發(fā)展學(xué)生思維品質(zhì)的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

林耿輝

摘要：培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)思維品質(zhì)是發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力的突破口。在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過調(diào)控實(shí)驗(yàn)課堂結(jié)構(gòu)的密度、變換典型實(shí)驗(yàn)問題的角度、拓展學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的寬度、突破教材實(shí)驗(yàn)素材的限度、立足實(shí)驗(yàn)探究能力的高度等教學(xué)策略，能有效培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維的敏捷性、靈活性、批判性、深刻性和獨(dú)創(chuàng)性，從而發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn)；思維品質(zhì)；科學(xué)探究；教學(xué)策略

文章編號：1005–6629（2015）1–0062–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

新課程改革強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，這種能力在化學(xué)學(xué)習(xí)中體現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)探究能力，其核心是實(shí)驗(yàn)思維品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)思維品質(zhì)是學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的思維過程中逐步養(yǎng)成和發(fā)展的，是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中思維質(zhì)量的重要體現(xiàn)，同時(shí)也是衡量學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維發(fā)展水平的主要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)思維品質(zhì)主要包括：實(shí)驗(yàn)思維的敏捷性、靈活性、批判性、深刻性和獨(dú)創(chuàng)性。

心理學(xué)研究表明：思維及其品質(zhì)是可以通過訓(xùn)練得到培養(yǎng)和發(fā)展的。我國心理學(xué)專家林崇德教授認(rèn)為“培養(yǎng)思維品質(zhì)是發(fā)展智力和能力的突破口”[1]。化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維品質(zhì)的培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)探究能力的發(fā)展，具有其他化學(xué)教學(xué)內(nèi)容和形式所不能代替的特殊作用[2]。那么，初中化學(xué)教師應(yīng)該如何建構(gòu)有學(xué)科特色且充滿思維活力的實(shí)驗(yàn)課堂？如何讓學(xué)生的思維品質(zhì)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到真正的培養(yǎng)和發(fā)展？

1 調(diào)控實(shí)驗(yàn)課堂結(jié)構(gòu)的密度，培養(yǎng)學(xué)生思維的敏捷性

思維的敏捷性反映了思維過程的快慢程度。實(shí)驗(yàn)思維的敏捷性表現(xiàn)為在思維結(jié)果正確的基礎(chǔ)上，能運(yùn)用化學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)技能在最短的時(shí)間里設(shè)計(jì)出解決化學(xué)問題的實(shí)驗(yàn)方案，或在相同的時(shí)間里設(shè)計(jì)出最多的合理的實(shí)驗(yàn)方案。值得注意的是，敏捷的思維必須基于良好的思維狀態(tài)。因此，教師在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂中要時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的思維狀態(tài)，通過靈活調(diào)控實(shí)驗(yàn)時(shí)間跨度、實(shí)驗(yàn)知識容量、學(xué)生活動形式、實(shí)驗(yàn)思維任務(wù)等課堂環(huán)節(jié)，掌握實(shí)驗(yàn)課堂結(jié)構(gòu)的“密度”，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)思維任務(wù)，或在相同時(shí)間內(nèi)完成盡量多的實(shí)驗(yàn)思維任務(wù)，有效地訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維的敏捷性。

案例1 一場由“試管口”引發(fā)的實(shí)驗(yàn)思維競賽

試管是初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中最常見的基本儀器，它的應(yīng)用幾乎貫穿了整個(gè)實(shí)驗(yàn)知識體系。在“實(shí)驗(yàn)儀器和基本操作”的專題復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師通過展示試管口不同朝向（如圖1），引導(dǎo)學(xué)生思考：“當(dāng)試管應(yīng)用在不同的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中時(shí)，試管口的朝向各不相同，你能舉出一些具體例子嗎？”學(xué)生們各抒己見，教師給予及時(shí)點(diǎn)評，學(xué)生的思維狀態(tài)就在師生的課堂交流中逐步啟動。就在學(xué)生興趣盎然之時(shí)，教師不失時(shí)機(jī)地提出“誰能在指定時(shí)間內(nèi)組裝出最多的試管口朝向不同的實(shí)驗(yàn)裝置？”躍躍欲試的學(xué)生們在新的課堂主題引領(lǐng)下，開始實(shí)驗(yàn)思維的遷移訓(xùn)練——分組實(shí)驗(yàn)競賽活動。在學(xué)生展示活動成果階段，教師則以“在不同的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，試管口的朝向?yàn)槭裁锤鞑幌嗤俊钡膯栴}引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)提煉實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)，為學(xué)生迅速而準(zhǔn)確地解決實(shí)驗(yàn)問題奠定思維基礎(chǔ)。

2 變換典型實(shí)驗(yàn)問題的角度，訓(xùn)練學(xué)生思維的靈活性

思維的靈活性反映了思維過程的靈活程度。具備了這種靈活性的學(xué)生能從不同角度運(yùn)用不同的知識與方法思考和解決化學(xué)問題，并得到多樣化的思維結(jié)果。課堂上，學(xué)生能否迅速地引發(fā)聯(lián)想，建立聯(lián)系，能否進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，迅速地調(diào)整原有的思維過程，是訓(xùn)練學(xué)生思維靈活性的關(guān)鍵所在。換言之，聯(lián)想能力的強(qiáng)弱關(guān)系到思維的靈活程度。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以有意識地將典型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多角度的“變式”，有針對性地訓(xùn)練學(xué)生的聯(lián)想能力，進(jìn)而促使學(xué)生領(lǐng)悟知識間的縱橫聯(lián)系、加強(qiáng)演繹推理能力、豐富和發(fā)展自己的想象力，最終提高學(xué)生思維的靈活性。

2.1 以問題指引探究，訓(xùn)練正向聯(lián)想

正向聯(lián)想是有預(yù)定目的的，并以完成某項(xiàng)任務(wù)為方向的聯(lián)想。按問題所屬，執(zhí)因索果，沿著隸屬關(guān)系、因果關(guān)系的途徑探索方法，進(jìn)而推斷出問題的結(jié)論。

案例2 一次“試管版”氣體制取裝置的“展示會”

在案例1的基礎(chǔ)上，教師向?qū)W生巧妙地設(shè)置新的“疑惑點(diǎn)”，明確提問：“在你所組裝的實(shí)驗(yàn)裝置中，哪些適合于實(shí)驗(yàn)室制取氣體？”學(xué)生們以“氣體制取裝置”為方向，迅速展開正向聯(lián)想，回憶學(xué)過的制取氧氣、氫氣、二氧化碳等典型的氣體制取裝置，對不同的氣體制取裝置進(jìn)行研究，總結(jié)關(guān)鍵要素，進(jìn)而根據(jù)“反應(yīng)物狀態(tài)、反應(yīng)條件以及氣體的性質(zhì)等因素確定試管口的朝向，并從組合好的裝置中篩選或改裝適合制取氣體的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2）。

2.2 由結(jié)果領(lǐng)悟方法，訓(xùn)練逆向聯(lián)想

逆向思維也叫求異思維，是指和正向思維方向相反而又相互聯(lián)系的思維過程，即“倒著想”或“反其道而思之”。化學(xué)教學(xué)中往往對正向思維關(guān)注較多，長期的正向思維會影響逆向思維的建立。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生從問題的相反面進(jìn)行深入的探索。

案例3 一套試管簡易裝置的功能“開發(fā)”

如果把案例2中由“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹痹O(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)裝置”的思維方法看作正向思維，那么由“實(shí)驗(yàn)裝置”分析“裝置功能”則可視為逆向思維。在學(xué)生們展示完如圖2所示等實(shí)驗(yàn)裝置后，教師適時(shí)向?qū)W生展示了另一套裝置（圖3）并提問：“這套裝置能否代替上述的氣體收集裝置？”

此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生不要停留在該裝置的形態(tài)分析上，鼓勵(lì)學(xué)生自己動手將這套裝置連接到氣體發(fā)生裝置中進(jìn)行探究。學(xué)生在組裝過程中發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)管口的多種連接方法（圖4），進(jìn)而通過對各套實(shí)驗(yàn)裝置的探究驗(yàn)證，終于得出結(jié)論：該裝置具有多項(xiàng)功能，可以用來收集氣體，即向上排空氣法、向下排空氣法和排水集氣法，還有洗滌氣體的功能。

2.3 遷移實(shí)驗(yàn)情景，訓(xùn)練相類聯(lián)想

相類聯(lián)想，即從性質(zhì)接近、形狀相似的同類內(nèi)容入手。

案例3中，教師將相同的裝置（圖3）倒過來組合到氣體發(fā)生裝置中成為新的兩套氣體制取裝置（圖5），將其與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)裝置（圖4）放在一起，引導(dǎo)學(xué)生再次仔細(xì)對比導(dǎo)管的連接方式，通過探究得出對該裝置功能的新認(rèn)識。

上述的聯(lián)想方法是相互貫通、相互滲透的。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換問題情境和條件，因時(shí)制宜地對實(shí)驗(yàn)問題進(jìn)行“變式”、“類化”，以促進(jìn)學(xué)生思維靈活性的發(fā)展。

3 拓展學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的寬度，提高學(xué)生思維的批判性

傳統(tǒng)教學(xué)中，照本宣科多于討論研究，抑制了學(xué)生批判性思維的發(fā)展。所謂思維的批判性，就是思維活動中的獨(dú)立分析和批判程度。化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的批判性表現(xiàn)為：敢于質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)結(jié)果或有關(guān)結(jié)論的錯(cuò)誤；敢于改進(jìn)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的操作和裝置；敢于對實(shí)驗(yàn)思維過程或方法作出評價(jià)，并根據(jù)問題及時(shí)調(diào)整思維的過程和方法，善于對思維過程和結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)反思，并從中篩選最佳的方案。

案例4 一套“用試管制取氣體”實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化過程

在前例中，教師選取了如圖6方案1的實(shí)驗(yàn)裝置，讓一組學(xué)生向全班演示用雙氧水制取氧氣的實(shí)驗(yàn)。演示結(jié)束后，教師引導(dǎo)：“請同學(xué)們評價(jià)一下這套裝置用于制取氣體的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。”

學(xué)生回答：“該裝置優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，缺點(diǎn)是不便添加藥品和氣體收集。”

教師提問：“鑒于該裝置的缺點(diǎn)，你們能否將其進(jìn)行改進(jìn)？”

學(xué)生們經(jīng)過進(jìn)一步討論分析后，各小組紛紛展示其改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生展示1：“我們的方案（圖6方案2）不僅便于添加液體藥品和氣體收集，還能控制反應(yīng)速率。”

學(xué)生質(zhì)疑1：“該裝置收集到的氣體會混有空氣，不純凈。”

學(xué)生展示2：“我們的方案（圖6方案3）通過多功能裝置，采用排水集氣法即可避免空氣的混入。”

學(xué)生質(zhì)疑2：“雙氧水分解反應(yīng)后的水蒸氣也會混在收集的氣體中，該裝置收集到氣體仍會混有水分。”

學(xué)生展示3：“我們的方案（圖6方案4）通過使用干燥劑來解決水蒸氣的問題。”

……

上述實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化過程，實(shí)質(zhì)就是學(xué)生鍛煉和提高批判性思維的過程。拓展學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的思維寬度，并非是增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和學(xué)習(xí)難度，而是通過抓住要領(lǐng)、質(zhì)疑辨析、嚴(yán)格推斷等思維過程，找出已知知識與未知問題之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)思維結(jié)果的豐富和完善。

4 突破教材實(shí)驗(yàn)素材的限度，促進(jìn)學(xué)生思維的深刻性

思維的深刻性反映了思維的抽象程度和邏輯水平，以及思維活動的深度、廣度和難度。化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的深刻性是培養(yǎng)和發(fā)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維品質(zhì)的前提和基礎(chǔ)，也是學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析切實(shí)掌握有關(guān)知識的重要條件。

案例5 一個(gè)由“裝置氣密性檢查”衍變出的“化學(xué)多米諾實(shí)驗(yàn)”

檢查裝置的氣密性，常規(guī)的方法如教材介紹（圖7①），如果只靠機(jī)械背誦和記憶，難以深刻理解氣密性檢查的原理。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以通過增加輔助儀器（圖7②）、變換輔助儀器（圖7③）、改變裝置形態(tài)（圖7④）等方式呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)問題，使學(xué)生在思考和解決各種形式的化學(xué)問題中，真正掌握裝置氣密性檢查的原理：先讓裝置密封，再通過改變溫度達(dá)到產(chǎn)生壓強(qiáng)差的目的。

此外，教師還可通過“化學(xué)多米諾趣味實(shí)驗(yàn)”（圖8）幫助學(xué)生加深對壓強(qiáng)與實(shí)驗(yàn)裝置關(guān)系的認(rèn)識。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生思維的深刻性的培養(yǎng)和發(fā)展提供了良好的條件。教師應(yīng)該深入挖掘化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，在教學(xué)中積極引導(dǎo)學(xué)生思考，使學(xué)生通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)的“形”養(yǎng)成深刻的思維，以實(shí)現(xiàn)能力跨越的“實(shí)”。

5 立足實(shí)驗(yàn)探究能力的高度，發(fā)展學(xué)生思維的獨(dú)創(chuàng)性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的獨(dú)創(chuàng)性反映了思維活動的獨(dú)立創(chuàng)新程度，集中表現(xiàn)為善于獨(dú)立地提出新的實(shí)驗(yàn)問題，善于用新的方法、手段、方案解決實(shí)驗(yàn)問題。初中生的知識建構(gòu)水平相對較低，不可能脫離教師的指導(dǎo)獨(dú)立探究，但是獨(dú)創(chuàng)性思維必須從入門階段就開始有意識的培養(yǎng)，因此，教師有必要在向?qū)W生傳授各種實(shí)驗(yàn)方法、規(guī)范學(xué)生探究程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的具體情況給予針對性訓(xùn)練，實(shí)施誘導(dǎo)型探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在探究的過程中既扶又放，逐步培養(yǎng)學(xué)生的探究設(shè)計(jì)能力，促使學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性思維發(fā)展。

例如：根據(jù)前面五個(gè)案例，鼓勵(lì)學(xué)生自主探究新問題“試管在固體反應(yīng)體系是否也有各種不同的應(yīng)用呢”，或者“將木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)裝置中的試管口由略向下傾斜改為試管口朝上（圖9）是否可行呢”，或者“改裝后的裝置具有什么優(yōu)點(diǎn)”。

“木炭還原氧化銅”實(shí)驗(yàn)是教材中的典型反應(yīng)，但按照教材的操作方法，這一實(shí)驗(yàn)并不容易做成功。與其牽強(qiáng)地對學(xué)生解釋實(shí)驗(yàn)不成功的原因和“本應(yīng)該有而事實(shí)上卻沒看到的現(xiàn)象”，不如以此來設(shè)置問題，逐步引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地探究這些問題。在本例中，學(xué)生的思維定勢主要源于已學(xué)的“固固加熱”裝置中，試管口必須略向下傾斜，以防止冷凝水回流到熱的試管底部而使其炸裂，據(jù)此，改裝的“木炭還原氧化銅”裝置似乎是“不可行的”，但通過實(shí)際操作卻又能順利地觀察到明顯的現(xiàn)象，學(xué)生由此而產(chǎn)生認(rèn)知沖突，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)閷ρb置改裝后的優(yōu)點(diǎn)與注意事項(xiàng)等衍生問題的獨(dú)立思考，獲取更高層次的認(rèn)知，包括：直立式裝置比平臥式裝置能在較短時(shí)間內(nèi)獲得持續(xù)穩(wěn)定的高溫，反應(yīng)更快、現(xiàn)象更明顯；直立式裝置需要注意反應(yīng)物的混合與用量；實(shí)驗(yàn)前需必要的預(yù)熱操作等等。

更重要的是，學(xué)生在這類問題的剖析過程中，開始養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、獨(dú)立思考的習(xí)慣，不再唯課本而論，這不僅能使學(xué)生避免進(jìn)入思維定勢的誤區(qū)，更能完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，對優(yōu)化學(xué)生的探究思路和實(shí)驗(yàn)作風(fēng)，尤其是思維獨(dú)創(chuàng)性的發(fā)展大有幫助。正如美國心理學(xué)家哈佛大學(xué)教授布魯納所認(rèn)為：應(yīng)當(dāng)盡可能使學(xué)生牢固地掌握科學(xué)內(nèi)容，還應(yīng)當(dāng)盡可能使學(xué)生成為自主且自動的思想家，這樣的學(xué)生在正規(guī)學(xué)校的教育結(jié)束之后，將會獨(dú)立地向前邁進(jìn)。

6 結(jié)語

我國著名化學(xué)教育家戴安邦先生曾指出：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的形式，是化學(xué)學(xué)科素質(zhì)教育的有效組成部分。[3]”在教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)從思想上提高對化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的認(rèn)識，充分挖掘化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)有針對性地加強(qiáng)學(xué)生的思維訓(xùn)練，讓學(xué)生在積極的學(xué)習(xí)活動中提升思維品質(zhì)，完善思維結(jié)構(gòu)，最終內(nèi)化為科學(xué)素養(yǎng)。

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