改進實驗教學 促進學生思維

周峰

摘要：針對教師做實驗的積極性不高，教學中少有“該如何做實驗”、“為什么這樣做實驗”的交流、對話，對化學實驗的教學功能挖掘不足，把化學實驗教學過程機械化、簡單化等問題，通過實驗教學實踐案例研究詮釋化學實驗促進學生思維的教學功能，幫助教師澄清、明確和提高對化學實驗教學的認識，帶動教師在日常教學中研究化學實驗，尋找促進學生思維的有效教學方法，凸顯化學實驗的教學價值，讓教師樂于“做實驗”并提高教學效果。

關鍵詞：化學實驗教學；案例研究；思維能力培養；實驗教學價值

文章編號：1005–6629（2017）1–0038–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學實驗不僅是獲得化學實驗事實的主要途徑，也是驗證化學假說、檢驗化學理論的重要手段。通過化學實驗研究物質及其化學變化，能更好地認識、利用現有物質，發現和合成新物質。因此，化學實驗是推動化學科學形成和發展的基礎，也是化學教育的重要內容和基本方法。化學教師不僅要會做化學實驗，更要會用化學實驗教授化學知識，促進學生思維。

1 由調研發現的問題

筆者調查區內各學校的實驗情況，發現因為試劑、儀器缺少、教學時間緊等因素，大多數學校完成教材要求的實驗只能達到80%；也發現做實驗的多少和考試效果的高低并不是正相關。例如，某校的課堂實驗“實做數目”只占“應做數目”的40%，另一學校的課堂實驗“實做數目”占“應做數目”的88%，但中考排名或模考排名卻是前者遠遠高過后者。“做實驗”與“不做實驗”的教學效果在考試評價中無法體現，甚至可能因為做實驗“耽誤”教學時間而影響了最終成績。這種情況無法使教師對課堂教學中做實驗有很高的積極性。

在化學實驗教學方面，我們的一線教師又是怎樣做的？有哪些成功和不足之處？作為化學教研員，筆者走進化學課堂，對教師在“自然狀態下”上的課進行考察發現，很多教師對化學實驗的教學功能挖掘不足，把化學實驗教學過程定位為“教師演示實驗，學生描述現象，師生書寫化學方程式”三步曲，甚至把上述三步曲再簡化為“觀看實驗視頻，觀看課件”的影視欣賞過程，教學中少有“該如何做實驗”、“為什么這樣做實驗”的交流、對話。

如何才能讓教師樂于“做實驗”，并能通過實驗提高教學效果？筆者認為，幫助教師澄清、明確和提高對化學實驗教學的認識，通過實踐研究尋找能夠促進學生思維的有效教學方法，凸顯化學實驗的教學價值非常重要。近年來，筆者嘗試以具體的案例詮釋化學實驗促進學生思維的教學功能，帶動教師在日常教學中研究化學實驗，本文簡介有關的研究情況。

2 化學實驗教學實踐案例研究舉隅

要使學生學會思維、提高思維能力，教師必須以身作則，以自己的教學語言、教學行為給學生良好的思維示范。教師不注重提高自己的邏輯思維能力，就不可能教學生學會思維和提高思維能力。因此，我們的探索就從增強教學的邏輯性開始。

在明確課堂教學中存在的主要問題后，筆者通過深入、細致地分析具體化學實驗教學過程，提煉它們所承載的培養學生思維能力的教學功能，挖掘其中學科內涵，探索如何以適當的方式和時機激活學生的思維，讓學生能主動地在實驗過程中形成基于實證的推理、質疑、批判等高級思維能力，而不是被動的“觀察者”。

2.1 通過分析、比較，凸顯實驗推理思維

案例：水的化學性質（上海九年義務教育課本第一冊）

2.1.1 水與氧化鈣反應實驗教學研究

筆者先后聽了3位教師同一課題的隨堂課（A教師是中學化學中級教師；B教師是中學化學高級教師，區學科名師；C教師是中學化學初級教師）。區教研活動時，筆者以文字呈現3位教師課中兩個演示實驗的教學片斷，由全區36位初中化學教師評價，先各自用文字寫下個人的想法，后互動交流。教研活動結束后，筆者對教師的文字反饋記錄進行整理。

2.1.1.1 3位教師的教學片斷

A教師教學片段：

板書：氧化鈣化學式 ，俗稱

展示：一包雪餅中的干燥劑。

提問：看看說明書，干燥劑的主要成分是什么？為什么生石灰具有干燥作用？

講述：下面我們就來探究一下。

演示實驗：水與氧化鈣反應。

板書：現象：觸摸試管外壁， 。化學反應方程式： 。

小結：氧化鈣可以跟水反應，因此氧化鈣可以作干燥劑。

邊演示邊講述：取上層的石灰水到試管中，吹氣。

講述：生成了不溶于水的物質碳酸鈣，所以就渾濁了。

板書：化學反應方程式：

B教師教學片段：

教師板書：水與生石灰反應。

教師演示實驗：在燒杯中加入半杯水，放入一小塊生石灰靜置。

教師講述：反應現象不明顯，怎樣驗證實驗已發生反應？（暗示已發生反應了）

學生表現：沉默，思考中。

教師適時板書反應原理：CaO+H2O→Ca（OH）2。

教師發問：（根據此反應原理）燒杯中下層的白色固體是什么？

學生回答：（異口同聲）氫氧化鈣。

教師發問：上層的清液是什么？

學生回答：（異口同聲）水。（學生的潛意識中認為無色的液體就是水）

教師發問：真的是水么？請大家再看一個實驗。

教師演示實驗3：取上層清液少許于試管中，吹氣。（現象：變渾濁）

教師發問：根據此現象，你們還認為上層清液是水么？（適時提醒學生對比向水中吹氣實驗）

學生回答：不是。

教師板書反應原理：Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O。

教師發問：根據反應原理，你們認為上層清液是什么？

學生回答：氫氧化鈣和水。

教師概述：氫氧化鈣微溶于水，上層清液是氫氧化鈣的水溶液，俗稱石灰水。

教師歸納：生石灰跟水反應的實驗現象不明顯。借助“二氧化碳”使新物質顯形。

C教師教學片段：

教師板書：水與氧化鈣反應。

教師演示實驗：在一燒杯中加入半杯水，放入一小塊生石灰。

教師指令：請同學觸摸燒杯壁。

學生回答：發熱，有點燙。

教師發問：能否從現象上來判斷該變化是化學變化？我們應該從哪個角度判斷？

學生回答：不能。應從“有新物質生成”判斷化學變化的發生。

教師板書反應原理：CaO+H2O→Ca（OH）2。

教師發問：如果我們證明生成了氫氧化鈣，是否就是說明生成了新物質？

學生表現：無語。

教師發問：如何證明生成了氫氧化鈣？

學生表現：思考，無語。

教師發問：氫氧化鈣能和什么物質發生反應？

學生表現：思考，無語。

教師發問：氫氧化鈣是誰的主要成分？

學生表現：思考，無語。

教師指令：請大家看書上第4頁的課堂實驗。

學生表現：看書，發現答案。

教師發問：澄清石灰水的主要成分是什么？

學生回答：氫氧化鈣。

教師講述：那我們取上層澄清的石灰水，吹氣。（現象：渾濁）

教師發問：結論是什么？

學生（少數）回答：生成碳酸鈣。

教師總結：說明氧化鈣和水反應的確生成了氫氧化鈣。

2.1.1.2 36位教師的評價意見

收集36位初三化學教師的評價反饋表，精簡后整理如下（都是引自教師的原話）：

36位教師中，表示自己在教學實踐中會選擇A教師教學過程的有5人，會選擇B教師教學過程的有29人，會選擇C教師教學過程的有2人。

2.1.1.3 討論與后續處理

在上述教學過程中，A教師所謂“探究”實際上就是“教師演示、呈現實驗過程，學生描述現象，師生書寫化學方程式”三步曲，重點在于把知識點羅列、抄寫在黑板上。實驗教學的真實目的和功能就是讓學生看見渾濁現象，強化學生對實驗現象的記憶，整個過程學生無需思考。

B教師在提出“怎樣驗證實驗已發生反應？”這個問題時，學生無從思考。教師及時板書了氧化鈣和水的反應原理，再利用反應原理引出“上層清液是什么？”的問題。當學生異口同聲判斷“上層的清液是水”時，B教師沒有簡單地告訴學生正確答案，而是用后續實驗讓學生自己發現和糾正錯誤，取得較好效果，是其教學中的“精彩一筆”。整個教學過程體現了“用實驗引出問題-猜測初步結論-跟進后續實驗-收集實驗事實-完善初步結論”的基本邏輯，讓學生感受到做實驗是獲得、形成化學知識和解決問題的一種重要途徑。學生經歷了觀察、分析、比較、聯系等過程，在加深對兩個化學反應之間關系理解的同時，思維也會更加具有邏輯性。整個過程比簡單地呈現實驗過程要費時，但學生的參與和思維活動的過程是截然不同的。

C教師注意了讓學生親自感受反應放熱現象，也突出了判斷化學反應發生的根本依據，有啟發引導學生思考的意識，試圖用一系列問題來啟發學生思考，但學生對氫氧化鈣的有關知識并不熟悉，故一直“啟而不發”，教學效果欠佳。

在對上述實驗教學比較分析的基礎上，筆者組織了對本課另一個化學實驗的教學改進。

2.1.2 水與二氧化碳反應實驗教學研究

2.1.2.1 原教學設計

演示實驗：取兩支試管，分別都滴入少量水，只往一支試管中吹氣，然后都滴入紫色石蕊試液。

講述：紫色石蕊試液是一種酸堿指示劑，遇到酸性物質會變紅色。

提問：是什么物質使石蕊變色？

板書：化學反應方程式： 。

講述：二氧化碳和水能反應生成碳酸，因此可作為碳酸飲料。

2.1.2.2 新教學設計

板書：水與二氧化碳反應。

化學方程式：H2O+CO2→H2CO3。

演示實驗1：向水中吹氣。

發問：水是無色的、二氧化碳氣體是無色的，二氧化碳通入水中之后還是無色，沒有發現任何現象。怎樣才能證明確實發生了化學反應呢？

學生思考、討論（略）。

提示：二氧化碳可以轉變成碳酸，碳酸顯酸性，能使酸堿指示劑變色，所以我們可以用紫色石蕊試試，看看二氧化碳是不是轉變成碳酸了。

演示實驗2：向吹氣后的水中滴加紫色石蕊。

對比實驗3：向水中滴加紫色石蕊。

提問：這個反應中我們為什么能借助指示劑證明產生了新物質？

歸納：生成物是一種酸，具有與原反應物水、二氧化碳不同的化學性質──酸性。

2.1.2.3 說明與討論

原教學設計直接呈現實驗過程，學生不能感悟到為什么要做兩支試管實驗、石蕊在反應中起到什么作用；有的學生可能會認為石蕊和水或石蕊和二氧化碳反應了，弱化了對二氧化碳和水作用的關注，使思維活動向錯誤方向展開。新的教學設計抓住化學反應方程式跟實驗無明顯現象的矛盾，激發學生進一步探究的欲望，以紫色石蕊的使用及時地使學生了解新的實驗事實，引導學生思考的方向，這是解決問題的需要，能使學生體驗實驗的重要性和必要性，也教給了學生探究問題的方法。設計的3個實驗不是并列關系，而是層層遞進的，后一個實驗是為了解決前一個實驗中發現的問題。

2.2 加強理論知識對實驗設計的指導，引導、鼓勵學生質疑

案例：物質的溶解性（上海九年義務教育課本第一冊）

2.2.1 從一個課堂現象說起

筆者在聽課中多次碰到這樣的情況：教師問一句“怎么辦？”，學生沒有片刻遲疑，異口同聲地喊出“控制變量”，表現出“脫口而出“的熟練、機械的熟練，明顯沒有經過深入的思考，“控制變量”似乎成了實驗的“萬能貼”。“控制變量”是科學實驗中的一個重要措施，但學生真正理解了嗎？為此，筆者在區級的不同模擬測試中多次加入了相應的試題，通過測試數據了解學生對“控制變量”的理解程度。例如：

試題1：比較食鹽和蔗糖在水中的溶解性，必須控制的條件是（ ）

A.溫度相同

B.水的質量相等

C.食鹽和蔗糖質量相等

D.食鹽和蔗糖顆粒大小相同

相應測試數據：難度：0.14 區分度：0.29

試題2：能比較出室溫下白糖和食鹽溶解性大小的一組實驗是

從學生的答題情況可以看出，學生知道“控制變量”這個名詞，但對“該控制什么變量”并不能正確把握。這個結果應該是與教師的實驗教學方式有密切關系的。

2.2.2 “白糖、食鹽和淀粉溶解性的比較”實驗教學研究

教材中有學生實驗“白糖、食鹽和淀粉溶解性的比較”，根據教材安排，一般課堂教學過程大致如下：

（1）教師提出問題（任務）——如何比較白糖、食鹽和淀粉的溶解性

（2）學生的學習（操作）活動——參照教材詳盡的實驗步驟操作。

①實驗步驟：在盛有25毫升水的燒杯中，分別加入1克白糖、1克食鹽、1克淀粉，攪拌。

實驗現象： 。

②再分別加入1克白糖、1克食鹽、1克淀粉，攪拌。

如果加入的物質全部溶解，則繼續分別加入1克白糖、1克食鹽、1克淀粉，直至加入的物質不再溶解為止。

實驗現象： 。

③實驗結論：白糖、淀粉和食鹽在 條件下， 的溶解性更大。

（3）學生交流匯報。

（4）師生歸納總結：此實驗中要控制變量：相同溫度，相同溶劑且相同質量。

在如上教學過程中，學生只是按部就班進行實驗，按照教材規定方法和步驟進行的實驗過程非常順利，教師按照教材進行實驗演示，師生最終關注的是實驗的結論。

筆者在聽課后問過幾個學生為什么要用相同的水和相同質量的白糖和食鹽？學生要么無語，要么說“要控制變量”，沒有一個能想到是為了比較的方便。整個實驗過程，學生并未進行實驗方案的思考，很少能主動地把實驗過程與化學概念相聯系；也不會從實驗過程中真正體會到“溶解性與溶劑量無關”，因為教師強調一定要“同質量的水”進行比較。學生只是“照單抓藥”，記住了必須“控制變量，溶質、溶劑的質量都要控制”。這種類似“操作工”的實驗過程并不能引發學生對“物質的溶解性”的深刻理解。這就不難解釋試題1中會有一定數量的學生選擇B或C；試題2中A和D兩個選項中數據都相同時，很多學生都會“上當”。

基于上述問題的發現，我們對該實驗的教學改進如下：

在教材的實驗演示后，師生要跟進對實驗過程的反思。如，當學生得出實驗結論后，教師可以引導學生聯系“影響物質溶解性的因素”理論，對實驗方法進行思考，期待學生提出質疑。如果學生沒能提出質疑，教師可以從理論出發，引發學生質疑：影響溶解性的因素是溶質、溶劑種類和溫度，說明溶劑質量和溶質質量不影響溶解性，實驗中為什么要控制溶劑的質量相等、為什么要控制溶質的質量相等……

2.2.3 說明與討論

在初中化學啟蒙階段，學生不能一下達到“設計實驗”水平，但教師可以在適當的“照單抓藥”實驗后，對理論知識和實驗目的、步驟進行聯系，結合實驗的目的和步驟進行思考，引導學生有理論依據地評價教材的“實驗方法”。例如在“物質的溶解性”一節中，教材中的呈現順序是先理論闡釋[如物質的溶解能力跟物質本身（溶質）和溶劑（水）的性質、溶劑的溫度等有關]，后進行學生實驗[如在相同溫度下，使用相同質量的水和相同質量的食鹽和白糖]。教師要充分引導學生結合理論進行實驗方法的思考，可以依據學生的實際水平和實驗經驗，提供適當的實驗藥品和器材，放手讓學生設計實驗，激發學生更高的學習積極性。基于溶質、溶劑種類和溫度是影響物質溶解性的因素，根據控制變量思想，學生是可以自主設計出“在一定溫度下，在同一溶劑水中進行比較”的多種實驗方法的；對比自己設計的實驗方法和教材中的實驗方法，學生會發現自己的實驗設計和教材實驗設計有區別，自主設計和教材設計的不一致自然能促成學生的質疑。

理論知識對實驗的設計有著重要的指導意義。教師要抓住化學原理和實驗方法之間的內在聯系，引導學生關注兩者之間內在的關聯，最終達到學生形成一定的實驗思維能力。

2.3 從學情出發，適當增加實驗，引導學生開展創新思維

案例：人類賴以生存的空氣（上海九年義務教育課本第一冊）

2.3.1 課前學情分析

這節課是初三化學第二章的第一課時內容，教材課堂實驗中的實驗原理既是教學重點，又是學生學習的難點。由于學生接觸化學的時間不長，對于如何運用密閉容器中氣體體積和壓強變化的關聯來探究空氣中氧氣的體積分數，學生缺乏一定的理解和分析能力，因此教學中教師需要對教材中的課堂實驗進行必要的調整補充。

2.3.2 “探究空氣中氧氣的體積百分含量”實驗的教學研究

下面是課堂教學中的片段：

教師：如何使用膠頭滴管？看哪個同學能使滴管內吸水多？

學生：演示“使用膠頭滴管吸水”并把吸出的水轉移到試管中。

學生實驗1：膠頭滴管吸液體。

教師：你能否吸得更多些？

學生：演示“再次用力吸水”。

教師：你能說一下你是如何辦到的么？

學生：用力擠壓。

教師：用力擠壓，出去空氣多，則怎么樣？

學生：出去空氣多，則進入的水多；出去空氣少，則進入的水少。

教師：為什么水會進入？

學生：氣體少了，滴管內的壓強變小，大氣壓把水壓入滴管。

教師：那么擠出去的空氣和進入的水的體積有什么關系？

學生：擠出去了多少空氣，就進入了多少水。

教師：如何用實驗證明呢？

（學生交流、討論）

學生實驗2：針筒抽氣。

教師：擠出去了多少空氣，就進入了多少水。

教師：如果我想知道這個塑料瓶中氧氣有多少，只需要想辦法把氧氣“擠”出去，根據進入水的體積就可知氧氣的體積。那么，如何“擠”出氧氣呢？

（學生交流、討論）

教師：利用某物質把氧氣反應掉，是否也是相當于“擠”出氧氣？

（課件呈現幾個化學反應的文字表達式：加熱汞，②紅磷燃燒，③蠟燭燃燒，④木炭燃燒）

教師：你們會選擇哪個化學反應“擠”掉氧氣呢？你們如何設計實驗裝置？（學生交流、討論……）

教師：（呈現實驗3實驗裝置圖）

上述教學過程中，教師根據前期學生已學過的實驗基本操作創設問題情境；在解決問題的過程中，學生動手實踐，動腦思考，對實驗操作中的現象信息進行分析、概括和整理，發現操作情境中的規律：進入水的體積等于減少的氣體體積。隨后，教師又設置階梯型問題和知識性資料，為學生理解實驗思路和設計實驗方案掃除思維上的障礙。在學生充分討論、不斷選擇和優化儀器后，才引入教材中的實驗裝置。在對比3個實驗異同的基礎上，教師引導學生分析此類實驗設計中的共性，再進一步抽象出該類實驗的實驗模型（一個密閉體系，加顯色物質），使學生的思維達到比較高的水平。

2.3.3 體會

適宜的實驗補充是學生重溫舊經驗、構建新經驗的橋梁。由淺入深，由表及里，設計好合適的“路徑”和“臺階”，才能便于學生將學過的知識或技能遷移到新情境中解決問題。在不同的實驗情境中學習，學生解決具體問題的經驗和思維策略就會日趨豐富，解決問題的能力會逐步提高。

3 進一步的思考

化學實驗不僅僅是讓學生感知、理解和記憶的載體，更應是讓學生發展建構意義能力和批判、反思能力等高階思維能力的重要平臺。如果教學過程中，教師對實驗過程不做任何處理，直奔主題地做實驗、得結論，就失去鍛煉學生思維的機會。教師應有意識地對實驗目的、實驗裝置、實驗步驟和實驗思想等實驗要素進行剖析，深度挖掘其中的思想方法，多創設“情境-問題-假設-實驗-討論”的過程。實驗探究的目的決定了實驗過程的設計，而實驗過程設計應結合化學知識進行，實驗后應增加對實驗過程的評價。教師給學生呈現實驗內容、實驗材料、實驗事件的方式不同，學生調動個人經驗和知識儲備來參與實驗的過程就不同。設計、利用好實驗載體，讓學生體驗、思索、探究，不僅能拓展學生對知識的理解，發展學生的觀察、分析、比較、聯系能力，而且能提高他們的推理、批判性地思考和質疑科學現象等科學思辨能力。

參考文獻：

[1]上海教育委員會.上海市中學化學課程標準[S].上海：上海教育出版社，2004：35～36.

[2]羅星凱.探究式學習：含義、特征及核心要素[J].教育研究，2001，（12）：52～56.

[3]張紅霞著.科學究竟是什么[M].北京：教育科學出版社，2003.

[4]肖川.論學習方式的變革[J].教育理論與實踐，2002，（3）：41～44.

[5]韋鈺.探究式科學教育教學指導[M].北京：教育科學出版社，2005：83.