在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提升學(xué)生的理性思維能力

趙培龍

摘要：針對(duì)當(dāng)下初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在“規(guī)定實(shí)驗(yàn)不能開(kāi)齊開(kāi)足”和“對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能認(rèn)識(shí)不足”兩種現(xiàn)象，從“對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法的理解”“全面分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程”“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案”和“分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差”四個(gè)方面，分別舉例闡述了提升學(xué)生理性思維能力的實(shí)踐與思考。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程；理性思維

文章編號(hào)：1008—0546（2017）11—0083—03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.027

一、問(wèn)題的提出

理性思維是一種有明確的思維方向，有充分的思維依據(jù)，能對(duì)事物或問(wèn)題進(jìn)行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維。理性思維是感性思維的飛躍，它反映事物的全體、本質(zhì)和內(nèi)部聯(lián)系，能力的養(yǎng)成需要后天刻苦的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，其中自然科學(xué)的學(xué)習(xí)意義重大。化學(xué)作為一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)重在引導(dǎo)學(xué)生積極思考實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問(wèn)題并從中發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)知識(shí)。無(wú)論是演示實(shí)驗(yàn)還是分組實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生而言都是為了解決新的課題，都經(jīng)歷著思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維過(guò)程。因此，化學(xué)教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)知識(shí)”的過(guò)程，真正在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提升學(xué)生的理性思維能力上下功夫。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

當(dāng)下初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存有如下兩種現(xiàn)象：

1.學(xué)校對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)不能開(kāi)齊開(kāi)足

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》規(guī)定了8個(gè)基礎(chǔ)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)及若干演示實(shí)驗(yàn)，倡導(dǎo)與建議能進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)的盡量進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。但筆者調(diào)研訪談獲悉，許多學(xué)校因?yàn)樵噭x器缺少或教學(xué)的時(shí)間緊等因素，沒(méi)有開(kāi)齊開(kāi)足規(guī)定的實(shí)驗(yàn)。多數(shù)學(xué)校只做了“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1氧氣的制取與性質(zhì)”和“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2二氧化碳的制取與性質(zhì)”兩個(gè)基礎(chǔ)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，其他學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)被教師演示實(shí)驗(yàn)所替代，甚至個(gè)別學(xué)校用“視頻播放實(shí)驗(yàn)”或“黑板上講實(shí)驗(yàn)”代替“做實(shí)驗(yàn)”，然后把知識(shí)點(diǎn)羅列、抄寫(xiě)在黑板上，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行背誦記憶。

2.教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能和價(jià)值認(rèn)識(shí)不足

化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的功能與價(jià)值究竟是什么，教材中設(shè)計(jì)或選擇這一實(shí)驗(yàn)的目的是什么，這樣的問(wèn)題教師很少思考b]。很多教師認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的和作用就是讓學(xué)生能看到神奇、有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，增強(qiáng)學(xué)生的注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。課堂上實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程演變?yōu)椤敖處熝菔緦?shí)驗(yàn)、學(xué)生描述現(xiàn)象、師生書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式”三步曲，整個(gè)過(guò)程學(xué)生無(wú)需思考。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐案例研究舉隅

“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”是化學(xué)學(xué)科的特征之一，實(shí)驗(yàn)既是教學(xué)的內(nèi)容又是教學(xué)的手段，做實(shí)驗(yàn)是獲得、形成化學(xué)知識(shí)和解決問(wèn)題的一種重要途徑。實(shí)驗(yàn)的正確操作必須建立在對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程等充分理解的基礎(chǔ)上，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡拇_定到實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，由選擇實(shí)驗(yàn)所需裝置與儀器到實(shí)驗(yàn)具體的實(shí)施過(guò)程等，其中的每一步都包含著深刻的化學(xué)原理，都有賴于理性思維的指導(dǎo)。因此，無(wú)論是何種形式的實(shí)驗(yàn)，都應(yīng)將實(shí)驗(yàn)與思維相結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展學(xué)生的理性思維是初中化學(xué)課程的重要目標(biāo)之一。

1.在對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法的理解中領(lǐng)悟理性思維

例1：義務(wù)教育化學(xué)教科書(shū)（滬教版）第1章“開(kāi)啟化學(xué)之門(mén)”第2節(jié)“空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段如下：

【教師提問(wèn)】做該實(shí)驗(yàn)時(shí)如用①木炭；②硫粉；③鐵絲代替紅磷行不行？

【學(xué)生猜想】有些同學(xué)猜想①②③能，有些同學(xué)猜想①②不能，③能。

【分析驗(yàn)證】同學(xué)們相互交流分析，測(cè)定氧氣體積分?jǐn)?shù)的原理是利用某物質(zhì)燃燒消耗氧氣且不能有新的氣體生成，這樣才能使容器內(nèi)壓強(qiáng)降低引起水倒吸，進(jìn)入容器內(nèi)水的體積等于反應(yīng)消耗氧氣的體積。所選擇的物質(zhì)不能只從表象上看到能與氧氣反應(yīng)就行。對(duì)于鐵絲能否代替紅磷，教師給出背景資料，鐵絲在空氣中不能燃燒，無(wú)法消耗氧氣。

【得出結(jié)論】用木炭、硫、鐵絲均不能代替。

【教師提問(wèn)】如果用木炭代替紅磷，要使實(shí)驗(yàn)成功又作何改進(jìn)？

【分析驗(yàn)證】要使實(shí)驗(yàn)成功，需要預(yù)先在容器內(nèi)盛放能吸收反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w的物質(zhì)（如NaOH溶液），這樣才能使容器內(nèi)壓強(qiáng)降低。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈魂。在平時(shí)的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師就應(yīng)注重培養(yǎng)、提高學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)課題理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理和方法的能力。讓學(xué)生在對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法的理解過(guò)程中，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題并解決問(wèn)題，從方法的角度去訓(xùn)練化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)在學(xué)生頭腦中的構(gòu)建過(guò)程，達(dá)到領(lǐng)悟理性思維能力的目的。

2.在全面分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中訓(xùn)練理性思維

例2：第5章“金屬的冶煉與應(yīng)用”第2節(jié)“一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段如下：

【教師提問(wèn)】做該實(shí)驗(yàn)時(shí)為什么要先通入一氧化碳再點(diǎn)燃酒精噴燈？當(dāng)紅棕色粉末變成黑色時(shí)，為什么要先熄滅酒精噴燈，等玻璃管內(nèi)物質(zhì)冷卻后，再停止通入一氧化碳？先后操作順序顛倒行不行？

【學(xué)生猜想】有些同學(xué)猜想行，有些同學(xué)猜想不行。

【分析驗(yàn)證】同學(xué)們相互交流分析，反應(yīng)前，一氧化碳“早出”目的是為了將玻璃管內(nèi)的空氣排出，防止混合氣加熱時(shí)發(fā)生爆炸。反應(yīng)后，一氧化碳“晚歸”目的是防止石灰水倒吸，使玻璃管炸裂；也為了防止剛還原出來(lái)的鐵再次被氧化。

【得出結(jié)論】實(shí)驗(yàn)操作順序不能顛倒。

【教師追問(wèn)】實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可不可以采取其它方法也能實(shí)現(xiàn)上述目的？

【得出結(jié)論】用彈簧夾分別夾緊玻璃管兩端的橡皮管，阻止空氣進(jìn)入，從而達(dá)到防倒吸及防氧化的目的。

教學(xué)過(guò)程中，如果教師只要求學(xué)生按照既定的文本“照葫蘆畫(huà)瓢”，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不做任何處理，直奔主題地做實(shí)驗(yàn)、得結(jié)論，充其量培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，就失去了訓(xùn)練學(xué)生思維的機(jī)會(huì)。實(shí)驗(yàn)的具體操作過(guò)程并非按部就班式的機(jī)械操作，其中的理性思維始終居主導(dǎo)地位。實(shí)驗(yàn)具體操作順序，觀察什么等都需要縝密思考、嚴(yán)謹(jǐn)分析，教師應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置、步驟等實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行剖析，深度挖掘，進(jìn)行有價(jià)值的追問(wèn)，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，將問(wèn)題逐步引向深入進(jìn)而有效訓(xùn)練學(xué)生的理性思維。endprint

3.在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案中發(fā)展理性思維

例3：第7章“應(yīng)用廣泛的酸堿鹽”第2節(jié)“二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段如下：

【教師提問(wèn)】我們知道用氫氧化鈣溶液來(lái)檢驗(yàn)二氧化碳?xì)怏w，因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的渾濁現(xiàn)象。可二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)了，卻沒(méi)有明顯現(xiàn)象，你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明它們之間確實(shí)反應(yīng)了嗎？

【設(shè)計(jì)方案】學(xué)生在分組討論后交流各自實(shí)驗(yàn)方案：

方案一：向收集滿C02氣體的礦泉水瓶中迅速倒人NaOH溶液，蓋上瓶蓋，礦泉水瓶會(huì)變癟。該方案設(shè)計(jì)的原理是從反應(yīng)物狀態(tài)的變化引起氣壓的變化來(lái)證明的。

方案二：將CO₂通入NaOH溶液，向反應(yīng)后的溶液中滴加稀鹽酸，會(huì)有氣泡產(chǎn)生。

方案三：將CO₂通入NaOH溶液，向反應(yīng)后的溶液中滴加石灰水或氯化鈣溶液，會(huì)有白色沉淀生成。方案二和方案三是從檢驗(yàn)產(chǎn)物Na₂CO₃來(lái)證明的。

方案四：向盛有NaOH溶液的試管中滴入幾滴酚酞試液（圖1），這時(shí)溶液顯紅色，再通入CO₂氣體，如果CO₂能與NaOH溶液反應(yīng)，溶液會(huì)褪色。該方案是從檢驗(yàn)反應(yīng)物NaOH溶液來(lái)證明的。

【分析驗(yàn)證】學(xué)生通過(guò)討論后分析認(rèn)為方案四不行，因?yàn)镹a2CO₃溶液也顯堿性，同樣會(huì)使酚酞試液變紅色。用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，演示方案四，酚酞試液沒(méi)有褪色，證明學(xué)生們思維分析結(jié)果正確。

初中化學(xué)中，有些化學(xué)反應(yīng)實(shí)際發(fā)生了，但沒(méi)有明顯的現(xiàn)象（如某些酸和堿反應(yīng)）?？梢源藶槠鯔C(jī)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證反應(yīng)的發(fā)生。設(shè)計(jì)方案要綜合考慮多種因素，實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌瑒t使用的試劑就不同。通過(guò)對(duì)“無(wú)現(xiàn)象發(fā)生的反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，有利于拓展學(xué)生思維的空間，提升思維的高度、寬度和深度，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，發(fā)展學(xué)生的理性思維。

4.在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差中升華理性思維

例4：第6章“溶解現(xiàn)象”第2節(jié)“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段如下：

【教師提問(wèn)】某班同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室完成“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)甲組的同學(xué)配制的溶液溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小，而乙組的同學(xué)配制的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大了，結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作分析可能的原因有哪些？

【得出結(jié)論】導(dǎo)致溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小的可能原因有：轉(zhuǎn)移固體時(shí)，有部分灑落在實(shí)驗(yàn)桌上（導(dǎo)致溶質(zhì)的質(zhì)量偏?。?；用量筒量取水時(shí)，仰視讀數(shù)；溶解的燒杯內(nèi)本身有水珠，不干燥等（導(dǎo)致溶劑的質(zhì)量偏大）。導(dǎo)致溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大的可能原因有：砝碼生銹（導(dǎo)致稱取的溶質(zhì)質(zhì)量偏大）；用量筒量取水時(shí)，俯視讀數(shù)；向燒杯中傾倒水時(shí)，有水濺出等（導(dǎo)致溶劑的質(zhì)量偏?。?。

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是一個(gè)由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的過(guò)程，而誤差分析卻是一個(gè)由理性認(rèn)識(shí)回到實(shí)踐的過(guò)程。通過(guò)誤差分析不僅深化了對(duì)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)概念的理解，并形成了分析思路和方法。通過(guò)對(duì)誤差產(chǎn)生原因的討論，找出實(shí)驗(yàn)操作或?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)中的缺陷，再進(jìn)一步改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)操作。這樣將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、概念原理及實(shí)驗(yàn)操作有機(jī)地結(jié)合在了一起，使學(xué)生在分析實(shí)驗(yàn)誤差過(guò)程中理性思維得到升華與深化。

美國(guó)教育家杜威說(shuō)過(guò)：教學(xué)應(yīng)該是一種過(guò)程的經(jīng)歷，一種體驗(yàn)，一種感悟。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)中重要的實(shí)踐活動(dòng)，不僅是一種感性活動(dòng)的過(guò)程，更重要的是一種理性思維的過(guò)程，本質(zhì)上是理性思維的物化?；瘜W(xué)教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)、做好實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的理性思維能力，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)，凸顯化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值。endprint