化學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣水平的層次與激發(fā)

吳晗清 劉聰 李世玉

摘 要 化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣水平從低至高可以分為感官感知、實(shí)驗(yàn)操作、科學(xué)探究與變革創(chuàng)新四個層次。結(jié)合已有研究和實(shí)踐調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣水平主要集中在前兩種。實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容和方法，教師應(yīng)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開始，通過感官刺激激發(fā)學(xué)生對現(xiàn)象本身的思考;緊密聯(lián)系生活實(shí)際，帶領(lǐng)學(xué)生改進(jìn)完善實(shí)驗(yàn)裝置，手腦并用拓寬學(xué)生的可操作范圍;注重科學(xué)探究興趣的培養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;在探究的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的洞察力，進(jìn)行變革性思考，培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

關(guān)鍵詞 化學(xué)教學(xué) 學(xué)習(xí)興趣 化學(xué)實(shí)驗(yàn)

興趣就是人們在探索研究某種事物或是從事某種活動的過程中，所呈現(xiàn)出的迷戀意識傾向。學(xué)習(xí)興趣，是學(xué)習(xí)動機(jī)的核心部分，它的特點(diǎn)是在探索新事物的過程中伴有愉悅的情緒表現(xiàn)，并因此進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)[1]。愛因斯坦也認(rèn)為：“興趣可激發(fā)人的創(chuàng)造熱情、好奇心和求知欲，由百折不撓的信念所支持的人的意志，比那些似乎是無敵的物質(zhì)力量有更強(qiáng)大的威力。”

雖然有研究表明大部分學(xué)生對化學(xué)學(xué)科感興趣，但是他們的興趣普遍停留在化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象層面。學(xué)生普遍動手能力較差，對于化學(xué)實(shí)驗(yàn)沒有真正探索的渴望，只是為了好玩的學(xué)生居多[2]。然而實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，而且訪談學(xué)生也發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)操作的興趣最為強(qiáng)烈。學(xué)生能夠親手做實(shí)驗(yàn)，直觀地觀察到神奇的化學(xué)變化最能夠激發(fā)學(xué)生興趣[3]。實(shí)驗(yàn)操作是途徑，更重要的是科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。學(xué)生要想學(xué)好化學(xué)，達(dá)成學(xué)科核心素養(yǎng)，必須要超越直接的感官與操作，進(jìn)一步培養(yǎng)科學(xué)探究的意識并且嘗試創(chuàng)新?？梢姡瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)興趣的感官感知、實(shí)驗(yàn)操作、科學(xué)探究與變革創(chuàng)新四個維度環(huán)環(huán)相扣、步步提升。

一、感官感知層次的興趣與激發(fā)

感官是感受外界事物刺激的器官，如眼、耳、鼻、舌、身相應(yīng)的感覺就是視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺等。感覺是知覺產(chǎn)生的基礎(chǔ)，心理學(xué)通常將感覺和知覺統(tǒng)稱為感知。古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為知識起源于感覺，大腦借助于感官而感覺外界的客觀事物，強(qiáng)調(diào)感覺在認(rèn)識過程中的地位和作用。經(jīng)驗(yàn)主義哲學(xué)家都極力推崇感知經(jīng)驗(yàn)的重要性，如洛克在《人類理解論》中指出，知識歸根到底都是來源于經(jīng)驗(yàn)的?！霸谏钍澜缰?，人通過對現(xiàn)實(shí)世界的直接感知獲得關(guān)于這個世界的知識，這種直接的知識逐步典型化，就形成了生活世界的觀念，這些觀念經(jīng)概念化和體系化，產(chǎn)生科學(xué)理論”。[4]在教學(xué)實(shí)踐中，讓孩子從直觀感知開始學(xué)習(xí)活動是毋庸置疑的?？涿兰~斯認(rèn)為知識的開端永遠(yuǎn)必須來自感官，強(qiáng)調(diào)“在可能的范圍內(nèi)，一切事物都應(yīng)該盡量地放到感官跟前”[5]。

在化學(xué)教學(xué)中，感官的作用體現(xiàn)在直接認(rèn)識物質(zhì)及其變化。學(xué)生通過眼睛可以觀察到物質(zhì)的形態(tài)和外觀，通過不同的感官可以全方位感受化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的各種變化等?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)過程經(jīng)歷由易到難的四個重要階段：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、概念和原理、問題解決以及創(chuàng)造性地提出新問題或新觀點(diǎn)，并以此構(gòu)建了感官感知、認(rèn)知建構(gòu)、認(rèn)知重組和頓悟的四級學(xué)習(xí)機(jī)制模型[6]。強(qiáng)調(diào)啟動學(xué)習(xí)機(jī)制的首要條件是學(xué)生動手、動腦做實(shí)驗(yàn)，多感官感知豐富多變的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

案例1：“可樂”怎么變成了“雪碧”？

老師帶來一瓶“可口可樂”，學(xué)生看見“可口可樂”在老師手中不斷搖晃竟然變成了無色透明的“雪碧”大為驚奇。老師引領(lǐng)學(xué)生分析，解密這瓶“可口可樂”是將碘片溶于酒精再加蒸餾水稀釋自制的深褐色液體。繼續(xù)探討“可樂”變“雪碧”的奧秘則是可口可樂瓶蓋內(nèi)的大蘇打粉末——Na2S2O3。當(dāng)可樂瓶搖晃時，Na2S2O3溶于“可樂”，并經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，將深褐色的“可樂”變成了無色透明的“雪碧”。實(shí)驗(yàn)的核心也就是這個奧秘的原理——I2單質(zhì)的氧化還原反應(yīng)，也就愉快而順利地被同學(xué)們掌握。學(xué)生經(jīng)過視覺的沖擊，學(xué)習(xí)反應(yīng)原理的時候也更加有積極性，再經(jīng)過自己動手再現(xiàn)“可樂”變“雪碧”的過程，感受到化學(xué)變化的神奇之處。

二、實(shí)驗(yàn)操作層次的興趣與激發(fā)

布魯姆將教育目標(biāo)分為認(rèn)知、情感及操作等三個維度。杜威認(rèn)為，人們應(yīng)當(dāng)“從做事里面求學(xué)問”，對“一切操縱、建造、積極的行動和制作的沖動給予運(yùn)用和滿足的機(jī)會”，在做的過程中發(fā)現(xiàn)和發(fā)展自己，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”。蘇霍姆林斯基也指出，“兒童的智慧在他的手指尖上”。而實(shí)驗(yàn)操作，正是強(qiáng)調(diào)手腦并用，強(qiáng)調(diào)從做中學(xué)。所以，對于化學(xué)學(xué)習(xí)來說，強(qiáng)調(diào)親身操作是十分有必要的。

基礎(chǔ)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作包括藥品的取用、物質(zhì)的加熱、物質(zhì)的稱量、儀器的連接組裝和洗滌，正確的實(shí)驗(yàn)操作是順利進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。在化學(xué)課堂上，教師應(yīng)盡可能為學(xué)生創(chuàng)造動手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會。但現(xiàn)實(shí)中往往囿于設(shè)備、藥品，課時限制等原因，學(xué)生缺乏在實(shí)驗(yàn)室親自動手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會。為此，教師需要緊密聯(lián)系生活實(shí)際，可以利用生活中的用具設(shè)計實(shí)驗(yàn)，突破化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的障礙，手腦并用拓寬學(xué)生的可操作范圍，讓更多的學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中親自動手的樂趣。

案例2：鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

教師帶領(lǐng)同學(xué)們按照教材上的步驟進(jìn)行了Fe粉與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)有些小組的實(shí)驗(yàn)并沒有成功。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生總結(jié)失敗的原因如下：①用酒精噴燈加熱，很容易使玻璃管變形，導(dǎo)致軟化、變形，甚至破裂;②通過觀察反應(yīng)后物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，分散在石棉絨上的大量Fe粉，實(shí)際上未發(fā)生反應(yīng);③燒瓶里產(chǎn)生的水蒸氣冷凝聚成液體聚集在高溫玻璃管中，導(dǎo)致玻璃管破裂。除此之外，還有學(xué)生質(zhì)疑了干燥管的作用，認(rèn)為在大量的水蒸氣下，干燥管的作用有限，并且提出了無法判斷H2是否生成與不知生成含量的多少。于是師生對原實(shí)驗(yàn)裝置一步步進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后如圖1。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)裝置優(yōu)化后，操作的難度降低，消除了水蒸氣聚積使玻璃管破裂的風(fēng)險，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性，實(shí)驗(yàn)的成功率也明顯提高了，并且改用排水法收集H2，氣體純度大大提高。利用合理的實(shí)驗(yàn)操作，很好地回應(yīng)了前面的各種質(zhì)疑。從而為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，奠定了重要的基礎(chǔ)。

三、科學(xué)探究層次的興趣與激發(fā)

科學(xué)探究，就是師生在學(xué)習(xí)情境中通過觀察或閱讀發(fā)現(xiàn)問題，再搜集證據(jù)，進(jìn)而形成解釋的學(xué)習(xí)范式。它強(qiáng)調(diào)用科學(xué)的方法，對問題情境進(jìn)行的探索。在杜威的經(jīng)驗(yàn)主義哲學(xué)觀點(diǎn)中，認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)是以規(guī)劃未來、探求未知的領(lǐng)域、與未來相聯(lián)系為其明顯特征的[7]。他強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究是“一種有控制的或有方向的把一個不明確的情境轉(zhuǎn)化為明確情境的轉(zhuǎn)化行動。它把原初情境里存在區(qū)別但有內(nèi)在聯(lián)系的要素統(tǒng)一為一個完整的整體”。[8]

科學(xué)教育領(lǐng)域一直都在強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究這一重要命題。美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中強(qiáng)調(diào)了科學(xué)探究既是科學(xué)家研究自然界的途徑之一，也是學(xué)生獲得知識和領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念及科學(xué)家們研究自然界所用的方法而進(jìn)行的各種活動。我國《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》提出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，其中之一就是科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。明確指出，學(xué)生應(yīng)能夠認(rèn)識科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動，并且在化學(xué)教學(xué)中，可以利用科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行問題解決能力的培養(yǎng)。

案例3：探究蔗糖燃燒的催化劑

教學(xué)情境：學(xué)生將一塊方糖放在酒精燈火焰上灼燒，驚奇的發(fā)現(xiàn)，方糖先是熔化，然后碳化，但是始終不會燃燒。另一塊方糖放在酒精燈火焰上灼燒卻神奇的燃燒起來了。學(xué)生思考發(fā)現(xiàn)，另一塊方糖在實(shí)驗(yàn)前不小心沾到了少許香灰?！胺教鞘切沦I的，不存在變質(zhì)問題。那么，香灰在蔗糖燃燒中起到的作用是什么呢？”于是，在情境中生成問題：“蔗糖燃燒是不是需要催化劑？有哪些物質(zhì)可以做蔗糖燃燒的催化劑?！睂W(xué)生在課堂上順理成章的開展了蔗糖燃燒的催化劑的科學(xué)探究，不僅探究了各種灰燼對蔗糖燃燒的影響，還探究了各種純化學(xué)試劑對蔗糖燃燒實(shí)驗(yàn)的作用，例如Na2CO3、KHCO3、K2CO3、CuO、CaO等。在探究中發(fā)現(xiàn)并不是所有的物質(zhì)都能做催化劑，并且催化劑是的作用是有快有慢的。這一過程，學(xué)生不僅習(xí)得了學(xué)科知識如催化劑的性質(zhì)，更重要的是問題意識、探究意識、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫娴陌l(fā)展。

四、變革創(chuàng)新層次的興趣與激發(fā)

變革，出自《禮記·大傳》“立權(quán)度量，考文章、改正朔、易服色、殊徽號、異器械、別衣服，此其所得與民變革者也?！弊兏铮锤淖兣f的、不合理的部分，使其更合理完善。美國社會心理學(xué)家多伊奇認(rèn)為變革的力量是當(dāng)今世界惟一最巨大的力量，沒有變革就沒有進(jìn)步。而創(chuàng)新，是在變革的基礎(chǔ)之上，是以新思維、新發(fā)明和新描述為特征的一種概念化過程，指向新事物的創(chuàng)生。從馬克思主義哲學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，創(chuàng)新是一種人的創(chuàng)造性實(shí)踐行為，是對物質(zhì)世界矛盾的利用和再創(chuàng)造。所以，發(fā)現(xiàn)問題是創(chuàng)新的前提，實(shí)踐是創(chuàng)新的根本所在。

在化學(xué)教學(xué)中，教師不能禁錮學(xué)生的思維，要有意識地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新興趣。創(chuàng)新是積累的，不是一蹴而就的。正如陶行知先生所說“天天是創(chuàng)造之時，處處是創(chuàng)造之地，人人是創(chuàng)造之人”。因此教師不能扼殺、壓制學(xué)生天性中存在的創(chuàng)新萌芽，在教學(xué)過程中要創(chuàng)設(shè)寬松民主的教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生能充分表達(dá)自己的新發(fā)現(xiàn)、新想法、新觀點(diǎn)。如此，民主的氛圍能夠發(fā)揚(yáng)光大，學(xué)生創(chuàng)新熱情得到強(qiáng)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力就不是一句空話。更重要的是，激勵學(xué)生創(chuàng)新，不僅學(xué)生得到成長，還能達(dá)成教學(xué)相長的理想境地。

案例4：電解氯化銅溶液之后，為何電解液會變黑？

情境：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在U型管的陰極附近，溶液逐漸呈現(xiàn)黑色，并且有黑色物質(zhì)不斷擴(kuò)散。電解液為何會變黑呢？

學(xué)生假設(shè)：假設(shè)1：溶液電解后pH增大，產(chǎn)生的Cu（OH）2分解后生成了CuO，導(dǎo)致電解液變黑。假設(shè)2：參考銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的溶液也變成黑色是因?yàn)槲茨芪皆谠嚬鼙诘腁g粉末造成的案例，推測電解CuCl2溶液之后Cu未能吸附在陰極，導(dǎo)致電解液變黑。假設(shè)3：電解液濃度和電解液性質(zhì)會影響黑色的物質(zhì)的產(chǎn)生。

方案設(shè)計：針對假設(shè)1的實(shí)驗(yàn)方案：分別向電解前溶液與變黑后的溶液中滴加鹽酸，發(fā)現(xiàn)前者無變化后者溶液仍然呈黑色。CuO能溶于鹽酸，若滴加鹽酸溶液顏色應(yīng)能恢復(fù)到原來狀態(tài)，說明黑色物質(zhì)不是CuO。再經(jīng)過較長時間的電解，發(fā)現(xiàn)U型管陽極處出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，可見，Cu（OH）2不能在陰極產(chǎn)生。因此假設(shè)1不正確。針對假設(shè)2的實(shí)驗(yàn)方案：分別向電解前溶液與黑色溶液中滴加濃HNO3再加熱，發(fā)現(xiàn)前者無變化后者試管溶液上部有紅棕色氣體產(chǎn)生。Cu不溶于稀鹽酸但能溶于稀HNO3，加入稀鹽酸無明顯現(xiàn)象而加入稀HNO3之后產(chǎn)生了紅棕色氣體，說明假設(shè)2正確。針對假設(shè)3的實(shí)驗(yàn)方案：將電解液稀釋后再電解，發(fā)現(xiàn)電解液不再變黑。將電解質(zhì)溶液用Cu（NO3）2溶液代替，再進(jìn)行電解，發(fā)現(xiàn)電解液也不再變黑，說明假設(shè)3正確。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電解CuCl2溶液之后，生成的Cu未吸附在陰極，導(dǎo)致陰極附近溶液變黑，黑色物質(zhì)的產(chǎn)生與電解液濃度和電解液性質(zhì)有關(guān)。教師需要指出的是，陰極附近產(chǎn)生的黑色物質(zhì)是由Cu導(dǎo)致但并非是Cu，而是Cu與溶液反應(yīng)生成的其他物質(zhì)。偉大的創(chuàng)造來自于平時對于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的異?，F(xiàn)象，教師不僅不能一帶而過，而且要積極引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注和探究，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、探究能力和創(chuàng)新精神，同時促進(jìn)自身的專業(yè)發(fā)展。

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[作者：吳晗清（1981-），男，安徽宿松人，首都師范大學(xué)教師教育學(xué)院，副教授（教授崗），北京師范大學(xué)教育學(xué)部，兼職教授，教育學(xué)博士，心理學(xué)博士后;劉聰（1997-），女，江西吉安人，首都師范大學(xué)教育學(xué)院，碩士生;李世玉（1995-），女，貴州甕安人，首都師范大學(xué)化學(xué)教育研究所，碩士生。]

【責(zé)任編輯 郭振玲】