摘要 开设“中学化学教学法实验研究”课已5学年有余，从改革的方向、方法和结果看：绿色化学——目标明确、方法正确、前景可观，道路深远。
关键词 教学 实验 研究
在基础教育推进素质教育的进程中，“以人为本”论，教师是根本，这一点，社会各界以达成共识。我们认为高素质中学教师不仅应成为合格教学型人才，更应成为学者型、研究型和创造型人才。为了既培养高师生毕业后从事实验教学和技术研究的能力，又为考研生提供创新性实验研究题材，我系决定改革原“教学论实验”课，开设“教学论实验研究”必修课，现已开设该课程5年余，从改革的方向、方法和结果看：绿色化学——目标明确、方法正确、前景可观，道路深远。
1 改革的方向和方法
1.1实验课选题、内容和要求具有研究性和创新性
教学实验研究选题12项，每项选题尾缀以研究、探索之词，给人以新颖、创新之感。如以选题“非铂电极电解水实验探索”为例。其内容是分别在两种电解液（1﹕10硫酸，10%氢氧化钠）中，改变和选择电极材料（铅、碳、铜、铁棒），电压（6、9、12 V）和两极距（2、4、6 cm），用无刻度试管（一般农村中学用）探索电解水的最佳条件；要求用绿色化学方法和技术解决实验操作过程中，电解液腐蚀皮肤（手）的问题。显然该选题题目新颖，不仅具有研究性，还具有创新性和挑战性。选题的研究性是显而易见的，条件变量多，因素复杂，需要学生分项目、控制条件和因素分别进行实验探索，在一些细微末节问题上，更值得研究，如电解水所得氢气、氧气的体积用无刻度试管测量，就值得探索。墨水、中性笔等虽然可在试管上做记号（刻线），但这些化学成分都易溶解于电解液中，使所做记号不复存在，而油笔又不能在试管上做出任何标记，偶有痕迹，又被强碱性电解液将其化学成分腐蚀破坏的一干二净；用任何标签纸划线做记号，都是笨拙之举。而某生用剪刀将细橡胶管剪出一极细（相当于吸量管刻度线）橡皮圈，套在试管上作可移动性记号，配合量筒、尖嘴滴管滴加水测量氢气、氧气体积，使问题得以解决，其思维在探索的基础上得以升华，技能颇具原创性。而解决实验研究操作过程中碱液、酸液不腐蚀手的要求，却极具绿色化学的挑战性和创新性。大多数学生用塑料袋套在手上，用手指堵住盛满10%NaOH电解液的试管口，倒立插入装有该电解液的电解池中；不少学生用塑料袋堵住装满10%NaOH的试管口，并用其在试管口打结，使之不漏液，倒立插入盛有该电解液的电解池中，放松结口，提升试管（不出液面），取出塑料袋（此举因试管漏液进气而失败人次较多）。而仅有一位学生是剪一张小塑料薄膜片，用其盖住装满10%NaOH电解液的试管口，使试管倒立，在大气压的作用下薄膜片可密封并托住电解液，使试管顺利插入盛有电解液的电解池的勾型电极中，在极具创造性实验技术的挑战中，该生脱颖而出。
诸如经典实验：分解KClO3制取氧气法，分解剂和催化剂质量的比例与分解速率的关系；药品在试管底的铺置方式（平铺，不得堆积）和酒精灯的加热方式（从试管底逐渐缓慢前移，不得拦腰截断加热），对控制氧气产生速率及其制取和收集（凡固—固型反应，须加热制取气体的实验），其研究成果值得推广。鉴定海带中碘的研究中，酸化与乳化及破坏乳化法，从萃取剂的颜色判定碘含量，及其废液中分离制I2、回收CCl4。纤维素的水解实验的研究中，脱脂棉用量与浓H2SO4体积（滴数）的关系，玻棒搅拌时速度、粘稠度及脱水炭化（失败），和溶液颜色与水解程度的关系，中和液、沉淀液NaOH浓度、体积（或滴数）、加热方式与生成Cu2O沉淀速率和颜色的关系，为什么要用新制的Cu(OH)2沉淀等均具有绿色化学实验的探索性和创新性。
1.2实验前、后任务由学生完成
为了培养学生从事和熟悉实验研究的全程经验和实验素养[1]的形成，单做实验研究，不懂实验研究的前期任务和善后工作，从绿色化学的思想和原则，建立绿色化学实验室标准出发，应彻头彻尾打破教师开单——实验员准备——教师指导——学生实验研究——教师、实验员善后这条实验教学工作链，建立教师指导——学生准备——（教师指导）学生实验研究——（教师指导）学生善后这样的一条教学实验研究工作链。将学生每4人分为1组，让每组学生轮流承担一次实验前准备工作，和实验完毕善后任务处理。前者，如实验器材、药品的领取，分门别类存放、配发，及试剂、溶液的配制，实验器材研制配发等；后者，如实验后剩余试剂、溶液的收存，实验“三废”按照绿色化学处理药品的5“R”原则进行回收、处理、再生和利用，整顿公用仪器，清扫实验室卫生工作等等。器材研制，如测定KNO3溶解度研究中环形搅拌的弯制；电离、电解实验探索中三通管的烧制，电解水非铂电极研制中极（接）头的密封链接等，这些工作既培养了学生创造性思维，又锻炼了学生的实验技术和严谨的科学实验作风。实验“三废”：制H2实验研究中废锌粒（已镀松疏Cu）回收后的再利用及废气（H2）的收集、贮存；经典实验分解KClO3制O2的再研究中的废渣中分离出MnO2和制取KCl；纤维素水解及鉴定研究后的废液中分离出Cu2O和葡萄糖酸，银镜反应研究后用稀HNO3处理银镜后，废液回收，提取纯化AgNO3等。这些回收、分离、再生、利用和贮存等绿色化实验室工作，不仅促使学生学会了绿色化学实验的思想、原则、方法和技术，树立了和谐节约型的实验风气，还培养了学生的创造性思维和探究性实验的方法，并历炼了学生的实验素养。显然，只有如此，才能使学生始终处于教学研究的主体地位，教师处于指导地位。
1.3实验研究计划——实验研究报告一条链
众所周知，实验研究计划是制约实验研究过程和实验研究报告的瓶颈。体现形式往往是实验研究计划和实验研究报告是“两张皮”，即体现为两种文本形式，且内容大相径庭。解决问题的唯一途径是在做实验研究计划上寻求突破口。为此，在撰写研究计划，做研究操作（实验）和直至做研究报告上向学生提出10点要求：①学生实验前必须要到图书馆、资料室或上网等查阅相关实验选题的资料，获取、采集一些实验原理、方法、技术和数据等基本信息。②研究计划和研究报告是实验研究前后内容的链接，体现方式不同（因时空而异）的一种文本形式，换言之，实验研究报告是在实验研究计划的基础上成型的。实验研究前可完成和能完成的（完成在研究计划上），决不推在实验研究后（写在实验研究报告上）。③实验研究原理简洁化，实验研究步骤、过程要格式化、纲领化、前提化、公式化、符号化、术语化、数据化、英文缩写化。④尊重他人劳动成果和知识产权。做研究计划时查阅（含上网）的资料内容、数据等应将其文献做标注（角码），并在格式化过的计划书（报告书）页脚下方按照文体要求说明标注的来源出处。⑤实验研究（操作）时，勿须看书，仅凭研究计划便可操作。⑥实验研究操作过程，要眼、手、脑并用。操作规范是基础，遵守程序须切记，做上步、想下步，心中有谱尚须记录在册是行手。⑦探索过程有困难，方式方法要讲究；能解决实验研究中出现的实际问题是根本，它是知识和技能转化为能力的必经之路。⑧将实验研究过程中所得现象和数据填充到格式化的研究计划中，或经过一定的数据处理（含手工和电脑），且得出结论，便是一篇将要成型的实验研究报告。⑨实验研究本身具有探索性，实验反常（异常现象、实验失败、结果欠佳、误差与偏差过大等）在所难免，遇到问题不得回避，更不能造假，必须进行问题探讨。应从主观因素（加错试剂、读数有误、按错键钮、计算出错、反滴、滴管交叉等）和客观因素（温度、浓度、酸碱度，试剂、试液的损坏——氧化、还原、分解、玷污、光化、催化和仪器性能等）等诸方面进行反思、假设、重做、分析、比较、归纳、解释并得出结论。问题探讨是实验研究报告的必要和重要内容，是实验研究报告完美、完整全面的具体体现，没有问题探讨是一份未成型的实验研究报告。问题探讨能力：深刻性、尖锐性、广度性、准确性是一个人独立从事化学实验研究时学术水平高低的重要标志。⑩习题或作业。习题和作业是实验研究内容的具体内涵和外延的问题化，不完成、不认真完成和完成有误说明该生实验研究素养有缺陷。而知识、技能、能力和素养是构成实验研究学业结构的四要素。
1.4实验Micro Teaching化
由于大多数实验研究选题是演示性实验，其研究的目的之一是寻求最佳教学实验方案，即省时、省事、省能耗、省药品，且效果明显，这也是绿色化学原则。这里省时占第1位。而1个演示实验在45分钟的课堂内，从讲到演最多只能占约5～10 min，从中学化学教学的形式、内容、过程、时间和空间以及实验在教材中所处的地位、性质和作用等诸多因素考虑，符合微格教学的特征和要求。为此，可利用占时较少的实验研究选题，培训学生从事实验教学的“角色扮演”，给学生创造一个展示教师“姿态”的机会，创设登台演讲的教学情景。根据微格教学的实习原则，提出了学生试演讲的评价标准：①演讲口语普通话；②导入与中学课堂化学教材内容衔接，顺其自然；③演示操作规范，只能成功，不能失败，一旦反常，讲明原因；④演讲能正确使用化学和实验术语；⑤演示与演讲协调，一丝不乱；⑥能抓住实验教学的要点，突破难点，突出重点，解惑疑点；⑦教态自然，口齿清晰，抑扬顿挫，幽默风趣，无口头语；⑧板书规范，条理有序，凸现“4点”；⑨能在规定时间内演讲完毕；⑩结束余味无穷。根据演示内容应有悬念性，演绎性，总结性，归纳性。
1.5考核考素质
实验教学研究本身就是一门素质教育课。课程性质除了具有基础性，设计性，综合性，探究性外，更讲究科学实验方法的选择和应用。为此考核内容、方式、方法等诸方面均应予以改革。
1.5.1考查注重平时学业且可量化
平时学业占总成绩70%。考查从①思维、灵感、顿悟（体现于实验研究计划、操作与报告）；②知识与技能（体现方式同①）；③过程、方法与能力（体现于实验研究始终）；④情感态度与价值观（体现于实验研究准备、计划、操作、报告与善后工作）；⑤品格、习惯和作风（体现方式同④）；⑥绿色化学，安全与环保（体现方式同④）等6个维度15个指标着手，分别赋于权重6、7，权重总和为100。显然，这里的权重即百分数和比重，同时也是指标的满分值[2]。1学期考查不少于3次。考查方式：为了体现公平、公开、公正原则，应针对某一选题，全班分组（3组）、分批次考核。考查方法[3]：有常规测评法，站守测评法，记录核查法，中途暂停法，心记编码法，编码打点法，检查法，比较法等。
1.5.2 期末考核选题体现设计性，且须笔试兼答辩——与时俱进为社会服务
为了避免选题的单一化，导致考核成绩拉不开档次，分不出高低，一是选题类型讲求设计性，二是力求选题多元化、多样化。如用五种方法检验浓、稀H2SO4；用化学法鉴定NaAc、NaCl，并设计其技术路线等。给出选题5个左右，考前公开，要求学生每题必做实验研究计划。实考2个选题，其中1个选题为必做题（含经典实验）；另一选题为抽签题。被鉴定和检验的药品、溶液在瓶签上只给出题号，为了避免大量的配制试剂、试液和选用药品，降低实验准备的工作量，应尽量考虑各选题所用试剂、试液、药品、材料的互换性和替代性。考核方式：既考过程，又查结果。实验研究完毕，进入笔试、答辩阶段。笔试、答辩2考题，其范围为上述5选题的内涵及外延。既考查“双基”的牢固性、扎实性，又考核思维和技术的开创性。如为什么不能利用铁钉在浓H2SO4中的钝化作用来检验浓、稀H2SO4？浓H2SO4使胆矾变白是显示其吸水性，还是脱水性？请设计一装置证明之。考核答辩的另一目的是考查并培养学生应用化学和实验术语的表达能力，也为学生即将面临的就业面试关和考研复试面试关搭建平台。期末考核占总成绩30%，其中，选题的设计、研究操作（过程）部分和结果占70%。笔试，答辩成绩占30%。
1.6 坚持绿色化学实验研究
师范教育是基础教育的“母机”，自身水平决定着基础教育教学的质量。注重绿色化学实验，是我们改革这门课程的又一特色。在实验中，按照绿色化学的思想、原则、方法和技术，教育学生并实施绿色化学实验研究，始终把其放在教学第一位。
1.6.1安全实验、绿色研究
在实验第一课上，郑重提醒学生，绿色化学、安全第一，并制定了相关安全实验、绿色研究守则，作为教育教学内容，纳入平时实验研究成绩中进行考察和考核。诸如有毒、有害、有污染的试剂：浓盐酸、浓硝酸、浓氨水、液溴等的使用，一律置于下口瓶和倒插瓶（液溴）中备用，在配置它们的溶液时，先通入密封量器，再通入容器；反应产生的尾气是毒害气体，如H2S、SO2、NO、NO2、NH3、CO时或通入储气瓶，或用反应液（如酸碱液）吸收，在本实验室达到毒害气体零排放标准。对有安全绿色实验创新思想、方法和技术，遵循守则的学生予以加分和表扬；反之，则给予扣分和批评教育。以此加强学生的化学安全和绿色意识。在守则的正面激励和约束下，学生在实验研究中发明了一些安全实验和绿色研究的成果（方法和装置）。如水槽的竖管扎孔排渣法；氨的非铂催化氧化制NO2的研究中，不仅设计出了密封反应系统，可使毒害气体反应物NH3和生成物NO2不泄漏，并在系统内、外发明了电热丝管内高温（大于800 ℃）催化法和手提气筒鼓气（空气和氨气）法。
1.6.2环保、节约——循环实验
没有规矩，不成方圆。除守则外，我们还向学生提出了相关实验研究的化学公约。在公约中有一个绿色名词：循环实验，其内容是遵循绿色化学12条原则，遵循处理药品试剂的绿色化学5“R”原则和原子经济规律。①本实验室除垃圾外无无故废弃物；②反应后“三废”一律回收；③生成物为纯净物或可提纯物，应标签（品名、年、月、日），储存，以备再用；④生成物为复杂混合物者，标签（原反应物、生成物、年、月、日），储存，以备研究（恢复、再生、分析、分离）后利用；⑤鼓励微型实验研究；⑥鼓励发明绿色实验仪器和装置，设计绿色反应工艺、历程等。期望以此激活学生的聪明才智，规范学生的思想行为，为创建绿色实验室，构建和谐节约型实验室贡献智慧和力量。关于循环实验方面的一些典例，前边做过一些介绍，这里不再赘述。
2 改革的结果
数据说明问题，信任唤醒责任。
2.1毕业生就业率高达98%
就业难，在基础教育中化学是一门小学科，其就业面较窄，这是一个学科潜在的社会性问题。然而，我系历届毕业生就业率一直保持在98%以上。有些毕业生任教时间不长，但已成为当校、当地小有名气的中坚力量。这一点充分证明了我们注重化学这门实验学科其师范性的重要性。
2.2学生素质逐年提高
由于院、系领导特别注重实验室建设和化学学科的实验性，注重素质教育，作为实验教师，我们理应注重实验教学质量。如实验研究计划一次性通过率从73%提高到98%，实验研究报告错误（改正）率由30%下降到9%，绘制坐标曲线图的错误率由39%下降到1%，习题作业错误率由36%下降到8%，公用移液管交叉（错误）使用率由21%下降到3%，期末考核问题答辩2次通过率由37%下降到3%。考研录取率从32%递增到69%，而惊人的是复试中实验操作与答辩平均通过率99.6%。
2.3 绿色化学实验研究，成绩显著
开设该课程以来，每届学生（60人，120人）平均10%获系实验技能竞赛一等奖，18%获二等奖，28%获三等奖；有5%学生获学院科技创新奖。在循环实验法倡导下，除了刚建立实验室领取过一些仪器和药品外，每年除了领取一些工业酒精、火柴和必需试剂浓硫酸、浓氨水、氯酸钾、双氧水和材料海带、脱脂棉等外，很少领取常见药品，如Na2CO3、KNO3、AgNO3等。除可自研自产上述一些化学药品外，还可研制ZnSO4、I2、KI、KIO3、无水乙醇、乙酸乙酯等试剂药品。实验室“三废”达到93%回收率、87%利用率。仅此一举，每年为国家可节约实验经费（含水、电费）近万元。
2.4问题与探讨
任何改革都是“摸着石头过河”。尽管这门学科改革方向正确，前景喜人，成功是肯定的。受到了学生的好评，得到了院领导的肯定和表彰；但是改革毕竟是一种探索，可谓前进艰难，道路深远。
2.4.1学生跟着教师、教材走
改革的目的是培养学生实验研究的素养和创新思维，学会教学实验研究的方法和技术，掌握探究问题的能力。我们希望的是教学相长，青出于蓝而胜于蓝。而从教学过程看，有些情况下、有些学生却是跟着教师走，跟着实验研究教材走。体现在实验研究计划上是千篇一律；计划内容有缺憾；实验研究反常，不会和不愿刨根问底，有一过了之或躲避现象，失去了研究的机会，丢掉了研究的价值。如木炭还原氧化铜，只见石灰石变浑浊，试管底有红色粉末生成，并无剧烈灼燃发光现象，却认为反应已完成；关键条件加热（Δ）和高温界限不明。中学教学模式根深蒂固，习惯于死记硬背和教在前，学在后。懒于自习，懒于动脑，懒于动手；能发现问题，不能解释和解决问题；问得多，想得少，做得少，答得少。如利用铜电极电解水（1﹕10的硫酸），阳极明显几乎无氧气生成，而追问老师者多，不知其真谛者多。尽管有“十指还有长短不一”之说；但是，这并非我们改革的初衷和推脱的理由。
2.4.2学生探讨问题肤浅
学生探讨实验研究反常问题肤浅，也是我们下决心改革这门课程的中心问题。产生问题的根源来自于两方面，一方面源于学生“双基”不牢固，二是专业学科不专，和不会专；不能和不会把自己所学的专业知识和技能灵活应用于中学化学教学实验研究。如考核答辩：从能量变化的角度考虑，为什么浓硫酸、氢氧化钠溶于水是放热的，而硝酸铵溶于水是吸热的？还有浓硫酸具有吸水性，从分子结构考虑，一个硫酸分子最多可吸收几个水分子？又如：学生试图用铁在浓硫酸中的钝化原理，用铁钉鉴别浓、稀硫酸，结果发现铁钉在两种溶液中都有（非SO2）氢气生成。非常纳闷，却说不出所以然。银镜反应失败，有黑色松疏物生成，而一不知为何物，二不知何因，这些问题1次性通过率仍未突破85%。尽管我们在实验研究报告上专设有：问题讨论栏和习题作业回答栏，并在平时学业成绩考查时，开诚布公地加重了相关指标的权重。但是，几年来，探讨问题的2次通过率仍在97%左右徘徊，这些问题值得我们惊醒，值得我们深思，值得我们从师与生，教与学双方加以研究，认真解决！开设这门课程，为基础教育、农村教育、山老区教育和考研生的化学教学实验研究服务是我们的方向和总旨；使中学化学实验教学研究走出低谷，走向光明，走向辉煌是我们的目标。
