基于思維訓練的實驗復習課創新設計

徐迎春

摘要： 化學實驗具有多重的育人價值，聚焦化學實驗中氣球的作用，在進行綜合復習時，將初中化學課本中四個相關的探究實驗進行整合，設計驅動性問題，促使學生在綜合運用化學知識、方法解決實驗問題的過程中全面提升思維品質。

關鍵詞： 化學實驗; 復習課; 思維品質; 氣球

文章編號： 10056629（2018）12004105中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

思維品質是學生核心素養的重要組成部分，包括系統性、敏捷性、批判性、創造性等。實驗是推動化學科學發展的最有力的手段，也是化學教學中培養學生良好思維品質的重要內容。但在新授課時，受限于時間進度和學生的基礎，往往未能將化學實驗的教育價值完全發掘出來。復習時，可以利用“后發”優勢，打破原有的內容局限，按照一定線索整合課本實驗資源，以實驗為載體設計出驅動性新任務，促使學生在綜合運用相關知識、方法自主解決化學實驗問題的過程中全面提升思維的各種品質。

1?教學思路設計

“探究化學反應前后物質的質量有無變化”、“測定空氣中氧氣含量”、“證明二氧化碳和氫氧化鈉溶液發生了反應”、“探究工業煉鐵的化學原理”是山東教育出版社出版的五·四制初中化學教科書在不同單元中設置的四個探究實驗。表面看來目的迥異、毫無關聯，但是從復習角度進行“合縱”，以“氣球”這一特定的實驗用品為紐帶，融合原理、裝置、操作、現象等各種要素，異中求同、同類遷移、同中求異、異中求異，能有效培養學生思維的系統性、敏捷性、批判性和創造性。

基于此，筆者聚焦“實驗中的氣球”，以上述四個探究實驗的“原理、裝置、操作、現象”的鞏固提升為明線，以“比較、遷移、質疑、發散”等思維發展為暗線，雙管齊下，緊緊圍繞“氣球的作用”搭建問題支架，統整內容，深化理解，發展思維。具體框架如圖1所示。

2?主要教學環節設計

2.1?異中求同比較，發展思維的系統性

學習質量守恒定律時教材建議以如下3個實驗來驗證質量守恒定律：

A.硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液的反應;B.石灰石與稀鹽酸的反應;C.白磷燃燒。

實驗A是液體和液體常溫下反應，沒有氣體參與也沒有氣體生成;實驗B是固體和液體常溫下反應，有氣體生成;實驗C是固體和氣體反應，反應需要燃燒的條件，并且生成的白煙容易散逸。不論是教師演示還是學生分組實施，新授課的目標定位一般是質量守恒定律的驗證性實驗，雖然也提倡裝置的差異化設計，但更關注兩次稱量結果的比較，且是逐個進行，難以展開充分思辨。復習時，我們充分利用新授課時留存的生成性資源，創設了新的活動情境。

[活動1]圖2所示是同學們初學時自主設計的用來驗證質量守恒定律的各種實驗發生裝置。請分析A、 B、 C三個實驗分別優選哪些裝置并思考氣球的作用。

分析上述“目的相同、反應特征多樣化、反應裝置群組化”的實驗探究任務，對學生思維的綜合性要求明顯提升了——學生必須兼顧對反應物、生成物、條件、現象、操作等各種因素進行有序的思考。

（1）分析反應物和生成物的狀態、性質——以便確定是否需要使用密閉裝置以及預先分控。

（2）分析反應條件——以便選擇達成條件的措施。

（3）分析反應現象——以便考慮是否有氣壓的變化從而需要調節氣壓。

（4）思考操作可否更簡便、誤差可否更小——以便充分比對、優中選優。

答案的開放性激發了思考的積極性，爭論聲此起彼伏，思維的焦點也漸漸匯集到有氣球的各種裝置與具體實驗的匹配上來。單是實驗C中白磷的引燃就針對不同裝置提出了凸透鏡聚焦、暖氣片加熱、熱水浴等多種方式，從而擴展了裝置③的適用性——既可以匹配實驗B，也可以匹配實驗C。盡管在③中氣球兼有盛放石灰石以實現反應物分控的作用，但是在③、 ④中，氣球的共同作用是營造可調節氣壓的密閉實驗環境，這是“有氣體參與或生成實驗”的成功保障。學生對實驗C中氣球變化的認識也細致到了“正常——鼓（燃燒放熱，瓶內氣壓增大）——比正常更癟（冷卻+消耗氧氣，瓶內氣壓減小）”的辨析，這更凸顯了氣球和氣壓的明暗呼應關系。

思維的系統性是指思維活動的有序程度，以及整合各類不同信息的能力[1]。這個活動的設計意圖就在于將本節賴以展開的關鍵要素——氣球的作用從復雜的實驗背景中剝離出來并清晰化，為后面經驗的正向遷移做準備。探究活動中既需要全面統籌各實驗因素進行有序思考，也需要進行異中求同的整合。由于反應物和生成物的某些性質、燃燒的條件、氣體壓強等知識儲備尚不充足，無法支撐思維強度的提升，放在新授課上，即便給予信息也是拔苗助長，所以這樣復雜的群組對比不適用新授課;而放在復習階段則剛好起到助推學生思維進階的作用。只有經歷這樣綜合性的思辨，才能發展學生思維的系統性。

2.2?同類集中遷移，提升思維的敏捷性

前面實驗中，保障實驗B、 C成功率的重要一點就是能實現密閉裝置氣壓的自動調節。因為白磷燃燒涉及放熱、冷卻、耗氧等多個改變體系氣壓的因素，而收縮自如的氣球是很好的選擇。抽提出這一經驗，可以對課本中其他有類似需求的實驗形成原型啟發，從而生發出改進創新的思路。

[活動2]圖3是八年級教材中用紅磷燃燒測定空氣中氧氣含量的實驗，遷移獲得的經驗找出缺點，提出改進意見，并用上題中的儀器、藥品加以設計。

有了上一輪的醞釀和思辨，已初步形成了集中思維的成果。經過討論，學生很快分析出圖3的實驗裝置中有如下缺陷及可能導致的后果：

（1）紅磷著火點相對高，需要在瓶外點燃，白煙逸散導致空氣污染。

（2）點燃紅磷后伸入瓶中如果不夠迅速，瓶內氣體受熱向外膨脹導致最終測得的氧氣含量偏大。

（3）紅磷燃燒時瓶塞容易被沖開導致實驗失敗。

遷移上題的經驗，學生設計出了如圖4的幾種裝置。共同的改進意見是： 引入氣球，消除了中間氣壓增大致使裝置密閉性被破壞的隱患;改用著火點低的白磷，可以不必瓶外點燃。因此，成功率更高、操作更簡便、結果更準確。并且，在限定實驗儀器的情況下，細節落實得相當妙——用細線替代止水夾;對氣球的變化現象也作了相應的補充： 正常——鼓（燃燒放熱，瓶內氣壓變大）——更癟（冷卻+消耗氧氣，瓶內氣壓減小）——正常（水進入，瓶內恢復常壓）。不論是實驗的改進還是現象的精細化描述，都是在活動1基礎上的合理延伸。

思維的敏捷性是指思維活動的反應速度和熟練程度，表現為在思維結果正確的基礎上，能運用知識和技能在最短的時間里設計出解決方案，或在相同的時間里設計出最多的合理方案[2]。適度地進行集中訓練，使學生的思維條理化、簡明化、邏輯化、規律化，就可熟能生巧。分析上述活動的任務要求，與驗證質量守恒定律的實驗相比，實驗目的雖然變了，但原理都是可燃物燃燒消耗密閉體系內的氧氣導致氣體壓強多次改變。在保證反應中實驗裝置的密閉性這一點上，面臨完全相同的需求。所以，只要引領學生撥開外在，明晰內在原理，正向集中遷移前面活動的經驗是非常順暢的。指向明確“剝皮見骨”地幫助學生劈開旁枝末節，直指問題實質，是鍛煉學生思維敏捷性的良好契機。而“妙用細線”也“秀”了一把學生的智慧，令人有小小的驚艷。

2.3?同中求異質疑，培養思維的批判性

上一個活動是引導學生就固定的范式模仿改進課本原型實驗。除了這種相似度比較高的同類思維遷移訓練之外，還可以就特定要素挖掘課本中相異度較大的素材開展探究，促使學生在慣性思維碰壁后破除定勢，于破、立之間培養學生的質疑精神、批判精神和反思能力。

[活動3]圖5是九年級教材中利用兩個礦泉水瓶設計對照實驗，用于證明CO2和NaOH溶液發生了化學反應。此方案的缺陷在于打開硬質塑料蓋倒液體，體系的密閉性維系不夠好。借鑒活動1的經驗設計更合理的方案，并說出預期的實驗現象。

雖然實驗目的再次變了，但是由于反應原理仍舊是密閉體系內氣體反應后導致氣壓減小，貌似與上一個問題同理——學生很容易快速設計出如圖6中①的方案，并且結合本反應能量變化并不明顯，預判氣球的系列表現為： A、 B正常——A比B更癟（A中CO2由于反應消耗量大而B中CO2由于溶于水消耗量小）。交流過程中發現，由于前面兩個活動產生了思維定勢，全班的設計高度趨同！——不約而同地將氣球置于體系外部。

這時，教師拿出預先準備好的儀器按照圖6中①組裝裝置并當堂演示實驗，卻發現氣球的變化對比并沒有想象中那么明顯，A和B氣球最終幾乎一樣癟！矛盾沖突誕生了——為什么會這樣？課堂一片安靜。之后無需引導，討論、爭執漸起至鼎沸，最后才達成了共識： 由于是同時進行的對照實驗，兩瓶無法使用同一個氣球，不能完全排除氣球本身差異的影響;更重要的是，僅僅由“癟”到“更癟”，氣球容積改變余地太小，難以精細地反映出兩瓶中氣壓變化的差距。那么，如何獲得更加明顯的現象差別？憤而啟，悱而發，經過進一步討論，逆向推證、巧作改動，設計出了如圖6中②的方案——將氣球調換到瓶內;預期的現象也調整為： A、 B正常——A比B更鼓。教師請兩位同學上臺改動裝置并演示，結果對比非常明顯，教室里自發響起了熱烈的掌聲。看似簡單的氣球位置的改變，將課堂氣氛推向了高潮。

批判性思維是一種理性的、反省的思維[3]，是高階思維的組成部分。它絕不是所有人都普遍擁有的智慧;它的養成和質量高低都必須依賴于有目的的訓練，否則每個人都要遭受訓練不足和非理性思維的影響。這個活動任務啟用了“試誤”的策略，一開始給了學生完全“同理”的錯覺，教師沒有急于批駁，而是去實證——通過“失敗”對學生產生更強烈的刺激，倒逼學生主動去質疑、追溯，推動學生同中求異，自發擺脫定勢思維的束縛從而走出迷思，培養了思維的批判性。

2.4?異中求異發散，激發思維的創造性

當然，氣球作為一種非常規儀器，在實驗中的作用并非僅僅是調節氣壓，它可以有很多其他的用途。為了進一步拓展學生的思維，又設計了如下活動。

[活動4]如你所知，氣球在實驗中經常用來調節氣壓。但是，它并不僅限于此用途。比如在活動1中，圖7中的氣球還兼有盛放石灰石顆粒以實現反應物預先分控的作用。想一想，在圖8的實驗中，氣球的作用是什么？要達到同樣的目的，你還有哪些更好的設計？

顯然，氣球在這里主要是用于存儲CO尾氣，此問對學生毫無壓力。思維的增長點在于替代氣球的設計。任務的發散性給了學生更大的創造空間。圖9是學生提出的各種方案的匯總。經過學生“攻守擂”式的推介和問答，“公投”其中的③、④為優選方案。中標的理由是： 這樣處理既能避免CO外泄污染空氣，又能“廢物”利用——③是當成燃料使用，④是一部分作燃料、一部分當成還原劑循環使用，顯然比①、②更科學。

心理學家普遍認為，發散思維是創造性思維的最主要的特點，是測定創造力的主要標志之一[4]。同批判性思維一樣，人的創造性不是與生俱來的，而是后天認真思考、培養鍛煉的結果。此活動從學生的思維過程來看，雖然從同一個點出發，但是沿著多維度擴展，因而容易產生有創見的新穎觀點，從而最終“一題多解”，這是典型的發散思維[5]。顯然，這樣的探究活動對于培養學生的創新精神和創造力是很有裨益的。

3?教學體會

由于選取了“實驗中的氣球”這一特定因素，教材中毫不相關的四個實驗融進了一條任務鏈中，環環相扣地發展著學生的思維。這說明，在復習課上，教材是具有二次開發價值的首選教學素材。只要教師創造性地利用教材資源并統籌好各個教學因素，完全可以與新授課形成互補，做到知識復習、方法提煉、思維發展齊頭并進。

思維的有效鍛煉需要在真實、序貫、有挑戰性的情境中，以積極主動的心態去參與、在合作學習的氛圍中激發。因此，要特別注意問題支架、探究活動和學習方式設計的三維融合。備課時，要摸準現有學力，不斷打磨問題線索，與之相適應，活動任務鏈也要前連后掛，有內在邏輯而又層次鮮明，如此才能充分調動和保持學生的探究欲望，達到有針對性地培養學生思維品質的效果。

總之，實踐證明，“合縱”教材實驗資源進行探究活動一體化設計，能有效地提升學生的思維品質、完善學生的思維結構，使實驗復習課煥發出新的活力。

參考文獻：

[1]尤曉娟.以“問題串”為載體優化學生思維[J].化學教與學， 2013，（12）： 30～31.

[2]林耿輝.發展學生思維品質的初中化學實驗教學策略[J].化學教學， 2015，（1）： 62～65.

[3]陳振華.批判性思維培養的模式之爭及其啟示[J].高等教育研究， 2014，（9）： 56～63.

[4]魏似月.讓“發散思維”的火花照亮課堂[J].江蘇教師， 2012，（12）： 86～87.

[5]畢華林，盧巍.試論化學教學中學生思維能力的培養[J].化學教學， 1999，（1）： 14～17.