“與腦兼容”理論下的高中化學(xué)實驗教學(xué)探究

林麗輝

[摘要]在化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實驗對學(xué)生的學(xué)習(xí)有著重要的作用。在“與腦兼容”理論下，利用各種不同的實驗方式，如課本實驗、微型實驗、課外實驗等，可刺激學(xué)生的右腦，使學(xué)生感興趣，形成思維影像，從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使認(rèn)知與學(xué)習(xí)一體化。

[關(guān)鍵詞]與腦兼容；實驗教學(xué)；高中化學(xué)

[中圖分類號]G633.8 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1674-6058（2017）23-0065-02

“與腦兼容”一詞最先由Leslie A.Hart（1983）提出，他根據(jù)人腦如何處理外部信息的研究結(jié)果，來設(shè)計與人腦運(yùn)作模式相兼容的具有個性的學(xué)科課程與學(xué)科教學(xué)。著名科學(xué)家錢學(xué)森認(rèn)為：“教育工作的最終機(jī)理在于人腦的思想過程?！比魏我环N教育方式都必須通過人腦的活動才能實現(xiàn)。利用腦活動規(guī)律或腦科學(xué)知識來提高教育教學(xué)效果是必要的。

新加坡教育改革現(xiàn)行的一項重要舉措就是給孩子布置“專題研究”型作業(yè)，以考查學(xué)生的思考及實踐能力，記憶能力不再是考試的考查重心。同樣的，在化學(xué)課堂中，如果過分地強(qiáng)調(diào)對化學(xué)知識的記憶，容易使學(xué)習(xí)者煩躁，不能實現(xiàn)知識的遷移，甚至可能影響理解的發(fā)展，抑制腦的有效功能。實驗是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，以其豐富的內(nèi)涵在化學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著獨特的功能和作用?；瘜W(xué)實驗?zāi)茏寣W(xué)生直觀地認(rèn)知事物，自然形成學(xué)習(xí)興趣，并通過有依據(jù)的邏輯推理，認(rèn)清事物本質(zhì)。本文要探討的是如何在“與腦兼容”理論的指導(dǎo)下，充分利用各類化學(xué)實驗，有效開展高中化學(xué)實驗教學(xué)。

一、利用課本實驗，調(diào)動感官，進(jìn)行思維訓(xùn)練

科學(xué)的核心是探究，科學(xué)探究的目的是解決問題，而解決問題在化學(xué)學(xué)科中最為常見的方式是利用課本實驗，創(chuàng)設(shè)符合學(xué)生認(rèn)知水平的生成性問題，讓其更積極地參與學(xué)習(xí)，在一定程度上培養(yǎng)解決問題的能力。

比如，《化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化》的“活動與探究”中的鹽橋?qū)嶒?，教師在設(shè)計實驗時，可多添加幾個實驗，多追問幾個問題，使學(xué)生對該原理了解得更透徹。先讓學(xué)生做一個簡單實驗，將鐵片和銅片平行插到硫酸溶液中，并由學(xué)生自行描述現(xiàn)象和結(jié)論：銅片無明顯現(xiàn)象，鐵片表面有大量氣泡產(chǎn)生，且部分溶解。這說明銅片與酸不反應(yīng)，鐵片與酸發(fā)生反應(yīng)：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂。教師繼續(xù)發(fā)問：“這是一個氧化還原反應(yīng)，同學(xué)們從原理上想想Fe為什么會溶解？為什么會有氣泡生成？”學(xué)生答：“必然有失電子的還原劑和得電子的氧化劑，即還原劑：Fe-2e^-=Fe²⁺；氧化劑：2H⁺+2e^-=H₂。因此鐵變成離子溶解了，氫離子得電子轉(zhuǎn)為了氣體?！苯處熥穯枺骸皻潆x子只要得到電子就能轉(zhuǎn)成氫氣，為什么不在溶液中的任何一個地方得到電子，而只在鐵的表面呢？”由此引導(dǎo)學(xué)生得出一個結(jié)論：鐵失去的電子只能留在鐵表面，而不能進(jìn)入到溶液中。這樣的連續(xù)追問，引發(fā)了學(xué)生連續(xù)思考并解決了一個不好理解的難點問題：電子不能進(jìn)到溶液中。

再讓學(xué)生做第二個實驗，將銅片和鐵片用導(dǎo)線連接起來再平行放到酸溶液中。學(xué)生很快就能從“鐵片繼續(xù)溶解，銅片表面冒氣泡”的現(xiàn)象得出一個結(jié)論：電子能通過導(dǎo)線轉(zhuǎn)移。

接著做第三個實驗：接上檢流計發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)，但持續(xù)時間不長。教師提出疑問：“這說明了什么問題？”學(xué)生答：“氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了電能，但轉(zhuǎn)化持續(xù)時間不長?！苯處熥穯枺骸胺磻?yīng)還在繼續(xù)，為什么化學(xué)能沒能持續(xù)轉(zhuǎn)化為電能？”然后指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中的探究實驗1：測溫度，發(fā)現(xiàn)溫度升高。學(xué)生馬上反應(yīng)過來，其中部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。接著進(jìn)行探究實驗2：在兩只燒杯中分別加入硫酸亞鐵溶液和稀硫酸溶液，將鹽橋插入到兩溶液中，再將鐵片放入硫酸亞鐵溶液中，銅片放人稀硫酸溶液中，用導(dǎo)線將兩個電極連接起來，中間接一個檢流計，同時測溶液的溫度。學(xué)生分析現(xiàn)象并得出結(jié)論：檢流計指針能持續(xù)偏轉(zhuǎn)一段時間，且溶液的溫度不再上升，說明鹽橋的使用使化學(xué)能轉(zhuǎn)成電能的轉(zhuǎn)化率提高了。

利用課本實驗，及其變化實驗，并連續(xù)提出問題，可引發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中邊動手邊思考。建立知識的關(guān)聯(lián)性，符合腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)機(jī)制。腦與身體共同組成適應(yīng)外在環(huán)境與解決問題的有機(jī)體，以應(yīng)付不斷改變與挑戰(zhàn)的外在環(huán)境。

二、利用學(xué)生實驗，調(diào)動情緒，促認(rèn)知學(xué)習(xí)一體化

人腦是三位一體的操作系統(tǒng)，在信息處理與形成反應(yīng)的過程中，情緒的作用具有特別的意義。學(xué)生親自做實驗比由教師演示實驗給學(xué)生留下的印象更深刻，這時學(xué)生由觀看者變?yōu)椴僮髡撸湫那橹?、態(tài)度之積極、思考問題之主動都是顯而易見的。一般來說，對操作簡單、費(fèi)時較短、安全可靠、不污染環(huán)境的演示實驗都可以改成學(xué)生實驗。例如，蛋白質(zhì)的變性、葡萄糖與新制氫氧化銅的反應(yīng)、淀粉的水解等實驗可合在一起改成分組實驗。在課堂上教師提出要求，及時給予學(xué)生幫助，讓學(xué)生通過做實驗，逐漸掌握實驗操作的要領(lǐng)及原理。在這樣的隨堂實驗中，學(xué)生逐漸學(xué)會了觀察、分析、歸納、總結(jié)及反思，同時實驗的技巧和技能也得到了提高。

在課堂教學(xué)中關(guān)注人腦的生理結(jié)構(gòu)與運(yùn)作機(jī)制，讓學(xué)生興致盎然，產(chǎn)生積極的情緒，感受到化學(xué)這門學(xué)科的魅力，學(xué)生就會主動學(xué)習(xí)，主動進(jìn)行探究。

三、利用微型化學(xué)實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和環(huán)保意識

人所面對的世界是一個充滿不確定性和不穩(wěn)定性的復(fù)雜世界，而人腦正是一個適應(yīng)這種復(fù)雜情境的復(fù)雜系統(tǒng)。因此課程教學(xué)應(yīng)該注重身、心、腦的結(jié)合?；瘜W(xué)實驗過程帶給學(xué)生的正是這樣的結(jié)合，而微型實驗教學(xué)更是如此。微型實驗的儀器較為簡單，攜帶及操作方便，還可降低實驗的污染性。

（1）微型實驗一：氯氣的性質(zhì)實驗。氯氣是一種有毒的氣體，教師為此感到頭痛，學(xué)生也因此害怕實驗。我們可以把課本實驗改成一個微型實驗：在九孔點滴板中間放一黃豆粒大小的高錳酸鉀并滴加兩滴濃鹽酸；旁邊放置濕潤的淀粉碘化鉀試紙、濕潤的pH試紙、濕潤的品紅試紙、濕潤的粘有含酚酞的氫氧化鈉溶液的一小團(tuán)棉花；再在上方扣一個燒杯。這是一個操作簡單、在學(xué)生課桌上就能完成的實驗，能將氯氣溶于水后具有的強(qiáng)氧化性、酸性、漂白性的特點體現(xiàn)無疑。最后為防止氯氣剩余，可以用鑷子將粘有氫氧化鈉溶液的棉花放進(jìn)去，課后再進(jìn)行處理。這個實驗過程氯氣量少，幾乎聞不到刺激性氣味，解決了學(xué)生的心理問題和教師的后顧之憂。這不單單是實驗藥品用量的減少，更體現(xiàn)了實驗的創(chuàng)新，培養(yǎng)了學(xué)生動腦、動手的能力。且此類實驗經(jīng)常被編入高考題，比如2011年的上海高考題就有一個氯氣微型實驗的考查題。

（2）微型實驗二：《化學(xué)反應(yīng)原理》中的電解實驗。筆者在上課時將其改為隨堂微型實驗，利用九孔點滴板以及兩根2B鉛筆剖開的石墨棒進(jìn)行電解實驗，并設(shè)計如下表格，讓學(xué)生邊做邊填寫，最后得出結(jié)論。

結(jié)論一：由1，2，3，4可以得出得電子能力：Cu²⁺>H⁺>Na⁺；失電子能力：Cl^->OH^->含氧酸根。

結(jié)論二：5，6，7，8都是電解水，但是6，7，8的速度比5快很多，說明水的導(dǎo)電性能較弱。此時筆者適當(dāng)?shù)靥嵝褜W(xué)生，工業(yè)上電解水時，經(jīng)常會加入一些電解質(zhì)以加快電解速度。這樣生動直觀的微型實驗，有效提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

四、利用生活物品進(jìn)行課外實驗。體驗獨特的學(xué)科魅力

課外實驗物品可以自己收集，如：一次性筷子當(dāng)玻璃棒，一次性杯子當(dāng)燒杯，一次性針筒當(dāng)量筒，牛奶片的包裝當(dāng)點滴板，塑料眼藥水瓶當(dāng)?shù)喂?，小礦泉水瓶當(dāng)集氣瓶，等等。實驗藥品：醋酸代替常見的酸，雞蛋殼代替碳酸鈣藥品，紅色的花、紫色的花可以當(dāng)酸堿指示劑。在高一下學(xué)期學(xué)習(xí)淀粉的性質(zhì)時，就可以在家中用碘酒來檢驗地瓜中的淀粉、米湯中的淀粉、未成熟的蘋果中的淀粉等。學(xué)生感慨：身邊不起眼的物品，只要能物盡其用，變廢為寶，就能充分體現(xiàn)科學(xué)實驗的魅力。課外沒有時間的限定，沒有空間的限制，更沒有任務(wù)的煩惱。自由的空間和充裕的時間讓學(xué)生更容易投入其中，思維更容易活躍起來。

腦兼容論者向往真正理解的學(xué)習(xí)境界，所謂真正理解是指學(xué)習(xí)者同時獲得知性理解及建立個人的意義感。簡而言之，學(xué)習(xí)者不只是掌握事實、原則、程序等要件，更在思考或?qū)嵺`過程中，產(chǎn)生一種心領(lǐng)神會、匯通頓悟、豁然開朗的深層且真正的理解。化學(xué)學(xué)科有著與眾不同的學(xué)科特點，化學(xué)實驗的應(yīng)用可以使學(xué)生體驗獨特的學(xué)科魅力。而化學(xué)實驗多種多樣，有課本本身的實驗、課后學(xué)生自己設(shè)計的實驗、微型實驗、課外實驗等。利用生活用品進(jìn)行課外實驗可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對這個學(xué)科感興趣，體驗學(xué)科魅力，把潛在的學(xué)習(xí)能力轉(zhuǎn)化為真實的支配學(xué)習(xí)的能力，使大腦發(fā)揮最高的潛能。無論是哪種類型的實驗，學(xué)生的每一次親自動手，每一次的現(xiàn)象記錄，都能刺激右腦形成表象動覺，形成記憶思維。

（特約編輯溫簡）endprint