如何利用化學實驗促進學生科學思維的發(fā)展

謝開芬　王友智

摘 要：本文從初中化學課堂實驗教學出發(fā)，培養(yǎng)學生利用控制變量法進行實驗探究的能力，借助已有知識開展探究方案的設計能力，變驗證性實驗為探究性實驗，對學生探究方法的培養(yǎng)，最后從教師教材資源出發(fā)歸納出可以為學生創(chuàng)設的實驗探究點去提高學生綜合探究能力進行了闡述。

關鍵詞：初中化學實驗；科學思維發(fā)展

化學新課程標準指出：“科學探究是一種重要的學習方式，也是義務教育階段化學課程的重要內容。對發(fā)展學生的科學素養(yǎng)具有不可替代的作用”。科學探究的重要途徑就是實驗。如何在教學課時緊張的背景下充分發(fā)揮教材的作用，最大限度發(fā)揮實驗教學的功能，使初中學生具備基本的科學探究能力。通過多年的教學發(fā)現教材中有許多隱性實驗資源，如果能在課堂教學中加以充分利用，不僅可以使學生理解學科本質，突破初中化學學習難點，還能真正學會科學探究方法，形成科學探究的能力。

1 利用控制變量法進行典型的演示實驗，促進學生科學思維發(fā)展

控制變量法是一種重要的實驗思維方法，也是探究活動中運用最多的方法之一對培養(yǎng)同學們的科學思維，學習使用科學方法，提高科學素養(yǎng)具有重要的作用。在整個初中化學教材中，眾多演示實驗貫穿與整個初中化學的教學內容，這為我們在教學中培養(yǎng)學生的探究能力提供了條件。但每個探究實驗中探究的思維方式并不相同，如果老師們能夠選擇典型實驗去培養(yǎng)學生的學科思維方式，對學生的長足發(fā)展一定能起到很好的作用。比如可以借助教材中探究“二氧化碳能與水的反應生成碳酸”的實驗、，引導學生完成一次完整的控制變量法探究活動，培養(yǎng)學生利用控制變量法思考問題和進行探究活動的能力。具體設計如下：通過教材中【實驗6-4】，通過向存放有二氧化碳的一個軟塑料瓶中倒入半體積的水后震蕩，學生觀察到軟塑料瓶變癟了，學生很容易想到二氧化碳能溶于水使塑料瓶中的氣壓小于外界大氣壓，所以塑料瓶變癟。接下來就進入完整的控制變量法的探究活動，【發(fā)現問題】教師取出塑料瓶中的部分液體放入燒杯中，用一朵紫色石蕊試液染成的小花放入其中，讓學生觀察，紫色小花變成了紅色。【提出猜想】引導從發(fā)現的小花變紅問題讓學生進行猜想：使紫色小花變紅的原因：猜想一：是水將小花變成了紅色；猜想二：是二氧化碳將小花變成了紅色：猜想三？ 此處學生不知道酸能使紫色石蕊試液變紅色，所以可能也得不出二氧化碳能與水反應產生了碳酸猜想。【查閱資料】這個環(huán)節(jié)中老師也沒有必要先給學生進行酸能使紫色試液試液變紅的信息，在課堂教學中老師可以利用學生提出的假設讓學生設計方案進行驗證。【設計實驗方案】1、重新用一朵紫色小花放入水中觀察現象，2.將一朵紫色小花放入二氧化碳的集氣瓶中觀察發(fā)生的現象。結果是紫色小花都沒有變色，這時老師就利用好學生的認知沖突，引導學生進行思考，是不是二氧化碳與水反應的結果呢？得出猜想3：是二氧化碳與水反應后的生成物使紫色小花變成了紅色。此時教師在給予【資料】“酸能使紫色石蕊試液變成紅色”再進行【方案設計】和【進行實驗】，【歸納與小結】，得出二氧化碳能與水反應生成了一種酸即碳酸。最后老師一定帶領學生【反思與交流】從探究活動的中如何【發(fā)現問題】直到【反思與交流結束】重點歸納本次探究活動中的一種重要的實驗方法--控制變量法。相信經過一次這種完整的活動學生就一定能靈活應用控制變量法開展實驗探究的。這對后續(xù)實驗如【實驗7-1】探究燃燒條件、【實驗活動四】探究鐵生銹的條件，以及一些中考試題中探究酸或堿溶液能使指示劑變色、探究硫酸亞鐵溶液顯示淺綠色的原因等類似的探究問題，學生就會迎刃而解了。

2 讓學生對實驗方案進行設計，促進學生科學思維發(fā)展

人教版九年級化學下冊，在呈現堿的化學性質時，先讓學生回憶檢驗二氧化碳的化學方程式說明氫氧化鈣能與二氧化碳反應生成碳酸鈣和水，接著就介紹氫氧化鈉不僅能吸收水分，還能與空氣中的溶液二氧化碳能反應生成碳酸鈉和水，并將反應的化學方程式呈現在教材中。在實際教學中學生對反應是不是真的會發(fā)生，還是很期待能夠用過實驗去驗證一下。如果老師們能順應學生心理的需求，演示將二氧化碳通入盛有氫氧化鈉的溶液中，其實根本看不到實驗現象。此時如果老師能關注學生的好奇心，將本實驗作為一個探究二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應是否發(fā)生，此實驗就可以成為培養(yǎng)學生設計實驗方案的能力的好素材。具體作法可以是：老師引導學生回顧化學變化的實質是新物質的產生和反應物的消失。最后歸納出設計反應發(fā)生的兩種思路。設計思路一：從反應物的消失角度設計。氣體+液（固體）→ 不生成氣體 → 形成了壓強差 → 不同現象。此處需要給學生提供資料信息，生成的碳酸鈉溶液也是堿性的；然后讓學生分小組合作完成實驗方案設計。通過討論，學生就能夠從反應物中二氧化碳的消失，借助二氧化碳能溶于水使瓶內壓強減小的原理進行設計：得出以下多種實驗方案：

【方案一】：用一個軟的塑料瓶收集一瓶二氧化碳氣體，然后用注射器從塑料瓶蓋處往塑料瓶中加入氫氧化鈉溶液，觀察塑料瓶會變癟。為了證明不是二氧化碳與水的反應造成的，還需要做一個對比試驗，就是用注射器加入等量的水和氫氧化鈉溶液。

【方案二】：用氣球來做實驗。在一個瓶子里收集一瓶CO2，迅速倒NaOH，然后用一

個導管的一端套上一個氣球的塞子塞緊，我預計能看到氣球鼓起。

思路二：從生成物的產生角度設計。從已學知識模擬泡沫滅火器的原理中碳酸鈉與濃鹽酸反應會產生氣體、碳酸鈣能與鹽酸反應產生氣體等知識中尋找思路。學生討論得出以下方案：

【方案】：在反應后的溶液中加入稀鹽酸如果有氣泡出現，說明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了反應并生成了含有碳酸鈉的溶液。

3 以教材的驗證性實驗為基礎，變驗證性實驗為探究性實驗，促進學生科學思維發(fā)展

新課程標準指出： 科學探究是學生積極主動地獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動。學生通過親身經歷和體驗科學探究活動，激發(fā)化學學習的興趣，增進對科學的情感，理解科學的本質，學習科學探究的方法，初步形成科學探究能力具有不可替代的作用。人教版2012新教材第十單元課題2《酸和堿的中和反應》實驗【10-8】，教材呈現的就是一個驗證酸和堿能發(fā)生中和反應的實驗。該實驗教材中是先將氫氧化鈉溶液中滴加酚酞試液，然后在想溶液中滴加稀鹽酸，溶液中的紅色消失，學生從紅色消失去判斷它們之間能發(fā)生反應。教材如果老師把這個實驗稍做改進就可以成為一個很好的探究性實驗，不僅可以驗證中和反應能夠發(fā)生，還可以培養(yǎng)學生從化學反應發(fā)生的實質角度去思考和解決問題的能力，促進學生養(yǎng)成思考主動探究問題的正確路徑。鹽酸與氫氧化鈉的中和反應是在學生已經學習過酸和堿的化學性質的基礎上呈現的一個實驗，因此學生已經有了檢驗酸和堿的知識儲備。在課前我先給學生準備了很多可以驗證酸和堿的化學性質的實驗藥品和器材，然后我在教學過程一開始就創(chuàng)設問題情境，演示將鹽酸滴入氫氧化鈉溶液中讓學生【發(fā)現問題】，然后問：他們發(fā)生反應了嗎？讓學生【進行猜想】，看了教材的學生都回答反應發(fā)生了。接下來問如何驗證反應是否發(fā)生呢？這時我讓學生回憶從微觀的角度說化學反應的實質是什么？回答是分子劃分成原子，原子再重新組合成新的分子。我補充點撥：從宏觀的角度就是原物質的消失和新物質的產生。那今天同學們就按照化反應的實質角度去設計探究氫氧化鈉與鹽酸是否真的發(fā)生了化學反應。此時我給學生一個信息“氯化鈉溶液呈中性。”讓學生分小組設計【實驗方案】。然后后再進行小組交流方案和評價方案，最后讓個小組按照設計的方案進行實驗驗證。接下來根據方案【進行實驗】→【結論與方案評價】→【交流與反思】，老師最后帶著學生歸納出來三種設計思路進行：一是從反應物的消失角度探究，在反應前的氫氧化鈉溶液和稀鹽酸中滴加指示劑的方式，二是利用酸或堿的化學性質，設計在反應后的溶液中通過驗證鹽酸或氫氧化鈉溶液是否消失，三是從檢驗反應后的溶液是否還呈現酸性或堿性。這一次主題探究活動的設計，既能促使學生對酸堿化學性質的進一步復習，促進認知反思。還能夠使完成一次學生體驗了一次完整的探究過程，培養(yǎng)了學生科學探究對于沒有明顯實驗現象的實驗探究的方法。

4 分析歸納教材提供的實驗類型，巧設探究點，激發(fā)學生探究意識促進學生科學思維發(fā)展

新課程改革明確要求：“教師不僅是教材使用者，而應該成為教學資源的開發(fā)者。”實驗探究的目的主要是讓學生去體驗探究的過程，所以探究點的選擇教師必須既要滿足在現有課時基礎上要能夠完成教學要求，也要做到既能充分調動學生的積極性，還能使學生建構起初中化學的主干知識。我在執(zhí)行課程實驗中對實驗探究點的創(chuàng)設做了以下嘗試：

1、以化學反應的條件進行創(chuàng)設，比如探究鐵的生銹的條件。

2、以生成物性質有關的探究，探究物質的變質問題。以人教版2012新教材P78習題4為素材開展一次完整的主題探究活動。

3.以初中重要氣體的制取為探究點，探究完整的氣體制取思路；比如二氧化碳的實驗室制法就是一個很好的探究素材。

4、以物質的化學性質驗證展開，從化學反應的實質原物質的消失和新物質的生成進行創(chuàng)設。對有明顯的實驗現象的而且比較安全的演示實驗改作分組實驗，增強學生的直觀認知體驗，提高學生的學習積極性。比如金屬與酸及鹽溶液的反應，常見酸、堿、鹽的化學性質探究等。這些實驗現象明顯而且也比較安全。這樣也對學生學習酸堿鹽這部分初中生都公認的學習難點突破很有幫助。

5、以反應沒有明顯現象的實驗為探究點，展開反應是否發(fā)生的探究。

6、以探究反應后溶液中溶質的組成為探究點。以教材【實驗11-2】為素材，展開反應后溶質的組成情況的探究。

教學需要培養(yǎng)學生進入高一級學校學習的要求，更要培養(yǎng)適應社會發(fā)展的人。我們所教的初中學生很大部分也考不上普通高中。新課程標準要求，我們的教學要面對全體學生；基礎化學教學的任務也不僅只是針對考試。初中教師是學生學習化學的啟蒙人，所以教師應該培養(yǎng)學生養(yǎng)成探究問題的意識，使學生掌握一些基本的實驗操作技能和化學反應的探究原理，為學生的未來學習和生活奠定好良好的基礎。