“中学化学实验设计研究”课程项目化教学策略

郭亚杰，张振新，杨振兴，张秀梅，汪燕鸣，李龙凤，周永红，王广健

（淮北师范大学 化学与材料科学学院，安徽 淮北 235000）

“中学化学实验设计研究”课程项目化教学策略

郭亚杰，张振新，杨振兴，张秀梅，汪燕鸣，李龙凤，周永红，王广健∗

（淮北师范大学 化学与材料科学学院，安徽 淮北 235000）

文章采用项目化作为教学理念研究的方法，结合中学化学新课程，以化学专业（师范）《中学化学实验设计研究》实验课程所应采取的基本教学策略为研究目的，所提出的情境创设等8种教学策略为化学专业（师范）《中学化学实验设计研究》实验课程教学的开展起一定的推动和借鉴作用.

化学（师范）专业；实验课程；设计研究；教学策略

0 引言

“策略”是为达到某一目的而采用的手段和方法的总称.对教学策略的内涵见仁见智，但就一般而言，教学策略通常是指在不同的教学环境下，为达到不同的教学结果所采取的手段和谋略，它渗透于教与学的交互过程中，这要求在作具体的教学设计时必须把握具体的教学设计策略.教学策略既是实施教学过程的基本依据，也是教学设计的关键步骤，集中体现教师的教学水平和能力，其重要目的在于按照特定的教学环境和需求，拟定向学生提供教学资讯、引导其活动最优化的方式方法与步骤［1］.《中学化学实验设计研究》项目化教学策略就是将实验设计研究作为项目来实施，需经过确立项目、设计实验、模拟实验教学、实验探究、汇报展示和评价反思等阶段所使用的实验教学与实验教学管理策略.

美国学者威廉·赫德·克伯屈首先提出项目化学习的概念，它是指在学科知识背景下，教师指导学生围绕一个具体项目，完成一系列复杂的任务和问题的过程，它是一种基于现实世界的探究活动，以学科的核心概念和原理为中心，以学生解决问题为目的，开展一系列有意义的活动来自主完成知识构建的新教学模式［2-3］.《中学化学实验设计研究》课程是体现大学化学（师范）专业特色的一门实验必修课，其教学质量的高低直接影响着未来中学化学教师的教学素养.为适应中学化学新课改需要，大学化学（师范）专业实验课程《中学化学实验设计研究》在教学内容、教学方式和策略上必须做相应的调整.本文提出实验课程《中学化学实验设计研究》内容的项目化策略，其特色在于使师范生更好地掌握中学化学教学中典型的实验教学方法和典型化学仪器在中学化学教学中的应用，提高化学专业师范生准备化学演示实验以及进行其它化学实验教学的初步能力，训练学生设计和改进中学化学实验、改装实验仪器的初步能力，不仅要在实验操作技能上达到熟练，更重要要在实验教学能力上有所提高，为高效适用中学化学实验教学岗位打下坚实的基础.

1 中学化学实验设计研究项目化教学策略

1.1 情境创设策略

情境创设教学策略增强学生的求知欲和提高学习动力，使学生以饱满的热情和最佳的精神状态投入到实验教学中，这对实验教学效果的提高有着极其重要的影响，可从以下几个方面来加以考虑.

1.1.1 巧设问题情境

所谓问题情境，就是指针对实验项目设计具有一定知识难度，需要学生通过讨论和协作才能完成的实验问题情境.如在气体的制备项目化实验实施过程中，首先设计具有普适意义的问题情境：中学曾经采用过哪些常见气体的实验装置；有什么适用条件和特点；利用这类装置可以制备哪些气体；能否在哪方面或实验环节进行进一步的改进；实验操作的注意事项是什么；如何检查气体制备中的普遍存在的气密性问题；试剂和装置的搭建有何顺序要求；能否总结出制备气体的普适环节（发生、净化与干燥、收集和尾气处理）等.另外，当前发生的热点问题也是很好的创设问题的情境素材.如重庆市天原化工总厂发生氯气泄漏事故，多人死亡，超过上万人被疏散.由此严重的事件，自然创设出氯气为什么是有毒气体？为什么要用湿毛巾捂住嘴、鼻，并背风快跑到空气新鲜处？再次，也可以利用自然现象创设问题情境.如雷电时发生的固氮反应产生的新气体，模拟实验的条件是什么？会继续发生什么反应？对日常生活造成的后果等.这样创设互动的氛围，激发学生的实验热情和创新欲望，且这种通过问题的连续递进的创设，确保学生处于适度的兴奋状态，给化学实验教学带来生气和欢乐，同时培养学生发现问题的意识，提高项目化实验教学的效率.

1.1.2 恰当引用化学典故与实际化学应用创设情境

化学故事可以是化学史料、化学家轶事和重要化学事件等.有针对性、适时地创设，既能很好地激励学生的实验激情，刺激学生对化学实验的神秘感与求知欲，也能让学生在探究化学实验奥秘时，体验到化学的魅力，分享实验过程的艰难困苦与成功后的喜悦.例如进行气体制备模块化实验教学时，介绍N2O在眼科、牙科手术的麻醉、外科手术等医学中的应用发现，生动讲述英国化学家汉弗莱·戴维在发现和使用过程中的实验.再比如，通过古画复活引入H2S气体制备模块化的实验教学.拿出刷子蘸蘸瓶里的“仙水”刷在一幅灰暗的、脏兮兮、毫无生机的古画上，一会儿，画儿果然“复活”，变得光泽鲜艳、耀眼夺目.原来，画家在绘画时，使用的颜料易与空气中的硫化氢发生化学反应，形成黑色的PbS，日子越久，油画中的白色也就慢慢地变得黝黑，只需喷刷一些过氧化氢即可，生成的硫酸铅是白色固体.这些化学故事或实际应用在实验教学中恰当合理地使用，既能激发学生学习化学的兴趣，又能展现化学的魅力.

1.1.3 利用多媒体技术创设实验策略

随着教学条件的改善，在实验室进行多媒体实验教学已成为发展趋势.由于多媒体等现代技术能跨越时空的限制和实验条件的限制，增强实验的可视性、可控性、时效性和安全性，生动地再现化学实验情境，也能将不同的化学环境进行整合，且形象地展示化学实验的核心内容，使学生在较短的时间内在头脑中建立起相对完整的化学过程，有助于理解和记忆，可极大地提高学生化学实验的兴趣和实验效果.另外，通过动画模拟技术对实验中复杂性、危险性和有毒性实验以及不当操作带来的风险进行模拟再现，通过危害的渲染，增强对学生的视觉冲击力，进而警示、督促学生正确地掌握实验操作步骤和操作技能，既保证学生在化学实验过程中自身的人身安全，又保护合作者的人身安全和实验室的安全，确保安全第一的理念得以实现.总之，充分利用多媒体技术这一化学实验教学的补充手段，使多媒体技术的辅助实验教学作用得以充分发挥.

1.2 STS（科学、技术与社会）生活化实验教学策略

化学源于日常生活，中学化学新课标也要求学生了解从生活走向化学的相关联系.因此选择学生生活常接触到或已积累的生活经验来设计化学实验情境，不仅容易引起学生的共鸣，激起学生的实验情趣，还能很好地体现生活处处有化学，化学就在我们身边.特别是在实验课程的导入设计时更应体现这一教学策略.例如，在进行胶体与分散系实验设计与研究项目化实验教学时，从自然界晨曦形成的光学现象以及在常规发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物PM2.5引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病的引入，启发学生发掘问题、思考问题、探索事物本质属性的环境，深入掌握实验中的丁达尔现象，充分体现化学的现象美与应用魅力，确立化学中心学科的信念，立志学好化学的决心.再如吸烟导致的空气污染问题，一个正常20 m2房间没点烟前PM2.5是198 mg/m3，点然一支香烟，数值在一分钟内上升到685 mg/m3，两支香烟是1 394 mg/m3，其中90%来源于二手香烟中的微粒［4］，促使学生掌握不同分散系的知识与日常生活中的现象相互关联.在实践教学中，教师要有意识地培养学生从身边生活点滴事例中发现、挖掘化学问题.如消毒剂、漂白剂、洗衣粉等组成与应用，引导学生自己查资料，并进行家庭小实验，得出的结论可以有效地指导家庭清洁.例如，用乙醇从各种植物中提取指示剂，再对厨房中的物品进行酸碱性检验；从食品中的干燥剂的使用到如何检验酒后驾车的化学原理，从易拉罐中制备铝盐到漂白粉成分的确定等，无不体现身边处处有化学和化学的魅力，充分利用STS的实验教学策略，使学生的成就感自然形成，并体验到生活中创新学习的乐趣.

1.3 学生主体性实验教学策略

实验设计研究的项目化更强烈地要求这种实验教学方式要以学生为主体，教师是积极的参与者和体现其平等的首席作用.项目化实验教学策略中学生的讲解、演示教学、规范化等教学环节时时、处处都要体现学生的主体作用和教师引导、观察和辅助作用，甚至可以是同伴角色的“主导”作用.这就要求学生在实验教学过程中要体现出自身的能动性、自主性和创造性等.在实际项目化实验教学中学生（准教师）要积极准备实验，对实验的目的、原理、操作规范，以及在教材中的地位和作用要了如指掌；对实验中的某些思考题通过查阅文献、书籍资料获得合理的答案；掌握科学合理地搭建实验仪器，准确、规范地进行实验教学；明确实验的关键步骤，安全注意事项，在哪个环节进行新的探索性拓展改进实验；最后进行实验成果展示与反馈，并简洁概括设计理念和特点，其它准教师进行补充或反驳，提出进一步改进的措施和建议.通过项目化实验能够在团队和协作中，提升学生洞察、分析、解决问题，交流、协作、创新、互相学习与借鉴等各方面的能力，并能使准教师在实验教学期间养成终身学习、团队合作的素养［2］.实验指导教师只对不同实验仪器组合多变、一器多用、拓展实验等问题做适当的总结，实时观察实验过程中好的操作方法，不同的实验环节或阶段的替代方式或方法，哪些地方还可以拓展与改良，并进行评点与反思.这种教学策略的实施使每个学生都全身心地加入实验教学实践活动中，实现以学生主体的实验模式的构建，激发学生的主动性，提高学生主体参与项目化实验的程度，达到学生（准教师）从教能力得以初步训练的最佳教学效果.

1.4 专家型训练实验教学策略

随着新课程改革，特别是实验项目化教学的开展要求教学工作者应成为专家型教师，具备完备的和系统化的特殊知识，能完美、高效地剖析和化解教学中的实际问题，具有适度职业前瞻性的洞察力和引领教学改革的创新思维能力.要将准教师培养成为未来专家型的中学化学教师，指导教师应不断虚心学习，提升自己，超越自我，具备以下基本特征：首先，加强自身知识结构的修炼.具有优良的知识结构，在陈述性知识（知识组织能形成完整的链条，并能在解决问题时能积极主动地喷涌出来）、程序性知识（常规教学程序高度规范化、科学化，良好的自我养成意识）和策略性知识上有极大的优势.其次，高效率解决教学领域问题.要善于利用智力和非智力因素、高度专业化知识化、“无意识”养成的程式化教学技能以及丰富的经验，同时科学实时调控自身教学过程，在处理实验教学难题时具有逻辑性、前瞻性，形成自我监控，自主诊断、并适时进行自我修复与调整.第三，要善于独创性地解决教学难题，有独特的视角.解决问题方案既独到又新颖、恰到好处，引领同行产生独创性、导向性的解决方案或途径.第四，有完善的自我教学监控能力.能积极主动地对教学进行自我检查、诊断性评价、控制与反馈，完成教学目标卓有成效.第五，较强的个人发展与教学绩效意识.个人发展与教学绩效意识不仅对教师自身的发展与提升起重要的内源性推动力作用，同时也很大程度上影响学生的学习行为和学习效果，对教学质量的提高起关键性的作用.这就对培养准教师成为未来专家型中学教师的高校实验教师提出更高的要求，不断强化理论学习，优化知识结构，提升专业能力，通过教学反思，提高教学能力.所以在项目化实验教学中，要像做教学与科研项目一样对学生进行教师专业化和职业化的训练，并贯穿到实验教学的每一个环节.如实验教师在实施专家型训练实验教学策略时首先让学生了解项目化实验内容与目的；其次进行实验的前期准备（包括资料的查阅、吸收与归纳、综合与创新、实验步骤的确立）；再次是实验的实施方案（包括实验装置的搭建，实验改进的探究性和创新点，求同存异，促进准教师实验教学水平的提高）；最后同学之间进行实验项目的总结与反思，教师进行画龙点睛性的评价和反馈.这些环节都要以化学专业研究的视角来进行实验项目化教学，使学生在实验教学过程中得到更专业化和职业化的训练，培养学生改进、设计实验综合教学素质，为未来在中学化学实验教学中成为合格的专家研究性的教师打下坚实的基础.

1.5 信息化慕课（MOOC）实验教学策略

信息化慕课实验教学策略就是要实验教学恰当地采用信息化策略，即利用现代信息技术所创建的新型实验教学环境进行实验教学.主要体现在实验教材的多媒体化、实验资源的共享化、实验教学的个性化、实验操作的自主化、实验活动的合作化、实验环境的虚拟化、实验管理的自动化等特点，这种策略使实验教学和实验场所得以延伸和拓展，可以更好地使实验教学达到最优化效果［5］.如微格教学，特别是MOOC（Massive Open Online Courses，大规模开放在线课程）实验教学方式也成为开展实验项目化教学的主要策略.这一实验教学方式与传统的实验教学和网络远程教育有鲜明的特色，其主要特点是其大规模、开放性的实验教学边界，低成本、多维度的个性化的实验教学导向.这种信息化慕课教学策略将更加关注实验教学的互动性、问题的针对性、内容的推展和创新性.因此，进行实验项目化教学就要不断开发实验资料和相关课程，利用虚拟实验室开展虚拟环节的实验操作，完成对高危险性、高耗能的实验训练，实现虚拟远程控制实验设备等，共享实验平台，规范管理，互动交流和实验跟踪.这一实验教学策略应在项目化实验教学中发挥重要的作用.

1.6 自主、探究性实验教学策略

新课改的实施和推进，使化学实验教学发生巨大的变革.自主、合作、探究性的实验教学策略被作为实验课程改革的重点之一.大学《中学化学实验设计研究》实验课具有自主性、开放性、实践性、综合性、探索性和创造性等特点，开展自主、探究性实验教学策略是其课程本身的特性决定的，并有独特的开展优势.通过这种策略的实施，使准教师成为实验教学中的“教”与“学”的双主体，以实验问题为中心，以综合从教素养培养为目标，以实验项目化为载体，实验自主性、探究性和创新性为驱动力，小组合作为实验组织形式，自主、探究实验活动为主要实验教学方式的互动型教学模式.在项目化实验教学中，准教师通过充分自由表达、质疑、探究和讨论等多种解难释疑等尝试性活动，主动探索、体验和创新，积极地寻求解决问题的方法，形成“起疑→质疑→解疑→创新”的创造活动链.例如：开展“物质的分离和提纯”项目化实验教学中，首先指导学生进行文献调研，了解研究物质非分离与提纯的实验动态，培养综述分析能力；预设研究思路和步骤，研究分离与提纯思路的科学、合理性，研究物理或化学方法的可行性；在实验项目准备阶段，准教师注重实验资源利用的多样性和使用合理性以及实验材料选择的便利性、廉价性、安全性、科学性；在实验项目实施教学阶段，教师注重专业性的点评和提问，学生进行简述设计的意义、原理、创新点等，然后进行实验研究操作，最后教师进行总结性反思评价.总之，通过自主、探究性实验教学策略的实施，可以很好地实现以学生为实验探索活动的双主体，以教师引导和参与为主导，以培养学生从教素养为中心，相互启发、相互激励，弥补知识缺陷，使学生自觉地形成团队和自主探索的创新意识的实验教学目的.

1.7 反思评价实验教学策略

中学化学实验设计研究的课程的培养目标决定本课程在教学过程中要着力进行对准教师的反思与评价教学以及准教师间的相互反思与评价，这也是从教能力的基本技能，这对教师的教学管理、专业化水平等提出更高的标准.这种教学策略既是终身教育和建设学习型社会对教师的外在要求，也是其在新课改中教师个人发展的内在动力.通过教学反思无疑是提高实验教学质量和教师本身素质，促进教师专业发展的主要途径.教师在实验教学的反思中，对实验结果做出理性的审视和评判，在细节、标准和规范化方面发现问题，揭示出常见实验问题背后所隐含的错误观念和意识，促进实验教学管控能力和改进实验设计能力的进一步升华，这对促进教师的个人成长与发展有重要意义.除加强实验前后对实验的反思外，更应强化对实验过程中的反思和调节，使教与学在主动反思评价过程中获得评价性学习的能力和发散求异、崇尚创新的科学素养，达到教师教学生“学会实验”，全面发展学生，同时教师“学会教学”，自身获得进一步发展，直至成为学者型教师，成为有丰富教学经验和理性思考，更好、更有效率、更富有创见的行家［6］.在实验的反思过程中应注意在反思实验原理、实验方案（探析反思不同方法的优缺点，改进和优化实验方案）、实验现象、实验规律和实验注意事项等方面.反思评价实验教学策略促使教师在训练准教师的实验过程中形成良好的自我评价的养成意识与科学规范的自我评价能力，不断学会控制、反馈、最优化的教学方法和技能.这种通过反思与评价教学环节，促进师生、生生的交流，进行准教师的反思养成教育，使反思与评价成为学生的自觉意识和良好的习惯，可以很好地增强学生自我诊断、自主优化、协同创新的实际教学工作能力.

1.8 绿色化创新实验教学策略

中学化学实验设计研究本身不是中学化学实验的重复与再现，是对中学化学实验的设计研究，在进行项目化的教学中更应体现中学化学实验的创新性研究，在绿色化学实验方面的研究策略是重要的一个方面，体现未来化学发展的方向，也是中学化学实验设计研究的一个重要组成部分.绿色化创新实验教学策略的实施不仅要学生掌握从事教学所需的化学实验技能和良好的科学素养，更要让学生正确把握科学、技术与社会的相互影响与人类社会协调可持续发展的责任感.在具体实施时可以从以下几个方面入手：首先深入研究中学化学实验教材内容的基础上进行顶层设计该课程的实验设计研究内容，充分体现绿色化学的十二条原则，增强学生的环境友好化学的意识［7］.要从原子经济性和零排放的理念出发，对实验原料的筛选、实验步骤的简化、实验装置的再创新，力图更科学简约，安全易行，从源头和过程中全程消除或减少污染环节.比如在气体的制备项目化实验教学中，除对有毒气体的制备和性质实验中增加常规的尾气处理装置或通过燃烧烧掉外，深入探索如何把有毒气体进行资源化处理，比如转化成无毒或低毒的副产品，用于其它实验，进行“吃干榨尽”的实验教学设计.其次是在实验教学过程中落实实验的减量化和微型化，将资源意识、环境意识和可持续发展理念贯穿于实验教学的全过程，充分展现现代化学人的科学素养.比如在气体研究模块实验中二氧化硫的性质实验，将开放的体系转变为封闭的体系，使用注射剂和医用废青霉素试剂瓶微型化，并进行碱处理，回收亚硫酸钠副产品，循环用于二氧化硫的产生.这样既避免二氧化硫有毒气体对环境的污染、又进行再利用和封闭循环使用，实现减量化和零排放，强化化学实验教学的社会责任感，使绿色化学实验理念根深蒂固，枝叶茂盛，这一策略是实施对实现课程目标有十分重要的意义.

2 结论

通过对中学化学实验设计研究实验课程的目的要求的理解解决中学与大学专业实验衔接问题和提高学生从教的能力，提出基于项目化实验教学的的思路，探讨这一实验教学模式所应采取的情境创设、STS生活化、学生主体性、专家型训练、信息化慕课（MOOC）、自主、探究性、反思评价、绿色化创新等实验教学基本策略，这些基于项目化导向的中学化学实验设计教学策略的开展对大学中学化学实验设计研究课程的改革和教学模式的探索起一定的推动和借鉴作用.

［1］苏永平.新课程背景下的化学教学设计策略［J］.中学化学教学参考，2010（5）：15-17.

［2］吴晓红，刘万毅，李文婷.化学师范生项目化学习的设计与实践［M］.北京：冶金工业出版社，2016.

［3］BRIGID J S，BARRON，DANIEL L，et al.Doing with Understanding：Lessons from Research on Problem-and Project-Based Learning［J］.The Journal of the Learning Sciences，1998，7（3/4）：271-311.

［4］http：//www.pm25.com/news/915.html.

［5］陈会林，赵云芳，罗积军，等.实验教学信息化建设的思考［J］.应用光学，2014，35（增刊），191-193.

［6］王晓明.论高校反思性实验教学［J］.实验技术与管理，2011，28（2）：131-134.

［7］朱文祥.绿色化学与绿色化学教育［J］.化学教育，2001（l）：1-4.

The Teaching Strategy of“High School Chemistry Experiment Design”

GUO Yajie，ZHANG Zhenxin，YANG Zhenxing，ZHANG Xiumei，WANG Yanming，LI Longfeng，ZHOU Yonghong，WANG Guangjian
（School of Chemistry and Materials Sciences，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

The projectization was used as a teaching research method.On this basis，combining the reality of high school chemistry new urriculum，the chemical professional（normal）courses of middle school chemistry experiment design were regarded as the basic research purpose.The eight kinds of teaching strategy such as scene creation could play a promotion and reference role in the development of chemistry（normal）experi⁃mental course teaching.

chemistry（normal）specialty；experimental course；design research；teaching strategy

G 642.0

C

2095-0691（2017）04-0092-05

2017-03-20

淮北师范大学2016年教育科研基金项目（jy2016126）

郭亚杰（1963- ），女，辽宁铁岭人，高级实验师，研究方向为实验教学和催化剂设计与应用.通信作者：王广健（1964- ），男，安徽灵璧人，教授，研究方向为纳米材料.