高中視角下初中化學實驗教學對學生高階思維的培養

祖丕繆

摘 要：化學實驗可以幫助學生獲取直觀信息、認識和理解化學反應規律、形成化學概念、鞏固和運用化學知識，化學教師應通過分析實驗的核心活動經驗及核心思想、設計思維活動、開展實驗創新提高學生能力和培養高階思維。

關鍵詞：實驗;高階思維;培養

戴安邦先生說過：“化學實驗教學是實施全面化學教育的一種最有效的形式?！闭n程標準指出：學科核心素養是學科育人價值的集中體現，化學學科核心素養的一個維度是“科學探究與創新意識”?；瘜W教師應結合教材中的實驗，進行必要的實驗方法提升和高階思維培養，提高學生學習實驗的效果，實現從化學實驗基礎知識向學科高階思維的跨越。

一、化學實驗教學的分析

（一）教師在實驗教學中的“重”和“輕”

受考試評價等因素影響，教師在教學中可能存在以下現象：重理論輕實驗;重學生紙筆實驗，輕學生動手做實驗;重教材演示實驗，輕學生自主探究實驗;重實驗操作的規范性和結果的正確性，輕實驗觀察、記錄、分析、評價等方法和高階思維的培養。

（二）高一新生化學實驗能力現狀

實驗安全意識較差，實驗基本操作不規范，缺乏及時觀察記錄實驗現象并進行分析的實驗習慣，少有通過基礎實驗形成實驗方法的高階思維。

（三）部分高中化學實驗分析

高中化學教師應引導學生在初中化學實驗基礎上，進一步理解化學學科與科學探究的本質和方法，發展實驗設計、觀察、記錄、分析、數據處理等能力，養成嚴肅的科學精神和獨特的創新意識。

二、利用教材實驗培養學生的高階思維

陌生情境下的問題解決，需要學生具備相應的高階思維能力。作為化學教學的起始階段，初中化學教師有能力、有必要在實驗教學中對學生進行高階思維的培養，從而完成初高中實驗教學的過渡和銜接。筆者主要通過初中化學實驗“氣體的制備”、“鐵生銹條件探究”、“驗證氧氣在空氣中的體積分數”等內容展開研討，探討實驗蘊含的思想方法，設計高階思維活動，培養學生化學學科核心思想和核心活動經驗，形成高階思維，有效解決高中相似實驗問題的能力。

（一）利用教材實驗將學生實驗能力由孤立水平上升為系統水平

氧氣、二氧化碳、氫氣的制備是初中化學的重要內容，學生不僅要記憶理解相關知識，還要從這三種氣體的制備中進階出制取氣體的一般思路。

以實驗室用鹽酸和金屬鋅反應制取氫氣為例，教師可設計如下問題進行高階思維的培養。

①分析反應物藥品的選擇：為什么實驗室通常不用鎂或鐵與鹽酸反應制取氫氣？為什么不用硝酸和鋅反應制取氫氣？

②實驗方案的設計：制取的氫氣中混有氯化氫、水蒸氣等雜質，如何除去？除雜的先后順序？

③實驗創新：如何改進實驗裝置，實現一定的目的？比如便于在反應過程中添加酸液？便于控制反應的發生和停止？便于控制生成氫氣的速率？用分液漏斗加酸時如何便于液體順利流下？如何安全地進行氫氣與氧氣的爆炸實驗？

通過設計三種氣體制備的高階思維活動，建立了學科知識間的縱橫聯系，揭示了不同知識間更為本質的共同之處。當學生對氧氣、二氧化碳、氫氣等氣體的制備由孤立水平進階為氣體制備的系統水平，形成高階思維，就可實現知識的拓展并遷移運用到高中化學氣體制備如“加熱氯化銨和熟石灰制取氨氣”、“加熱二氧化錳和濃鹽酸制取氯氣”的成套裝置選擇及除雜和尾氣處理方法等。

（二）利用教材實驗培養化學學科核心思想

教師結合教材實驗，分析其蘊含學科核心思想，讓學生領會思想并學會運用。如初中化學“探究鐵生銹的條件”蘊含控制變量思想，控制變量是指當可能有多個因素影響實驗結果時，通過控制其他實驗條件不變，對多個因素逐一進行對比探究，然后進行數據分析、歸納，得出結論的方法[3]。用控制變量法分析實驗，有利于學生探究物質變化規律，形成一個半開放的思維空間，研究結論更科學。

學生有了控制變量的學科核心思想方法，就可以將思想方法有效、創新性地遷移運用到陌生、真實的問題解決中，控制變量思想在高中化學實驗中的應用實例：鈉和氧氣的反應（反應溫度不同）;模擬溶洞的形成（二氧化碳的用量不同）;硝酸的氧化性（硝酸的濃度不同）;認識化學反應的快慢（內因：反應物質不同;外因：溫度、濃度、催化劑、固體表面積不同）等實驗。

（三）利用教材實驗培養化學學科核心活動經驗

在化學工業生產中，測定不同催化劑對反應的催化效果，確定所排廢水是否達標，檢測原料的利用率、產品的純度等，都需要進行定量實驗，定量是為了更準確的定性，數據的采集和處理是重要的核心活動經驗。高中化學定量實驗如反應熱的測定、中和滴定等。定量實驗能幫助學生樹立防干擾、減少誤差的嚴謹態度和科學意識。定量實驗能培養學生數據處理、實驗分析等高階思維能力。

三、通過實驗作業培養學生的高階思維

教師要結合教材中的重難點內容，創造性地布置形式多樣的實驗作業，強化學生高階思維能力的訓練。

（一）自主探究型的實驗作業

教師可以將教材中的陳述性知識轉化為實驗設計，引導學生從多角度思考和自主設計，體驗探究過程。

如設計實驗“探究鋅、鐵、銅三種金屬的活動性強弱順序”，學生可以從金屬與酸反應的難易程度以及金屬與鹽溶液間的置換反應等角度來設計。又如“證明二氧化碳能與氫氧化鈉反應”，學生可以從反應物二氧化碳被氫氧化鈉吸收造成氣壓變化的角度來設計，也可以從生成物碳酸鈉與氫氧化鈉性質上的差異的角度來設計。再如“探究m克銅鋅合金中鋅的質量分數”的定量實驗，可以從銅鋅合金與足量的酸反應產生氫氣的質量來設計，也可以從反應后剩余固體的質量來設計。

初中教師還可提供高中教材信息設計成實驗作業，如已知化學反應的速率和外界條件（如溫度、濃度、催化劑等因素）有關，請從以下試劑中選取合適的試劑設計實驗證明：3%的過氧化氫溶液、15%的過氧化氫溶液、二氧化錳粉末。

（二）試題型的實驗作業

試題型的實驗是上一級學校選拔學生的評價方式之一，在考察學生高階思維能力方面有著特殊的地位。在此類實驗作業中，教師可從高觀點、大視野的角度選取和設計試題，如展示成套裝置，陌生儀器、陌生信息反應，考察元素觀、轉化觀、定量觀等。

例如，已知實驗室可用草酸固體（H2C2O4）和濃硫酸加熱反應制取一氧化碳，然后用一氧化碳還原氧化鐵。教師可圍繞如下角度設計試題，對學生進行高階思維訓練：①制氣裝置的選擇;②氣體的除雜和干燥;③物質的性質和檢驗;④鐵的純度或產率的計算;⑤防爆炸、防污染等實驗安全;⑥陌生反應化學方程式的書寫等。

（三）家庭小實驗型的實驗作業

家庭小實驗具有貼近生活、操作簡單、安全、趣味等特點，可以培養學生的實驗動手能力，提高“科學精神和社會責任”的學科素養。如布置“身邊能催化雙氧水的物質及其催化效果”、“身邊的有色果汁能做酸堿指示劑嗎”等小實驗。

通過化學實驗及相關高階思維的訓練，有利于幫助學生在不同階段核心知識和概念的鞏固、核心思想和方法的形成?？傊處煵粌H要重視實驗操作規范和步驟的有序、實驗現象和結論的識記，更要主動有意識地培養學生的高階思維，使之成為學生學習和生存的技能。

參考文獻

[1]王磊、陳光巨.外顯學科核心素養促進知識向能力和素養的轉化——北京師范大學“新世紀”魯科版高中化學新教材的特點[J].化學教育（中英文）.2019，40（17）：9-19

[2]王磊.普通高中課程標準實驗教科書[M].濟南：山東科技出版社.2007

[3]黎慧賢.例談初中化學實驗教學中培養學生控制變量思想的方法[J].化學教學.2015，（1）：66-70