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课题
高中化学自制实验的开发和应用研究报告
玉环县坎门中学课题组 执笔:林占维
摘要：化学是一门以实验为基础的自然学科，在现实的化学实验教学过程中存在不少问题。高中化学实验研究的最终目的是为高中化学教学提供更多、更好的实验方案，搞好化学实验教学，提高化学教学质量。教师在教学过程中，将对某些化学事物的理性认识转化为可操作的实验方案，就必须要经过自制实验的开发，并应用。本研究就自制实验的开发和应用两方面展开研究，并探索一种教学模式。
关键词：自制实验 开发 应用
一、问题的提出
(一)现行实验教学的分析
化学是一门以实验为基础的自然学科。化学实验是化学教学的重要形式、内容，是化学教学方法的重要手段和基础。中学化学实验的重要意义在于它是对中学生进行化学启蒙的重要工具。化学实验能直观、形象地展现作为学习对象的化学事物，是化学学习内容最真实、最生动和最有效的物质载体。
在现实的化学实验教学过程中存在不少问题：
1、现行的教材中，很多实验的装置不够简化、实验操作不够简便、实验结果不够明显、实验安全性存在隐患、实验的时间过长等影响了学生的学习兴趣；
2、以“黑板实验”或“叙述实验”代替化学实验；忽视对学生的化学实验经验的积不利于学生实践能力和想象力的开发；
3、强调结果，忽视过程，偏重于验证性实验，忽视实验的探索功能，不利于学生接受科学方法的熏陶和训练、不利于学生科学素质的提高；
4、与生活、社会联系的家庭实验、课外实验的素材缺乏；
高中化学实验研究的最终目的是为高中化学教学提供更多、更好的实验方案，搞好化学实验教学，提高化学教学质量。教师在教学过程中，将对某些化学事物的理性认识转化为可操作的实验方案，就必须要经过实验的开发，并应用。
（二）自制化学实验的意义
在高中化学教学中开展自制实验的开发与应用研究有以下几方面意义：
1、 通过自制化学实验，优化教材实验
高中化学教材实验主要来源于某些著名化学家的“经典实验”、大学教材的“下放实验”、对工业生产的“模仿实验”、某些研究工作的“改编实验”即使如此，往往也需要加工和改进优化，使其更加完善。另外现行新教材中的也采用某些简易装置，但就其可行性方面仍有不少值得推敲之处，只有完善、优化它们，才能更加适合于高中的化学教学。
2、 通过自制化学实验，激发学生的学习兴趣
现行新教材相比老教材，增加了几个趣味实验、家庭小实验和选做实验。在具体的教学实施过程中得到了学生的欢迎，特别是趣味实验和家庭小实验，其具有的趣味性和与家庭厨房联系的特点，在很大程度上激发了学生学习化学的兴趣。根据学生现有的知识和当地的条件，适当地再开发一些激发学生兴趣的实验，以化学的奥妙引导他们亲手实验和进一步探索、思考，激发他们的求知欲，形成高层次化学学习兴趣和对化学学习的爱好。
3、通过自制化学实验，扩大学生的知识面
自制化学实验，会涉及到除本学科外包括物理、生物、环境等其他各个学科方面的知识。同时，它们会以实验的形式展示给学生。学生通过感性的认识，可以扩大知识面。
4、 通过自制化学实验，解决化学问题
在化学的教学过程中，会遇到很多的化学问题，有的是来自认知层面的，有的是通过对已有的实验完成后，产生的新的实验问题，有的来自于生活实践。这些问题的出现，足以引起我们的注意。并应从理论和实验两方面入手去解决，从而获取新的知识。
5、 通过自制化学实验，培养学生的实践能力和创新精神
化学实验培养学生技能的重要环节，是培养学生化学实验能力的最主要途径。通过自制化学实验，培养学生的实践能力和创新精神，是一种很好的途径。教师自制化学实验本身就是一种创新精神的体现，为学生树立一个楷模的作用。让学生一起参与实验的设计和操作过程，并对实验的结果的作出评价。通过化学实验，学生可以直接受到科学方法的熏陶和训练，这对学生科学素质（包括对科学知识的理解、对科学过程和方法的理解以及科学对社会的作用的理解）的提高和创新精神的培养十分有利。
（三）国内外关于同类课题的研究综述
“自制化学实验”的开发与应用研究，一直是各个教育工作者关注的一个课题。 “自制化学实验”的个案研究成果遍布于各类化学教学杂志和著作中，这对于本课题“自制化学实验”的开发来说，很有借鉴意义。
在国内外各种文献资料中，有很多的教育工作者撰写了大量实验开发及的理论著作。国外有专门的中学化学实验开发研究所,并有相关的网站，我国疙瘩高校教师也教师致力于实验的开发研究。但就自制实验的开发、应用研究的策略是仁者见仁，智者见智。但都往往是只讲实验的优化，而没有去讨论有的如何将自制实验与实际教学有机的结合，而专门的去探讨其应用的模式则是非常的少。
二、研究过程
（一）自制实验的开发研究
自制实验的开发研究是自制实验的技术性研究。自制实验包括对教材实验的改进、对教材实验功能的深度挖掘处理、以及其他能够应用于化学教学实验的开发。为进一步探讨中学化学自制实验开发，我们采用如下方法进行研究：
1.文献调查法：
本课题组成员收集历年来各中学化学期刊中发表的有关自制实验的案例300多例，加以整理，以高中化学现行教材的章节安排做归类、分档。
2.行动研究法：
组织组员以及建立校“趣味及自制实验兴趣”小组组织本校部分学生参与自制实验的开发工作。
通过以上对资料调查以及自身的参与开发，本课题组就分析自制实验的案例总结开发研究主要包括以下方面：
1、 试剂的研究
试剂的研究主要包括适宜规格、纯度、浓度、用量、制剂形式、试剂的代用、改用、自制和提纯、检验、某些试剂的保护、保存和变质后处理方法。如本课题组尝试“滴水生火实验的改进”，就是为了选择淀粉代替原实验的棉花，以使过氧化钠与其充分接触，提高滴水生火实验的成功率。又如，有人致力与焰色反应中酒精纯度的研究，以寻找出一种适合的蓝色火焰。有人就CCl4易挥发，常常密封保存在棕色试剂瓶中，但夏天温度较高其挥发仍较快。开发出实用水液封法保存四氯化碳，不易挥发且能长久贮存。
2、装置、仪器的研究
装置、仪器的研究主要包括设计、改进、仪器的选择代替；简化和集约化仪器设备的自制、改进和应用；代用、自制、设计和使用非常规通用仪器的研制和应用非化学仪器的应用。如本课题组尝试解释钢铁在潮湿的空气中为什么会很快腐蚀自制吸氧腐蚀演示实验装置。如铜与稀硝酸反应的微型装置、尾气吸收装置的改进、氯化氢喷泉微型实验 、二氧化硫的制取与性质密闭式实验设计、启普发生器的简易及代用装置、碘升华的专用装置、由洗气装置改制的贮气瓶、自制石灰水瓶等等。
3、实验方案的研究
主要既定方案的操作要领和注意事项的研究、既定方案的改进、既定方案设计等。如本课题组设计的溴苯在苯酚中的溶解性实验设计与SO42-的检验。如对硬水检验方法的改进、对Fe与FeCl3反应实验的设计新思路、测定空气中氧气体积比的新方法等等。
4、结果表现方式的研究
结果表现方式的研究主要包括将现象放大和将现象转换成更鲜明的现象的研究。如本课题尝试的自制焰色反应的改进研究，8水氢氧化钡与氯化铵的吸热实验的改进。如石蜡溶解法来说明反应的放热、用气球的膨胀快慢来比较碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸的速度等。
5、实验安全和污染防治的研究
实验安全和污染防治的研究主要包括安全装置的研究、实验污染及防治的研究、实验废弃物的处理和化学污染洗涤。如本课题组有关黑面包实验的改进，如安全点燃可燃性气体一法、苯溴代反应演示实验改进、铜与浓硝酸安全反应装置的研制、气体点燃防爆管的制作与使用等。
6、反应条件的研究
反应条件的研究主要是指反应温度的选择、压强的选择，湿度对实验的影响等方面的研究。如乙酸乙酯水解实验７０～８０℃的水浴温度研究、燃烧条件实验改进、制乙烯气体时加生石灰的研究、高温下玻璃的导电性实验、银镜反应实验成功的关键研究、铁、铝、铜、锌锈蚀条件的探究等。
（二）自制实验的应用研究
研究方法：行动研究法、观察法
在本课题的研究过程中通过开设研究课，设计活动，组织一个化学自制实验兴趣小组等系列课堂教学、活动的开展，探索在高中化学实验教学中应用自制实验的一般策略和一种实验教学模式——问题解决模式。
自制实验在高中化学教学中应用的一般策略
1、 力求实验现象与知识的统一
化学实验大多是为传授知识服务的，只有与知识统一的实验现象才有利于学生对知识的理解和掌握。如关于钾与水的反应，教材中安排的演示实验只能说明钾与水的反应比钠要剧烈，而难以证明有氢气产生。我们可以采用全封闭自动排液装置，能安全地收集和点燃氢气，从而有效的解决了这个问题。再如原电池的原理，教材中的的实验只能说明电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中氢离子从铜片上获得电子还原成氢气分子，而不能让学生感知到锌片的溶解，如果用的不是纯锌，在锌表面也会产生气泡。我们可以把锌片剪成底边和高都约为
2、补充教材的空白
我们的学生正处于抽象思维逐渐完善的阶段，从直观形象的实验现象入手，在经过分析、概括、比较、分类和具体化等抽象思维过程，更有利于学生获得相关的化学知识。由于种种原因，教材不可能为每一个知识点都安排相应的演示实验。如学习原电池知识后，学生对电化腐蚀中的析氢腐蚀原理容易理解。对日常生活中钢铁在潮湿空气中容易生锈虽有所了解，但对该现象是吸氧腐蚀、发生了原电池反应却难以理解，若能做一个演示实验，对学生的认知过程会大有益处。我们可以补充自制吸氧腐蚀演示实验。再如为了能使学生形象地感知到放电条件下氮气与氧气的反应用J1206电子感应圈的两极针刺入干燥透明的矿泉水瓶中模拟放电，2到3分钟后即可观察到瓶中气体呈红棕色。再如，教材中涉及NH3的物理性质时提到其极易溶于水，所以在吸收时要注意防倒吸，而氯气的尾气吸收却不用考虑防倒吸。我们可以分别收集一试管的NH3和Cl2，然后分别倒插入水和NaOH浓溶液中，比较溶液上升的速率。装有NH3试管的溶液上升速率比Cl2的要快的多，但都上升到相当的高度。以此来说明在尾气吸收是否会倒吸与气体在吸收液中的溶解速率有关，而与溶解度无关。
3、创造探究情境
培养学生的探究意识是我们实验教学改革的一项重要内容，通过实验的展示引导学生深入探究，不仅符合高中生的心理发展，更有利于教学的有效实施。如在学习氯气的实验室制法时，我们可以依照教材实验装置来演示实验，但在收集氯气的集气瓶内放置一张干燥的红纸，结果，干燥的红纸会褪色，从而引导学生探究实验室制取纯净的氯气的一般流程。再如，在学习化学平衡时，我们可以在盛有饱和氯化钠溶液烧杯上架一个筷子，将一块已知质量、形状规则的氯化钠晶体用绳子系住投入到溶液中，另一端系在筷子上，3到5分钟后，取出晶体，会发现质量不变，但形状变了，以此让学生探究平衡的特点。
4、激发学生的兴趣
兴趣是学习的内在动力，在任何教学中，教师都要注意激发学生的兴趣，在化学教学当中，更是如此。而实验是激发学生兴趣的一种重要手段。有些趣味实验就是为此而专门开发的。在现行的高中化学新教材中也补增几个趣味实验，但如果只是将这些趣味实验像变魔术一样的演示给学生或走马观花似进行学生实验，对高中生来说，是很难做到能够维持他们的兴趣。所以，教师应该有针对性的选择或开发出一些与实际课堂教学能够紧密相连的趣味实验，才能让学生体会到趣味实验背后的隐藏的真正趣味，才会对化学学科有深刻的认识。
5、消除学生对实验的不良心理
化学实验中可能引起环境污染的主要是反应产生的有毒气体，或者有些不安全装置的使用，不仅危害师生的健康，而且会使学生对化学实验产生畏惧心理。教师必须做到演示实验必须是安全，无污染的。教师可以通过对实验的研究，开发出符合以上要求的自制实验，通过对实验的全面认识保证实验的成功率，这样将有利于消除学生对实验的不良心理，使学生的身心健康得到保证。
（三）自制实验在高中问题解决教学模式中的应用
在化学课堂上开展“问题解决”教学是当前比较适合我国国情的一种教学模式，在“问题解决”教学中，教师以学科知识为教学内容，创设问题情境，引发学生产生认知上的冲突。学生不是被动的知识接受者，而是积极的信息加工者。
早在20世纪30年代，
实验教学在整个化学教学中占有重要的地位，实验是促使学生发现问题的有效手段，也是学生解决化学问题的必要手段。如果将实验局限于教材实验，将教材实验奉为经典、不去反思它，那么在很大程度上限制了问题解决教学的开展，也限制了学生创新能力的培养。自制实验包括对教材实验的改进、对教材实验功能的深度挖掘处理、以及其他能够应用于化学教学实验的开发，是开展化学问题解决教学的重要组成部分，是实验教学中的一个亮点。让学生参与到对教材实验的反思和设计开发实验的整个过程，更有利于学生参与到整个教学活动中，构建化学知识和培养学生的科学技能、方法、态度。给他们创造开放的环境氛围，给学生提供创造的平台。对其加以引导，使学生的创新意识、创新个性得到更好的培养，使学生的创造力得到提高，提升为更高级的创造，以适应未来的社会变化。
1、建立积极的问题解决教学环境
①与学生建立良好的关系
师生关系是影响学生成长的非常重要的因素，也是任何一种教学方法成功实施的保障。按照科恩和弗雷的观点，结合自身的教学经验，提出如下策略：
••••• 喜欢和学生在一起。报有可以从学生身上学习的态度，表明教师尊重学生的观点。问问他们是怎么想的，并对他们说的话表示感兴趣。当学生说话时，避免打断他们，仔细听。
• 关心每一位学生，记住他们生活上的细节。定期向他们问一些问题或者让他们作出评价来表示出你的关心。
• 在课堂以外与学生打招呼。在走廊或餐厅或是校园的各个地方，或者是校外遇到都应与学生打招呼。
• 随时与学生保持联系，告诉他们什么时候以及如何跟你联系。尊重学生的个人空间，与学生保持密切的联系是很重要的。
• 努力解决好课堂上出现的窘迫局面。讽刺会损害你和学生的关系。
• 有幽默感，能够勇于嘲笑自己
• 在课堂中要进行目光交流或走近学生
拉尔夫•沃尔多•爱默生曾说：“教育的秘密在于尊重学生”。教师尊重学生，同时学生才会更好地尊重教师，这样自然会提高学生对教师的信任，这样才会出现较好的教学互动与合作。教师在与学生的合作当中，应该屏弃那种权威的高姿态。这在自制实验的开发和以及在问题解决教学的应用过程中尤为重要,教师要信任、关怀学生，经常给学生鼓励或赞扬，这样可以强化学生的良好行为。良好的学习环境影响自制实验在“问题解决”教学中成功应用的要素之一。
②提供开放的空间和时间
问题解决教学强调学生学习的过程，就决定着其空间上的要求不能局限在小小的教室。在时间上也不可能象接受式教学，把时间安排牢牢地控制在教师手里。而应根据学生的反应安排时间。
空间上：将自制实验应用到问题教学的过程中，必然涉及到自制实验的开发与实施操作，而学生也肯定要参与其中。另外开发与实施的过程中必然会有反复的思考与修改，来达到实验的优化，这就需要有开放的实验室。另外，有些问题涉及到生活、环境等等，要求将教学的空间延伸到课堂以外，教室以外的整个校园或校外。还有在资料的收集方面，又必须要延伸到图书馆以及互联网。
时间上：课堂是实施教学的主要渠道，必须要保证。但仅仅凭借课堂，教学的实施肯定会受到极大限制。课外活动时间也是可利用的重要一部分。并且，不能有太固定的时间限制。应该根据学生自身以及问题特点作出阶段性的安排，对个别问题、个别学生可以给予更充分的时间。
③教师应积极做一个解决问题的人
有一位留美华人科学家（化学领域）主持制作的动画片获得奥斯卡最佳动画片奖。事后在央视记者问其在科学家和动画电影人之间如何选择定位时，他的回答是：“我自认自己是一个解决问题的人”。他给我们的启示，每个领域的每个人都应该是解决问题的人。他能够给我们启示，而我们教师的职责的重要一部分就是在我们的教学工作中能让学生有所启示。虽然，出现很多的教学法，但究其根本，无非是让学生在学习中，有所感悟，有所启发，有所体验，做一个解决问题的人。以适应高速发展的社会。
教师是学生在学习过程中最直接的模范，很多的学生在学习中受教师的影响最大。要培养一个具有解决问题意识、解决问题能力的学生，首先要求教师是一个解决问题的人。只有具有解决问题意识、解决问题能力的教师才能发现教学过程的问题，才能创造培养学生的问题情境，才能很好地落实、开展问题解决教学，才能对教学作出反思以作出更优化、更利于学生发展的教学安排。
2.自制实验在问题教学中的有效开展
关于问题解决教学，针对不同的问题和不同的学科，不同的人有不同的说法。例如，贝尔以解题的模式为基础、，构建了问题解决的五个阶段：提出问题、把问题表述为可解的形式、提出假设和解决问题的过程、检验问题的解决和分析解决的方法。而对于化学问题的解决，有的研究者将其分为六个阶段：发现问题、分析问题、解决问题、总结归纳、发现新问题和学会创新。
有的研究者把化学问题解决的课堂解决模式构建为：
（1）问题情境与课堂气氛
（2）提出问题与获取信息
（3）概括事实与建立假说
（4）科学论证与解决问题
（5）取得结论与派生新疑
实验教学在整个化学教学中占有重要的地位。又有人将其一般实施程序表述为：
反思、调整
结合本人的实际教学经验，发现自制实验在化学问题教学的实施程序上述几种均有相似之处。而且不同的自制实验在问题教学中的应用可以使用不同的模式，并无定式。本人就其应用时的策略做一些阐述。
①问题的适用性
任何教学都应强调以人为本，即以学生为对象，以学生的自身发展为目的，强调学生个性的发展，注重可接受性，更可发展性。这就给我们提出了，在高中化学自制实验问题解决教学中，不能脱离高中生的实际。即在问题的选择上，不能太偏、太空、太尖端。应注重与现有知识基础的结合，还要注重知识的延伸，注重学生的自主参与性，给予学生体验和能力培养的空间，兼顾学生的科学精神、情感、态度。本人就问题的选择结合自身教学的实际提出以下策略：
• 向教材知识中找问题。现行新教材中的知识，大多仍以结果的形式呈现给学生，而忽略结果形成的过程，对有些性质的表述也不够深入，导致学生在学习过程产生诸多的问题。如果教师直接采用填鸭式的结果教学，相信除可大大节省教学时间外，对整个教学效果、学生的个性创造力的培养毫无利处可言。而采用问题教学，将这些问题经过整理后，通过教师的自制实验或让学生来自行设计实验，以实验结果的形式，展现给学生。让学生体验知识积累的过程，注重知识的比较、整合。肯定会给学生带来不少的收获。如：教材中涉及NH3的物理性质时提到其极易溶于水，所以在吸收时要注意防倒吸，这个“极易”的概念是溶的快？还是溶的多？还是两者兼有？这在跟氯气的尾气吸收的比较中就很能产生这些问题。如果能设计一个实验（见案例）来做一个比较，问题就会很明朗。又如：实验室在检验溶液中是否还有SO42-时，常常先用盐酸（或稀硝酸）把溶液酸化，以排除CO32-等造成的干扰。再加入BaCl2（或Ba（NO3）2）溶液，如果有白色沉淀出现，则说明原溶液中有SO42-，这里就忽视SO32-干扰。如果有如果SO32-，还能用稀硝酸和硝酸钡这种组合来检验吗？
• 向教材实验中找问题，这是大家普遍采用的选题方法。教材中的不少实验在实验过程中出现不少问题，均存在待改进的空间。如；新教材中钠与水的反应实验存在安全隐患；SO2、乙烯的性质实验时的储气装置的选择；Na2O2滴水生火的成功率和对石棉网的腐蚀；吸热实验中使用玻璃片和木板的弊端……很多教师在这方面作出很多贡献，改进了不少实验，本人也改进了几个，并将其应用到教学中直接代替教材实验。但就仅仅作到如此，是远远不够的。教师可对教材实验中隐藏的问题通过适当的放大暴露给学生，给学生创造更好的问题情境。或是教师将实验中的问题抛出，让学生参与尝试自行设计自制实验解决问题，或是教师将改进的实验同时展现给学生让学生比较发现问题作出解释和评价…… 只有将这些落实到学生身上，才能使自制实验的问题教学得到深化。
• 向现实生活中找问题。生活中无处不存在化学，而我们更是利用化学来改善生活。教材与生活的衔接存在明显不够，这也导致高中化学学科教学丢失了很关键的一项功能。引导学生发现生活中的化学问题，将其带入课堂，再进行解决。如：食品中的脱氧剂的分析和自制；模拟香烟对人体的危害；汽水、蛋糕的自制；揭密黑心棉；利用鸡蛋、水果、蔬菜中的进行化学实验；加碘盐中成分的测定……尝试一些家庭、生活自制小实验，结合现有知识，解释、深化。不仅可以促进学生问题意识的树立、发散和对化学学科的兴趣，更重要的是使学生学有所用，提升他们解决问题的能力。
• 向环境科学中找问题。环境问题已经成了大家关心的焦点，而很多环境问题都涉及到化学。教师可以将某些适合高中生解决的环境问题带入课堂。如；污水中各种无机金属离子的定性测定；空气质量的分析；雨水PH的测定；室内甲醛的含量的测定；校园垃圾的处理……让学生发现环境问题，体验解决环境问题既可以使学生在解决问题中构建知识，又可以培养学生的环境意识。
•向医疗、保健方面找问题，如：防非典消毒水的分析和制取；一次性注射器和青霉素瓶能否应用到化学实验中；检验胃舒平中的成分；华素片的碘成分的测定，市售补血剂的比较。
②自制实验在化学问题解决教学中的实施流程及策略
自制实验在化学问题教学中的应用可以讲是极其广泛。它贯穿于整个高中化学问题教学中，有些自制实验可以引发学生发现问题，促使学生解决问题；有些自制实验可以学生帮助在学习、生活中发现的问题。在课堂问题解决教学中有些自制实验可以安排在新课的引入、课堂问题教学的中间过程、已有知识的巩固、深化的复习课当中。有些自制实验可以安排在学生的兴趣小组活动当中，也有些自制实验可以安排在学生的研究性学习当中……但不管是何时何地，要有效地开展自制实验在化学问题解决教学，都应该遵循一些原则：
•问题性原则 即把问题贯穿于教学的全过程，实现学生对问题自我发现，自觉提出，自行解决的原则。
•过程性原则 即强调问题解决的程序、方法与问题的结论同等重要，注重学生的问题认识和对方法理解的原则。
•自主性原则 即学生在教师的引导和支持下逐步成为问题的发现者和问题的解决者的原则。
•合作性原则 即学生之间、师生之间合作交流相互借鉴，共同探究解决问题的原则。
•递进性原则 即化学问题的循环递进发展原则。
这就要求教师在科学建模和教育建模的一般原理以及现代教育心理理论，整合化学问题解决的基础上构建自制实验问题解决的教学流程：
学生在教师构思问题教学的基础上呈现化学认知。这个过程强调教师要从学生习得的化学认知入手，分析教学任务，处理教学内容，利用教学资源，形成教学框架，进而组织教学。这是化学问题解决教学的先导。
感知问题信息是学生在教师创设的问题情境以及适宜的课堂氛围中，将置身于化学问题媒介，感知相关化学问题信息，质疑有关化学问题的结论的过程。这是实施化学问题解决教学的首要环节。
提出化学问题是学生在感知问题信息之后，产生多种质疑，提出相关问题的过程。这是一个分辨问题主干与分支确定问题解决主次的重要环节，是开展化学问题解决教学的关键。
建构解决问题模型是学生问题解决思维的自组织过程。这个过程是在教师的诱导和提示下，由学生独立辨析解决问题的路径，建立解决问题模型的过程。展示探究学习即是按照问题解决模型解决化学问题的过程。它遵循科学论证的一般原理，在教师的组织和策划为支撑，通过学生的探究学习而再现。
取得问题结论是化学问题解决的单元终结目标。事实上某一个单元问题的解决往往是新一单元问题的开始。教学中师生教学进程的演进正是不断取得问题结论过程中使问题解决不断深化，学生认知得到不断提升。
附：自制实验在化学问题解决教学应用实例
实例一：“极易溶”的概念（应用在高三复习实验中的倒吸问题）
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构思问题教学 |
教材中涉及NH3的物理性质时提到其极易溶于水，所以在吸收时要注意防倒吸，而氯气的尾气吸收却不用考虑防倒吸。 |
呈现化学认知 |
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创设问题情境 |
这个“极易溶”的概念是什么意思？溶的快？还是溶的多？还是两者兼有？ |
感知问题信息 |
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引导化学问题 |
1、根据所学知识可以肯定两者均能溶解较多。 2、能否设计一个实验来了解决溶的快慢这个问题？如何设计？ |
提出化学问题 |
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提示解决路径 |
分别收集一试管的NH3和Cl2，然后分别倒插入水和NaOH浓溶液中，比较溶液上升的速率。 |
建构解决模型 |
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组织实验过程 |
学生操作，进行实验，并记录结果：装有NH3试管的溶液上升速率比Cl2的要快的多，但都上升到相当的高度。 |
展示探究学习 |
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判断核定结论 |
“极易溶”主要指的是溶的多，而在考虑是否需加防倒吸装置要考虑其溶解速率。 |
取得问题结论 |
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派生新问题、建立新循环 |
1.CO2、SO2等其他酸性气体在水中和浓碱液中的溶解速率又如何？ 2.NH3在酸性溶液中的溶解速率又如何？ 3.能否列出它们在一定温度下的速率比较表格 |
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注：其中实验设计由本校高三（1）同学自行完成
实例二：SO42-离子的检验（应用在高一SO42-的检验）
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构思问题教学 |
实验室在检验溶液中是否还有SO42-时，常常先用盐酸（或稀硝酸）把溶液酸化，以排除CO32-等造成的干扰。再加入BaCl2（或Ba（NO3）2）溶液，如果有白色沉淀出现，则说明原溶液中有SO42-，这里就忽视SO32-干扰。如果有如果SO32-，还能用稀硝酸和硝酸钡这种组合来检验吗？ |
呈现化学认知 |
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创设问题情境 |
某溶液可能含有SO42-、 CO32-、 SO32-，如何检验其中是否含有SO42-？ |
感知问题信息 |
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引导化学问题 |
1、能否用盐酸和氯化钡这种组合来检验？ 2、能否用稀硝酸和硝酸钡这种组合来检验？ 3、能否设计实验来进行探究、解决问题？ |
提出化学问题 |
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提示解决路径 |
学生设计采用控制变量的方法即将上述三种离子两两组合，分别进行实验比较。 |
建构解决模型 |
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组织实验过程 |
学生操作，进行实验，并记录结果：在 CO32-、 SO32-的混合液中滴入稀硝酸和硝酸钡这种组合时发现除气泡外仍有白色沉淀。 |
展示探究学习 |
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判断核定结论 |
1、可以用盐酸和氯化钡这种组合来检验。 2、不能用稀硝酸和硝酸钡这种组合来检验。 |
取得问题结论 |
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派生新问题、建立新循环 |
1、这白色沉淀是什么？ 2、它是如何得到的呢？ 3、硝酸在这里起到什么作用？ 4、某溶液可能同时含有SO42-、 CO32-、 SO32-，如何分别检验三者？能否设计一个新的实验。 |
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注：本实验学生在教师的协助下设计完成
实例三：“Cl2的实验室制法”（应用在高一Cl2的实验室制法）
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构思问题教学 |
教材中直接收集制的氯气，收集到的是不纯的气体。 |
呈现化学认知 |
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创设问题情境 |
本人仍然按照教材中的实验装置来制取实验，但在集气瓶中放置一张干燥的红纸（目的是放大实验现象，引发学生发现问题并思考如何解决），结果干燥的红纸褪色。① |
感知问题信息 |
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引导化学问题 |
1、为什么红纸会褪色？ 2、得到的氯气是否纯净？ 3、里面会有那些杂质？ 4、如何得到相对纯净的氯气？ 5、你能否设计一个实验达到4的要求？ |
提出化学问题 |
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提示解决路径 |
氯气里可能有水和氯化氢等杂质，可以采用增加洗气装置的办法来除去这两种杂质，以得到纯净的氯气。 |
建构解决模型 |
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组织实验过程 |
学生绘制实验装置图：② 进行实验，并记录结果：集气瓶中的氯气并不褪色 |
展示探究学习 |
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判断核定结论 |
本自制氯气制取实验成功的改进了教材实验不足之处修改。 |
取得问题结论 |
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派生新问题、建立新循环 |
1.在其他气体制取实验中会不会出现类似问题？ 2.能否对初中某些实验也做些改动，优化 ？ |
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注：①由本教师自行设计
②其中实验设计由本校高一（6、7）同学自行完成
实例四：脱氧剂的成分分析及自制（应用于高三原电池复习③）
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构思问题教学 |
根据网上资料，市售脱氧剂的主要成分是铁粉，其他成分包括氯化钠、沸石、活性炭等，主要利用铁生锈的原理，在水分及氧气的参与反应下，形成氢氧化铁水合物，在密闭的环境下即能降低氧气的浓度。④ 这是一个典型的原电池的应用。 |
呈现化学认知 |
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创设问题情境 |
常温下，食物需要保鲜，如何能帮助食物保鲜？ |
感知问题信息 |
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引导化学问题 |
1、食物保鲜的关键措施是什么？ 2、能否设计一种能够帮助食物保鲜的保鲜剂？ 3、如何能增强保鲜剂保鲜的功能，在原有的基础上需要做那些改动？ |
提出化学问题 |
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提示解决路径 |
1、物保鲜的关键措施是除氧。 2、必须找到一种在常温下就能跟氧气发生反应的物质。 3、在水的参与下，铁能在常温下与氧气发生反应。 4、加快反应速率可以加入一些电解质如：氯化钠，还可以通过增大接触面积的方法，如：添加沸石和活性炭。 |
建构解决模型 |
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组织实验过程 |
学生课外组织实验操作，进行实验，并记录结果：发现有加入脱氧剂的食物比未加的保鲜时间长。 |
展示探究学习 |
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判断核定结论 |
本自制实验取材于生活中发现的问题，并成功的模拟了整个实验。 |
取得问题结论 |
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派生新问题、建立新循环 |
1. 写出反应的化学方程式？ 2. 脱氧剂是否只有这样一种？ 3. 脱氧剂的应用是否只停留在食品当中？ 4. 这个问题的解决给大家有什么启发？ |
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注：
③、本教学设计也可应用到高二《原电池》。
④、问题来源：本校一高一学生在购买回来的饼干中发现有两包东西，1、干燥剂；2、脱氧剂。这位同学问我这脱氧剂的主要成分是什么？经过网上查找资料，得市售脱氧剂的主要成分是铁粉，其他成分包括氯化钠、沸石、活性炭等，主要利用铁生锈的原理，在水分及氧气的参与反应下，形成氢氧化铁水合物，在密闭的环境下即能降低氧气的浓度。起到保鲜的作用。
3、自制实验在化学问题解决教学应用中的功能评价
熟悉自制实验问题解决教学的过程，了解学生应用自制实验解决化学问题时的心理活动，明确自制实验在化学问题解决教学功能，教师可以在实际教学中有的放矢。
①促进知识和技能的融合
实验技能是指利用已具备的陈述性知识和程序性知识，通过实验操作解决未知的化学问题的“心智水平”，它不仅包括实验设计、观察、分析、归纳等心智技能，还包括实验操作技能，而自制实验在化学问题解决教学中的应用含盖了所有以上内容，所以自制实验是一种手脑并用的的问题解决过程，是一种知识和技能融合的过程。在应用自制实验解决化学问题的时，学生要对化学问题进行分析，明确实验的目的，搞清实验原理，将所学各部分知识融会贯通，综合运用化学知识和实验技能设计实验方案并实施。实验操作过程与学生原有认知结构紧密相联，同时自制实验也促进了原有认知的进一步完善。
②提高反省认知能力
反省认知指主体对自身认知的认知，在自制实验问题解决中，表现为学生对问题解决过程的反思。学生对实验每个细节的推敲、修改及对实验方案的完善，就是对自己思维活动的认知，即反省认知。检验、反思与调节是自制实验问题解决当中重要的一环，然而学生在“照方抓药”式的实验中很少体现出对实验过程的反思。在问题解决模式下的化学教学中，学生真正置身于问题情境中，在实施自己设计的实验方案遇到障碍时更能够积极地独立思考，调整思路，保证实验问题的顺利解决，从而提高反省认知能力。
例：在过氧化钠滴水生火的实验中，因为棉花包裹的随意性和湿棉花不易着火的问题，导致课堂演示实验的失败。高一游莉莉同学尝试多种方法：1、用保鲜膜代替棉花，虽然可使热量聚集，结果失败，分析原因是保鲜膜的耐温可达到100多摄氏度；2、利用液态易燃物汽油、煤油代替棉花，还是失败，分析原因是过氧化钠在汽油、煤油中易分散，且滴入的水不易与过氧化钠直接接触；3、选用干燥的淀粉与过氧化钠充分混合，并堆成小丘状，实验非常成功。但又了新的问题，石棉网难以清洗，且清洗后的石棉网很容易生锈。4、改用蒸发皿放置药品，避免了石棉网的问题。但由于反应放热过于集中，再反复实验中，发现多个蒸发皿破裂。且作为演示实验不易学生的观察。5、最后，改用生活中常用的水泥板才获得圆满的成功。
③促进知识迁移
学生在解决实验问题时会积极主动地回忆是否碰到过类似的问题，能否用先前的方法来解决新问题。学生在运用已有的知识和技能解决实验问题的过程中，观察现象、分析变化的原因，剖析问题的实质，并将已有的知识和所得信息进行归纳概括，从而发现规律，获取新的知识。相应的知识有助于迁移，单也要注意定势干扰，消除负迁移。实例二即是一个很好的例子。
④激发兴趣，提高学习动机
自制实验与化学问题解决的结合，多增加些与生活实际相联系的自制实验，可以提高学生的学习兴趣。本人尝试将在网上下载的与生活紧密联系的趣味实验，打印、装订成册，分发给高一班级里同学，大大的激发了学生对化学的兴趣。他们自发的形成趣味实验兴趣小组，每个星期都利用课外时间到实验室来的做实验。并且自行出资购或收集买一些实验材料如：鸡血、鸡蛋、番茄、面粉、树叶、蜡烛、废旧牙膏壳、易拉罐等。从实验目的、原理、方案的制定、仪器的选择组装、药品的选择、实验操作的实施到实验结果的分析，都要学生积极的参与，主动的动脑动手，独立观察、分析，还要作好小组内成员的合作分工。当实验完成后，学生可以体验到成功的愉悦感，从而进一步激发学习的兴趣，大大提高了学生的学习动机。
⑤培养学生的问题意识和创新能力
法国生理学家贝尔纳曾说；“创造力是没法教的。所谓创造力是指要给学生发表他们想法的机会，从而发展他们富有创造力的才能。”同时，“创造出自问题”。而自制实验在化学问题解决教学的应用，大多是采用探究性的问题解决模式，创造性被充分的得到体现。本文在论述选题时很多的选题范例就来自于学生发现的问题。很多自制实验的开发都是在学生的协助下完成的。如高三学生李世荣在半年的时间内将高中新教材（一、二两册）以及翻译的四本涉及化学的美国研究性教材《科学探索者》——（物质构成、环境科学、地球上的水、化学反应）看完，并尝试改进了21个实验，其中不少有开发的价值，当然，也有些不很成熟。但通过自制实验，在现行的模拟考试的实验题中有着敏锐的分析能力，曾在第一次市模拟考中化学得了满分。
⑥提高科学素养
学习的最终目的是为了能够解决实际问题，让学生懂得如何解决问题，找到最优化的解决途径，使他们掌握解决问题的科学方法，这对他们的日后所从事的工作、研究以及生活都是有益的。学生在实验的问题解决过程中经历了科学探究的过程，培养了实事求是的科学精神和一丝不苟的科学态度，体验了创造性解决问题的乐趣。通过克服自制实验过程中的困难和挫折，可以培养学生的持之以恒的探索精神。
4、反思自制实验在问题解决教学的应用
本论文是本人在一市级研究课题研究的开展下完成的。纵观整个课题开展的过程中，也发现了一些问题：班级人数的过多使得不同学生的差异性拉大，自然的拉长了教学的时间。另外实验室的管理也是一个问题，因为很多实验是需要在课外完成的，而这时实验员往往已经下班，而有时因为一些特殊原因，教师也外出出差，导致某些实验的持续性开展得到中断。曾有学生向我提出能否将实验钥匙借给他以便方便随时做实验。能否建立一个向学生开放的学生实验室,建立一个学生领取化学药品的程序制度，和提供一个方便学生查找资料的学生计算机房。可能是本教学推广的一个重要基础。
参考文献：
【美】Fynda Fielstein & Patricia Phelps 著 王建平 等译 《教师新概念－教师教育理论与实践》北京：中国轻工业出版社，２００２.８
【美】Donald R Cruickshank & Deborah L.Bainer & Kim K.Metcalf著 时 绮等译《教师行为指导》
北京：中国轻工业出版社，２００２.８
袁国振 著 《教育新理念》
北京：教育科学出版社，２００２.３（２００３.４重印）
吴俊明 编著 《中学化学实验导论》
江苏：江苏教育出版社，１９９７.１２
中华人民共和国教育部 制订 《全日制普通高级中学化学教学大纲》
北京：人民教育出版社２００２.４
历年的《化学教学》、《化学教育》、《中学化学教学参考》、《中学化学》
此研究中涉及本课题组及他人自制实验见《坎门中学自制化学实验汇编》
详见附录中的《研究的阶段小结一》
详见附录中的《坎门中学兴趣小组情况登记表》及《典型活动设计》
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