基于學生高階思維培養的初中化學實驗研究

摘要：基于學生高階思維培養的初中化學實驗研究策略是實現初中化學實驗教學的重要方法。學生的高階思維能力對于他們未來的學習和發展至關重要的。化學教師可以通過實驗研究策略來培養學生的實驗設計和數據分析能力，以促進學生的高階思維能力發展。針對初中化學實驗教學的特點和初中化學實驗教學中存在的一些問題，提出了一種基于學生高階思維培養的初中化學實驗研究策略，用于培養學生的探究意識、創新能力和解決問題的能力。

關鍵詞：學生高階思維；初中化學實驗；實驗研究策略；探究式學習

培養學生高階思維是現代教育中的一個重要目標。在化學教學中，實驗研究可以幫助學生培養高階思維能力，例如探究、推斷、推理和分析。本文旨在探討適用于初中化學課程的實驗研究策略，以幫助學生提高實驗設計和數據分析能力，并啟發學生進行高階思維訓練。在現行教育模式下，許多學生只關注所要掌握的功利技術，無法真正掌握學科的核心。他們容易陷入淺層的學習，缺乏對知識的深度理解。教育工作者的任務是培養學生的探究精神和專業技能，以培養高階思維能力。

1初中化學實驗教學的特點

1.1實驗教學的重要性

初中化學實驗教學是化學學科的重要組成部分，有助于學生加深對化學知識的理解，并提高其動手實踐能力。實驗過程可以幫助學生通過實踐檢驗和驗證知識，幫助他們理解知識，增強學生對化學知識的興趣和熱愛，從而更好地掌握和應用化學知識。實驗教學是化學教育最核心的內容之一，學生通過實驗可以更加直觀地了解到化學知識，加強對理論知識的理解和應用。實驗教學是一項手工操作，學生需要親手操作，這有助于培養學生實踐能力和動手實驗的技能，提高實驗技巧。實驗教學是培養學生科學研究和創新精神的基礎，通過實驗教學，學生可以獲得創新思維的培養和實踐機會，教師可以鼓勵學生發展自主學習和創新的能力。實驗教學中學生通常要合作完成操作，這有利于學生之間的交流、互相學習和提高。同時，在實驗操作過程中，學生還可以與教師進行交互，借助教師的指導和建議，提高實驗操作的成功率。

1.2實踐操作的難度

初中階段學生的化學實驗經驗相對較少，加之一些實驗操作也存在一定的難度，這就需要教師在教學中注重實驗技能的培養。在實驗過程中，學生往往需要根據文本內容、實驗器材以及實驗表現進行分析，而這樣的綜合能力需要長期的學習和實踐。化學實驗中有些實驗較為復雜或危險，例如高溫、高壓、易燃等，學生需要掌握安全實驗操作方法，防止發生安全事故。化學實驗要求操作精度高，需要準確加量和計量，精確控制反應條件，否則可能會影響實驗結果，影響學習效果［1］。

2初中化學實驗教學中存在的問題

2.1實驗操作過于機械

在傳統的初中化學實驗教學中，教師的授課方式多為講解和演示，學生被動接受，而實驗環節往往過于機械，學生缺乏自主探究和創新的機會。在實驗教學過程中，許多實驗操作都是機械化的，學生往往不能對實驗現象進行深入的思考和探究。例如對于“酸堿溶液中pH的測定”實驗，大多數學生只是模仿教師的示范，通過試紙顏色變化來判斷溶液的酸堿性，而沒有更深入的思考。教學者應該將實驗操作作為工具來幫助學生發掘實驗問題和現象背后的科學原理，并且鼓勵學生在實驗中進行探究式學習和思辨式學習。例如在進行實驗前，教師可以引導學生思考實驗的目的及其涉及的知識點，讓學生自主提出實驗條件和步驟，并在實驗結束后通過討論的方式來總結實驗結果，從而促進學生的高階思維發展。

2.2學生動手能力不足

由于初中階段學生的生理和心理發展尚未完全成熟，實驗操作能力較差。在實驗操作過程中，學生常會出現測量不準、數據記錄不清等問題。許多學生雖然對實驗感興趣，但因為動手能力不足，不懂得如何正確地使用儀器、設備，無法完成實驗任務，從而影響了自身的學習效果和興趣。在進行實驗教學前，教師應該對學生進行儀器、設備的使用說明及操作技巧的講解，并在實驗前進行簡單的練習。另外，教學者還應該讓學生關注對實驗儀器的安全知識，指導學生對實驗安全問題的預防和應對，確保實驗室的安全及學生的生命健康。

2.3實驗教學效果不佳

傳統的初中化學實驗教學中，教師側重講解、演示，缺少對學生思維能力和創新能力的培養，因此實驗教學效果常常不佳。實驗教學效果不佳主要表現在學生學習的基礎知識不扎實，不能將實驗過程中的現象和結果與實驗原理和理論聯系起來，從而影響了學習效果。在進行實驗教學前，教師應該對學生進行知識點的講解和引導，讓學生對實驗要做的工作有一個比較清晰的認識，并在實驗結束后總結實驗結果，通過討論及互相分享的方式來促進學生的合作學習及高階思維。另外，教學者還應該結合學生的學情及個體差異，根據學生的需要和特點，安排不同程度的實驗教學內容，以滿足學生的學習需求。

3基于學生高階思維培養的初中化學實驗創新策略為培養學生的高階思維，優化初中化學實驗教學，筆者主要從五方面提出了學生思維培養以及鞏固的方法（見圖1）。

3.1啟發思維——強調探究意識

在初中化學實驗教學中，教師應該培養學生的探究意識，鼓勵學生在實驗過程中自主探究和發現化學現象和規律，從而提高學生的思維能力和創新能力。化學實驗不僅能夠提高學生的實驗技能，更重要的是能夠培養學生的探究能力。教師通過引導學生思考問題、設計實驗，讓學生更加深入地理解化學知識和實驗原理。在進行化學實驗時，教師可以要求學生設計自己的實驗方案，通過實驗驗證自己的想法和猜測。這樣做可以讓學生更深入地了解化學反應和實驗原理，激發學生的科學探究興趣和好奇心。

案例分析：

實驗1：酸堿中和現象

酸堿實驗是初中化學教學中最基本的部分。但是，在進行實驗的過程中，學生往往無法理解其中涉及的化學原理。事實上，在許多情況下，學生可能會忽略實驗現象背后的化學反應。為了使學生更好地理解酸堿反應的本質，教師應該讓學生自己思考解釋這些反應所涉及的化學原理。

在這個實驗中，教師將讓學生自己設計一個酸堿反應實驗。學生將在實驗中使用一些常見的化學實驗器材，比如pH試紙，酸堿指示劑以及滴管等。學生將在滴加酸堿溶液的過程中觀察到顏色變化，并且知道對應的酸度或堿度。這個實驗的關鍵就在于讓學生自己找出實驗現象和化學反應之間的聯系。

實驗2：金屬反應實驗

金屬反應實驗是初中化學最有趣的實驗之一。在這個實驗中，學生將觀察到金屬與其他化合物發生反應的現象。但是，這個實驗仍然需要學生主動思考和解釋。通過交互式的實驗，教師可以讓學生自己思索金屬之間的化學反應。

在這個實驗中，教師將讓學生使用鎂或鋅粉與酸反應，觀察產生的氣體和顏色變化，讓學生注意到金屬反應會釋放出大量的熱能。學生還應該在實驗的過程中考慮到其他因素，比如金屬的化學性質和反應的速度等［2］。

3.2思維拓展——引導學生解決問題

在實驗操作中，教師可以引導學生通過進行實驗、分析數據等方式解決問題，幫助學生直接面對實際問題，從而培養學生解決問題的能力。在化學實驗中，教師隨時提出問題，例如為什么會出現這種反應？為什么試劑會變色？教師引導學生主動思考，解決這些問題。通過指導學生思考和運用解決問題的方法和策略，教師可以增強學生自主學習的意識和能力。在進行化學實驗時，教師可以先給學生一些問題，讓他們自己解決，而不是直接告訴學生答案，這樣不僅可以激發學生的好奇心和興趣，還可以提高學生的思維能力和獨立思考能力。近年來，在初中化學實驗中，學生經常會提出各種問題，這讓教師倍感挑戰。教師也看到許多學生在面對問題時，能夠積極主動地去思考問題、解決問題，在解決問題中成長。

案例分析：

某次實驗中，學生小明發現自己的草酸溶液濃度與其他同學的濃度不同，他便主動尋求幫助。他詢問了周圍的同學以及教師，仍然沒有找到合適的答案。在不斷思考后，他決定重新做一遍實驗，并仔細檢查實驗步驟，最終成功得到了和其他同學相同濃度的草酸溶液。這個案例很好地展示了學生的自主學習能力和解決問題的能力。在實驗中，當他發現問題時，首先想到的是尋求幫助，這是非常正確和聰明的做法。其次，他在嘗試各種解決方案后，特別是反思之后，找到了解決問題的正確方法。這種自主思考和解決問題的過程是非常必要的［3］。

教師應該引導和培養學生的自主學習能力和解決問題的能力，可以鼓勵學生積極提出問題，并倡導同學之間互相探討、交流。在學生遇到問題時，教師也應該給予幫助和支持，并指導學生尋找正確的解決方案。同時，教師鼓勵學生在實驗中認真思考，反思實驗過程，找到改進實驗的方法和方案。這樣，學生就能更好地掌握實驗的知識和技能，提高實驗能力，同時也培養了自身獨立思考和自主解決問題的能力。

3.3知行合一——加強實踐操作

教師應該加強學生的實踐操作能力，引導學生掌握實驗器材的使用和實驗操作技巧，提高學生在實驗操作中的準確性和獨立性。化學實驗是一種實踐性強的學習方式，通過實踐操作，教師可以讓學生更深入地了解化學知識和實驗原理。教師通過引導學生積極參與實驗和操作，提高學生的實驗技能和研究能力。在進行化學實驗時，教師可以要求學生參與實驗過程，并要求學生記錄實驗數據和結果。教師通過對實驗數據進行處理和分析，可以讓學生更深入地了解化學反應和實驗原理，提高學生的科學研究能力。

案例分析：

實驗室制取氫氣

氫氣是一種非常有用的氣體，可以用于燃料電池上，還可以在實驗室中用于燃燒實驗等。純凈氫氣可以被用作確定其他氣體的相對分子質量和體積，同時它也是加工金屬、制備水等領域必不可少的原料。那么，如何制備出氫氣呢？

實驗步驟：

（1） 準備好實驗器材；

（2） 將鋅顆粒放入試管里，并加入適量的食醋和鹽酸混合，并蓋上試管的塞子；

（3） 等待一段時間，會看到試管中產生出氣泡，并逐漸充滿整個試管。這是因為鋅粉和鹽酸混合后會產生出氫氣；

（4） 用滴管將產生的氫氣收集到另一個試管中，并用導火管點燃；

（5） 讓學生觀察氫氣的燃燒情況，以及燃燒后的產物。

實驗過程中應盡量避免鋅粉濺到外面，同時要注意試管口的塞子和試管的牢固程度。氫氣是一種易燃氣體，點燃時要注意保持一定的安全距離。

為了進一步加深學生對氫氣的認識，教師可以進行以下擴展實驗：

（1） 用氫氣制備水：在實驗室中將氫氣和氧氣按照2∶1的比例混合，用火焰將其點燃后會產生水。教師讓學生觀察產物的生成和特性。

（2） 用氫氣判斷金屬的相對原子質量：將一個已知質量的金屬按照一定的比例放入干燥瓶中，然后通入一定量的氫氣，在一段時間之后測量產生出來的氫氣的體積，通過計算體積比計算得到金屬的相對原子質量。

（3） 用氫氣制備氨氣：將氫氣和氮氣按照1∶3的比例通入反應瓶中，反應得到氨氣。讓學生觀察氨氣的特性和用途。

通過本次實驗，學生們了解到了氫氣的性質和用途，掌握了制備氫氣的方法，并學會了進行安全操作和實驗技術。同時，擴展實驗也為學生們提供了更多的了解和探索氫氣的途徑［4］。

3.4進階思維——強化綜合能力

教師應該強調培養學生的綜合能力，注重學生對于實驗過程中主題內容和實驗現象的綜合分析能力、邏輯關系理解能力和歸納總結能力，在增強學生的動手實踐能力的同時培養學生的高階思維能力。學生的高階思維能力不僅包括創新思維和獨立思考能力，還包括綜合性能力。綜合能力包括對多個事物、多種觀點或多種學科領域知識的綜合認識和理解，教師通過引導學生學習多種學科知識和實驗技能，提高學生的綜合能力。在進行化學實驗時，教師可以引導學生學習化學、物理、數學等多種學科知識，并將這些知識應用到實驗中，提高學生的綜合性能力和整體思維能力。

案例分析：

在初中化學課程中，教師可以采用測定不同材料的酸性作為一個示例來進行實驗研究。在這個實驗過程中，學生必須調查變量，明確實驗設計并選擇合適的實驗材料，通過實驗數據的分析來推斷答案。這個過程可以通過下面的步驟來概括：

（1） 提出問題：學生需要確定什么問題需要解決，并設定假設；

（2） 變量的選擇：學生需要對實驗的變量進行數據分析討論；

（3） 進行實驗：在過程的實驗階段，學生需要組織實驗步驟并收集可靠的數據；

（4） 分析數據：學生需要通過分析實驗數據來得出結論；

（5） 討論分析：學生需要總結實驗結果和結論，強調實驗結果的分析討論；

（6） 進一步研究：學生可以為進一步的創新和探究提出新的思路。

通過這種策略，教師可以有效地培養學生的實驗設計和數據分析能力，讓他們在實踐中掌握探究、分析和推理的方法，并鼓勵他們通過學習進行深度思考，以建立對學科的深度理解。

3.5鞏固思維——實驗報告撰寫

教師規范學生實驗報告的撰寫，強調思考深度和邏輯性，加強學生對實驗原理的理解。化學實驗是學習化學的重要方式之一，實驗報告撰寫是實驗學習的重要環節之一，規范的實驗報告不僅能夠反映學生的實驗效果，還能夠培養學生的高階思維能力，提高其科學素養。

高階思維能力，包括創造性思維、批判性思維、分析性思維等，是學生在學習中培養的重要能力之一。在實驗報告撰寫中，學生需要運用高階思維能力完成以下幾個步驟：

（1） 分析實驗結果；

（2） 推理實驗結論；

（3） 評價實驗過程及結果。

這幾個步驟需要學生具備較強的分析能力、判斷能力和歸納能力，學生只有掌握了高階思維能力，才能夠完成實驗報告撰寫中的這些環節。規范的實驗報告撰寫不僅能夠反映學生在實驗中的掌握程度，還能夠培養學生的科學素養。規范的實驗報告具有以下幾個特點：實驗結果清晰明了；實驗數據準確可信；實驗結論嚴謹合理；實驗報告格式符合標準。

在實驗報告撰寫中，學生需要嚴格按照規范要求完成實驗報告撰寫，這既能夠幫助學生更好地掌握實驗結果，還能夠提高學生的學術素養。在實驗報告撰寫中，學生需要注意以下幾個方面：在進行實驗前，學生需要認真復習相關知識，明確實驗目的和方法，準備實驗所需的試劑和儀器設備，確保實驗能夠順利進行。學生需要認真記錄實驗過程中產生的數據，保證數據的準確性和完整性，對數據進行適當加工處理，得出可靠的實驗結論。學生需要嚴格按照實驗報告要求，注意實驗報告格式的規范性，清晰明了地陳述實驗過程和實驗結果，透徹分析和評價實驗結果，得出正確的實驗結論。實驗報告撰寫是化學學習的一個重要環節，規范的實驗報告撰寫不僅能夠反映學生的實驗效果，還能夠培養學生的高階思維能力，提高其科學素養［5］。

4結語

學生的高階思維能力對于未來的學習和工作都有著至關重要的影響。化學實驗作為一種重要的學習方式，不僅可以提高學生對于化學知識的理解，還可以培養學生的實驗技能和研究能力。如何將化學實驗作為一種高階思維培養的途徑，提高學生的創新思維和探究能力，是我們需要解決的問題。本文提出了一套基于學生高階思維培養的初中化學實驗研究策略，包括：引導學生解決問題、強調探究意識、加強實踐操作和強化綜合能力等。這些策略可以提高學生的實驗技能和研究能力，激發學生的興趣和好奇心，培養學生的創新思維和綜合能力。學生在進行化學實驗時，不僅能夠提高化學知識的學習效果，也能夠培養學生的高階思維能力，使他們具備獨立思考和創新能力，為未來的學習和工作打下良好的基礎。

參考文獻：

［1］劉芳，張晶晶.初中化學實驗教學中探究程度與高階思維的課堂研究［J］.化學教育（中英文），2022，43（21）：106112.DOI：10.13884/j.10033807hxjy.2021100026.

［2］徐承翔.初中化學促進學生高階思維發展的教學策略［J］.中小學教學研究，2022，23（5）：6064.

［3］王真.例談高階思維在初中化學實驗教學中的培養［J］.學苑教育，2021（8）：3334.

［4］呂紅曉. 促進“深度學習”的初中化學教學研究［D］.濟南：山東師范大學，2020.DOI：10.27280/d.cnki.gsdsu.2020.000995.

［5］于銀萍.初中化學課堂培養學生高階思維能力的實踐研究［J］.數理化學習（教研版），2020（4）：5152.