前言：

自2005年开始，《新课标》全面推广，探究式教学模式得到了越来越多教师的认可并且在很大范围内得以广泛地运用，就连学生遇到问题也经常不说研究而是说探究。教师作课时如果不是探究性的就如同20年前老师上课不用投影仪一样是一种“落后”的方式。2017年版《新课标》更加明确要求化学学科的核心素养中的证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任……都和实验有着必然的联系。
首先应该肯定的是，探究式教学确实是一种适合培养优秀人才的教育模式，优秀的学生会在探究中逐步领先。我国教育模式的问题其实并不仅仅在于高考模式，而且在于教学中教师和学生地位的不对等。学生的主动性和积极性不能充分发挥，学生就如同流水线上正在生产的电视机，在一块电路板上不断地被动安装一个个的元器件，最终大家统一形成一个标准化的器件，用于社会生产中，所有的学生都被以一个模式送到大学。没能将不同的人送到不同的地方，就如同很多人不知道物理化学是属于物理还是属于化学一样，笔者就在一个学校图书馆发现一本《物理化学》放在物理学科内。其实绝大多数人根本无需知道物理化学到底归属哪个学科，而是在于学了太多无用的物理和化学。因为这些物理和化学仅仅就是一些知识，学生却根本不了解这些知识是如何取得的，而恰恰是取得这些知识的过程才是学生们真正应该知道的。
其实这一教育模式的形成有其一定的历史因素，新中国成立初期，百废待兴，亟需各种人才用于国家建设，而此时应用型人才是最奇缺的，必须按照一个工业生产流程所需人员的条件定制人才，培养出来的人要立即能够胜任具体的工作，成为大机器中的一个“螺丝钉”，专业细分重视单一知识的局面由此形成。而多年后，这一模式已经形成了惯性，当我们需要大量的研究型开放性人才的时候，我们的基础教育和高等教育反而不适应，牛顿第一定律的力量过于强大。
在参观一些特色学校时看到他们的教育方式是：从小学开始就以课题研究模式进行教学，学生学习的不仅仅是知识，更注重的是方法。知识可以忘记，但是方法和技能却不会。当我们的学生仍以灌输知识为主时，他们却是在研究科学研究的方法，最终形成的差距就是他们是科学家，他们提供思想和灵感，我们是工程师，我们负责完成具体的实施。甚至可以说我们的培养模式是培养“匠”。
探究教学推广已经十年，但基层教学并不能真正完全采用探究式教学模式，这不仅仅是中、高考的压力，还因为我们的教师也从来没有接受过这种探究教育，没有形成探究的思维模式，会不自觉地将探究引向知识而忽略方法。
即使在探究教学引导学生科学方法的运用中，也缺少对学生进行系统性的科学方法论的训练，学生对于探究的理解大多仅仅停留在控制变量一种方法上。遇到较难的研究型题目或者现实问题，就会一筹莫展。
新课标推行伊始，各个学校纷纷开设选修课，而化学学科的魅力就在于实验，于是化学实验类的课程非常受学生欢迎。笔者也从1999年开始在学校开设化学实验类选修课，经过多年的实践，也走了很多的弯路，而这些弯路很多学校还在重复。这就是采用两个模式，一个是做简单的趣味性实验，用趣味性实验吸引学生，实验操作简单、易行、安全，对知识和基本技能没有过多的要求，于是无论初中还是高中，名校还是普通校，都在化学课上做豆腐、紫甘蓝提取指示剂、茶叶中提取咖啡因……而另一个则是做知识拓展与下放，将原来大纲版教材上有而课标版删掉的内容拿回来，甚至将大学一二年级的无机、有机的实验选择一部分拿来给学生做。这两种方式一类强调趣味性，另一类强调了知识性，其实都忽略了实验相对于理论知识所不具备的特点，就是实验给学生带来的科学思维的训练。笔者也曾同样使用这两种方式开设选修课长达6年，虽然学生反馈一致较好，但每年都是高一学生爆棚，而高二学生选课人数锐减，这其中一定是课程出了某些问题。高二学生觉得趣味性实验太幼稚，对自己的学习帮助不大，而知识下放性的内容一般较难，理论性强，趣味性明显不足，对学生来说也没有过多帮助，只要有足够多的备选课程，就不选这门课程。而且这也是对学生正常学习的一种干扰，中学教师提前讲解大学课程，由于自身的知识和能力差距，很难讲到位，学生吃了夹生饭，对将来进入大学学习会产生不利影响。
恰好此时课程改革，学校开设国选“实验化学”课程，校选课程正好停止，闭门反思。而对《实验化学》教材研读之后，深感其中除了表面上的知识条理性之外还包含着科学思维的渗透。人教版第一个实验就是蓝瓶子，很多老师都认为上来就是一个氧化还原反应，有点难，然而其背后却有很多可以继续研究的课题，而不是一个单一的实验，并且对于不同程度的学生来说，可以将其简化为一个单纯的趣味性实验，作为一个课程的引入，对于成绩比较好的学生来说就可以作为一个研究课题，继续挖掘，研究影响蓝瓶子变色的各种因素。食醋中总酸量测定，那么除了乙酸之外其他酸有什么、有多少，也是可以继续探究的。
能不能设计一个课程体系，至少部分实验内容既可以作为简单的趣味性实验或者知识性技能型实验，也可以拓展成为研究型实验，做到一个教材适合多方面的要求。
2012年承蒙领导信任，在几位青年教师的积极配合帮助之下，笔者设计了一套从零开始的实验类课程。从接到任务开始，笔者就确定了几个基本原则：一、不做简单知识下放；二、不做简单趣味性实验；三、做到课程体系内部自洽，课程之间与课程内部做到螺旋形上升；四、每一门课程要有自己的单一主题，不能做成知识拼盘；五、课程内部的实验内容要尽量有拓展空间，便于拓展；六、突出科学思维与方法的训练。历经4年教学实践，部分课程经历了推倒重来，雏形初具。
本书共分为三个部分。第一部分为笔者及团队几年来教学过程的经验总结与思考。第二部分总结了探究模式下实验室管理、设计与常规教学模式的不同之处。笔者每年接待若干参观团队，其实表面上的硬件是次要的，通过内部管理使得实验室提高运行效率才是主要的。第三部分选择部分课程内容与读者分享，不仅有操作步骤和原理，还提供少量背景资料，并附有实验注意事项，可以作为教师上课的素材直接使用，减少上课前的准备工作。在内容选择上考虑到初中一般不太可能开设选修课，故素材选择主要针对高中学生。
本书从2012年开始，陆续写作到2016年才完成初稿，在此期间认识与想法也在逐渐变化，而后几易其稿，增删多处，依然有不够完善之处。笔者在此抛砖引玉，希望广大教师提出宝贵意见，涌现更多更好的实验课程，给学生提供更广阔的发展空间。
本书在写作和教学实践中得到很多老师的大力帮助和支持，黄文君老师、林静老师等参与了教学实践过程，提出了大量有建设性的意见。李新黔老师、刘雅莉老师、蔺东斌老师、彭实老师、刘少轩老师、秦佳佳老师为本书提出了很多中肯的修改建议。感谢化学工业出版社相关工作人员为本书最终付梓所做的辛勤努力。在教学和写作中，很多老师给予了无私帮助，不能一一列举，在此一并表示诚挚谢意。
最后引用生物学神经元理论创造者圣地亚哥拉蒙-卡哈尔的一句话：“身为教师，最纯粹的荣耀不在于培养出仅次于自己的学生，而是在于培养出超越自己的贤人。”

曹葵

目录：

第一章 实验科学与科学地实验 001
一、从钱学森之问说起 002
二、金字塔不是奴隶建起来的 006

第二章 化学实验中的科学方法论 011
第一节　一般科学方法论及其演化 013
一、归纳和演绎 013
二、实证主义方法论 016
三、证伪主义方法论 018
四、历史主义方法论 021
第二节　科学方法论在化学实验中的运用 024
一、传统的科学方法论 024
二、现代科学分析方法 026
三、单因素试验法 031
四、优选法 032
五、正交法 033
六、回归分析 036
七、均匀试验法 042
第三节　研究性实验设计的一般原则与过程 043
一、自主设计或研究性实验的一般原则 043
二、研究型实验的一般实施过程 050
三、文献检索是开始研究的第一步 053
四、研究的基本方法 058

第三章 做富于智慧的实验 061
第一节　什么是有智慧的实验 062
一、如何定义智慧实验 062
二、让小实验充满智慧 065
三、获得有效信息是智慧的开始 068
四、每一个实验都可以变得智慧起来 071
第二节　智慧实验设计的内涵与外延 073
一、智慧实验设计的内涵 074
二、智慧实验设计的外延 086
三、探究过程是内涵与外延的集中体现 097
第三节　学生为主体的实验设计 103
一、探究实验首先要让实验变得有趣 108
二、最初的探究实验素材要尽量选自身边事物 112
三、学习控制变量就需要制造变量 116
四、探究要善于刨根问底 119
五、探究过程要鼓励学生质疑 122
六、探究就是一个体会科研的过程 129
七、探究是个过程，是激发学生创造力的过程，不仅是要得到一个结论 133

第四章 学生评价机制探索 141
一、让学生适应新的评价方式需要一个缓慢的培养过程 142
二、答辩提升学生表达能力，看到学生思想碰撞的火花 147
三、开放性的研究与开放性评价推动学生思维的变革 150

第五章 新课程体系下实验室设计与管理 159
第一节　新课程体系下化学实验室设计 160
一、现有实验室主要格局模式 161
二、实验室功能与要求 164
三、化学实验室总体数量要求 166
四、实验室内部要求 167
第二节　新条件下实验室管理 168
一、人员管理 169
二、规章制度建设 170
三、常见废弃物处理 171
四、安全救护 175

第六章 智慧实验教学设计案例 177
课题一　三种制氧气方法优劣的比较 178
课题二　解决低钠盐困境 179
课题三　薯片中的化学 181
课题四　量热法测定混合碱中碳酸钠和碳酸氢钠的含量 182
课题五　变质氢氧化钠的检验与纯化的研究 183
课题六　如何得到纯净的碱式碳酸铜 184
课题七　硫酸铜与氢氧化钠溶液反应的不同现象研究 184
课题八　影响蓝瓶子实验变色周期的因素研究 185
课题九　制备氢氧化铝最佳方案的研究 186
课题十　研究如何利用氢氧化钠和氯化铁稀溶液制取氢氧化铁沉淀 187

附录 189
一、注意事项或参考答案 190
课题一 三种制氧气方法优劣的比较 190
课题二　解决低钠盐困境 190
课题三　薯片中的化学 190
课题四　量热法测定混合碱中碳酸钠和碳酸氢钠的含量 191
课题五　变质氢氧化钠的检验与纯化的研究 192
课题六　如何得到纯净的碱式碳酸铜 192
课题七　硫酸铜与氢氧化钠溶液反应的不同现象研究 192
课题八　影响蓝瓶子实验变色周期的因素研究 193
课题九　制备氢氧化铝最佳方案的研究 194
课题十　研究如何利用氢氧化钠和氯化铁稀溶液制取氢氧化铁沉淀 194
二、学生公开发表论文选登 194