從體系視角看初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

羅月旺

摘要：簡(jiǎn)析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)和特征，分析實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)和特征提出了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型，闡述了基于認(rèn)識(shí)模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)起實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)思路和運(yùn)用認(rèn)識(shí)模型促進(jìn)學(xué)生深刻理解知識(shí)、把握思想方法、形成基本觀念的教學(xué)操作要求，概括了基于認(rèn)識(shí)模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)，并以“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實(shí)驗(yàn)為例加以闡述。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn);認(rèn)識(shí)模型;主題內(nèi)容結(jié)構(gòu);教學(xué)設(shè)計(jì);燃燒條件

文章編號(hào)：1008-0546（2020）09-0011-03

中圖分類號(hào)：C632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究物質(zhì)及其變化的基本方法，是化學(xué)學(xué)科賴以形成和發(fā)展的基礎(chǔ)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)通常要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)實(shí)施者采用合適的實(shí)驗(yàn)用品，搭建所需的實(shí)驗(yàn)裝置，在適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)操作流程，使實(shí)驗(yàn)對(duì)象發(fā)生改變，通過實(shí)驗(yàn)觀察獲得化學(xué)科學(xué)事實(shí)。不難發(fā)現(xiàn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是綜合學(xué)科知識(shí)、思想方法、基本實(shí)驗(yàn)技能等于一體的系統(tǒng)的、高階思維發(fā)展的問題解決的過程。其教學(xué)對(duì)學(xué)生有三大發(fā)展點(diǎn)：（1）幫助學(xué)生形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)思路;（2）運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)思路促進(jìn)化學(xué)知識(shí)和思想方法的理解;（3）應(yīng)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得的知識(shí)和思想方法解決化學(xué)問題。

在日常教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)有些教師把化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)作事實(shí)性知識(shí)和技能性知識(shí)，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值和意義認(rèn)識(shí)不足。過于注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中更富有價(jià)值的思路方法、思維方式卻視而不見。對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏系統(tǒng)、深入的思考，忽視了化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)在思維方式的建構(gòu)，造成學(xué)生對(duì)相關(guān)化學(xué)知識(shí)理解不深刻、學(xué)科思想方法領(lǐng)悟不到位，不同內(nèi)容類型的實(shí)驗(yàn)沒有實(shí)現(xiàn)整合，學(xué)生運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問題的能力不足。因此，通過分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成要素、厘清內(nèi)在邏輯關(guān)系，力圖建構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型，幫助學(xué)生掌握運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)解決化學(xué)問題的一般思路方法，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀的發(fā)展。

一、建立化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型

設(shè)計(jì)、進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵是如何依據(jù)研究目標(biāo)、任務(wù)確立實(shí)驗(yàn)體系，選擇適合的儀器裝置、實(shí)驗(yàn)方法、技術(shù)，規(guī)范地操作并判定必要的安全措施，以獲得正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。上述對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本認(rèn)識(shí)形成了看待化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)觀。也就是說，化學(xué)實(shí)驗(yàn)有一定的活動(dòng)思路和流程，雖然研究的內(nèi)容各異，方式途徑各不相同，實(shí)驗(yàn)功能也各有側(cè)重，但是統(tǒng)觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，其構(gòu)成要素如下：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)開展、證據(jù)結(jié)論、反思評(píng)價(jià)。梳理化學(xué)實(shí)驗(yàn)要素之間的邏輯關(guān)系，將實(shí)驗(yàn)程序和內(nèi)在思路整合起來，構(gòu)建并提出化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型，如圖1所示。

從化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型中，可以看出化學(xué)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值不僅在于學(xué)科知識(shí)的獲得，更有價(jià)值的是促進(jìn)學(xué)生形成解決化學(xué)問題的一種基本途徑、思維路徑、思想方法和基本觀念。為此，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)要從外顯的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，幫助學(xué)生揭示出內(nèi)隱的思維方式，促進(jìn)知識(shí)的理解和高階思維的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的獲得與學(xué)科思維發(fā)展的統(tǒng)一。由于實(shí)驗(yàn)的研究?jī)?nèi)容是物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的性質(zhì)與變化、物質(zhì)的制備等。不同類型內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)有不同的實(shí)驗(yàn)研究思維路徑，所用的化學(xué)知識(shí)、思想方法、思維方式也不一樣，學(xué)習(xí)目標(biāo)也就不同。基于學(xué)習(xí)目標(biāo)和認(rèn)識(shí)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)所關(guān)注的核心環(huán)節(jié)和思維活動(dòng)也不相同。

二、基于認(rèn)識(shí)模型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

如何通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)起一般的實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)模型？如何運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型來深刻理解知識(shí)、把握思想方法、形成基本觀念？

下面以“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例進(jìn)行分析，探討如何在教學(xué)中運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)模型，促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀發(fā)展。

1.主題內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的整體理解

實(shí)驗(yàn)教學(xué)需融合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)過程。化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀是方法類觀念，可以通過深入挖掘具體實(shí)驗(yàn)的豐富內(nèi)容與過程內(nèi)涵來逐步達(dá)成。這就要求對(duì)“科學(xué)探究”的主題內(nèi)容進(jìn)行整體理解和把握。

“科學(xué)探究”主題內(nèi)容的整體理解包括認(rèn)識(shí)利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)物質(zhì)及其變化進(jìn)行科學(xué)探究的意義;學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本思路方法;結(jié)合實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)習(xí)基本的實(shí)驗(yàn)技能和發(fā)展科學(xué)探究能力。換言之，增進(jìn)對(duì)科學(xué)探究的理解、發(fā)展科學(xué)探究能力、學(xué)習(xí)基本的實(shí)驗(yàn)技能和完成基礎(chǔ)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和目的具體要求。可見，基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型來建構(gòu)結(jié)構(gòu)化主題內(nèi)容，并挖掘其豐富內(nèi)涵需要教師進(jìn)行系統(tǒng)思考。基于認(rèn)識(shí)模型的“科學(xué)探究”主題的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化關(guān)系如圖2所示。

分析圖2不難發(fā)現(xiàn)，“科學(xué)探究”主題的內(nèi)容可以在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型活動(dòng)中得以實(shí)現(xiàn)和建構(gòu)。而且，學(xué)生一旦建立起化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型，用認(rèn)識(shí)模型來分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程不僅能促進(jìn)對(duì)課本實(shí)驗(yàn)的深度、簡(jiǎn)便的內(nèi)化理解和把握，而且在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中獲得深度理解的認(rèn)識(shí)模型會(huì)遷移應(yīng)用到新的化學(xué)問題的發(fā)現(xiàn)和解決中，這就是一種實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)得到很好發(fā)展的體現(xiàn)。

2.教學(xué)目標(biāo)分析

之前，學(xué)生接觸了一些有關(guān)物質(zhì)燃燒的實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同物質(zhì)、不同氧氣濃度的燃燒現(xiàn)象不同，氧氣能助燃，有些物質(zhì)的燃燒需要點(diǎn)燃等知識(shí)已有一定程度的認(rèn)識(shí)。但沒有上升到從化學(xué)反應(yīng)規(guī)律性、條件性的視角來認(rèn)識(shí)燃燒這一類特殊的化學(xué)反應(yīng)。之后，要幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)完全燃燒、爆炸、防火滅火，以及化學(xué)方程式的書寫、金屬的化學(xué)性質(zhì)、鋼鐵腐蝕條件的探究等內(nèi)容。因此，該實(shí)驗(yàn)要幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)燃燒的特征受制于燃燒的條件，可以通過控制反應(yīng)條件來合理利用化學(xué)反應(yīng)，初步認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的條件性與規(guī)律性。同時(shí)要從認(rèn)識(shí)思路視角幫助學(xué)生發(fā)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型中有意義的環(huán)節(jié)。

“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實(shí)驗(yàn)屬于物質(zhì)的性質(zhì)與變化規(guī)律的研究?jī)?nèi)容。結(jié)合該主題內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化關(guān)系、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型以及課標(biāo)要求來分析該實(shí)驗(yàn)功能，本實(shí)驗(yàn)需要達(dá)成如下教學(xué)目標(biāo)：（1）通過實(shí)驗(yàn)探究從化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律視角概括燃燒需要三個(gè)條件，初步形成化學(xué)反應(yīng)條件性的系統(tǒng)認(rèn)識(shí);（2）回顧已認(rèn)識(shí)的燃燒反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)燃燒的條件作出依據(jù)證據(jù)的猜想與假設(shè)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行規(guī)范表述;幫助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行分析，選擇控制變量這一實(shí)驗(yàn)原理，并把這一原理應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);通過實(shí)驗(yàn)開展，引導(dǎo)學(xué)生收集證據(jù)，依據(jù)證據(jù)獲得結(jié)論。初步形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型并初步厘清各環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系，建構(gòu)起化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)思路;（3）幫助學(xué)生基于控制變量思想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和開展實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步理解控制變量的思想方法;并形成“在一定條件下物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化”的觀點(diǎn);（4）引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“燒不壞的手絹”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，鞏固對(duì)燃燒條件的認(rèn)識(shí)、認(rèn)識(shí)不同物質(zhì)的著火點(diǎn)存在差異;幫助學(xué)生運(yùn)用認(rèn)識(shí)模型來分析實(shí)驗(yàn)，增進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)思路及控制變量思想的理解;培育學(xué)生用化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型來解決與實(shí)驗(yàn)相關(guān)問題的能力。

3.教學(xué)過程設(shè)計(jì)

基于對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的分析，結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型，為促進(jìn)學(xué)生深刻理解認(rèn)識(shí)模型的本質(zhì)和意義，充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能與價(jià)值，該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程設(shè)計(jì)如下：

（1）創(chuàng)設(shè)問題情境引入探究問題

觀看了剛才的視頻，我們知道燃燒有時(shí)是“天使”，有時(shí)又是“魔鬼”。人們要控制燃燒就必須掌握燃燒的條件。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生感悟燃燒的兩面性，激發(fā)探究燃燒條件的學(xué)習(xí)需求。

（2）探究意義問題建構(gòu)認(rèn)識(shí)模型

問題1：結(jié)合你對(duì)有關(guān)燃燒的化學(xué)反應(yīng)的已有認(rèn)識(shí)，要使燃燒這類化學(xué)反應(yīng)發(fā)生需要什么條件？請(qǐng)你作出猜想，并說明依據(jù)。

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合學(xué)生已有認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)燃燒是一類特殊的化學(xué)反應(yīng)，幫助學(xué)生從反應(yīng)規(guī)律的視角進(jìn)行分析，要對(duì)燃燒這類化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生作出猜想，就要從反應(yīng)物及其反應(yīng)條件進(jìn)行分析，作出有依據(jù)的猜想。

問題2：根據(jù)你的猜想，如何表述實(shí)驗(yàn)?zāi)康模咳绾芜x擇實(shí)驗(yàn)原理？如何依據(jù)原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？實(shí)驗(yàn)過程中觀察到什么現(xiàn)象？依據(jù)現(xiàn)象得出什么結(jié)論？

設(shè)計(jì)意圖：依據(jù)猜想，幫助學(xué)生初步建立起包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)開展、證據(jù)結(jié)論、反思評(píng)價(jià)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型及其各環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系，理解實(shí)驗(yàn)的思路方法。在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行交流、討論、評(píng)價(jià)方案，促進(jìn)學(xué)生深刻理解控制變量的思想方法，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的反思評(píng)價(jià)水平。在開展實(shí)驗(yàn)過程中遵循先易后難的原則，先證明燃燒需要氧氣為突破口，幫助學(xué)生掌握控制變量的思想方法如何運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，然后引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用這一思想方法進(jìn)行其它實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（3）運(yùn)用認(rèn)識(shí)模型解決實(shí)驗(yàn)問題

問題3：觀察“燒不壞的手絹”實(shí)驗(yàn)，說說手絹“燒不壞”的原因是什么？這一實(shí)驗(yàn)可以用來探究燃燒的什么條件？其實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁矗繉?shí)驗(yàn)原理是什么？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的？進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵操作是什么？依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可獲得什么結(jié)論？

設(shè)計(jì)意圖：鞏固學(xué)生對(duì)燃燒條件的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)不同物質(zhì)的著火點(diǎn)有差異，診斷并評(píng)價(jià)對(duì)控制變量的思維方法及理解水平。引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型出發(fā)，進(jìn)一步分析該實(shí)驗(yàn)要素及其各要素間的關(guān)系，提升分析、解決問題的能力。對(duì)于學(xué)生的某些認(rèn)識(shí)誤區(qū)，可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，如設(shè)計(jì)將未經(jīng)處理的布條進(jìn)行灼燒，直接浸泡酒精的、輕輕擰干的布條進(jìn)行點(diǎn)燃等補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)。

三、總結(jié)與討論

基于認(rèn)識(shí)模型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是從化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型出發(fā)，把具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容置于外顯的認(rèn)識(shí)模型之中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。其實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)不僅是獲得結(jié)論性知識(shí)，更重要的是幫助學(xué)生通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)掌握解決化學(xué)問題的學(xué)科思想方法，建構(gòu)起運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型來分析、解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)問題的思維程序。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)鍵是對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的研究與把握。基于認(rèn)識(shí)模型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一是教師要關(guān)注認(rèn)識(shí)模型中各要素的發(fā)展規(guī)律，認(rèn)識(shí)模型的各要素不是同步發(fā)展的，要基于“科學(xué)探究”主題的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化關(guān)系、實(shí)驗(yàn)功能和學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平來分析、規(guī)劃不同階段需要發(fā)展關(guān)鍵要素的能力，最終實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)模型中各要素的整體發(fā)展;二是在具體的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不能僅僅關(guān)注化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型的六要素和事實(shí)性結(jié)論，教師應(yīng)該進(jìn)行系統(tǒng)深入的思考，從整體上思考該實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)展的價(jià)值和意義，更好地促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展;三是不同類型內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，解決問題的實(shí)驗(yàn)原理是不一樣的，要提煉出一般思想方法，從而提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。