遵循技能形成規律提高化學實驗操作技能

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）23-0126-04

《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》要求把實驗操作情況和能力表現納入學生的綜合素質評價中，實驗操作成為素質評價的重要內容。提升學生的化學實驗操作技能，既能促進教學目標有效達成和教師專業化成長，又能提升學生的實踐能力、創新能力和化學學科核心素養。然而，傳統的化學實驗教學并未嚴格遵循學生的認知發展規律，僅僅停留在基礎知識傳授和動作技能培養的層面，忽視了學生高階思維的活動過程，這種教學方式嚴重抑制了學生化學實驗操作技能的提升和化學學科核心素養的發展。基于此，本研究以高中化學實驗教學為載體，探索基于個體技能形成和發展的規律提升學生化學實驗操作技能的教學策略。

一、概念界定及其內在邏輯分析

根據《心理學大詞典》，技能是指智力運用和肢體動作方式相結合的系統2。我們可以將技能分為心智技能和動作技能：心智技能是指通過學習和實踐而在頭腦中形成的依靠內部語言來完成的智力活動方式，如感知、識記、思考、分析、質疑、想象等內部認知活動；動作技能是指通過實踐而在肢體上形成外顯的肌肉骨骼運動方式，如調節儀器、取用藥品、采集數據、繪制圖表等外部身體活動。化學實驗操作是智力和體力協同運作的一種實踐活動，由此將實驗操作技能定義為，個體經過神經系統對骨骼肌的運動下達操作指令的長期訓練后，在大腦皮層和肢體上所形成的程序化的、自動化的智力活動方式和動作活動方式。心智技能和動作技能相互依賴、相互促進，動作技能的學習和實踐受到內部智力活動，即心智技能的支配和調節，以此類推，實驗操作技能的形成與提升也要遵循個體的生理成長規律和心智發展規律。

二、實驗操作技能形成的過程分析

綜合認知規律和實驗教學的特點，可以將實驗操作技能的形成過程大致分為操作的映象、操作的模仿、操作的定型、操作的自動化等四個階段3（如下頁圖1所示）。技能形成過程包含一明一暗兩條主線，其中，明線是動作技能的形成與發展，暗線是心智技能的形成與發展，這兩條線相互依存、相互促進，共同推動著實驗操作技能的提升。

操作的映象指的是學習者對操作示范進行感知后，在頭腦中初步形成實驗原理、儀器構造、實驗操作等的記憶和表象，并能隨時調動自身的動作方式，通俗來說就是學習者此時已經大致了解“做什么”和“怎么做”，這是心智技能占主導的階段。學習者對實驗操作的認知尚處于感知、記憶、想象的階段，他們此時頭腦中的認知還比較模糊、游移不定，若不及時模仿演練，這些認知就會更加模糊甚至消失。

隨著頭腦中積累的記憶和表象逐漸增多，學習者已經不滿足于單純的內部智力活動，他們開始躍躍欲試，好奇地拿起實驗儀器，憑借記憶和印象慢慢模仿每一個示范動作，在自身不斷努力和示范者的糾正下，操作姿勢得到糾正，學習者此時進入了模仿階段，這一關鍵階段讓學習者頭腦中的映象變得更加清晰，并得以強化。此時，學習者的操作動作仍然比較緩慢、不夠自然流暢。

經過大量反復的操作實踐和內部信息加工，學習者頭腦中的操作程序、操作結構已基本成型，他們能將多項實驗操作聯系起來，使之變得協調，形成一套具有程序性的操作動作系統，并在頭腦和肢體中固化下來。此時，學習者進入了操作定型階段，他們的操作動作已經基本協調、連貫，但個別動作還不夠嫻熟，不能操作自如。

操作自動化階段的操作不再依賴心智活動的指令，學習者僅需動覺控制即可輕松完成實驗任務，此時的操作動作已經高度協調、準確、靈活、自動化。在密集進行技能訓練的基礎上，學習者還將操作技能運用于各種復雜的實驗情境中，在使得操作技能更熟練的同時收獲了解決新問題的新技能。

三、基于技能形成規律提高實驗操作技能的策略

條件反射學說認為，對上一級條件反射進行新的刺激后，就可以誕生下一級條件反射。受該理論的啟發，筆者將四個階段的技能比喻成具有遞進關系的四級條件反射，將每個階段技能的培養策略比喻成新的刺激，得到如圖2所示的實驗操作技能的培養思路：映象階段的技能在“創設真實的實驗情境”的刺激下，形成了模仿階段的操作技能；模仿階段的技能在“內部反思自身操作”的刺激下形成了定型階段的操作技能；定型階段的技能在“選擇合理的訓練方式”的刺激下形成了自動化階段的操作技能；自動化階段的技能在“融入不同的實驗情境”的刺激下得到了鞏固。

（一）創設真實情境，促進映像階段技能形成

在以往的實驗教學中，教師直接將實驗原理、實驗操作等傳授給剛接觸實驗的學生，這些知識和技能由于不是學生在真實的情境中親身探究所得，所以很難在他們的頭腦中留下長久、清晰的映象。建構主義知識觀認為，知識是在一定的情境下進行意義建構而獲得的。它的啟示意義是，真實、有意義的問題情境是實驗操作技能得以形成與發展的重要平臺，在教學中，除了進行正確、清晰的操作示范，教師還應創設貼近學生實際、富有探究價值的問題情境，讓學生置身其中進行感知、觀察和記憶，讓整個實驗操作過程深深地烙印在學生的腦海中。

以教學“檢驗 Fe²⁺ 、Fe的實驗操作”為例，教師創設貼近學生生活實際的教學情境：小明同學最近頻繁出現頭暈、乏力、面色蒼白、食欲不振的癥狀，醫生給他開了一盒“富馬酸亞鐵顆粒”。已知富馬酸亞鐵的結構簡式如圖3所示，請設計方案檢驗富馬酸亞鐵顆粒是否發生變質。這樣真實且富有探究價值的情境能有效激發學生設計實驗的興趣，在實施方案環節中，學生將能如身臨其境地感知、觀察教師的演示實驗，從而在頭腦中形成清晰、永久的操作映象。

圖3富馬酸亞鐵的結構簡式

（二）內部反思自身操作，促進模仿階段技能形成

傳統教學中，針對學生的盲目模仿和錯誤操作，教師往往采用監督和幫助矯正的處理方式，久而久之，學生會失去獨立思考和操作的能力，他們一旦脫離教師就對實驗無從下手。班杜拉的社會學習理論啟示筆者，個體不應只是機械地模仿他人的行為，還應通過內部認知過程對自身行為進行思考和反思。可見，學生一味地模仿教師的演示動作并不是長久之計，更佳的做法是從源頭上做好預防措施，即教師演示實驗后，指導學生反思優化自已的操作模仿，讓學生學會甄別他人的操作，不盲目模仿（如圖4所示）。

以教學“酸堿中和滴定實驗的操作”為例。學生觀看教師演示實驗后，根據頭腦中形成的酸堿中和滴定實驗操作的映象組裝儀器，模仿教師的示范動作進行自主操作。操作結束后學生反省實驗操作過程與結果，察覺到存在這些問題：一是酸式滴定管裝了堿液，二是滴定管尖嘴處有氣泡就直接滴定，三是用右手控制旋塞，四是滴定實驗結果比理論值偏高。隨后，教師引導學生回憶操作過程，并基于頭腦中教師示范的正確的那部分映象來審視操作過程，找出產生問題的根源，如滴定管使用混淆了、未事先排氣泡、右手控制旋塞造成少量堿液外流等。接下來，學生結合酸堿中和滴定實驗操作的印象及相關學習資料尋找解決問題的辦法，探索更規范、更有效的操作方式；隨后學生再次實施整個實驗操作流程，檢驗新的操作方式正確與否。若又發現新的問題，學生則轉回反省操作環節，再次循環反思，直到解決全部問題為止。最后，學生總結、反思以上各環節，提煉出酸堿中和滴定實驗的標準操作方法和思路，調整、優化頭腦中原有的不夠規范的操作映象。

（三）合理選擇訓練方式，促進定型階段技能形成

傳統教學中，教師一味地追趕教學進度而整合多個實驗進行教學，學生長時間進行實驗操作易產生疲倦感，導致技能訓練效果大打折扣。桑代克提出的“練習律”的實質是強化刺激與反應的感應結，“反應”用得越多則聯結就越牢固。它啟示筆者：學生在習得新技能之后，必須通過反復練習來強化新技能。但機械性地反復訓練會導致心理疲勞、身體機能下降，所以教師既要把握好反復訓練的頻率，又要根據實驗操作的復雜程度、學生的自制力等因素選擇不同的訓練方式。根據訓練對象的復雜程度可將訓練方式分為單項訓練和綜合訓練[4]，單項實驗操作如萃取分液、蒸餾、重結晶等較為簡便、耗時短，宜采用單項訓練的方法；而對于一些知識覆蓋面廣、綜合性強的操作，可以化整為零，將其分解為若干個簡單的單項操作，從而實現綜合訓練，例如制備阿司匹林的實驗操作，可將該實驗分解為組裝儀器、加入試劑、加熱回流、冷卻結晶、抽濾、洗滌干燥等單項操作（如圖5所示），教師可以指導學生先單獨對每個單項操作進行模擬訓練，待學生模擬訓練過關后，再將各單項操作串聯成一套程序化的操作系統，最后以制備阿司匹林為載體進行綜合訓練。

根據實驗人員的配置方式又可將訓練分為集中訓練和分組訓練。以教學“探究FeCl和 Na₂SO₃ 的反應是氧化還原還是水解”為例，表1是學生設計出的6種實驗方案，若集中全體學生實施這6個實驗，操作難度大且耗時長，技能培養效率低；若將學生分成6組，各組分別實施這6個實驗中的一個，在間歇時間內學生的大腦和肢體將能得到充分的沉淀、恢復，學生對技能的掌握將更深刻。

表1探究FeCl和 Na₂SO₃ 反應的實驗方案

（四）技能融入新情境，促進自動化階段技能形成

傳統實驗教學中，大多數教師只顧完成當下教學任務，忽視了實驗操作技能的鞏固和遷移應用，導致學生在新的實驗情境中無從下手。心理學家賈德提出的學習遷移理論認為，主體需將經驗組織為更具普遍性的認知結構，以便適應多樣化的情境。基于此，教師應指導學生將習得的實驗操作整合成為一個經驗系統，這個經驗系統里包含異常實驗現象分析、操作補救措施、實驗誤差調控、實驗方案改進、安全事故應急處理等技能，掌握這些技能的學生將能夠迅速應對突發狀況和解決各種新問題。要充實這個經驗系統，大量的操作練習必不可少，而更重要的是將掌握的操作技能遷移應用到不同的實驗場景中，完成不同的實驗任務，獲得不同的實驗操作經驗；反之，若只重復操練而不談應用，至多只能讓操作技能更加嫻熟，卻無法解決新情境中的新問題。

以“Fe（OH）制備實驗的改進”為例，為達到預期的實驗效果，教師可以引導學生從這些方面改進實驗：一是反過來將 FeSO₄ 加入 NaOH 中，并加熱溶液促進多余的 Fe²⁺ 水解，滴加、加熱操作簡便易行；二是利用Fe和稀硫酸生成的 H₂ 排盡裝置內的空氣，同時將 FeSO₄ 壓入NaOH中（如圖6所示），組裝儀器、控制止水夾的操作開始令部分學生疑惑；三是將酵母菌培養液置于玻璃套管的外管，利用酵母菌有氧呼吸消耗套管內的 O₂ ，待 O₂ 耗盡后，用注射器將FeSO4和NaOH 送入內管（如圖7所示），此時，儀器的加工和組裝、試劑的加入等操作難度極大，通過壓強的變化來判斷套管內的氧氣是否耗盡更具有挑戰性。成功實施以上改進實驗的方法表明，將Fe（OH）制備實驗的基本操作遷移應用到各種復雜的實驗情境，學生從中學到了改變試劑加入順序 ?H₂ 排氣排液、酵母菌培養液耗氧等新技能，并能再將它們整合成一個名為“制備 Fe（OH）₂ 的操作技能”的經驗系統，用于應對未來各種新問題和突發狀況。

圖6氫氣環境下制備Fe （OH）₂

圖7酵母菌呼吸下制備 Fe（OH）₂

實踐表明，沿著技能形成的認知主線，依據各階段技能的內容及特征采取相應的技能培養策略，能有效促進學生實驗操作技能的形成與提升。但教師在具體教學實施中還需注意：第一，在實施有關教學策略之前，應先充分研判學生的心智技能和動作技能處于哪個發展階段，再選擇合適的技能培養策略，并隨著技能的進步及時做出動態調整；第二，不能全盤否定傳統技能培養方法的價值，需結合具體情況靈活選用技能培養策略，一切以培養效果最優為重；第三，由于各階段技能之間相互銜接，所以各個培養策略絕不能孤立使用，而應當相互融合、相互協調，共同促進學生實驗操作技能的形成與發展。

本研究僅以高中化學實驗作為載體進行研究，然而，化學學科與物理、生物學等學科在本質上具有顯著的相似性，因此遵循技能形成規律來提高化學實驗操作技能的教學策略能否推廣應用于其他學科，也是一個值得深入研究的課題。此外，繼實驗操作技能的培養和提升之后，一套完善的技能評價體系亟待構建，以便對學生實驗技能的熟練程度、實驗操作的準確率、科學素養水平等進行客觀評價。

參考文獻

[1]教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見[EB/OL].（2019-11-20）[2025-06-23].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/201911/t20191128_409958.html.

[2]朱智賢.心理學大詞典[M].北京：北京師范大學出版社，1989.

[3]卓德武.淺析中學物理實驗操作技能及其培養[J].考試周刊，2011（78）：182-183.

[4]王素英，張靜，張鐵牛.試論化學實驗操作技能的層次結構及培訓[J].許昌師專學報，2000，19（5）：99.

注：本文系廣西教育科學“十四五”規劃2023年度電教裝備研究專項重點課題“中學理化生教師實驗操作技能‘六位一體化’培養與提升策略研究”（2023ZJY636）的研究成果。

（責編劉小璦）