從體系視角看初中化學實驗教學

羅月旺

摘要：簡析化學實驗的本質(zhì)和特征，分析實際實驗教學中存在的問題，根據(jù)化學實驗的本質(zhì)和特征提出了化學實驗的認識模型，闡述了基于認識模型的實驗教學設計與實施促進學生建構(gòu)起實驗的認識思路和運用認識模型促進學生深刻理解知識、把握思想方法、形成基本觀念的教學操作要求，概括了基于認識模型的實驗教學特點及關(guān)鍵點，并以“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實驗為例加以闡述。

關(guān)鍵詞：化學實驗;認識模型;主題內(nèi)容結(jié)構(gòu);教學設計;燃燒條件

文章編號：1008-0546（2020）09-0011-03

中圖分類號：C632.41

文獻標識碼：B

化學實驗是研究物質(zhì)及其變化的基本方法，是化學學科賴以形成和發(fā)展的基礎(chǔ)?；瘜W實驗通常要根據(jù)實驗目的和實驗原理，實驗實施者采用合適的實驗用品，搭建所需的實驗裝置，在適當?shù)膶嶒灄l件下，經(jīng)過一系列的實驗操作流程，使實驗對象發(fā)生改變，通過實驗觀察獲得化學科學事實。不難發(fā)現(xiàn)，化學實驗是綜合學科知識、思想方法、基本實驗技能等于一體的系統(tǒng)的、高階思維發(fā)展的問題解決的過程。其教學對學生有三大發(fā)展點：（1）幫助學生形成化學實驗的認識思路;（2）運用化學實驗的認識思路促進化學知識和思想方法的理解;（3）應用化學實驗獲得的知識和思想方法解決化學問題。

在日常教學中，發(fā)現(xiàn)有些教師把化學實驗當作事實性知識和技能性知識，對化學實驗的價值和意義認識不足。過于注重實驗結(jié)果，對實驗過程中更富有價值的思路方法、思維方式卻視而不見。對實驗缺乏系統(tǒng)、深入的思考，忽視了化學實驗內(nèi)在思維方式的建構(gòu)，造成學生對相關(guān)化學知識理解不深刻、學科思想方法領(lǐng)悟不到位，不同內(nèi)容類型的實驗沒有實現(xiàn)整合，學生運用化學實驗解決實際問題的能力不足。因此，通過分析化學實驗構(gòu)成要素、厘清內(nèi)在邏輯關(guān)系，力圖建構(gòu)化學實驗的認識模型，幫助學生掌握運用化學實驗解決化學問題的一般思路方法，促進學生化學實驗觀的發(fā)展。

一、建立化學實驗的認識模型

設計、進行一項實驗，關(guān)鍵是如何依據(jù)研究目標、任務確立實驗體系，選擇適合的儀器裝置、實驗方法、技術(shù)，規(guī)范地操作并判定必要的安全措施，以獲得正確的實驗結(jié)果。上述對實驗的基本認識形成了看待化學實驗的實驗觀。也就是說，化學實驗有一定的活動思路和流程，雖然研究的內(nèi)容各異，方式途徑各不相同，實驗功能也各有側(cè)重，但是統(tǒng)觀整個實驗過程，其構(gòu)成要素如下：實驗目的、實驗原理、實驗設計、實驗開展、證據(jù)結(jié)論、反思評價。梳理化學實驗要素之間的邏輯關(guān)系，將實驗程序和內(nèi)在思路整合起來，構(gòu)建并提出化學實驗的認識模型，如圖1所示。

從化學實驗的認識模型中，可以看出化學實驗的價值不僅在于學科知識的獲得，更有價值的是促進學生形成解決化學問題的一種基本途徑、思維路徑、思想方法和基本觀念。為此，化學實驗的教學設計要從外顯的實驗活動中，幫助學生揭示出內(nèi)隱的思維方式，促進知識的理解和高階思維的發(fā)展，實現(xiàn)知識的獲得與學科思維發(fā)展的統(tǒng)一。由于實驗的研究內(nèi)容是物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的性質(zhì)與變化、物質(zhì)的制備等。不同類型內(nèi)容的實驗有不同的實驗研究思維路徑，所用的化學知識、思想方法、思維方式也不一樣，學習目標也就不同?；趯W習目標和認識模型進行實驗活動所關(guān)注的核心環(huán)節(jié)和思維活動也不相同。

二、基于認識模型的化學實驗教學

如何通過化學實驗的教學設計與實施促進學生建構(gòu)起一般的實驗認識模型？如何運用化學實驗的認識模型來深刻理解知識、把握思想方法、形成基本觀念？

下面以“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實驗教學為例進行分析，探討如何在教學中運用化學實驗認識模型，促進學生的化學實驗觀發(fā)展。

1.主題內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的整體理解

實驗教學需融合實驗內(nèi)容和實驗過程?；瘜W實驗觀是方法類觀念，可以通過深入挖掘具體實驗的豐富內(nèi)容與過程內(nèi)涵來逐步達成。這就要求對“科學探究”的主題內(nèi)容進行整體理解和把握。

“科學探究”主題內(nèi)容的整體理解包括認識利用化學實驗對物質(zhì)及其變化進行科學探究的意義;學習化學實驗的基本思路方法;結(jié)合實驗活動，學習基本的實驗技能和發(fā)展科學探究能力。換言之，增進對科學探究的理解、發(fā)展科學探究能力、學習基本的實驗技能和完成基礎(chǔ)的學生實驗是化學實驗的內(nèi)容和目的具體要求?？梢?，基于化學實驗的認識模型來建構(gòu)結(jié)構(gòu)化主題內(nèi)容，并挖掘其豐富內(nèi)涵需要教師進行系統(tǒng)思考?；谡J識模型的“科學探究”主題的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化關(guān)系如圖2所示。

分析圖2不難發(fā)現(xiàn)，“科學探究”主題的內(nèi)容可以在化學實驗的認識模型活動中得以實現(xiàn)和建構(gòu)。而且，學生一旦建立起化學實驗的認識模型，用認識模型來分析化學實驗過程不僅能促進對課本實驗的深度、簡便的內(nèi)化理解和把握，而且在實驗學習中獲得深度理解的認識模型會遷移應用到新的化學問題的發(fā)現(xiàn)和解決中，這就是一種實驗素養(yǎng)得到很好發(fā)展的體現(xiàn)。

2.教學目標分析

之前，學生接觸了一些有關(guān)物質(zhì)燃燒的實驗，對不同物質(zhì)、不同氧氣濃度的燃燒現(xiàn)象不同，氧氣能助燃，有些物質(zhì)的燃燒需要點燃等知識已有一定程度的認識。但沒有上升到從化學反應規(guī)律性、條件性的視角來認識燃燒這一類特殊的化學反應。之后，要幫助學生認識完全燃燒、爆炸、防火滅火，以及化學方程式的書寫、金屬的化學性質(zhì)、鋼鐵腐蝕條件的探究等內(nèi)容。因此，該實驗要幫助學生認識燃燒的特征受制于燃燒的條件，可以通過控制反應條件來合理利用化學反應，初步認識化學反應的條件性與規(guī)律性。同時要從認識思路視角幫助學生發(fā)展化學實驗的認識模型中有意義的環(huán)節(jié)。

“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實驗屬于物質(zhì)的性質(zhì)與變化規(guī)律的研究內(nèi)容。結(jié)合該主題內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化關(guān)系、化學實驗的認識模型以及課標要求來分析該實驗功能，本實驗需要達成如下教學目標：（1）通過實驗探究從化學反應的規(guī)律視角概括燃燒需要三個條件，初步形成化學反應條件性的系統(tǒng)認識;（2）回顧已認識的燃燒反應，引導學生對燃燒的條件作出依據(jù)證據(jù)的猜想與假設，并對實驗目的進行規(guī)范表述;幫助學生對實驗目的進行分析，選擇控制變量這一實驗原理，并把這一原理應用于實驗設計;通過實驗開展，引導學生收集證據(jù)，依據(jù)證據(jù)獲得結(jié)論。初步形成化學實驗的認識模型并初步厘清各環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系，建構(gòu)起化學實驗的認識思路;（3）幫助學生基于控制變量思想進行實驗設計和開展實驗，促進學生進一步理解控制變量的思想方法;并形成“在一定條件下物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化”的觀點;（4）引導學生對“燒不壞的手絹”實驗進行分析，鞏固對燃燒條件的認識、認識不同物質(zhì)的著火點存在差異;幫助學生運用認識模型來分析實驗，增進學生對化學實驗的認識思路及控制變量思想的理解;培育學生用化學實驗的認識模型來解決與實驗相關(guān)問題的能力。

3.教學過程設計

基于對實驗教學目標的分析，結(jié)合化學實驗的認識模型，為促進學生深刻理解認識模型的本質(zhì)和意義，充分發(fā)揮化學實驗的功能與價值，該實驗的教學過程設計如下：

（1）創(chuàng)設問題情境引入探究問題

觀看了剛才的視頻，我們知道燃燒有時是“天使”，有時又是“魔鬼”。人們要控制燃燒就必須掌握燃燒的條件。

設計意圖：讓學生感悟燃燒的兩面性，激發(fā)探究燃燒條件的學習需求。

（2）探究意義問題建構(gòu)認識模型

問題1：結(jié)合你對有關(guān)燃燒的化學反應的已有認識，要使燃燒這類化學反應發(fā)生需要什么條件？請你作出猜想，并說明依據(jù)。

設計意圖：結(jié)合學生已有認識，引導學生認識燃燒是一類特殊的化學反應，幫助學生從反應規(guī)律的視角進行分析，要對燃燒這類化學反應的發(fā)生作出猜想，就要從反應物及其反應條件進行分析，作出有依據(jù)的猜想。

問題2：根據(jù)你的猜想，如何表述實驗目的？如何選擇實驗原理？如何依據(jù)原理進行實驗設計？實驗過程中觀察到什么現(xiàn)象？依據(jù)現(xiàn)象得出什么結(jié)論？

設計意圖：依據(jù)猜想，幫助學生初步建立起包括實驗目的、實驗原理、實驗設計、實驗開展、證據(jù)結(jié)論、反思評價的化學實驗的認識模型及其各環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系，理解實驗的思路方法。在教學設計環(huán)節(jié)引導學生進行交流、討論、評價方案，促進學生深刻理解控制變量的思想方法，提高學生對實驗的反思評價水平。在開展實驗過程中遵循先易后難的原則，先證明燃燒需要氧氣為突破口，幫助學生掌握控制變量的思想方法如何運用于實驗設計，然后引導學生運用這一思想方法進行其它實驗設計。

（3）運用認識模型解決實驗問題

問題3：觀察“燒不壞的手絹”實驗，說說手絹“燒不壞”的原因是什么？這一實驗可以用來探究燃燒的什么條件？其實驗目的是什么？實驗原理是什么？如何設計實驗的？進行實驗的關(guān)鍵操作是什么？依據(jù)實驗現(xiàn)象可獲得什么結(jié)論？

設計意圖：鞏固學生對燃燒條件的認識，讓學生進一步認識不同物質(zhì)的著火點有差異，診斷并評價對控制變量的思維方法及理解水平。引導學生從化學實驗的認識模型出發(fā)，進一步分析該實驗要素及其各要素間的關(guān)系，提升分析、解決問題的能力。對于學生的某些認識誤區(qū)，可以引導學生設計實驗進行探究，如設計將未經(jīng)處理的布條進行灼燒，直接浸泡酒精的、輕輕擰干的布條進行點燃等補充實驗。

三、總結(jié)與討論

基于認識模型的化學實驗教學就是從化學實驗的認識模型出發(fā)，把具體的實驗內(nèi)容置于外顯的認識模型之中進行實驗教學設計。其實驗目標不僅是獲得結(jié)論性知識，更重要的是幫助學生通過化學實驗掌握解決化學問題的學科思想方法，建構(gòu)起運用化學實驗的認識模型來分析、解決化學實驗問題的思維程序。

化學實驗的教學設計關(guān)鍵是對實驗內(nèi)容的研究與把握?；谡J識模型的化學實驗教學，一是教師要關(guān)注認識模型中各要素的發(fā)展規(guī)律，認識模型的各要素不是同步發(fā)展的，要基于“科學探究”主題的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化關(guān)系、實驗功能和學生的認識水平來分析、規(guī)劃不同階段需要發(fā)展關(guān)鍵要素的能力，最終實現(xiàn)認識模型中各要素的整體發(fā)展;二是在具體的化學實驗教學中，不能僅僅關(guān)注化學實驗的認識模型的六要素和事實性結(jié)論，教師應該進行系統(tǒng)深入的思考，從整體上思考該實驗對學生的實驗能力發(fā)展的價值和意義，更好地促進學生思維發(fā)展;三是不同類型內(nèi)容的實驗，解決問題的實驗原理是不一樣的，要提煉出一般思想方法，從而提升實驗設計能力。