化學(xué)實驗教學(xué)原則新探

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，化學(xué)理論教學(xué)與實驗教學(xué)是一個統(tǒng)一的整體，二者相輔相成、相得益彰。普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：要讓學(xué)生掌握基本的化學(xué)實驗方法和技能；了解化學(xué)實驗研究的一般過程，初步形成運用化學(xué)實驗解決問題的能力；形成實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度，具有批判精神和創(chuàng)新意識等。然而調(diào)研發(fā)現(xiàn)，實際上高中學(xué)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)成這一目標(biāo)，問題的癥結(jié)在于實驗教學(xué)中存在一些原則性問題。藉夸美紐斯的眼光加以審視，化學(xué)實驗教學(xué)應(yīng)遵循直觀性原則、過程性原則、發(fā)展性原則以及虔敬性原則。

一、直觀性原則：讓學(xué)生利用感官直接感受化學(xué)的魅力

在《大教學(xué)論》中夸美紐斯寫到：“教導(dǎo)應(yīng)該盡可能通過感官去進(jìn)行，使它能費較少的勞力被記住。”[1]在化學(xué)學(xué)習(xí)中，有許多物質(zhì)的重要性質(zhì)是需要學(xué)生掌握的，死記硬背不僅會使學(xué)生感到枯燥乏味，而且由于記憶內(nèi)容繁復(fù)冗雜，又不諳性質(zhì)背后的本質(zhì)原因而容易混淆。但若將物質(zhì)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，則效果有著天壤之別。比如學(xué)習(xí)金屬鈉時，需要掌握鈉是一種質(zhì)軟的金屬、具有銀白色金屬光澤、密度比水小、化學(xué)性質(zhì)活潑。教師指導(dǎo)學(xué)生親自從煤油中取出一小塊鈉，切割、觀察，然后放在滴有酚酞的水中。學(xué)生能親眼看到鈉浮游在水面上、溶液由無色變?yōu)榧t色，親耳聽到嘶嘶的聲音，親手摸到燒杯的溫度變高。這些直觀的感覺讓學(xué)生印象深刻，鞏固了對金屬鈉知識的多維建構(gòu)。

直觀性除了主角視覺之外，還要強調(diào)多感官協(xié)同?！耙磺惺挛锒紤?yīng)該盡量地放到感官跟前。一切看得見的東西都應(yīng)該放到視官的跟前，一切聽得見的東西都應(yīng)該放到聽官的跟前。氣味應(yīng)當(dāng)放到嗅官的跟前，嘗得出和觸得著的東西應(yīng)當(dāng)分別放到味官和觸官的跟前?！盵2]比如學(xué)習(xí)濃硫酸的脫水性時，若只是單純地講解，學(xué)生難以理解且半信半疑；但是加上濃硫酸使蔗糖“炭化”的實驗探究（如圖1），學(xué)生就會綜合性地認(rèn)識這一重要性質(zhì)。白色蔗糖脫水并迅速膨脹形成黑色柱狀物質(zhì)，伴有較為劇烈的嘶嘶聲；手接近燒杯壁時感受到很高的溫度；生成的產(chǎn)物先后能使品紅溶液褪色、澄清的石灰水變渾濁等。強烈的感官刺激，讓學(xué)生對濃硫酸的脫水性、強氧化性和反應(yīng)放出大量熱量有了直觀的感受，更重要的是讓相關(guān)知識如SO2、CO2、KMnO4等得到了良好的整合，同時培養(yǎng)了學(xué)生一定的實驗設(shè)計能力。

夸美紐斯指出：“假如能使孩子們先運用他們的感官（因為這最容易），然后運用記憶，隨后再運用理解，最后再運用判斷，這樣才會次序井然，因為一切知識都是從感官的感知開始的，然后才由想象的媒介進(jìn)入記憶的領(lǐng)域，隨后才由具體事物的探討對普遍事物產(chǎn)生理解，最后才有對于業(yè)已領(lǐng)會的事實的判斷。這樣，我們的知識才能牢實地確定?！盵1]對于化學(xué)這門基于實驗的學(xué)科，教學(xué)更應(yīng)該如此。但遺憾的是，由于教師觀念、升學(xué)壓力、教學(xué)制度等導(dǎo)致化學(xué)實驗沒有得到應(yīng)有的重視。比如教材上要求的許多實驗，教師往往以敘述的方式代替了真正的實驗，以致于學(xué)生沒見過儀器、藥品，因此他們對反應(yīng)現(xiàn)象的感知就僅限于書本上的畫面而已?！凹偃缡挛锏谋旧聿荒艿玫?，便可以利用它們的模型圖象。”[1]在多媒體技術(shù)迅速發(fā)展的今天，化學(xué)實驗教學(xué)也可以借助多媒體演示，比如講到分子、原子等比較抽象的微觀結(jié)構(gòu)時，多媒體動畫可以增進(jìn)學(xué)生的理解。需要說明的是，視頻中的實驗操作不可以替代學(xué)生真實的實驗過程。

二、過程性原則：讓學(xué)生在過程中體驗創(chuàng)新

夸美紐斯在提到改良學(xué)校教育時強調(diào)：“人類這個理性動物將不由別人的才智去領(lǐng)導(dǎo)，而由他自己的才智去領(lǐng)導(dǎo)。他不僅閱讀別人的見解，掌握它們的意義，或把它們記下來、背下來，他還要親自鉆研事物的根源，獲得一種真能理解且能利用所學(xué)的東西的習(xí)慣。”[1]由此可見，親自鉆研可以增進(jìn)學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)才智，它所帶來的最大的益處在于讓學(xué)生養(yǎng)成一種在實踐中探索的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

在化學(xué)教學(xué)方面，除了部分教師演示實驗外，我們應(yīng)該多給予學(xué)生親自動手的機會，讓他們體驗科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)運用以實驗為基礎(chǔ)的實證研究方法。著名教育家陶行知先生曾提出“教學(xué)做合一”，由此也可看出“做”在教學(xué)中的重要地位。演示實驗解放了學(xué)生的視覺，做到了讓他們能看；而讓學(xué)生參與到實驗過程中，親自動手去實踐，則是解放了學(xué)生的創(chuàng)造性的雙手，做到了手腦并用。在化學(xué)教學(xué)中，我們要把原本屬于學(xué)生的時間和空間歸還給學(xué)生，引導(dǎo)他們積極主動地參與到學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新精神。以下是筆者訪談時的一個經(jīng)典案例：

案例：“我（指學(xué)生T）居然能做出一個拉動小車的電池！”

學(xué)生T：有一次經(jīng)歷特別難忘，那就是我們化學(xué)桑老師讓大家制作一個電池。

某學(xué)生：我們查了一些資料，進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)Al-空氣電池最簡易。我就嘗試做了。

學(xué)生T：具體是這樣的。拿一根圓柱形木棒，不太結(jié)實的那種，放到火上燒成木炭。木炭冷卻后，用面巾紙將它包好，多包幾層，然后把它們伸入到飽和的食鹽水中浸泡一小會兒，讓其充分吸收NaCl溶液，然后再用鋁箔將它們卷起來。注意鋁箔不要與木炭相接觸。這就完成了一個原電池。

學(xué)生T：用連接燈泡的兩根電線，分別與木炭和鋁箔相連。燈泡居然亮了！感覺太不可思議了，太神奇了。我用力緊握燈泡就變得更亮一些。換掉燈泡，接上玩具小車，居然也能拖動！

學(xué)生T：這個簡易的電池完全符合一個原電池的三大要求。

1.有正負(fù)極，鋁箔是活潑的金屬，容易失去電子，做負(fù)極，Al-3e-=Al3+；正極材料是碳，反應(yīng)為O2+2H2O+4e-=4OH-.

2.面巾紙浸泡了NaCl溶液，提供了一個電解質(zhì)環(huán)境。

3.用導(dǎo)線連接燈泡或小車，就是一個完整的電路了。

學(xué)生T：其實，這次動手制作的經(jīng)歷對我非常重要。因為原電池的原理我開始就不能理解，等我看到我做的電池居然能帶動小車，就明白了很多。以前總是覺得學(xué)的東西很枯燥，跟生活沒什么關(guān)系，比如學(xué)了那么多物理知識，可是一些電器我們連使用都不會?，F(xiàn)在一看到電池，比如什么鋰電池之類的，我就能猜想到它大概的原理；還有，就是覺得制作小玩意兒挺有意思，動動手很好。

事實勝于雄辯。教師們一般認(rèn)為動手操作導(dǎo)致教學(xué)的高耗低效，從案例中可以看出，這顯然是不符合事實的。一次動手體驗的經(jīng)歷就讓學(xué)生印象深刻，這種直接經(jīng)驗要比課本知識呈現(xiàn)的效果深刻得多、真實得多、有效得多、持久得多。更重要的是讓學(xué)生真切地感受到了“創(chuàng)造”，真切地體會到知識與人類生活實際的聯(lián)系和實用價值。當(dāng)然，動手的頻率可以靈活控制，并不是要求每節(jié)課都要動手，而是需要教師發(fā)揮主體性給學(xué)生創(chuàng)造合適的動手機會。另外需要強調(diào)的是，在體驗過程中不僅培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力，還能增強應(yīng)試能力。長期以來，我們往往將知識與能力、素質(zhì)與應(yīng)試二元對立起來，認(rèn)為只要高考制度不變，就不可能讓學(xué)生在實驗過程中成長，這顯然是偏激的。如關(guān)于原電池的知識是考試的重難點，學(xué)生往往望而生畏，而案例中學(xué)生T則通過制作一個電池，對原電池的原理及正負(fù)極反應(yīng)有了本質(zhì)的理解，他告訴筆者，“碰到電化學(xué)的題目都不怕”！

所以，我們應(yīng)該提供讓學(xué)生參與實驗過程的機會，鼓勵學(xué)生親自動手探究。通過探究過程中的動手操作和動腦思維，不僅能將此部分知識徹底掌握，更重要的是讓學(xué)生體會到實驗的樂趣、化學(xué)的魅力。正如居里夫人所說，“科學(xué)的探索研究，其本身就含有至美”，正是這種內(nèi)在的體驗和追求，造就了學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的長足動力。

三、發(fā)展性原則：讓學(xué)生在探究中自主構(gòu)建知識

夸美紐斯提出“青年的正確教育……是使他們的悟性看到外面的世界”[1]，他還將學(xué)生的心靈比作“一道活流，如同樹葉、花兒和果實從樹上的蓓蕾生出來，到了第二年又生出一個新的蓓蕾，又從新的蓓蕾生長出新的嫩枝和枝上的樹葉、花兒和果實一樣。”[1]正如生物重演律指出，生物的個體發(fā)育過程重演其祖先的系統(tǒng)發(fā)生過程。學(xué)生如同人類的童年，對世界充滿了好奇，渴望通過自身的探索去解密而非知道現(xiàn)成的答案?？涿兰~斯強調(diào)，“學(xué)生應(yīng)當(dāng)懂得，他所學(xué)的東西不是從某種烏托邦取來的，也不是從柏拉圖式的觀念借來的，而是我們身邊的事實之一。這樣一來，他的精力和精確性就可以得到長進(jìn)?！盵1]

化學(xué)教學(xué)應(yīng)始于實驗，因為學(xué)生不僅應(yīng)該通過實驗獲得知識，更應(yīng)該從實驗中學(xué)會基本的探究方法，學(xué)會遷移。然而當(dāng)下教學(xué)實踐中，學(xué)生實驗主要還是以驗證實驗為主，也就是說，可以不用思考，只是按照書本上的操作步驟照單抓藥即可。只要操作正確，一般都能得到和書本上相同的實驗現(xiàn)象和結(jié)論，即使現(xiàn)象與書本描述的不符，多數(shù)教師和學(xué)生也不會去深究其原因。其實，對于驗證性實驗，教師可以先不給出應(yīng)有的實驗現(xiàn)象，而是引導(dǎo)學(xué)生在實驗時多思考幾個為什么，比如：實驗為什么要這樣設(shè)計？每一種物質(zhì)加入的作用是什么，量如何，順序能否交換？能不能在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化？對于在實驗現(xiàn)象中出現(xiàn)的“反?！爆F(xiàn)象，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)問題，不要讓學(xué)生誤以為“反?！本鸵欢ㄥe誤，就會遭受批評。恰恰相反，“反?！蓖菃栴}的生長點，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的極好契機。著名科學(xué)哲學(xué)家波普爾指出：科學(xué)只能從問題開始，并且“應(yīng)當(dāng)把科學(xué)設(shè)想為從問題到問題的不斷進(jìn)步——從問題到愈來愈深刻的問題”。正是由于問題，“才激勵我們?nèi)W(xué)習(xí)，去發(fā)展我們的知識，去實驗，去觀察”[2]。

比如筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)“乙醛與新制氫氧化銅反應(yīng)”時，學(xué)生產(chǎn)生了這樣的疑問：既然銀鏡反應(yīng)和新制氫氧化銅反應(yīng)是醛類物質(zhì)的特征反應(yīng)，那么甲醛、丙醛等含有醛基的物質(zhì)也能發(fā)生這樣的反應(yīng)嗎？教師沒有直接回答，而是鼓勵學(xué)生自行探究實驗。實驗現(xiàn)象如下：

1.乙醛、丙醛與新制的氫氧化銅反應(yīng)產(chǎn)生了磚紅色沉淀Cu2O，反應(yīng)后加入了酸，發(fā)現(xiàn)有Cu單質(zhì)和Cu2+生成；

2.甲醛反應(yīng)速率較快，但沒有期望中的磚紅色沉淀生成，卻在試管壁形成了一層光亮的銅鏡。經(jīng)探究學(xué)生發(fā)現(xiàn)：

（1）丙醛有類似乙醛的反應(yīng)，產(chǎn)物Cu2O在酸性條件下發(fā)生了歧化反應(yīng)：

CH3CH2CHO+2Cu（OH）2+NaOH■

Cu2O↓+3H2O+CH3CH2COONa

Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O

（2）甲醛盡管有醛基，但是醛基數(shù)目是乙醛的兩倍，從而使得其還原性比乙醛強，因而產(chǎn)物不是磚紅色沉淀，而是光亮的銅鏡。反應(yīng)方程式為：

HCHO+2Cu（OH）2+2NaOH■2Cu↓+Na2CO3+4H2O

學(xué)生通過自主提出問題，并進(jìn)行實驗探究，其知識建構(gòu)過程是有意義的。學(xué)生不僅感受到同一類型的物質(zhì)有相似的性質(zhì)，而且還感受到有機化合物中基團與基團的相互作用，以及有機化合物反應(yīng)的復(fù)雜性。顯然，這種教育價值絕非教材知識的簡單傳授所能及的。正如學(xué)生后來說，“通過探究，我們敢于探索課本上沒有涉及到的知識，比如知道了本次實驗中RCHO與新制Cu（OH）2溶液反應(yīng)為什么需要堿性條件，意識到了反應(yīng)條件對有機化學(xué)反應(yīng)的有多么重要，因為條件改變得到的產(chǎn)物就不同了?！苯處熞脖硎?，“自主探究可以發(fā)展學(xué)生多種能力，比如提出問題、設(shè)計能力、操作能力以及分析和綜合能力，而且也很好地詮釋了什么是真正的‘教學(xué)相長’”。

四、虔敬性原則：讓學(xué)生在實驗中體悟科學(xué)和人文精神

教師應(yīng)該懷有一顆對知識、對教育的敬畏之心，以一種虔敬的態(tài)度來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、態(tài)度以及人文情懷。普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：在人類文化背景下構(gòu)建高中化學(xué)課程體系，充分體現(xiàn)化學(xué)課程的人文內(nèi)涵，發(fā)揮化學(xué)課程對培養(yǎng)學(xué)生人文精神的積極作用?！洞蠼虒W(xué)論》深刻地啟示我們：“對于國家的貢獻(xiàn)哪里還有比教導(dǎo)青年和教育青年更好或更偉大的呢？”“追求偉大的事情在過去是高貴的，在現(xiàn)在是高貴的，到將來永遠(yuǎn)也是高貴的?！盵1]教師被譽為人類靈魂的工程師，教書育人是其光榮使命。但是如果不懂得教育是促進(jìn)人自由而健康的發(fā)展這一真諦的話，往往容易好心辦壞事?？涿兰~斯告訴我們“假如要形成一個人，就必須由教育去形成”[1]。如何“形成一個人”呢？在“教書”層面上，我們不僅要以便易、徹底、簡明、迅速的方法教授給學(xué)生知識，還應(yīng)該“授之以漁”，培養(yǎng)學(xué)生的自我教育能力；在“育人”方面，我們就需要將情感價值觀教育落實到教學(xué)實踐中。

在化學(xué)實驗教學(xué)中如何保持虔敬性呢？首先，要珍視學(xué)生“神圣的好奇心”。教育思想家洛克早就指出，“好奇心不過是一種追求知識的欲求，因此應(yīng)該給予鼓勵。給予鼓勵，不僅因為它是一種良好的現(xiàn)象，而且因為它是自然賦予他們的一種絕好的工具，可以祛除他們生來的無知?！盵3]然而實踐中往往難以做到，筆者親身經(jīng)歷了一次這樣的情境：學(xué)生非常激動、急切地打斷教師講課，大聲問道“催化劑為什么就能加快反應(yīng)的速率？”教師制止一次兩次學(xué)生依然，直至第三次生氣地警告學(xué)生別搗亂時，學(xué)生才悲憤地耷拉下腦袋。

其次，要培養(yǎng)學(xué)生的懷疑精神。因為沒有基于懷疑與批判的超越，就沒有創(chuàng)造。愛因斯坦在一篇深刻而優(yōu)美的《論教育》詩篇中說，“知識是死的，而學(xué)校卻是在為活人服務(wù)”，學(xué)?！氨环旁谑滓恢玫挠肋h(yuǎn)應(yīng)該是獨立思考和判斷的總體能力的培養(yǎng)，而不是獲取特定的知識”，“因為由一個沒有個人獨創(chuàng)性和個人目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化的個人所組成的社會，將是毫無發(fā)展可能的、不幸的社會?！盵4]比如教材中認(rèn)為乙烯使酸性高錳酸鉀褪色后，變成含有Mn2+的淺紅色溶液，然而實驗中卻發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了懸浮其中的黑色不溶物，學(xué)生認(rèn)為教材處理問題過于簡單化，從而展開探究，形成了關(guān)于高錳酸鉀更加豐富和真實的知識體系。

要做到這些，教師要持有開放的自然觀、知識觀，自身一定要受過良好的科學(xué)探究的訓(xùn)練。教學(xué)中要有承認(rèn)自己某些方面無知的胸懷，正如蘇格拉底所說“我所知道的只是我什么都不知道”。比如實驗中出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象，有些學(xué)生擔(dān)心是自己的錯誤，在實驗報告上不真實地記錄實驗現(xiàn)象，面對這種情形，教師即使自己不能解釋，也不能敷衍了事或信口臆斷，而要引導(dǎo)學(xué)生展開探究，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的探索精神。著名科學(xué)哲學(xué)家?guī)於髦赋隽嗣撾x實驗過程而只講知識的弊病，他說“科學(xué)教學(xué)把對一種理論的討論與對它的范例的應(yīng)用的評論結(jié)合在一起的方式，有助于加強一種主要是從其他來源得出證實理論的印象。這樣做的一個最簡單的理由，讀教科書的人輕易地把應(yīng)用當(dāng)作是支持理論的證據(jù)，當(dāng)作是該理論應(yīng)被信任的理由。但是，學(xué)科學(xué)的學(xué)生接受理論，是教師和教科書的權(quán)威造成的，而不是因為證據(jù)?！盵5]也就是說，教學(xué)不應(yīng)是現(xiàn)成科學(xué)知識、理論的灌輸，它應(yīng)讓學(xué)生參與到探索的過程中，學(xué)會使用科學(xué)的方法，培養(yǎng)科學(xué)的態(tài)度和體驗科學(xué)以及人文精神。

參考文獻(xiàn)

[1] [捷克]夸美紐斯.大教學(xué)論.傅任敢譯.北京：人民教育出版社，1984.

[2] [英]波普爾.猜想與反駁.傅季重，紀(jì)樹立，周昌忠等譯.上海：上海譯文出版社，1986.

[3] [英]洛克.教育片論.熊春文譯.上海：上海人民出版社，2005.

[4] 愛因斯坦.論教育.愛因斯坦晚年文集.北京：北京大學(xué)出版社，2008.

[5] [美]庫恩.科學(xué)革命的結(jié)構(gòu).金吾倫，胡新和譯.北京：北京大學(xué)出版社，2003.

[該文為首都師范大學(xué)教改項目“中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)創(chuàng)新研究”和“化學(xué)教學(xué)論”精品課程建設(shè)項目研究成果之一]

（責(zé)任編輯 郭振玲）