“與腦兼容”理論下的高中化學實驗教學探究

林麗輝

[摘要]在化學教學中，化學實驗對學生的學習有著重要的作用。在“與腦兼容”理論下，利用各種不同的實驗方式，如課本實驗、微型實驗、課外實驗等，可刺激學生的右腦，使學生感興趣，形成思維影像，從而提高課堂教學質量，培養(yǎng)學生的學習興趣，促使認知與學習一體化。

[關鍵詞]與腦兼容；實驗教學；高中化學

[中圖分類號]G633.8 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2017）23-0065-02

“與腦兼容”一詞最先由Leslie A.Hart（1983）提出，他根據(jù)人腦如何處理外部信息的研究結果，來設計與人腦運作模式相兼容的具有個性的學科課程與學科教學。著名科學家錢學森認為：“教育工作的最終機理在于人腦的思想過程。”任何一種教育方式都必須通過人腦的活動才能實現(xiàn)。利用腦活動規(guī)律或腦科學知識來提高教育教學效果是必要的。

新加坡教育改革現(xiàn)行的一項重要舉措就是給孩子布置“專題研究”型作業(yè)，以考查學生的思考及實踐能力，記憶能力不再是考試的考查重心。同樣的，在化學課堂中，如果過分地強調對化學知識的記憶，容易使學習者煩躁，不能實現(xiàn)知識的遷移，甚至可能影響理解的發(fā)展，抑制腦的有效功能。實驗是化學教學的重要組成部分，以其豐富的內涵在化學教學中發(fā)揮著獨特的功能和作用。化學實驗能讓學生直觀地認知事物，自然形成學習興趣，并通過有依據(jù)的邏輯推理，認清事物本質。本文要探討的是如何在“與腦兼容”理論的指導下，充分利用各類化學實驗，有效開展高中化學實驗教學。

一、利用課本實驗，調動感官，進行思維訓練

科學的核心是探究，科學探究的目的是解決問題，而解決問題在化學學科中最為常見的方式是利用課本實驗，創(chuàng)設符合學生認知水平的生成性問題，讓其更積極地參與學習，在一定程度上培養(yǎng)解決問題的能力。

比如，《化學能和電能的轉化》的“活動與探究”中的鹽橋實驗，教師在設計實驗時，可多添加幾個實驗，多追問幾個問題，使學生對該原理了解得更透徹。先讓學生做一個簡單實驗，將鐵片和銅片平行插到硫酸溶液中，并由學生自行描述現(xiàn)象和結論：銅片無明顯現(xiàn)象，鐵片表面有大量氣泡產生，且部分溶解。這說明銅片與酸不反應，鐵片與酸發(fā)生反應：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂。教師繼續(xù)發(fā)問：“這是一個氧化還原反應，同學們從原理上想想Fe為什么會溶解？為什么會有氣泡生成？”學生答：“必然有失電子的還原劑和得電子的氧化劑，即還原劑：Fe-2e^-=Fe²⁺；氧化劑：2H⁺+2e^-=H₂。因此鐵變成離子溶解了，氫離子得電子轉為了氣體。”教師追問：“氫離子只要得到電子就能轉成氫氣，為什么不在溶液中的任何一個地方得到電子，而只在鐵的表面呢？”由此引導學生得出一個結論：鐵失去的電子只能留在鐵表面，而不能進入到溶液中。這樣的連續(xù)追問，引發(fā)了學生連續(xù)思考并解決了一個不好理解的難點問題：電子不能進到溶液中。

再讓學生做第二個實驗，將銅片和鐵片用導線連接起來再平行放到酸溶液中。學生很快就能從“鐵片繼續(xù)溶解，銅片表面冒氣泡”的現(xiàn)象得出一個結論：電子能通過導線轉移。

接著做第三個實驗：接上檢流計發(fā)現(xiàn)指針偏轉，但持續(xù)時間不長。教師提出疑問：“這說明了什么問題？”學生答：“氧化還原反應的化學能轉化為了電能，但轉化持續(xù)時間不長。”教師追問：“反應還在繼續(xù)，為什么化學能沒能持續(xù)轉化為電能？”然后指導學生閱讀教材中的探究實驗1：測溫度，發(fā)現(xiàn)溫度升高。學生馬上反應過來，其中部分化學能轉化為熱能。接著進行探究實驗2：在兩只燒杯中分別加入硫酸亞鐵溶液和稀硫酸溶液，將鹽橋插入到兩溶液中，再將鐵片放入硫酸亞鐵溶液中，銅片放人稀硫酸溶液中，用導線將兩個電極連接起來，中間接一個檢流計，同時測溶液的溫度。學生分析現(xiàn)象并得出結論：檢流計指針能持續(xù)偏轉一段時間，且溶液的溫度不再上升，說明鹽橋的使用使化學能轉成電能的轉化率提高了。

利用課本實驗，及其變化實驗，并連續(xù)提出問題，可引發(fā)學生在學習的過程中邊動手邊思考。建立知識的關聯(lián)性，符合腦神經網絡的聯(lián)結機制。腦與身體共同組成適應外在環(huán)境與解決問題的有機體，以應付不斷改變與挑戰(zhàn)的外在環(huán)境。

二、利用學生實驗，調動情緒，促認知學習一體化

人腦是三位一體的操作系統(tǒng)，在信息處理與形成反應的過程中，情緒的作用具有特別的意義。學生親自做實驗比由教師演示實驗給學生留下的印象更深刻，這時學生由觀看者變?yōu)椴僮髡撸湫那橹印B(tài)度之積極、思考問題之主動都是顯而易見的。一般來說，對操作簡單、費時較短、安全可靠、不污染環(huán)境的演示實驗都可以改成學生實驗。例如，蛋白質的變性、葡萄糖與新制氫氧化銅的反應、淀粉的水解等實驗可合在一起改成分組實驗。在課堂上教師提出要求，及時給予學生幫助，讓學生通過做實驗，逐漸掌握實驗操作的要領及原理。在這樣的隨堂實驗中，學生逐漸學會了觀察、分析、歸納、總結及反思，同時實驗的技巧和技能也得到了提高。

在課堂教學中關注人腦的生理結構與運作機制，讓學生興致盎然，產生積極的情緒，感受到化學這門學科的魅力，學生就會主動學習，主動進行探究。

三、利用微型化學實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和環(huán)保意識

人所面對的世界是一個充滿不確定性和不穩(wěn)定性的復雜世界，而人腦正是一個適應這種復雜情境的復雜系統(tǒng)。因此課程教學應該注重身、心、腦的結合。化學實驗過程帶給學生的正是這樣的結合，而微型實驗教學更是如此。微型實驗的儀器較為簡單，攜帶及操作方便，還可降低實驗的污染性。

（1）微型實驗一：氯氣的性質實驗。氯氣是一種有毒的氣體，教師為此感到頭痛，學生也因此害怕實驗。我們可以把課本實驗改成一個微型實驗：在九孔點滴板中間放一黃豆粒大小的高錳酸鉀并滴加兩滴濃鹽酸；旁邊放置濕潤的淀粉碘化鉀試紙、濕潤的pH試紙、濕潤的品紅試紙、濕潤的粘有含酚酞的氫氧化鈉溶液的一小團棉花；再在上方扣一個燒杯。這是一個操作簡單、在學生課桌上就能完成的實驗，能將氯氣溶于水后具有的強氧化性、酸性、漂白性的特點體現(xiàn)無疑。最后為防止氯氣剩余，可以用鑷子將粘有氫氧化鈉溶液的棉花放進去，課后再進行處理。這個實驗過程氯氣量少，幾乎聞不到刺激性氣味，解決了學生的心理問題和教師的后顧之憂。這不單單是實驗藥品用量的減少，更體現(xiàn)了實驗的創(chuàng)新，培養(yǎng)了學生動腦、動手的能力。且此類實驗經常被編入高考題，比如2011年的上海高考題就有一個氯氣微型實驗的考查題。

（2）微型實驗二：《化學反應原理》中的電解實驗。筆者在上課時將其改為隨堂微型實驗，利用九孔點滴板以及兩根2B鉛筆剖開的石墨棒進行電解實驗，并設計如下表格，讓學生邊做邊填寫，最后得出結論。

結論一：由1，2，3，4可以得出得電子能力：Cu²⁺>H⁺>Na⁺；失電子能力：Cl^->OH^->含氧酸根。

結論二：5，6，7，8都是電解水，但是6，7，8的速度比5快很多，說明水的導電性能較弱。此時筆者適當?shù)靥嵝褜W生，工業(yè)上電解水時，經常會加入一些電解質以加快電解速度。這樣生動直觀的微型實驗，有效提高了課堂教學質量。

四、利用生活物品進行課外實驗。體驗獨特的學科魅力

課外實驗物品可以自己收集，如：一次性筷子當玻璃棒，一次性杯子當燒杯，一次性針筒當量筒，牛奶片的包裝當點滴板，塑料眼藥水瓶當?shù)喂埽〉V泉水瓶當集氣瓶，等等。實驗藥品：醋酸代替常見的酸，雞蛋殼代替碳酸鈣藥品，紅色的花、紫色的花可以當酸堿指示劑。在高一下學期學習淀粉的性質時，就可以在家中用碘酒來檢驗地瓜中的淀粉、米湯中的淀粉、未成熟的蘋果中的淀粉等。學生感慨：身邊不起眼的物品，只要能物盡其用，變廢為寶，就能充分體現(xiàn)科學實驗的魅力。課外沒有時間的限定，沒有空間的限制，更沒有任務的煩惱。自由的空間和充裕的時間讓學生更容易投入其中，思維更容易活躍起來。

腦兼容論者向往真正理解的學習境界，所謂真正理解是指學習者同時獲得知性理解及建立個人的意義感。簡而言之，學習者不只是掌握事實、原則、程序等要件，更在思考或實踐過程中，產生一種心領神會、匯通頓悟、豁然開朗的深層且真正的理解。化學學科有著與眾不同的學科特點，化學實驗的應用可以使學生體驗獨特的學科魅力。而化學實驗多種多樣，有課本本身的實驗、課后學生自己設計的實驗、微型實驗、課外實驗等。利用生活用品進行課外實驗可以讓學生在學習過程中對這個學科感興趣，體驗學科魅力，把潛在的學習能力轉化為真實的支配學習的能力，使大腦發(fā)揮最高的潛能。無論是哪種類型的實驗，學生的每一次親自動手，每一次的現(xiàn)象記錄，都能刺激右腦形成表象動覺，形成記憶思維。

（特約編輯溫簡）endprint