基于學生高階思維培養的化學實驗探究教學

沈偉云

摘要：高階思維包括分析、評價、創新，科學探究是一項重要的化學核心素養。以混合氣體中CO、H2、C02成分的探究為例，通過點評探究方案、培養學生批判性思維，改進實驗裝置、培養學生創造性思維，分析實驗現象、培養學生推理性思維，進而通過化學實驗探究達到培養學生高階思維的目的。

關鍵詞：高階思維;科學探究;CO;H2;CO2;成分探究

文章編號：1008-0546（2019）09-0076-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.023

高階思維，是指發生在較高認知水平層次上的心智活動和綜合性能力[1]。布盧姆指出，低階思維是知識、理解、應用，高階思維是分析、評價、創新。化學探究是一種進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動，但在實際探究教學中，許多教師往往只注重實驗操作規范與步驟的有序、實驗現象與結論的識記，很少去主動有意識地培養學生的高階思維。而事實上，高階思維是當代社會人才需求的一個導向，是學習者得以生存的必備技能[2]。教學實踐表明，作為思維的高級形式“高階思維”，是可以通過探究教學獲得提升的?，F以混合氣體中探究H2、CO、C02成分為例，闡述在化學探究教學中如何培養學生的高階思維。

一、點評探究方案，培養學生批判性思維

思維的批判性是指思維過程中善于嚴格地估計思維材料和精細檢查思維過程的良好品質[3]。設計探究方案，是科學探究的主要環節。教師可在學生設計探究方案的基礎上，通過展示探究方案，鼓勵學生評價，引導學生提出質疑，不斷完善探究方案，培養學生批判性思維品質。

如教師提出一個問題：假如某種混合氣體中含有C02、CO、H2中的一種或幾種成分，你如何設計實驗去探究？要求學生以小組為單位，以圖形的形式設計探究方案。結束后讓每一組派代表上講臺展示他們的設計圖，講解如何通過該裝置來探討氣體的成分。在此基礎上鼓勵其他學生點評，提出問題。某組學生設計的裝置圖如圖l所示。該組學生認為通過A裝置可判定C02，通過C裝置和D裝置可判定混合氣體中是否含有H2，通過C裝置和E裝置可判定混合氣體中是否含有CO。但有學生提出質疑，如若C裝置黑色的氧化銅變紅，D裝置無水硫酸銅變藍，并不能說明混合氣體中含有H2，因為混合氣體中含有CO可以使黑色氧化銅變紅，而通過B裝置NaOH溶液的氣體也會混有少量水蒸氣，而使無水硫酸銅變藍。有的同學也指出，由于混合氣體中含有CO，會造成空氣污染，故需要進行尾氣處理，設計尾氣處理裝置等等。

探究混合物氣體成分的方案包括試劑的選擇、氣體檢驗的先后順序、氣體的吸收、尾氣的處理等裝置的設計。教師可引導學生運用已有的化學知識，對探究方案開展分析評價，指出存在的問題，以此來培養學生分析問題的能力和批判性思維。

二、改進實驗裝置，培養學生創造性思維

創造性是指個體思維活動的創新精神或創造性特征。在實踐中，除善于發現問題、思考問題外，更重要的是要創造性地解決問題[4]。教師可通過引導學生分析實驗裝置中存在的問題，組織學生交流討論，提出改進措施，以此來培養學生的創造性思維。如對于探究混合氣體中CO、H2、CO2成分的實驗裝置，經學生小組交流討論，提出改進建議。以圖1裝置的改進為例，對于通過B裝置后由于NaOH溶液吸收不徹底，有可能混合氣體中仍有C02存在，為此，須在B裝置后連接一個檢驗是否有C02存在的裝置，也即連接澄清石灰水裝置（圖2C裝置）。而經過該裝置的氣體中混有水蒸氣，為了避免對后續檢驗的干擾，故須接著連接濃硫酸裝置（圖2D裝置），吸收水蒸氣，為了確保通過濃硫酸裝置后混合氣體中不存在水蒸氣，故需使經過濃硫酸的混合氣體通入盛有無水硫酸銅的U型管（圖2E裝置），另外由于混合氣體中可能含有CO，會污染空氣，故須進行尾氣處理，采取點燃或收集處理（圖2H裝置）。改進后的裝置圖如圖2所示。

改進探究混合氣體成分裝置，是一個不斷分析、不斷綜合的思維過程，它要求學生綜合運用化學知識解決新問題，使實驗探究方案更為完善。通過實驗改進，有利于培養學生實驗設計能力，也有助于學生創造性思維的發展。

三、分析實驗現象，培養學生推理性思維

推理是指依據事實，進行合理推理、判斷，從而得出結論的一種思維。在化學探究教學中一般根據化學實驗現象，遷移運用化學知識來分析推導得出實驗結論。

如按圖2裝置開展探究實驗，要求學生認真記錄實驗現象，并針對實驗現象進行分析。如針對“F裝置黑色的氧化銅粉末變紅，G裝置無水硫酸銅變藍，H裝置無現象”，可引導學生分析推理如下：由于F裝置黑色氧化銅變紅，說明混合氣體中有還原性氣體，也即可能含有H2、CO，G裝置無水硫酸銅變藍，說明有水生成，可推導出H2與氧化銅發生了反應，故混合氣體中含有H2，由于H裝置中澄清石灰水沒變渾濁，說明沒有C02生成，可推導出混合氣體中沒有CO。

新課程理念倡導通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系。在該探究實驗中還存在其它一些現象，教師可引導學生通過自主分析、推導得出實驗結論，從而培養學生分析能力，促進學生推理性思維的發展。

哈佛大學心理學教授戴維認為，高階思維是可以通過培養和訓練來完成的[5]。科學探究既是化學學習的一種重要方式，也是核心素養的一項重要內容。通過“提出問題、建立假設、設計方案、實施實驗、獲取證據、分析解釋、形成結論及交流評價”等探究環節，有機滲透融入“分析、評價、創新”等高階思維，進而提升學生的核心素養。

參考文獻

[1]湯小梅，化學教學中高階思維訓練拓展設計[J].化學教學，2017（8）：21-24

[2]孫天山.基于“問題”高階思維課堂教學架構研究[J].中學化學教學參考，2016（5）：1-5

[3]相佃國，中學化學教學中批判性思維研究[J].化學教學，2015（7）：32-33，36

[4]錢翠青，綜合實踐活動在初中生物教學中的應用研究[D].煙臺：魯東大學，2013（4）：34-36

[5]孫天山，化學教師高階思維教學現狀探析[J].化學教學，2017（7）：21-25