化學實驗設計在培養學生探究性學習能力中的作用

汪揚

科學研究是一種使學生體驗探究過程和探究樂趣的學習經歷，是一種有效的學習方式，學習科學是要學生親自動手做，而不是要別人做給他們看的事情。化學實驗是學生學習過程中能動的實踐活動，為學生創造了親身參與實踐的機會，具有獲知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。化學實驗設計作為實驗教學的最高級形式，更是培養學生探究思維能力的重要手段。筆者結合課堂教學中幾個化學實驗設計的案例，簡要談談如何在實驗設計教學中培養學生的探究思維能力。

一、課堂上教師設計探究性小實驗，培養學生探究學習的興趣

化學教學中有很多讓學生驚訝的化學實驗現象或化學事實，這些新奇的事物刺激著學生，讓學生產生好奇心，從而再將這種好奇心轉化為學習的興趣和進一步探究的動力。例如，講“碳的幾種單質”一課，教師可設計如下一組小實驗：（1）將冷的瓷盤罩在蠟燭火焰上方，利用蠟燭不完全燃燒產生的碳寫出一個“C”字；（2）用玻璃刀裁玻璃；（3）用石墨在紙上迅速畫出一張金剛石晶體模擬圖；（4）用石墨把電路接通，電燈泡亮了。

以上實驗激起了學生的好奇心，讓學生產生了“為什么”的懸念。為了進一步激發學生深層次探究的興趣，緊接著介紹“金剛石與石墨的異同”，教師又可講故事的方式描述三個事實：（1）17世紀意大利佛羅倫薩科學院的院士們在觀察金剛石怎樣反射陽光時，突然價值千金的金剛石變成一股青煙消失了，這出乎意料的變化把院士們弄得驚詫不已。以后，化學家們進行了很多實驗，他們把金剛石放在充滿氧氣的密閉容器里燃燒，然后測定容器內的生成物，發現竟然全部都是二氧化碳。（2）煤放在隔絕空氣的條件下很快加熱，使雜質揮發，剩下的純炭就成了石墨。（3）1797年法國化學家談拉德做了一個成功的實驗，他稱取等質量的金剛石和石墨，分別使之充分燃燒，結果得到了相等質量的氣體，該氣體都能使澄清石灰水變渾濁。

在這堂課中，將有關碳單質的有趣小實驗和故事安排進去，在知識教學中注意培養學生的興趣和對科學的情感，且小故事又再現了科學發現的過程。這對于培養學生探索真理的科學態度有著重要的作用，大大激發了學生探究學習的興趣。

二、改變傳統的化學實驗觀點，培養學生科學探究的方法

我國傳統的化學實驗教學的目的是讓學生學會、學懂相關的知識和技能，教師往往是先講授理論知識，然后進行實驗演示，把實驗現象、結果與新知識作對應比較，最后由教師作概括和總結。通過實驗教學，學生學會實驗的操作，記住儀器的名稱，學會觀察和記錄，學懂相關的化學基礎知識，會對實驗現象進行合理的解釋。學生全都學會、學懂、記住，教學任務也就完成了，至于化學學科中的科學方法，以及為什么這樣做實驗，實驗是怎樣設計出來的，似乎很少引起師生的共同關注。

現代教學觀點認為，教學的方法應該與思維的方法一致，思維過程與化學學科的探究性實驗的教學過程是相當一致的，化學實驗應以探究性實驗為主。因此，實驗教學應變演示實驗為學生實驗或邊講邊實驗，變驗證性實驗為探究性實驗，盡量讓學生自己探索，得出結論。例如學生在做二氧化碳與石灰水反應的實驗時，發現用嘴通過吸管向澄清石灰水底部吹二氧化碳氣體而產生沉淀的過程，是一個反應較慢的過程，而且發現吹入的二氧化碳氣體會很快地、無多大變化地溢出溶液表面。同學們由此聯想到一個問題：教材上為什么規定不能用排水集氣發來收集二氧化碳氣體呢？針對這一問題，有的學生就開始探索，他們查找了二氧化碳氣體在常溫下的溶解度等資料，并做了大量的對照性實驗，如用排水法和排空氣法在同等條件下分別收集二氧化碳氣體，再比較收滿氣體所花的時間及所收集氣體的純度等。結果他們發現，二氧化碳氣體不僅可以用排水法收集，而且收集的二氧化碳氣體更純、更快，從而更正書本上的結論。對于這種大膽質疑，勇于探索并進行科學探究的精神，教師應大加鼓勵。由此可見，在中學化學實驗教學中，有一部分內容可以設計成讓學生自己發現真理、不斷更新知識、探求結果的過程，設計成有利于學生掌握學習方法、科學研究方法的過程，設計成有利于發展學生智能、培養學生探究精神及探索思維的過程。

三、鼓勵學生自己設計實驗方案，形成和發展學生科學探究的能力

科學地選擇實驗方法和設計實驗方案的能力是組成化學實驗能力的重要因素，也是形成和發展學生科學探究能力的重要手段。實驗方案的設計包括以下幾個步驟：（1）提出問題、選擇并明確研究課題；（2）對問題提出自己的假設，然后驗證假設；（3）設計實驗方案，設法讓預想的事人為的發生，以便于進一步的觀察，對提出的問題進行探索研究；（4）對設計方案進行實驗驗證，探索研究；（5）對設計的實驗方案進行評價，評價其實驗的效果，評價實驗方案是否具備一定的合理性。周密性、技巧性和可行性；（6）對實驗方案進行改進，使其更加完善、合理。

案例：實驗設計——CO■和Na■O■的反應是否和水的存在有關。

教學過程：（1）教師提出探究課題，學生設計方案。課前教師將研究課題或學案發給學生，讓學生4人一組討論實驗設計方案，并將設計方案寫在投影膠片上供課堂討論用。（2）師生共同討論，優化設計方案。課堂教學時，每組派代表通過投影膠片介紹本組設計思想實驗原理、實驗步驟、所用儀器和藥品。在代表發言時，要求每位同學積極思考，幫助其找出實驗方案的不足之處，如有可能的話，最好能夠提出改進方案，并借鑒別人的優點，優化本組的設計方案。教師根據討論的情況，適時提出問題引導學生尋找合理方案，或提出自己的建議。（3）分組進行實驗，教師解惑答疑。在課堂討論結束后，各組采用本組認為合理的方案，共同實驗、觀察、記錄、分析，得出可能的結論。教師幫助有困難的組完成實驗。（4）報告實驗結果，討論、分析、評價。待各組實驗基本完成，教師要求各組同學根據實驗事實，分析總結，得出可能的結論，并嘗試給出較為合理的解釋；然后各組代表發言，報告實驗結果；根據報告，大加評價實驗方案，對不足之處提出進一步改進的措施。

化學實驗設計以其特有的魅力在探究性學習中占有重要地位，為學生形成探究性學習的方法，培養學生探究性思維能力提供條件。在課堂教學中，教師應引導學生通過多種途徑進行探究性學習，營造良好的探究性學習氛圍。在通過化學實驗設計進行探究性學習過程中，鼓勵學生大膽提出實驗方案，充分肯定學生在提出方案過程中的主動參與精神和探究意識。