中美高中化学教材实验类型的比较与优劣

中美两国化学教材对中学生进行的实验活动进行了分类，旨在根据课时、实验难度或实验性质让学生和教师进行实验。纵观两国教材中的实验内容，大致分为以下几种实验类型，如表2-19。

表2-19　中美高中化学教材中实验类型的总结

从实验类型的角度来看，我国教材仍然偏重于演示实验，其所占比例超过70%。我国需要加强微型实验的开发，将美国优秀的微型实验进行改进和完善，引入我国的教材中，具有实际应用的价值［19］。值得注意的是，美国教材在前言部分对于实验类型有明确的说明，这有助于教师和学生使用教材时合理地安排实验活动并了解实验难度，对于实验感兴趣的同学也可以在家进行兴趣实验。《化学：物质与变化》共有130个实验，设计为5种不同的类型，不同类型的实验对化学学习有不同的作用。具体实验类别分类如图2-1。

图2-1　《化学：物质与变化》对于实验类型的注解［20］

1.教师演示型实验

演示型实验是一种充分体现直观性和实用性的重要教学手段，它可以通过直观的现象阐释科学原理，解答与生活密切相关的问题，有效地激发学生对于科学的探究热情，所以中美高中化学教材中每个章节基本上都有若干教师演示实验的安排。不同点在于教师演示实验的呈现方式和篇幅上。人教版《化学》中演示实验的过程也会在教材中呈现出来，为的是让学生熟悉实验原理和操作过程。《化学：物质与变化》中对于教师演示性实验的原理会解释得很清楚，对于实验操作的具体细节描述较少。例如：第4章第2节中讲到托马斯利用阴极射线管证实原子中有负电微粒的存在，因为该过程需要用到高压阴极射线管，操作危险性比较大，所以教学中要求教师进行演示。在教材配套的教师用书同一页上，对于教师演示实验的操作要求进行引导，包括实验目的、实验材料、安全保护措施、操作过程、结果和分析反思。

2.学生实验

学生实验是化学教材中不可或缺的一部分。一方面，化学实验能够为学生认识元素化合物知识、学习化学概念和理论提供化学实验事实；另一方面，化学实验能为学生检验、巩固化学知识和理论，验证化学假说提供事实性知识。通过比较教材中学生实验的内容和题材，可以发现中美教材有很多异同点。相同之处是两国教材都设置了许多基础实验课题来培养学生的实验操作能力。不同点主要有以下几个方面。

（1）实验语言描述的区别

在人教版《化学》中，实验多以“引言”“步骤”“总结记录”等展开表述，语言简练清晰，条理清楚，详细地将“实验原理”“实验用品”“实验步骤”“问题与讨论”和“拓展实验”等主要方面呈现于教材之中，其中对于药品的种类和用量描述得非常清晰，有助于学生和教师在实际操作中对用量的控制。例如：选修6教材中的实验2-5“乙酸乙酯的制备及反应条件探究”中清晰地列出了实验目的、乙酸与乙酯在一定条件下产生乙酸乙酯的原理及反应方程式、实验所需药品和容器、实验安全标识、实验具体制备步骤及性质探究的方案提示等。

在《化学：物质与变化》中，学生实验（Chemlab）比其他几种类型实验的描述更为详尽，主要分为以下9个方面：“问题（Problem）”“目标（Objectives）”“材料（Materials）”“安全（Safety Precautions）”“预习实验（Pre-lab）”“步骤（Procedure）”“清理及处理（Clean and Disposal）”“分析及结论（Analyze and Conclude）”“化学与生活（Real World Chemistry）”。虽然每章只有一个学生实验，但是利用两页的篇幅呈现了从实验准备到实验结束后的废物处理及思考的各个方面的内容。相对国内教材对于实验的语言描述来说更为详细，其中设置的“实验准备（Pre-lab）”在实验前提出问题，让学生带着问题或设计好的实验记录表格进行实验，这样有助于学生独立思考，实验效果也会更好。

（2）实验活动任务的区别

对于学生实验中学生需要完成的学习任务和目标，两国教材中都有呈现。两国教材中实验活动任务方面的异同点如表2-20。

表2-20　中美高中化学教材实验任务的对比

从表2-20中可以看出，两国教材在实验任务模块设置上大致相同，都很重视理论与实践的结合，既重视某些基础知识、基础概念的阐述，也注意引导学生通过实验操作体验实验过程、学习实验方法。教材中安排了很多栏目和多样的活动，具有较大的弹性。考虑到各个地区和学校的情况，实验任务也提供了很多可选择的内容，以增强弹性。

而美国的教材不仅对于实验活动和任务做出了具体的提示，还设置了许多思考性的问题以联系实验与实际。例如：在“酒精的性质”实验最后的“化学与生活”栏目，提出了四个问题，其中一个是“通过实验，如何解释碳链较短的乙醇的试剂瓶上的易燃的警示标志？”要回答这个问题，学生就需要从实验的现象中寻找答案，增强了实验的效果。

（3）实验课题选取的区别(www.xing528.com)

学生实验的选取会有利于学生领悟科学探究的本质和学生探究能力、解决问题能力的培养。由于教材中教学内容编排的不同，两国教材在学生实验课题选取上也有很大不同。在人教版《化学》中关于验证元素性质的实验有很多，集中在必修的两本书中。美国教材中关于元素性质的内容仅在“元素周期表”一章中出现，所以元素性质和化合物性质的验证实验比较少，如金属镁的性质、钢的性质测定和酒精的性质等，还有一些是要通过搭建模型实现，如搭建VSEPR模型和晶胞模型等，另外一个大类就是化学反应类的实验，如观察沉淀反应的现象、小苏打加热分解实验等。

3.探究实验

随着国内课标的修订，高中化学实验在化学学科中的功能、内容、地位等方面也发生了极大的改变，教材中的实验更加倡导自主合作式的、实践探究式的学习方式，以充分调动学生主动性、积极性为前提，发展学生的思维能力和创造能力，培养学生的创新意识。人教版《化学》中每一章约有1～2个探究实验，基本上是在某一知识点的学习后引发学生的思考、提出问题并引导学生进行探究实验。最后一般会编排与实验相关的若干问题，引导学生对结果进行反思。一个较为完整的探究实验例子为必修2第一章的“第三周期元素性质探究”，其中结合了学生实验、小组讨论、阅读文献材料和得出结论等几个部分，一步步引导学生带着问题思考，努力解决问题并得出结论。

美国化学教材中大多在第一章就强调“科学研究方法（Scientific Method）”，强调学生学会带着问题和假设设计实验并进行实验操作。教材详细介绍了观察、假设、实验、结论、理论、科学定理等名词后，将科学方法用图解的形式表达出来（图2-2），并且在以后的章节中，多次反复联系各种科学方法，以巩固学生对科学方法的理解。

图2-2　科学研究方法的过程［20］

《化学：物质与变化》中每章开头都有一个“探索实验（Discovery Lab）”，这类实验由引言、步骤、分析3部分构成，所用到的药品、仪器、操作比较简单，但趣味性强，可以引发学生思考，从而提出问题并试图利用本章内容最终解决问题，引导学生学习探究课题的方法，为进一步的学习奠定基础。例如第十七章中关于“影响反应速度的探究”（图2-3）。

图2-3　“探索实验”范例［20］

“解决问题（Problem Solving Lab）”栏目的设立也是为了培养学生自主探究意识。这部分一般由设计、读图、分析、思考等部分组成，提供学生一些背景资料，让学生通过阅读材料，获取信息并解决问题。该栏目中一共有26个研究课题，具体的课题内容如表2-21所示。

表2-21　《化学：物质与变化》“解决问题”实验模块的课题列表

续表

相比于两国化学教材中的探究实验，美国化学教材给学生更大的探究空间，一般不提供让学生记录的表格等，让学生对于课题的探究和实验具有完整性；同时，实验内容更加贴近生活，更容易引起学生探究的兴趣。

4.家庭实验或者趣味实验

美国化学教材的实验编排中有一个小栏目叫做“家庭实验”，旨在让学生利用课余时间和家中随手可见的物品进行实验。在相关内容的正文旁边有标注家庭实验在附录中的位置和内容。例如：在《化学：物质与变化》的附录E中，有26个家庭小实验，每个实验的主题与教材中26章的内容相对应，内容大多非常贴近日常生活，实验药品随手可得，器材也很好准备。图2-4为家庭实验12，可以看出家庭实验一般会给出非常明确的实验过程指导，并且引导学生对实验结果进行合理的解释并做出反思，同时也有明确的标识提醒学生注意实验安全。

图2-4　“家庭实验”范例［20］

另外，在人教版《化学》中，有一个栏目也类似于“家庭实验”，叫做“实践活动”，同样也是要求学生利用课余时间对某些课题进行家庭实验。例如：在选修1《化学与生活》第一章第三节中，有一个“实践活动”是通过鸡蛋清中放入食盐和食醋来研究蛋白质的性质，并研究胶体的丁铎尔现象。最后设计了两个问题引导学生通过家庭实验得到合理的结论并讨论结果。