论文题目：基于真实实验的化学概念建构 ——以催化剂和物质分离为例
摘要：化学学科的基础是化学实验,化学学习的内容是化学实验,化学实验是化学学习的手段。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出实验是研究化学变化的重要途径,是科学探究的重要方法。因此化学实验在化学教育教学中至关重要。关于化学实验研究,主要集中在利用其他技术或手段代替真实化学实验进行教学,对现有化学实验方案进行改进,使得化学实验的观赏性增强等方面。针对真实化学实验对化学概念进行正确意义建构的研究没有得到足够的重视。针对这种情况,我们在奥苏伯尔有意义学习理论、认知发现学习理论、建构主义理论以及合作学习理论的指导下,对真实化学实验对学生化学概念建构的作用进行了系统研究。其工作主要包括:对相关概念进行了界定,本论文中所指的真实化学实验具有:1)采用实验仪器和药品在教学现场进行实验操作;2)实验所呈现的信息与所建构概念的内涵之间具有很好的匹配度,两个基本的特征。不满足这两个特征的实验不属于真实化学实验,比如:实验视频、教师语言描述实验、操作错误或者呈现信息不完整的实验。对初中化学“催化剂”的内涵进行分析,并在教材实验的基础上对“分解制O2的反应中Mn O2的作用”进行了实验条件的改进及优化,主要在原有实验的基础上,1)通过调整30%H2O2溶液的p H值,使得该物质在没有加入Mn O2的时候有合适的O2分解速度,同时能收集O2并能用带火星的木条复燃,用以呈现H2O2在没有Mn O2的作用下,有O2产生;结合加入Mn O2后产生O2的速度加快,用以建构催化剂只改变反应的速度,不改变反应的方向的核心内涵;2)采用滤纸包裹Mn O2的方法,客观的呈现Mn O2反应前后的质量并未发生改变;Mn O2反应前后的化学性质不变采用教材实验的方法进行。对高中化学“柱色谱”分离原理及表征分离度的Rf值。对粉笔分离菠菜色素实验的条件进行优化,主要包括:密闭展开、粉笔上点样、展开剂体系优化和菠菜提取物前处理等方法,使得菠菜色素在粉笔上呈现5条清晰的色带。用以对相关概念进行建构。在建构主义等课堂教育教学理论的指导下,依托教材实验和优化后的改进实验进行教学设计的研究;同一内容采用两种方法进行教学案例设计,两种教学案例的区别仅仅在于实验方案,其目标在于研究改进后的实验教学方案在学生形成正确意义的概念上是否占优势,形成概念的意义是否正确。对设计好的教案在绵阳普明中学两个平行的初三班级及两个高二班级进行课堂实证研究。在前测中发现两个初三班级学生的学习水平基本相似,两个高二班级的水平也基本相似,在上课后的后测中表现出采用优化后实验方案的班级表现较好,初三年级中,实验班能清楚的知道催化剂概念中的三个核心要素——催化剂改变速度不改变方向、反应前后质量不变、反应前后化学性质不变。高二年级中,实验班对柱色谱分离原理中的流动相及其对化合物的作用、固定相对化合物的作用以及密闭环境对色素分离的影响有清晰的认识,同时能采用图示的方法对Rf值进行展示。课堂观测发现,实验班实验的学生对化学实验信息的捕获较普通班高,在实验的过程中能依据实验的现象进行对结果的预测,同时预测呈现较强的逻辑关系。选取前后测成绩变化较大的学生进行深度访谈,发现前测成绩较差、后测成绩较好的同学,表示在实验中有对应的现象支持,增强了概念的识别及记忆能力;前测成绩好,后测成绩差的同学,深度访谈中表现出来的是实验失败,缺失了部分关键信息,造成学生形成迷思概念,从而怀疑之前的正确判断。通过本研究,我们发现真实化学实验能整体逻辑地呈现各种化学信息,这些信息与其支持的化学概念内涵之间具有很好的匹配关系,学生能依据所呈现的化学信息进行化学概念正确的意义建构,失败的化学实验由于部分化学信息的缺失造成学生形成错误的概念或者迷思概念。研究中存在的问题主要体现在,课堂实证研究的样本数量的代表性不够,仅仅研究了一个地区的四个班级。
关键词：中学化学;真实实验;概念建构
学科专业：学科教学（化学）（专业学位）
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 中学化学实验教学相关研究
1.2.2 化学概念相关研究
1.2.3 研究现状述评
1.3 研究意义
2 研究设计
2.1 研究目标
2.2 研究内容
2.3 研究方法
2.4 研究框架
3 理论基础
3.1 概念界定
3.1.1 真实实验
3.1.2 概念
3.1.3 化学概念
3.1.4 化学概念建构
3.2 相关理论基础
3.2.1 奥苏泊尔理论
3.2.2 建构主义理论
3.2.3 认知发现学习理论
3.2.4 合作学习
4 教学实验设计
4.1 “分解H_2O_2制O_2的反应中MnO_2的作用”教学实验设计
4.2 “用粉笔分离菠菜叶中的色素”教学实验设计
4.2.1 实验部分
4.2.2 实验装置及操作流程图
4.2.3 实验结果分析
5 化学概念建构的教学案例设计
5.1 教学设计思路
5.2 教学案例设计
5.2.1 “分解H_2O_2制O_2的反应中MnO_2的作用”教材教学案例设计
5.2.2 “分解H_2O_2制O_2的反应中MnO_2的作用”优化教学案例设计
5.2.3 “用粉笔分离菠菜叶中的色素”教材教学案例设计
5.2.4 “用粉笔分离菠菜叶中的色素”优化教学案例设计
5.3 对教学设计的思考与反思
6 实验教学案例测评研究
6.1 调查研究思路
6.2 测评工具
6.3 研究对象
6.4 调查结果分析
6.4.1 测试结果分析
6.4.2 访谈结果分析
7 研究总结与反思
7.1 研究结论
7.2 研究的不足及展望
参考文献
附录1 初中化学实验教学现状调查问卷
附录2 高中化学实验教学现状调查问卷
附录3 初三分解H_2O_2制O_2反应中MnO_2的作用测试题
附录4 高二粉笔分离菠菜色素实验测试题
致谢
在校期间科研成果