应的探索中提高
了兴趣,开发了智力,增长了知识,发展了个性。

实施开放实验教学活动,为学生营造更广阔地接触社会生
活实际空间,给他们创造更多动手操作和观察实验机会,以获得内容更丰富、体验更深刻的化学事实,激发自主地学习探究科学奥秘的兴趣和动机,训练自我获取知识和科学实验研究方法,培养学生独立实践能力和化学教师职业技能。

化学开放实验使理论与实践有机结合和深化,使学生的科学态度、动手能力和综合素质得到了培养和提高。

2　开放实验的内涵和意义
“开放实验”源于20世纪60年代初期美国的物理实验教学改革,又称“自由实验”、“可扩展实验”、“开放式实验”等。

1979年我国高校实验教学改革中首次提出开展“开放实验”的倡议。

所谓开放实验,最简单的理解就是将实验室全天开放,学生根据自己的情况选择时间去进行不同的实验。

比如:课程计划以外的实验、学生自己设计的实验或科技制作等,实验室免费提供实验设备和仪器药品并提供实验指导。

从教的角度讲,开放实验是一种新的实验教学模式,即教师
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根据教学情况,拟就若干个实验题目,由学生选取后自行查阅文献、自行拟就实验方案、自行写好实验预习报告、按需要预先约定使用实验室,最后独立完成实验。

在这种新的实验教学模式中教师的作用主要是提供必要的理论引导和实验指导。

从学习的角度讲,开放实验是创设一种开放的、自主的学习环境。

良好的开放式教学环境和条件,有利于学生的学习积极性和学习潜力的充分发挥,有利于创新人才的早期发现和快速成长,有利于学生自主学习和人才的个性化发展。

从管理的角度讲,开放实验对实验教学管理提出了新的要求,甚至可以说是一种新的挑战,需要树立新的管理理念,寻求全新的管理方法,形成新的管理模式,使开放实验既能保持一定的弹性和灵活度又能有序进行。

开放实验教学是现代开放性教育的重要组成部分,它是针对传统实验教学“课堂中心、书本中心、教师中心”的封闭性,不利于培养学生创造力的弊端提出来的,是一种以教师提出实验目标或创设问题情境,诱导学生自主地学习和探究,设计实验方案,自己动手实验,体验知识形成,启迪思维,激发兴趣,开发智力,发展能力的教学活动。

其指导思想是让学生真正成为既是学习的主体,又是教学的主体,掌握获得知识能力的主动权,做学习与实验整个教学过程的主人。

(1)有利于培养学生运用知识能力。

开放实验教学将书本中的理论有机地溶入具体的实践,加上教师恰到好处地示教和必要的指导,学生亲自动手,仔细观察与操作,在趣味无穷的氛围里畅游科技知识技术的海洋。

本次组织参加课外开放实验的主要大二、大三学生,在实验项目论证、实验方案设计、技术手段选择、实验现象分析、数据收集处理及研究论文撰写与多媒体汇报过程中,他们接触和遇到了一些没有做过的实验项目,即使有些做过也可能没有进行综合应用研究。

因此,要求学生与教师讨论,启发学生创新设计,鞭策学生查阅文献资料,自学相关专业知识。

通过这样的综合研究训练,学生对化学教学法实验有了更深入的理解和掌握,学生综合运用化学知识分析实际问题和解决实际问题的能力有了较大的提高。

(2)有助于提高学生的综合能力。

开放实验教学是学生掌握知识和技术,培养和提高动手能力、分析问题、解决问题的能力,养成良好的科研品德和作风的主要场所。

开放实验项目是通过一定的程序按规范产生的,在实验选题和实验教学方面,充分考虑了目前化学教学法实验教学改革的成果,改变了过去实验教学是“验证理论,培养学生的动手能力”的目标,重视对学生思维能力和初步的科研能力,创新能力的培养。

开放实验不再停留在观察性、操作性和分析性实验上,重点转向设计性、多面性和研究性的系统化实验。

因此,开放实验更有助于激发学生的学习兴趣,更有助于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

(3)有利于创新型人才培养。

加强大学生社会实践能力培养是目前高校实施质量工程的目标之一。

开放实验教学为一大批品学兼优的学生提供了展示他们才华的场所和发挥特长的园地。

学生可根据自己的兴趣爱好和特长,利用课余时间在实验室内进行有益的研究与探索,开展丰富多彩的各种科技创新项目研究,如小制作、小实验、小改进等科研活动。

使学生不仅获取新知识,更重要的是发展智力、智能,学到获取知识的能力和研究方法;培养学生大胆创新、积极思维、不怕失败、勇于夺魁的精神;锻炼学生的观察问题、分析问题、解决问题的能力;提高学生创造思维能力、数据处理能力、独立思考能力、动手能力和劳动技能,为中学化学教学改革培养了创新型师资。

(4)有利于培养学生的团结协作精神。

现代大学生多数来自独生子女家庭,集体观念和群体意识较为淡薄。

开放实验教学让他们处于一个个性发展和自我展示的宽松环境里。

有些综合型、设计型题目涉及的内容比较多,牵涉的知识面较广,因此需要由几个学生共同完成实验课题,几个教师协同指导,这对提高学生的合作意识,培养学生的协作精神是非常重要的。

学生和教师的关系变得更加密切,教师不仅指导学生,而且也从学生中获得了新的思想和动力,真正体现了教书育人,教学相长。

(5)有利于提高实验仪器设备的利用率。

学校加大投入,购置教学、科研设备,使实验教学环境有了较大的改善,如何提高这些仪器设备的利用率,进行开放实验教学对教师和实验室提出更高的要求,同时也会进一步地使实验仪器和器材的利用率得到提高。

演示实验和学生实验随着开放实验教学已没有了界限,根据教师教育培养目标和教学法实验的具体要求和教学进度,学生可以选择开放实验,教师也能将开放实验有机地渗透到专业教学的各个领域。

开放实验教学,不仅能够调动教师和实验技术人员的积极性,还可以调动学生的积极性。

实验室的工作也由被动转变成主动地为教学工作和大学生素质拓展活动服务,提高了各种实验仪器和器材的使用率。

3　化学开放实验的基本原则
(1)先进性原则。

开放实验的内容必需符合科学性及可行性,且有一定的趣味性、新颖性、先进性、实践性和创造性。

尤其要注意有利于开发智力,培养创造能力和创新精神的科学活动。

其内容要与化学教学法教材同步或稍超前或相关,即运用现有的知识或稍加学习就能解决的实验,并且与生产、生活和和先进的科学技术知识紧密结合,这样有利于训练学生的观察能力、实验能力、思维能力及解决问题能力等,使学生学
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会利用科学的方法进行科学研究。

(2)整体性原则。

它包括三方面涵义,①开放实验的内容要与学科课程统一,既有对学科课程的配合、渗透,又有自己领域的拓展和延伸,共同完成学科教育目标。

②学生主体外部实验活动要与学生主体内部心理活动统一,促进学生认识结构的全面发展。

③开放实验的过程,要面向全体学生,立足于全面素质提高,要充分发挥开放性实验的自主性、实践性和创造性,给学生更多的自行设计操作实验的机会,以适应学生的个体差异,促进学生在原有基础上都有所发展。

(3)多样性原则。

所谓多样性原则是指把同一知识点按不同的角度、不同的方式设计成问题,即转换设问角度,进行“变式”训练。

在开放实验的内容方面,既有日常生活中的化学实验,又有生产科研中的化学实验,还有环保和污染防治中的化学实验。

在开放实验的形式方面,既有课内的化学教师职业技能综合实验,又有课外的自行设计科研实验,还有家庭社区应用型应用实验,经常给学生以全新感受体验,以培养他们持久的探索兴趣和良好的思维品质。

(4)探索性原则。

探索是产生创造能力的不竭动力。

它要求学生通过亲自查阅资料,根据已学的知识和掌握的化学规律提出假设,进行推理、讨论、实验或验证,从而得出正确结论。

其程序是:提出问题→收集信息→提出假设→设计方案→实验验证→得出结论。

化学开放实验是通过创设一定条件、环境和氛围,引导、启发学生去模拟、探究原科学家的实践活动过程,发现“新”现象通过联想、判断、推理、综合分析,归纳出物质呈现如此现象的本质和规律。

(5)创造性原则。

开放实验是引导学生从书本走向生活,从学校走向社会,从理论走向实践的重要途径。

在实验内容上不能仅仅是学生已有的知识或学科内容的延伸,也不能完全脱离学科课程标新立异。

教师要努力挖掘教材中具有创造性、改造性因素的内容,同时要及时吸收引进学科发展前沿和科技新成就,精心设计策划融合在实验中。

要多层次、多渠道、多形式设计和组织实验,鼓励学生用先进的实验技术和手段完成实验内容,启发学生“模拟”科学家去探索世界、创造性实践活动。

(6)主体性原则。

开放实验活动的主体是学生,要充分发挥学生主体能动性作用,必须选择一些趣味性、刺激性和挑战性实验课题,以激发学生自主地探究实验的兴趣和动机,使学生由“要我学”转变为“我要学”、“我会学”。

学生选择实验项目后,可按照实验指导书的方法完成实验,也可自己设计实验方案,或设计实验项目,改进实验技术和方法,教师对其方案负责进行审查和指导。

完成哪些实验项目由学生自主选择,实验人员组合由学生自主选择。

这样既照顾了学生的兴趣和爱好,又在一定程度上鼓励学生积极进行实验技术的学习有效地熟悉实验方法、把握实验环节,提高其综合素质水平。

4　化学开放实验的基本形式
(1)基本技能型。

以实验基本操作技能培养为教育目标,旨在培养学生实验操作基本功,训练正确规范的实验操作姿式,提高动手实验实践能力,为以后继续深造或从事实际工作打下坚实基础。

例如:玻璃加工技术,仪器的洗涤和干燥的方法,常用仪器的性能和使用,常用实验装置的连接和组装,简单仪器的制作、改进和修复,常见的物质制备和鉴定,简单离子检验等。

(2)学科配合型。

这类实验融传统实验手段与现代计算机多媒体技术于一体,既有典型的传统实验,又有计算机多媒体模拟的现代实验,以及电影电视录像等介绍学科发展前沿和科技新成就,为教学提供丰富的、鲜明的化学事实,对课堂教学内容起作验证、延伸、拓宽、加深。

如传统实验有:灼烧贝壳制取生石灰,鸡蛋壳跟酸反应,冷却蜡烛火焰收集炭黑,草木灰提取碳酸钾,废铜丝制硫酸铜,废铁屑制硫酸亚铁,常见的几种化肥鉴定,几种纤维、塑料鉴定,玻璃的剪园、钻孔和粘接等。

计算机模拟实验有:原子核外电子运动,分子的形成与化学反应历程,氢气与氟气混合爆炸,工业电解电镀,石油的形成与分馏,以及人工合成元素、超导材料、纳米材料、飞秒化学等。

(3)趣味游艺型。

著名心理学家皮亚杰认为:一切有成就的工作必须以某种兴趣为先决条件。

古往今来,凡有成就者,无不对自己所从事的事业有强烈、浓厚的兴趣。

化学实验兴趣是获得化学实验事实、体验或者解决化学问题而带有情绪色彩的活动倾向。

趣味实验和游艺活动对培养和激发学生对化学实验的兴趣有着积极的促进作用。

例如:滴水生烟,玻棒点灯,粉笔炸弹,火山爆发,化学震荡,一杯三色,喷雾成画,树叶照片,松林雪景,水中花园,化学雕刻,用电写字,侦察指纹,柠檬电池等。

(4)应用拓展型。

这类实验就是将学生掌握的实验技能应用于社会实际生活中去,使新知识经过实践验证检验,得以巩固和发展,进一步增强对本学科自主学习和探究兴趣,培养学生解决问题能力和社会实践能力。

例如:从海带提取碘,配制碘酒,冲印相片,配制泡沫灭火剂,配制多尔多液,测定酸雨PH值,用活性炭作净水剂,熬制动物明胶,自制肥皂,熬制麦芽糖,简易酿制啤酒,自制植物指示剂等。

(5)设计探究型。

这类实验是学生对教师提出的问题或实验出现的疑问或社会生活中的疑难,主动查阅有关资料文献,大胆提出可能假说。

自行设计验证实验方案,亲自动手实验得出结论,体验感受知识能力
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形成的过程,有利于发展完善学生的智能结构,培养综合实验能力和科学实验方法,提高学生科学素质和创造能力。

例如:设计简易启普发生器,安全点火与防倒吸装置,自来水厂净水模型,沼气池模型实验,易拉罐原电池,伞式烧瓶刷,多功能实验手提盒,吸烟有害成分检验,汽车尾气有害成分检验,速测土壤氮磷钾含量,硫酸铜晶体结晶水含量测定,生活废水初步净化处理,废干电池综合利用等。

5　化学开放实验的教学实施
5.1　开设选修课活动课实验
化学教学法开放实验单靠必修课的实验渗透是远远不够的,根据当前实施素质教育要求和现行化学教学实际情况,开设选修课和活动课实验,即将开放实验过程渗透到选修课活动课教学之中,学生在必修课实验中遇到的疑问或需要进行深入研究的实验,都可以到选修课活动课中得到拓展。

选修课活动课它特有的独立性、实践性和创造性,对学生进行系统的、连续的实验技能训练有着不可替代的作用,有利于激发学生保持持久的自主学习探究实践兴趣和动机,使他们思维经常处于高度活化状态,通过自行设计操作实验,开发了大脑潜能,培养了主动参与意识和实践创造能力。

例如,在《能源与资源》选修课上,学生提出农村用燃烧作物杆作热源,不仅热效率低,又污染环境。

结合人类将面临能源危机的介绍,启发学生设计“植物杆燃气发生器”,在查阅有关文献资料、讨论论证的基础上,多数同学的设计思路是:①植物杆干燥碎化(颗粒直径125mm);②限制空气通入(正常燃烧需要的60%空气);③生成燃气烟尘过滤回炉重新燃烧。

经过反复试验改进,“植物杆燃气发生器”实验终于成
功,检验燃气含CO、H
2、CH
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等可燃性气体达60%。

该成果获得全国青少年科技发明创造二等奖。

5.2　开展家庭社区实验
家庭社区是青少年学生接受全面教育,进行实际锻炼健康成长的重要环境。

通过开展家庭社区科技服务和科学实验,对学生形成正确的人生观、价值观和道德观,培养学生关心、关爱的责任感,训练学生走向社会的适应性和生存能力,促进学生身心人格健康发展,保持活跃的思想,敏锐的洞察力,旺盛的探索和进取精神有着重要的意义。

通过编写《家庭社区科技活动手册》,使该实验得以长期有目的的、有计划的、有步骤地开展下去,收到良好地教育效果。

例如:家庭生活废水初步净化处理实验,多数学生采取“生活废水→沉淀→过滤→消毒→排放”;也有采取“淘米水→洗菜(涮锅碗)→冲马桶→发酵→浇灌绿地(或浇花)。

”这样既增强了学生环保意识,又发展了创造思维。

又如学生在“街道垃圾分类处理与发酵生产沼气实验研究”中,提出“金属、木头、玻璃、塑料等废物分类回收再生”;“有机废物发酵生产沼气”的处理方案,得到了市科协和环保部门肯定,增强了学生的能源资源危机意识。

其中“沼气池模型实验”论文发表在《教学仪器与实验》杂志上。

5.3　开放实验室实验
课内实验是学校教学最基本最重要的实验教学,加强课内实验是培养学生系统地实验技能的重要环节。

然而,课内实验有时也往往受到一些诸如课时数、仪器套数、实验内容的安排等方面的限制,同时也不能很好地适应学生个性心理和认知结构差异。

为了大面积地提高学生实验操作能力,给学生提供施展聪明才智场所,在保证学生课内实验的基础上,充分利用现有的实验设备条件,将实验室在课余时间向全体学生开放,取得了良好的教育效果。

(1)开放实验的课题可以由教师提供,也可以由学生自己设计,教师提供的实验题目需要提前一个月公布,供学生选择预约。

学生根据自己学习发展的需要设计的实验方案,教师帮助修改审定后以予开放。

实验内容可以是课内实验的疑问或需要深入研究的实验,也可以是社会生产生活的化学疑难问题,也可以是本学科发展前沿问题或科技新成果展现,鼓励学生重走科学家发明家创造发明之路。

(2)开放实验的形式要根据学校现有实验设备条件和学生认知水平,研究制定切实可行性的开放实验计划,做到有固定的时间、地点、人数、仪器、药品、主讲教师和中心研究课题。

每周开放3次(2个下午课外活动时间,1个双休日下午)共5课时,每次开放2个实验室,同时接纳20230名学生做223个开放实验。

每一次开放实验内容均由备课组一位教师承担主讲,其余教师参与辅导和管理,也可以启用化学兴趣小组骨干学生参与管理。

开放实验的准备工作由实验教师、备课组教师和部分化学骨干学生共同承担。

(3)开放实验的考核可以列入学科教学考核或单列入学生基本功考核,根据学生创新意识态度和实验操作技能综合评定。

要求学生能灵活地运用化学知识技能,设计切实可行的实验方案,正确地选择使用仪器试剂进行实验操作,对观察获得的实验事实、数据进行科学加工,形成概念,发现规律,解决问题,并能正确规范地撰写实验报告。

同时在实验全过程中要加强安全知识教育,对每个实验可能引起的事故要有足够分析准备,做到心中有数万无一失。

6　结　语
开放实验室,改变了传统的实验教学方式,使实践性教学向分层次、分目标、多元化教学发展,向培养学生的思维和创新能力、提高学生的综合素质方向转变。

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随着高校教师教育改革的不断深化和素质教育工程的全面推进,实验教学作为培养高素质创新人才的重要环节,在高校教师教育中扮演着越来越重要的角色。

实验室作为实验教学的主要平台和载体,在培养创新、实践性和应用型人才的过程中发挥的作用也日益凸现。

特别是在基础教育课改的新形势下,随着实验教学体系的进一步革新,实验内容不断更新,实验内涵也在不断丰富,综合性、设计性、研究性、科技创新性等层次较高的实验在实验项目中所占的比重也越来越大。

开放实验教学的过程从始到终都是学生自主决策的过程,强调学生的主体作用,激发学生的学习热情和创造欲望,有利于培养学生的创新意识和综合素质。

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表1　固定床对流传热系数测定实验数据处理表
时间θ/s T T f ln T0-T f T-T f
15:02042421.20
15:02142421.20
15:022418.521.30.013751936 15:023413.321.20.026923252 15:024402.721.30.054343175 15:025397.321.20.068585095 15:02639221.20.082777327 15:027387.121.20.096080089 15:028378.521.20.119864396 15:029374.721.20.130556676 15:0210371.321.20.140221333 15:0340288.621.30.409820245 15:0370230.121.50.657276554 15:04100182.421.60.917285262 15:04130145.421.6 1.178779259 15:05160116.521.7 1.44542867 15:0519095.821.8 1.692884384 15:0622080.321.8 1.927922723 15:062506921.9 2.144427813 15:0728060.922 2.335457838 15:0730056.822.1 2.449463615 注:流量为20m3/h;固定床1;2006205218。

况下,也能身临其境,通过视频观察到现场设备的操控情况,现场感强。

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名人名言
没有实验,便没有科学
———罗杰尔培根
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