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1、从验证走向实证新课程背景下化学验证性实验教学的新视角及案例分析摘 要 在新课程背景下，大力倡导科学探究的今天，高中化学验证性实验教学如何走出尴尬,贯彻“过程与措施”的课程目的？笔者提出了以科学过程性技能的培养为主导的教学视角，从验证走向实证，最后实现学生科学素养的提高;本文结合（苏教版）一般高中课程原则实验教科书化学（必修2,第二版,P 39）验证性实验氢氧燃料电池的研究性学习教学为例,进行了具体论述。核心词 验证性实验 过程与措施 科学过程技能 科学素养1.问题的提出课程目的的创新与验证性实验教学的尴尬新一轮课程改革努力凸显以学生的发展为本的课程理念，要彻底扭转“应试教育”的弊端，培养学生健
2、全的个性与完整的人格。为此一般高中化学课程原则(下面简称原则)“立足于学生适应现代生活和将来发展的需要，着眼于提高21世纪公民的科学素养,构建了知识与技能、过程与措施、情感态度与价值观相融合的高中化学课程原则体系”（下面简称“三维”目的)，规定学生在上述三方面得到统一和谐的发展，最后实现学习方式的转变和科学素养的提高。人们普遍觉得“三维”目的的提出是个亮点,其中“过程与措施”目的可谓是亮点中的“亮点”，又是亮点中的“难点”。化学学科如何阐释本学科的“过程与措施”的目的?根据对原则文本的分析，可以看出“过程”指的是科学探究的过程,“措施”重要是指科学探究的措施(科学措施）,还涉及学生学习的措施。
3、化学是一门实验科学。化学实验教学则更多的承载着贯彻“过程与措施”课程目的的重任。因此新课程一改老式的化学实验教学存在着学生看实验多,做实验少；验证性实验多，探究性实验少的状况,充足发挥实验作用,把大量的实验分散在教材的“活动与探究”、“观测与思考”栏目之中;同步新课程还淡化演示实验和分组实验的界线,把大量的演示或验证性实验改为学生探究性实验、为学生亲手做实验开辟了广阔的空间。因此在新课程实验教学中,“验证性实验教学过程缺少探究性”的观点引起了人们对验证性实验价值的怀疑，以及对“科学探究”的误解。相称一部分人觉得“验证性实验”不具有“科学探究”的功能，在倡导以“科学探究”为明显标志的学生学习方式
4、转变的今天，验证性实验似乎已失去应有的生命力。其实，验证性实验不应受到责怪，作为一种重要的实验形式，验证性实验无论是在化学研究中还是在化学教育中都是不可或缺的，其作用也是任何其她类型实验所无法替代的。现实中人们对验证性实验的结识所暴露出的某些误区,是与老式的对验证性实验的价值缺少应有的结识和对验证性实验教学的安排不当有关，这同步也向我们提出了如何改善验证性实验教学使其发挥科学探究功能的问题。2.理论的思考验证性实验教学的终极目的:科学素养.1什么是科学素养 什么是科学素养,目前尚无公认的定义，但是我们可以通过国际上对公民科学素养调查建议的内容获得概略的结识。国际上对公民科学素养调查涉及三方面的
5、内容：对科学术语和概念的基本理解;对科学研究过程和措施的基本理解;对科学、技术与社会互相关系的基本理解。根据科学素养的内涵，在化学课程中培养学生的科学素养必须全面贯彻“三维”目的特别是“过程与措施”目的。而贯彻“过程与措施”目的的核心举措就是让学生在“做科学”中学习科学。这里所谓“做”不是盲目的做，或者仅仅体现为外显动作的“做”；还必须“动脑”的理性体验在做的过程中获取科学知识、在做的过程中体验和感悟科学研究的基本过程,从而学习和掌握科学研究的基本技能、在做的过程中理解科学本质。2从验证走向实证人类在科学研究活动中所进行的科学实验一般有两个目的，其一是运用多种实验装置，在人为干预或控制自然现象
6、的发生、发展过程中,观测迄今未知或未加解释的新事实；其二是运用多种实验装置，发明特定的观测条件,以便判断或验证科学假说或理论。由此也就衍生出探究性实验和验证性实验两种基本实验类型。从思想措施的角度看,探究性实验与验证性实验分别与实验归纳法和理论演绎法相相应。归纳是从有限的个别事例中推断出一般规律的过程，归纳推断的基本是假设将来事实与既有事实具有相似性。从这个意义上讲，一切由归纳得出的规律原则上是可错的,它还是一种需要进一步实证的假说。演绎是从一般推出个别的过程，这一方面规定作为推理前提的“一般”应当为真的,但问题是我们常常无法拟定其前提与否为“真”，并且虽然前提为真并在推理对的的状况下,也并不
7、意味着从一般性出发就一定能揭示出个别事物的特性。因而,无论是由归纳得来的结论还是由演绎得来的结论，都是可错的,都需要通过实验验证才干得到确认。从这个意义上讲，“科学的本质就是通过观测验证”。因而，验证性实验在科学发现以及科学教育中的作用是不言而喻的。通过验证性实验来验证假说或检查理论,这是培养学生实证精神和科学素养的重要途径。验证性与探究性本来就是密切联系的,探究的过程离不开验证,验证的过程同样也可以布满探究。其实,实验过程与否具有探究性，这并不简朴地取决于实验类型，现实教学中探究性实验缺少探究性或“伪探究”的状况也并不少见。因此我们所面临的重要问题不应是“如何改验证性实验为探究性实验”的问题
8、,而应是“如何使验证性实验更多的蕴含探究性”的问题。笔者觉得，欲使教学过程蕴含探究性,贯彻“过程与措施”目的，绝非靠简朴的模仿某些“探究教学模式”所能凑效的,而是要仔细分析探究过程的各个环节,抓住各个“环节”中所蕴含的基本技能方能见成效。探究过程中的基本技能究竟是什么？它就是科学过程技能。.科学过程技能根据科学家的工作性质和工作过程的特点,美国科学增进会(AA)将其定义为一组具有广泛迁移力的适合多种学科和科学家的工作性质所需要的能力。美国基本科学课程筹划科学过程与措施将科学过程技能概括为6种基本性科学过程技能和6种综合性科学过程技能（如下表）。基本性科学过程技能综合性科学过程技能.观测:运用感
9、官获取有关事物或事件的信息。1辨认或控制变量:辨认出能影响实验成果的变量，控制和操作自变量，使其他无关变量均保持不变。2.推论：运用先前所收集到的资料或信息，对事物或事件做有根据的猜想。2.下操作性定义:提出在实验中如何测量一种变量。.测量：运用原则或非原则测量或估计，来描绘物体或事件的尺寸。3.形成假说：提出实验的预期成果。4.交流:运用文字或图形符号去描述一项行动、物体或事件。4.解释资料:组织资料并提出结论。5分类:根据物体或事件的性质或原则,以汇集或序列列出不同的类别。.进行实验:实行一种完整的实验，从提出合适的模型开始,接着做出假说,确认并控制变量,进而对这些量下操作性定义，设计一种
10、合理的实验，并实行这个实验方案,收集证据,最后来解释实验成果,得出科学结论。6.预测:根据证据的形式描述将来事件的也许成果。.形成模型:发明一种有关过程或事件的理论或实物模型。科学过程技能是科学研究活动过程中的基本技能，它是智力技能与动作技能的有机融合，并且以智力技能为核心。小朋友对外界世界的爱好和求知欲是与生俱来的,但她们对于如何对的的探究却缺少经验。这方面的技能是靠后天培养的。科学过程技能发展受学习者的认知发展水的影响,是一种循序渐进的过程。3解决的途径贯彻科学过程技能的培养验证性实验教学 教学中的经验规律的来源一般有两条途径：其一是根据学生在生活经历或探究性实验中所获获得经验事实进行归纳
11、概括得出;其二是运用已知的科学经验规律进行理论演绎得出。无论从何途径得出的经验规律在未经证明之前,都只能将其看作为尚待进一步验证的科学假说看待。因此在验证性实验教学中,我们要突破老式的将所有验证性实验都安排在学生已经学习了有关结论之后,并且客观上已把这些结论作为“对的结论”用于分析和解决问题的状况下进行的弊端,结合教学进度考虑合适增长实验的提前量，让学生能在未做实验之前将经验规律明确作为假说看待,渗入假设性。同步在验证性实验教学中，还要努力引导和鼓励学生进行科学预测。固然，教学过程中的预测是相对于学生的未知而言的,但凡学生根据所研究的经验规律通过演绎推理而作出的有关某种未知自然现象的预测对她们
12、来说就是一种科学预测,而检查这种预测的实验便是教学意义上的预测性验证性实验。如此就可以理所固然地也应当将实验设计融入到验证性实验的环节中。并且从操作层面考虑,验证性实验的设计与探究性实验设计比，则更为容易、可行,对于学生科学过程技能的培养有着重要的发展意义。实践的案例氢氧燃料电池演示仪的开发与制作燃料电池（特别是氢氧燃料电池）以其能量转换效率高、污染小、高度可靠性，必将成为将来电池的主角。由于燃料电池在电极制作和燃料的储存、携带方面技术规定很高,目前尚未得到普及。中学化学教科书的大部分版本中有关燃料电池的简介仅限于文字和示意图，图1这使得学生对燃料电池的构造和原理缺少感性结识，从而产生一种神秘
13、感。通过验证性实验引导学生结识和理解氢氧燃料电池的构造和原理（如右图),这是(苏教版）一般高中课程原则实验教科书化学(必修2,第二版, 39）的一大特色与创新。我们在上有关内容之前安排学生进行了分组实验,初衷是让学生理解和运用原电池原理动手制作简易电池，并体验高科技与我们的生活是如此的贴近。.但在实验过程中,不少小组做不浮现象,并且有学生提出该装置先充电,后放电,从能量转化的角度来讲能叫作燃料电池吗?为此,我们组织部分学生进行了一次研究性学习活动,并在活动中故意识的进行了学生科学过程技能培养的实践。4.文献检索解释资料我们懂得典型氢氧燃料电池由3个重要部分构成：燃料电极(负极）、电解质溶液、空
14、气氧气电极(正极）。其工作原理是:负极处的氢气被“抽取”电子,这些电子通过导线流入正极。在正极，氧气发生还原反映获得电子。由于燃料电池不会燃烧发出火焰,也没有旋转的发电机，因此燃料的化学能大部分直接转化为电能。工业上,人们用Pt作催化剂和吸附剂，只要不断的加入氢气和氧气,燃料电池就可以持续供电了。而上述装置从能量转换的角度看实质上是一种蓄电池(电能化学能电能)，似不能完全反映燃料电池的构造和工作原理。42实验探究进行实验 探究实验1我们反复了上述实验：用多孔碳棒做电极,插入电解质溶液中,通电一段时间（半分钟),使水发生电解,产生的部分氧气和氢气被碳棒吸附。然后停止电解，将电极接电压表和电流表。
15、(如右图）。我们观测到电压表和电流表均发生偏转,但此时电压和电流都很小,且不稳定，衰减得不久。在中性电解质溶液中,氢氧燃料电池的电极反映式为:()2H2 4H+ + 4-;(）O2 + H2O + 4- 4H-。根据上述电极反映式,我们发现电流的大小与参与反映的氢气的量有关。由于多孔碳电极虽能吸附一部分氢气,但量有限，在发生放电反映时,产生的电流太小。这也就是不少同窗做不出实验现象的因素。于是我们一方面对电极进行了改造:用实验室里的破试管截成600 m的玻璃管,配好单孔塞；将多孔碳电极塞入单孔塞，使电极置于玻璃管内。这样就可以运用玻璃管贮存气体，而提高电极周边氢气和氧气的浓度。当用新电极重做上述实验时,我们欣喜的发现电池的电压和电流明显增强,不仅仅可以使起辉电压为1.7 V,电流为.6A发光二极管发光，并且还可以使音乐贺卡上的扬声器发出美妙的音乐。但是多孔碳电极不能像Pt电极那样积极的吸附和催化氢气和氧气，我们仍无法从原理的角度来改善上述实验装置,研究曾一度陷入僵局。燃料电池装置图第二次文献检索解释资料、形成假说 在前一次文献检索时,教师和同窗们重要依赖于互联网,多数有关燃料电池的简介都停留在科普水平，对于如何从原理上克服上述装置的缺陷奉献不大。于是我们又进行了第二次文献检索，充足运用学区内有大学的便利走进了大学图书馆。一本由.W.阿特金斯、M.J克吕斯顿著庄宏鑫、王和春译的物理
