中學(xué)化學(xué)中的實(shí)驗(yàn)與思維

李嵐

摘要： 實(shí)驗(yàn)是化學(xué)思維的重要基礎(chǔ)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)思維是關(guān)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、過(guò)程、現(xiàn)象和結(jié)果的思維活動(dòng)，是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要成分。化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維系統(tǒng)是由目的思維、原理思維、操作（包括觀察）思維，以及現(xiàn)象思維、評(píng)價(jià)思維、應(yīng)急決策思維和綜合思維等要素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。基本原理思維是化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的核心。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施是養(yǎng)成化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的重要環(huán)節(jié)。提高學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維水平需要改進(jìn)課程、教材和評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)思維; 化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維; 化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維系統(tǒng); 中學(xué)化學(xué)

文章編號(hào)： 10056629（2019）1000803 ? ? ?中圖分類號(hào)： G633.8 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 實(shí)驗(yàn)是化學(xué)思維的重要基礎(chǔ)

思維是人腦借助于內(nèi)隱或外顯的語(yǔ)言或動(dòng)作、表象表現(xiàn)出的對(duì)現(xiàn)實(shí)事物的間接的、概括的加工形式和反映過(guò)程，它反映一類事物共同的、本質(zhì)的屬性和事物間內(nèi)在的、必然的聯(lián)系，是人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的最重要的工具?；瘜W(xué)思維是關(guān)于物質(zhì)（實(shí)物材料）組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化和相互聯(lián)系的思維，是化學(xué)的靈魂，也是化學(xué)學(xué)習(xí)最重要的內(nèi)容[1]。要開(kāi)展化學(xué)思維必須具備有關(guān)事物的豐富的感知覺(jué)材料，而實(shí)驗(yàn)正是提供這些材料的最有效的來(lái)源。因此，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)思維的重要基礎(chǔ)。化學(xué)科學(xué)的形成和發(fā)展歷史生動(dòng)地證明了化學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)的密切聯(lián)系。例如：

元素是化學(xué)最基本和最重要的概念，沒(méi)有科學(xué)的元素概念就沒(méi)有化學(xué)科學(xué)。中國(guó)古代和古希臘的先賢雖然早就分別臆測(cè)水、火、木、金、土和火、土、水、氣是組成萬(wàn)物的“元素”，由于沒(méi)有實(shí)驗(yàn)事實(shí)支持，它們不可能導(dǎo)致化學(xué)科學(xué)的建立。直到17世紀(jì)下半葉，波義耳（Robert Boyle， 1627～1691，英）通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有些物質(zhì)“用一般方法不能再分解為更簡(jiǎn)單的某些實(shí)物”，指出“元素應(yīng)當(dāng)是某些不由任何其他物質(zhì)所構(gòu)成的原始的和簡(jiǎn)單的物質(zhì)或完全純凈的物質(zhì)”，從而為化學(xué)元素作了一個(gè)樸實(shí)的定義，“把化學(xué)確立為科學(xué)”。

道爾頓（John Dalton， 1766～1844，英）提出原子論，是以他對(duì)空氣組成、混合氣體擴(kuò)散和分壓?jiǎn)栴}的實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)的。他推論空氣是由大小、重量都不同的原子組成，從而使思維進(jìn)入微觀領(lǐng)域。他用原子的化合與化分來(lái)解釋、說(shuō)明各種化學(xué)現(xiàn)象和各種化學(xué)定律之間的內(nèi)在聯(lián)系，成功地抓住了化學(xué)的核心和本質(zhì)問(wèn)題;又進(jìn)一步用原子思維對(duì)當(dāng)時(shí)人們了解的、彼此孤立的各種化學(xué)變化資料進(jìn)行綜合、整理，經(jīng)過(guò)不斷完善，最終形成說(shuō)明化學(xué)現(xiàn)象的統(tǒng)一理論，“給整個(gè)科學(xué)創(chuàng)造一個(gè)中心”，開(kāi)啟了“化學(xué)中的新時(shí)代”[2][3][4]。

分子概念的提出也離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)： 蓋·呂薩克（GayLussac J L， 1778～1850，法）等人綜合多個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出結(jié)論： 各種氣體在彼此起化學(xué)作用時(shí)常以簡(jiǎn)單的體積比相結(jié)合;在同溫同壓下，相同體積的不同氣體，無(wú)論是單質(zhì)還是化合物，都含有相同數(shù)目的原子（他和道爾頓一樣，把各種元素的“簡(jiǎn)單原子”跟化合物的“復(fù)雜原子”統(tǒng)稱為“原子”）。但道爾頓認(rèn)為，不同物質(zhì)的原子大小一定不同，因此在相同容積內(nèi)不同物質(zhì)不可能含有相同數(shù)目的原子，堅(jiān)決反對(duì)蓋·呂薩克的結(jié)論。為了解決蓋·呂薩克和道爾頓的爭(zhēng)論，阿伏伽德羅（Ameldeo Avogadro， 1776～1856，意）以蓋·呂薩克的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行合理的假設(shè)與推理，引入分子概念，圓滿地解決了這個(gè)爭(zhēng)論，也使化學(xué)對(duì)物質(zhì)的理性認(rèn)識(shí)上升到新的層次。

物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是化學(xué)的核心問(wèn)題?；瘜W(xué)家們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，是建立在最初為解釋種種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象而提出的同分異構(gòu)、原子價(jià)、碳四價(jià)學(xué)說(shuō)以及碳鏈、基團(tuán)概念、立體化學(xué)模型等認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上的。沒(méi)有有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，就不能形成對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，也沒(méi)有物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的深入和發(fā)展。

質(zhì)量守恒定律、質(zhì)量作用定律、化學(xué)平衡原理、催化作用原理，等等，關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)無(wú)一不是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。

上述史實(shí)說(shuō)明，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)提供思維材料，就沒(méi)有對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化的思維，也就沒(méi)有對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化的認(rèn)識(shí)。

還必須指出，實(shí)驗(yàn)不僅是獲得化學(xué)思維材料的主要來(lái)源，也是對(duì)化學(xué)思維進(jìn)行檢驗(yàn)、發(fā)展的重要手段。

總之，實(shí)驗(yàn)是人類化學(xué)思維的重要基礎(chǔ)。

2 做好化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要思維

要做好化學(xué)實(shí)驗(yàn)必須積極地開(kāi)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維，沒(méi)有化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的實(shí)驗(yàn)過(guò)程充其量不過(guò)是照方抓藥的過(guò)程，不可能做好化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維是化學(xué)思維的重要組成部分，其中既有抽象思維成分，又有實(shí)驗(yàn)操作（動(dòng)作）思維成分。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維水平是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要成分。化學(xué)教學(xué)要關(guān)注學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其要注意逐步提高學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維水平。

2.1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維系統(tǒng)的分析

人類的化學(xué)思維離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)也離不開(kāi)思維。要說(shuō)清這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維作深入的分析。

教學(xué)中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)是人們創(chuàng)造或者控制一定的條件，使實(shí)驗(yàn)物質(zhì)（試劑）發(fā)生純化、強(qiáng)化和典型化的化學(xué)變化，以便組織學(xué)生的觀察、思考、討論等學(xué)習(xí)活動(dòng)，從而達(dá)到一定教學(xué)目的的實(shí)踐活動(dòng)，是由實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)裝置、操作方案、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)主體（實(shí)驗(yàn)者）等要素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是各要素協(xié)同作用下系統(tǒng)運(yùn)行的產(chǎn)物。

對(duì)于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，其系統(tǒng)要素除了實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)物質(zhì)（試劑）、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)主體（教師或?qū)W生）之外，還有觀察主體（學(xué)生）。操作主體跟觀察主體常常是分離的，這是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)跟一般的化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的顯著區(qū)別。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的各要素都要受教學(xué)對(duì)象——中學(xué)生的特點(diǎn)和中學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件所制約。這種復(fù)雜關(guān)系可用下圖示意[5]：

化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維是關(guān)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、過(guò)程（包括方法及運(yùn)作）、現(xiàn)象和結(jié)果的思維活動(dòng)。與化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。為了化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有效地運(yùn)行（即做好實(shí)驗(yàn)），實(shí)驗(yàn)者需要通過(guò)目的思維來(lái)明確實(shí)驗(yàn)的目的，通過(guò)原理思維來(lái)明確實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理、裝置原理、操作原理，明確實(shí)驗(yàn)的預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)果，需要通過(guò)過(guò)程思維來(lái)確定實(shí)驗(yàn)的過(guò)程、方法和運(yùn)作，需要對(duì)發(fā)生的現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行判斷、評(píng)價(jià)，以及時(shí)地采取有效的應(yīng)對(duì)措施，即進(jìn)行觀察思維（現(xiàn)象思維）、應(yīng)急決策思維和結(jié)果處理思維，還需要對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)際過(guò)程進(jìn)行綜合思維?？梢?jiàn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維系統(tǒng)是由目的思維、原理思維、操作（包括觀察）思維，以及現(xiàn)象思維、評(píng)價(jià)思維、應(yīng)急決策思維和綜合思維等多種要素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。

2.2 基本原理是化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的核心

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維系統(tǒng)的諸要素中，包括化學(xué)反應(yīng)原理、裝置原理和操作原理在內(nèi)的原理思維決定著實(shí)驗(yàn)?zāi)康哪芊裼行?shí)現(xiàn)，也決定著實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、過(guò)程和結(jié)果，因而是整個(gè)實(shí)驗(yàn)思維系統(tǒng)的核心。掌握實(shí)驗(yàn)原理的基本規(guī)律，有效地、創(chuàng)造性地開(kāi)展原理思維，是實(shí)驗(yàn)思維取得成效的關(guān)鍵。

3 養(yǎng)成化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的重要環(huán)節(jié)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)艽龠M(jìn)學(xué)生手腦并用、全面發(fā)展，有利于人才，特別是創(chuàng)造性人才的成長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)思維是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的核心，而良好的實(shí)驗(yàn)思維是我國(guó)基礎(chǔ)教育中比較薄弱的一塊。要改變這個(gè)現(xiàn)狀，需要物理、化學(xué)和生物學(xué)科等協(xié)同做出努力。

為了提高學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維素養(yǎng)，需要讓他們?cè)诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)思維指導(dǎo)下進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施訓(xùn)練，需要引導(dǎo)他們適時(shí)地進(jìn)行小結(jié)、提升。

3.1 在化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在化學(xué)的研究和學(xué)習(xí)中具有重要的作用。早在18世紀(jì)后半葉燃素說(shuō)流行之時(shí)，拉瓦錫（AntoineLaurent de Lavoisier， 1743～1794，法）為了證實(shí)自己對(duì)燃素說(shuō)的懷疑，特別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)推翻燃素說(shuō)并提出科學(xué)的燃燒理論，促進(jìn)了邏輯思維在化學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中的應(yīng)用?；诨瘜W(xué)事實(shí)概括元素概念的成功以及化學(xué)邏輯思維的需要，刺激化學(xué)家們通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取更多、更有力的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，促使他們運(yùn)用邏輯思維指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)水平，不但為具有學(xué)科特點(diǎn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維方式的形成奠定了最初的基礎(chǔ)，也使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由此逐步成為化學(xué)研究與化學(xué)學(xué)習(xí)中的重要工作。

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)試劑選擇與加工、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和觀測(cè)方案制訂以及實(shí)驗(yàn)及教學(xué)效果評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)等方面。在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)該有計(jì)劃、分步驟地對(duì)各方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行思維訓(xùn)練。

在思維訓(xùn)練中應(yīng)注意有效的思維策略的滲透、評(píng)價(jià)和總結(jié)、強(qiáng)化。例如，在目標(biāo)設(shè)計(jì)中滲透綜合策略、缺點(diǎn)排除策略、系統(tǒng)測(cè)定策略;在實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)中滲透原理物化策略、組合策略、強(qiáng)化或弱化策略、漸進(jìn)策略、簡(jiǎn)化策略、變換輸出策略、技術(shù)模擬策略、技術(shù)置換策略、綜合策略等[6]。

3.2 實(shí)驗(yàn)思維化，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維指導(dǎo)下實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)實(shí)施不但可以強(qiáng)化對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的體驗(yàn)，還可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的疏漏，有利于進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、強(qiáng)化設(shè)計(jì)思維。

在實(shí)踐中，學(xué)生常常會(huì)因?yàn)橼s時(shí)間出現(xiàn)方案實(shí)施與實(shí)驗(yàn)思維脫鉤現(xiàn)象，或者出現(xiàn)實(shí)施疏漏現(xiàn)象。對(duì)此，教師應(yīng)加強(qiáng)指導(dǎo)、加強(qiáng)管理。

3.3 改進(jìn)、完善教材

跟知識(shí)傳授比較，現(xiàn)有教材忽略實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，特別是化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的訓(xùn)練，不利于化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的養(yǎng)育，也是造成目前化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)滑坡的重要原因之一。為改變這種現(xiàn)狀，我們課題組通過(guò)研究和實(shí)踐形成了下列有效方案：

（1） 比對(duì)不同版本教材，就實(shí)驗(yàn)的思路、目標(biāo)、學(xué)生活動(dòng)方式以及欄目設(shè)置、編排次序等選擇最佳的實(shí)驗(yàn)方案，或者整合成最佳實(shí)驗(yàn)方案，供教師授課演示或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn);

（2） 增加實(shí)驗(yàn)中主要步驟的思維活動(dòng)要求;

（3） 設(shè)計(jì)單元實(shí)驗(yàn)教學(xué)，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性、開(kāi)放性等，逐步提高要求，優(yōu)化、提升學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)的思維品質(zhì);

（4） 習(xí)題實(shí)驗(yàn)化。把部分習(xí)題改編成實(shí)驗(yàn)習(xí)題，增加學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)思維活動(dòng)的機(jī)會(huì)。

3.4 積極開(kāi)展實(shí)驗(yàn)思維教學(xué)及評(píng)價(jià)研究

要積極地推動(dòng)把實(shí)驗(yàn)思維教學(xué)納入課程標(biāo)準(zhǔn)，納入學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，納入教材，納入教學(xué)活動(dòng)之中，重視發(fā)揮實(shí)驗(yàn)習(xí)題在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維方面的作用。同時(shí)，要注意發(fā)揮教學(xué)評(píng)價(jià)的積極作用，把對(duì)實(shí)驗(yàn)思維水平的評(píng)價(jià)納入化學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系。

參考文獻(xiàn)：

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