高中視角下初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對學(xué)生高階思維的培養(yǎng)

祖丕繆

摘 要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生獲取直觀信息、認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)反應(yīng)規(guī)律、形成化學(xué)概念、鞏固和運(yùn)用化學(xué)知識(shí)，化學(xué)教師應(yīng)通過分析實(shí)驗(yàn)的核心活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)及核心思想、設(shè)計(jì)思維活動(dòng)、開展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提高學(xué)生能力和培養(yǎng)高階思維。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn);高階思維;培養(yǎng)

戴安邦先生說過：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的形式?！闭n程標(biāo)準(zhǔn)指出：學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一個(gè)維度是“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”?；瘜W(xué)教師應(yīng)結(jié)合教材中的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)方法提升和高階思維培養(yǎng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的效果，實(shí)現(xiàn)從化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)向?qū)W科高階思維的跨越。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的分析

（一）教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的“重”和“輕”

受考試評(píng)價(jià)等因素影響，教師在教學(xué)中可能存在以下現(xiàn)象：重理論輕實(shí)驗(yàn);重學(xué)生紙筆實(shí)驗(yàn)，輕學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn);重教材演示實(shí)驗(yàn)，輕學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn);重實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和結(jié)果的正確性，輕實(shí)驗(yàn)觀察、記錄、分析、評(píng)價(jià)等方法和高階思維的培養(yǎng)。

（二）高一新生化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΜF(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)較差，實(shí)驗(yàn)基本操作不規(guī)范，缺乏及時(shí)觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行分析的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，少有通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)形成實(shí)驗(yàn)方法的高階思維。

（三）部分高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析

高中化學(xué)教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步理解化學(xué)學(xué)科與科學(xué)探究的本質(zhì)和方法，發(fā)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、觀察、記錄、分析、數(shù)據(jù)處理等能力，養(yǎng)成嚴(yán)肅的科學(xué)精神和獨(dú)特的創(chuàng)新意識(shí)。

二、利用教材實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的高階思維

陌生情境下的問題解決，需要學(xué)生具備相應(yīng)的高階思維能力。作為化學(xué)教學(xué)的起始階段，初中化學(xué)教師有能力、有必要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對學(xué)生進(jìn)行高階思維的培養(yǎng)，從而完成初高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過渡和銜接。筆者主要通過初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)“氣體的制備”、“鐵生銹條件探究”、“驗(yàn)證氧氣在空氣中的體積分?jǐn)?shù)”等內(nèi)容展開研討，探討實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的思想方法，設(shè)計(jì)高階思維活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心思想和核心活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，形成高階思維，有效解決高中相似實(shí)驗(yàn)問題的能力。

（一）利用教材實(shí)驗(yàn)將學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ晒铝⑺缴仙秊橄到y(tǒng)水平

氧氣、二氧化碳、氫氣的制備是初中化學(xué)的重要內(nèi)容，學(xué)生不僅要記憶理解相關(guān)知識(shí)，還要從這三種氣體的制備中進(jìn)階出制取氣體的一般思路。

以實(shí)驗(yàn)室用鹽酸和金屬鋅反應(yīng)制取氫氣為例，教師可設(shè)計(jì)如下問題進(jìn)行高階思維的培養(yǎng)。

①分析反應(yīng)物藥品的選擇：為什么實(shí)驗(yàn)室通常不用鎂或鐵與鹽酸反應(yīng)制取氫氣？為什么不用硝酸和鋅反應(yīng)制取氫氣？

②實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：制取的氫氣中混有氯化氫、水蒸氣等雜質(zhì)，如何除去？除雜的先后順序？

③實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)一定的目的？比如便于在反應(yīng)過程中添加酸液？便于控制反應(yīng)的發(fā)生和停止？便于控制生成氫氣的速率？用分液漏斗加酸時(shí)如何便于液體順利流下？如何安全地進(jìn)行氫氣與氧氣的爆炸實(shí)驗(yàn)？

通過設(shè)計(jì)三種氣體制備的高階思維活動(dòng)，建立了學(xué)科知識(shí)間的縱橫聯(lián)系，揭示了不同知識(shí)間更為本質(zhì)的共同之處。當(dāng)學(xué)生對氧氣、二氧化碳、氫氣等氣體的制備由孤立水平進(jìn)階為氣體制備的系統(tǒng)水平，形成高階思維，就可實(shí)現(xiàn)知識(shí)的拓展并遷移運(yùn)用到高中化學(xué)氣體制備如“加熱氯化銨和熟石灰制取氨氣”、“加熱二氧化錳和濃鹽酸制取氯氣”的成套裝置選擇及除雜和尾氣處理方法等。

（二）利用教材實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心思想

教師結(jié)合教材實(shí)驗(yàn)，分析其蘊(yùn)含學(xué)科核心思想，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)思想并學(xué)會(huì)運(yùn)用。如初中化學(xué)“探究鐵生銹的條件”蘊(yùn)含控制變量思想，控制變量是指當(dāng)可能有多個(gè)因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，通過控制其他實(shí)驗(yàn)條件不變，對多個(gè)因素逐一進(jìn)行對比探究，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、歸納，得出結(jié)論的方法[3]。用控制變量法分析實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生探究物質(zhì)變化規(guī)律，形成一個(gè)半開放的思維空間，研究結(jié)論更科學(xué)。

學(xué)生有了控制變量的學(xué)科核心思想方法，就可以將思想方法有效、創(chuàng)新性地遷移運(yùn)用到陌生、真實(shí)的問題解決中，控制變量思想在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)例：鈉和氧氣的反應(yīng)（反應(yīng)溫度不同）;模擬溶洞的形成（二氧化碳的用量不同）;硝酸的氧化性（硝酸的濃度不同）;認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的快慢（內(nèi)因：反應(yīng)物質(zhì)不同;外因：溫度、濃度、催化劑、固體表面積不同）等實(shí)驗(yàn)。

（三）利用教材實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)

在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，測定不同催化劑對反應(yīng)的催化效果，確定所排廢水是否達(dá)標(biāo)，檢測原料的利用率、產(chǎn)品的純度等，都需要進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)，定量是為了更準(zhǔn)確的定性，數(shù)據(jù)的采集和處理是重要的核心活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)如反應(yīng)熱的測定、中和滴定等。定量實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮W(xué)生樹立防干擾、減少誤差的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和科學(xué)意識(shí)。定量實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)分析等高階思維能力。

三、通過實(shí)驗(yàn)作業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的高階思維

教師要結(jié)合教材中的重難點(diǎn)內(nèi)容，創(chuàng)造性地布置形式多樣的實(shí)驗(yàn)作業(yè)，強(qiáng)化學(xué)生高階思維能力的訓(xùn)練。

（一）自主探究型的實(shí)驗(yàn)作業(yè)

教師可以將教材中的陳述性知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生從多角度思考和自主設(shè)計(jì)，體驗(yàn)探究過程。

如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“探究鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱順序”，學(xué)生可以從金屬與酸反應(yīng)的難易程度以及金屬與鹽溶液間的置換反應(yīng)等角度來設(shè)計(jì)。又如“證明二氧化碳能與氫氧化鈉反應(yīng)”，學(xué)生可以從反應(yīng)物二氧化碳被氫氧化鈉吸收造成氣壓變化的角度來設(shè)計(jì)，也可以從生成物碳酸鈉與氫氧化鈉性質(zhì)上的差異的角度來設(shè)計(jì)。再如“探究m克銅鋅合金中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)”的定量實(shí)驗(yàn)，可以從銅鋅合金與足量的酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量來設(shè)計(jì)，也可以從反應(yīng)后剩余固體的質(zhì)量來設(shè)計(jì)。

初中教師還可提供高中教材信息設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)作業(yè)，如已知化學(xué)反應(yīng)的速率和外界條件（如溫度、濃度、催化劑等因素）有關(guān)，請從以下試劑中選取合適的試劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：3%的過氧化氫溶液、15%的過氧化氫溶液、二氧化錳粉末。

（二）試題型的實(shí)驗(yàn)作業(yè)

試題型的實(shí)驗(yàn)是上一級(jí)學(xué)校選拔學(xué)生的評(píng)價(jià)方式之一，在考察學(xué)生高階思維能力方面有著特殊的地位。在此類實(shí)驗(yàn)作業(yè)中，教師可從高觀點(diǎn)、大視野的角度選取和設(shè)計(jì)試題，如展示成套裝置，陌生儀器、陌生信息反應(yīng)，考察元素觀、轉(zhuǎn)化觀、定量觀等。

例如，已知實(shí)驗(yàn)室可用草酸固體（H2C2O4）和濃硫酸加熱反應(yīng)制取一氧化碳，然后用一氧化碳還原氧化鐵。教師可圍繞如下角度設(shè)計(jì)試題，對學(xué)生進(jìn)行高階思維訓(xùn)練：①制氣裝置的選擇;②氣體的除雜和干燥;③物質(zhì)的性質(zhì)和檢驗(yàn);④鐵的純度或產(chǎn)率的計(jì)算;⑤防爆炸、防污染等實(shí)驗(yàn)安全;⑥陌生反應(yīng)化學(xué)方程式的書寫等。

（三）家庭小實(shí)驗(yàn)型的實(shí)驗(yàn)作業(yè)

家庭小實(shí)驗(yàn)具有貼近生活、操作簡單、安全、趣味等特點(diǎn)，可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，提高“科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng)。如布置“身邊能催化雙氧水的物質(zhì)及其催化效果”、“身邊的有色果汁能做酸堿指示劑嗎”等小實(shí)驗(yàn)。

通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)高階思維的訓(xùn)練，有利于幫助學(xué)生在不同階段核心知識(shí)和概念的鞏固、核心思想和方法的形成?？傊處煵粌H要重視實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范和步驟的有序、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論的識(shí)記，更要主動(dòng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，使之成為學(xué)生學(xué)習(xí)和生存的技能。

參考文獻(xiàn)

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