觀念建構(gòu)視角下中學(xué)化學(xué)實驗的類型與特點

葉劍強

摘 要：化學(xué)實驗與科學(xué)探究是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的特色。其中科學(xué)探究學(xué)習(xí)有助于學(xué)生建立化學(xué)核心概念，同時理解并掌握化學(xué)基本原理，形成化學(xué)基本觀念；化學(xué)實驗則是以構(gòu)建化學(xué)基本觀念為目標促進學(xué)生轉(zhuǎn)變相異構(gòu)想，掌握核心概念?，F(xiàn)基于觀念建構(gòu)視角重新審視并分析中學(xué)階段五大類實驗的內(nèi)容及其特征。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實驗；科學(xué)探究；觀念建構(gòu)

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2017）35-0008-04

教育部于2001年頒布的《全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標準（實驗稿）》中明確提出：“化學(xué)實驗是進行科學(xué)探究的重要方式，學(xué)生具備基本的化學(xué)實驗技能是學(xué)習(xí)化學(xué)和進行探究活動的基礎(chǔ)和保證，化學(xué)課程要求學(xué)生獲得有關(guān)化學(xué)實驗的基礎(chǔ)知識和基本技能。學(xué)習(xí)實驗研究的方法，遵守化學(xué)實驗室的規(guī)則，初步形成良好的實驗工作習(xí)慣”[1]。由此可見化學(xué)實驗基本操作是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)實驗基本操作技能也是化學(xué)教師必須完成的教學(xué)任務(wù)之一。

中學(xué)階段化學(xué)實驗教學(xué)的關(guān)鍵在于對學(xué)生的基本實驗操作能力進行培養(yǎng)。并且這種能力的培養(yǎng)也是有層次的，它遵循著由簡單到復(fù)雜、由被動到主動、由模仿到協(xié)調(diào)、由接受到遷移循序漸進的培養(yǎng)規(guī)律。并且化學(xué)實驗也是探究化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象和規(guī)律的最基本的手段，通過對化學(xué)實驗現(xiàn)象進行分析和探究可以幫助學(xué)生認識化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，同時也有助于學(xué)生建立化學(xué)核心概念，理解并掌握化學(xué)基本原理，形成化學(xué)基本觀念。

本文基于化學(xué)基本觀念構(gòu)建視角，分別從氣體的制備及性質(zhì)實驗、定量實驗、電化學(xué)實驗、元素化合物性質(zhì)實驗以及有機化學(xué)實驗這五個維度對中學(xué)化學(xué)實驗的有關(guān)內(nèi)容與特點展開分析。

一、中學(xué)化學(xué)實驗類型

（一）氣體的制備及性質(zhì)實驗

實驗室氣體的制備及性質(zhì)演示實驗是整個中學(xué)階段化學(xué)教學(xué)的重點之一，尤其是初中階段由氫氣、氧氣和二氧化碳這三大氣體的實驗室制備所衍生出來的知識點更是考查學(xué)生學(xué)科基礎(chǔ)知識和科學(xué)探究能力的基本標準。究其原因主要還是由于氣體的制備實驗中所涉及到的基礎(chǔ)知識點較多，對于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的要求較高，相應(yīng)的實驗室儀器和操作步驟也比較復(fù)雜。由此教師更利于培養(yǎng)學(xué)生對比類比、歸納總結(jié)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。只有這樣學(xué)生對于其內(nèi)在規(guī)律和本質(zhì)才能有更生動的體驗，進而達到觸類旁通。

除了上述常見氣體的制備和性質(zhì)演示實驗之外，中學(xué)化學(xué)階段還有一些其他氣體的制備和性質(zhì)演示實驗如：氯氣、二氧化硫、二氧化氮和氨氣等。此類氣體屬于有毒性氣體，在實驗室通風(fēng)效果不好的情況之下開展此類氣體的制備實驗存在諸多安全隱患。因此對此類氣體的實驗室制備進行微型化設(shè)計是十分必要和迫切的。微型化學(xué)實驗的意義不僅限于消除污染，經(jīng)濟省時，更重要的是可以通過這種方式培養(yǎng)一批具有環(huán)境保護意識的教育者，并且微型化設(shè)計也是實施綠色化學(xué)價值觀的有效途徑之一。

此外，常見氣體的實驗室制法知識也是歷年高考的熱點，主要涉及到的題型為選擇題和非選擇題，其中選擇題重點考查氣密性的檢驗、氣體的凈化和收集以及尾氣吸收裝置或操作的正誤；非選擇題則重點考查氣密性檢驗的方法、凈化氣體選用的試劑、儀器的連接順序、誤差分析、有關(guān)的化學(xué)計算等[2]。

氣體的制備實驗應(yīng)注意裝置的氣密性檢查、氣體的驗純、氣體的凈化以及尾氣的處理，這是綠色化學(xué)價值觀的要求。

（二）定量實驗

中學(xué)化學(xué)涉及到的定量實驗不少，如硫酸銅晶體中結(jié)晶水的含量、空氣中氧氣含量的測定、阿伏伽德羅常數(shù)的測定以及化學(xué)平衡反應(yīng)常數(shù)的測定等。

定量實驗的探究可以說是學(xué)生在當前中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)階段中一處比較薄弱的環(huán)節(jié)。但對化學(xué)實驗進行定量研究卻能夠有效啟發(fā)學(xué)生運用適當?shù)臄?shù)學(xué)方法分析解決有關(guān)化學(xué)問題，同時也有利于學(xué)生形成科學(xué)、嚴謹、誠信的態(tài)度。

此外定量型化學(xué)實驗也是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力、實驗技能及科學(xué)態(tài)度的有效途徑[3]。與定性實驗相比，定量型實驗更有助于提升學(xué)生的創(chuàng)造性思維，同時還可以為學(xué)生更加深入地認知與體驗創(chuàng)造條件，并從中體會、感悟?qū)嶒灥奶骄窟^程，以促進學(xué)生高階思維能力的發(fā)展、科學(xué)方法的掌握、科學(xué)態(tài)度的形成及全面科學(xué)素養(yǎng)的提高[4]。因此作為化學(xué)教師不僅要深刻認識定量思維的重要性，還要積極將其整合到化學(xué)教學(xué)尤其是化學(xué)實驗探究課之中，以滿足學(xué)生形成定量觀的需求。

（三）電化學(xué)實驗

電化學(xué)的應(yīng)用十分廣泛，涉及民用、工農(nóng)醫(yī)、國防以及尖端科學(xué)技術(shù)等，例如以電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿等產(chǎn)品為基礎(chǔ)的工業(yè)——“氯堿工業(yè)”。

此外電化學(xué)也是中學(xué)化學(xué)高中階段的重要知識點，高考的熱點之一。電化學(xué)是研究電與化學(xué)反應(yīng)之間關(guān)系的一門學(xué)科，中學(xué)階段涉及電化學(xué)的部分主要是原電池和電解池這兩大模塊，具體包括原電池、化學(xué)電源、電解池以及金屬的電化學(xué)腐蝕和防護四大部分。原電池和電解池的區(qū)別在于電能與化學(xué)能之間不同向的轉(zhuǎn)化。對應(yīng)到生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用的電池中來說就是充電和放電的過程，因此也常常將其稱為電池的科學(xué)。電解池和原電池的學(xué)習(xí)涉及到中學(xué)階段許多基礎(chǔ)的知識點，如氧化還原放應(yīng)，電解質(zhì)的電離，金屬的活動順序，化學(xué)反應(yīng)能量的變化以及離子反應(yīng)等。由于電化學(xué)的知識點涉及面比較廣泛，反應(yīng)原理比較抽象，對于學(xué)生綜合運用知識的能力要求較高，再加上學(xué)生個體思維定勢和相異構(gòu)想、迷思概念的負面影響以及對符號意義的錯誤表征，這些都會對電化學(xué)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生許多負遷移，從而影響學(xué)生對整體知識的內(nèi)化效率。

如何把電化學(xué)知識從抽象到形象、從客觀到具體地呈獻給學(xué)生，以促進學(xué)生深刻理解電化學(xué)基本概念，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)值得研究者們深入關(guān)注。其中有研究者在實驗探究的基礎(chǔ)之上，將手持技術(shù)整合到到電化學(xué)教學(xué)之中，并開發(fā)了電解池、金屬的電化學(xué)腐蝕與防護的教學(xué)設(shè)計，效果良好[5]。endprint

（四）元素化合物性質(zhì)實驗

元素化合物知識從知識類別上分屬于事實性知識或陳述性知識，是中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，約占中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的60%[6]。 元素化合物的知識點量多面廣，再加上元素化合物知識本身具有繁雜的特點，因此會給學(xué)生造成記憶負擔(dān)，使學(xué)生混淆知識點并最終失去學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和積極性。

元素化合物的教學(xué)不僅要求掌握物質(zhì)具體的性質(zhì)，還承載著讓學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科基本觀念、學(xué)習(xí)化學(xué)學(xué)科基本方法和培養(yǎng)學(xué)生健康情感態(tài)度等學(xué)科素養(yǎng)的功能，因此教師在教學(xué)中應(yīng)充分認識其功能，發(fā)揮其價值[7]。

元素及其化合物性質(zhì)的實驗研究能夠幫助學(xué)生更好地將本部分知識從理性認識上升到感性認識，從而使學(xué)生有更好的體驗。而教師的重任則在于如何有效地運用教學(xué)策略幫助存在個體差異的學(xué)生系統(tǒng)地掌握元素化合物的知識，以及如何在性質(zhì)實驗中，在激發(fā)學(xué)生好奇心和探究欲望的同時，注重對學(xué)生實驗操作技能和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。為達到該目標，教師對于事實性或陳述性知識可以采用多種感官協(xié)同記憶策略、精細加工策略、對比類比等學(xué)習(xí)策略幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識。同時注意培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)，樹立其正確的學(xué)科情感態(tài)度。當然，作為本環(huán)節(jié)教學(xué)的主導(dǎo)者，教師在對學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律和特點有了熟悉的了解之后還應(yīng)該對本部分實驗研究的內(nèi)容進行篩選，并反復(fù)研究實驗內(nèi)容不斷探索合適的教學(xué)方法。

（五）有機化學(xué)實驗

有機化學(xué)與人類的生產(chǎn)生活密不可分，我們的日常生活中隨處可見有機合成材料。但是中學(xué)階段的有機化學(xué)教學(xué)內(nèi)容卻抽象深奧，因此學(xué)生難以理解和接受。并且有機化學(xué)的概念和物質(zhì)名稱繁雜，有機物結(jié)構(gòu)多樣化、立體性強，對學(xué)生的空間立體思維能力要求較高，所以學(xué)生不易記憶、容易混淆且容易犯斷章取義的錯誤。

眾所周知，有機化學(xué)實驗所涉及的試劑、原料和產(chǎn)物大多具有一定的揮發(fā)性、腐蝕性或毒副作用。并且有機合成實驗反應(yīng)時間往往比較漫長，反應(yīng)產(chǎn)生的三廢（廢渣、廢氣、廢液）易造成環(huán)境污染。因此學(xué)生在面對有機化學(xué)實驗時，往往容易產(chǎn)生抵觸、恐懼心理。同時學(xué)生對有機實驗的排斥也會給教師的教學(xué)過程產(chǎn)生不少阻礙作用，教學(xué)質(zhì)量會大打折扣。因此教師在充分把握好學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的同時，有必要對中學(xué)階段的學(xué)生做好上位概念的導(dǎo)入，并引入先行組織者材料進行教學(xué)，最終逐步克服學(xué)生在學(xué)習(xí)有機化學(xué)過程中出現(xiàn)的“攔路虎”。

當然，避免或減少有機實驗中產(chǎn)生的三廢對人體和環(huán)境所造成的危害和污染最徹底的方法還是應(yīng)該從改進實驗本身入手。有機實驗過程綠色化是當前以及未來有機化學(xué)實驗教學(xué)和研究發(fā)展的方向。綠色化學(xué)又被稱為環(huán)境友好型實驗、環(huán)境無害型實驗或清潔型實驗。微量型、半微量型、手持技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的開發(fā)和運用都是有機化學(xué)實驗實現(xiàn)綠色化的有效途徑和措施。并且探索有機實驗過程的綠色化不僅是教師提高自身業(yè)務(wù)水平的有效手段，也是培養(yǎng)學(xué)生樹立良好的環(huán)境保護意識和創(chuàng)新意識的最生動的教學(xué)方法，更是促進學(xué)生形成科學(xué)情感態(tài)度價值觀的有效途徑。

二、結(jié)論

化學(xué)實驗是科學(xué)探究的重要形式，科學(xué)探究除了要培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新能力以及實驗?zāi)芰Φ饶芰λ刭|(zhì)之外，還要重視培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解以促進其科學(xué)本質(zhì)觀的形成，最終促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。化學(xué)實驗除了在培養(yǎng)學(xué)生觀察、思維、動手等能力素質(zhì)方面的作用毋庸置疑之外，它在化解抽象的化學(xué)概念教學(xué)過程之中也扮演著不可或缺的重要角色。也就是說，化學(xué)教師要重視通過實驗探究的方法來促進學(xué)生對化學(xué)核心概念的理解以及化學(xué)基本觀念的形成。具體做法就是在以演示實驗為主要教學(xué)方式的化學(xué)實驗課中，教師要合理把握實驗與宏觀、微觀、符號之間的聯(lián)系。即從宏觀到符號，再從符號到微觀，化學(xué)教師應(yīng)積極通過符號串聯(lián)起化學(xué)實驗過程中宏觀現(xiàn)象與微觀微粒之間的聯(lián)系，并引導(dǎo)學(xué)生通過三重表征輔助化學(xué)核心概念的學(xué)習(xí)。

剛發(fā)布不久的《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中提到“實踐創(chuàng)新”一詞，其主要指學(xué)生在日常活動、問題解決、適應(yīng)挑戰(zhàn)等方面所形成的實踐能力、創(chuàng)新意識和行為表現(xiàn)。具體包括勞動意識、問題解決、技術(shù)應(yīng)用等基本要點[8]。結(jié)合化學(xué)實驗探究教學(xué)，筆者認為實驗探究學(xué)習(xí)過程中涉及到的合作和交流都有助于學(xué)生建立化學(xué)核心概念，并有利于其理解和掌握化學(xué)基本原理，形成化學(xué)基本觀念，并最終促進學(xué)生形成社會需要和個人發(fā)展所必備的品格和關(guān)鍵能力。

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