在化學實驗中培育學生的探究精神

張克龍

摘要 理解實驗探究精神的本義要求學生從“玩化學”的角度接納化學實驗，培養實驗探究精神的原態思維要求釋放學生的創造潛力，發展實驗探究精神的核心學力要求學生形成研究問題的學術思路，建構實驗探究精神的生活趣理則是化學科學社會價值的延伸，圍繞這四個方面層層遞進、環環相扣地設計化學實驗探究教學，能更好培育學生的探究精神。

關鍵詞 探究精神 原態思維 核心學力 生活趣理

化學實驗探究精神是指在科學認識論的指導下，以實驗為手段學習化學知識的具有穩定、持久的心智活動和情緒狀態。筆者結合自己的教學經驗，對實驗探究精神進行解讀和培育，使之成為學生修習化學的物化媒介，真正通過化學實驗探究培育學生的探究精神。

一、在化學實驗中解讀探究精神的本義

化學科學誕生于人們的生產生活實踐，“點石成金”“長生不老”的訴求反映了人類追求健康和財富的天性，這也是化學科學發展的社會心理原動力，歐洲煉金術和中國煉丹術因而推動化學知識和實驗技術的傳播?；瘜W實驗是人類追求真理、改造自然的天性行為，經歷了從散亂到控制、從粗糙到精確、從低級到高級的文化變遷。

[課例1]講授蘇教版《化學1》“氯氣生產原理”，很多教師先講授氯氣工業制法，然后過渡：“好，下面我們學習氯氣的實驗室制法。”而筆者講完氯氣的工業制法后提了兩個問題：①電解食鹽水能否用于實驗室制氯氣？②1774年瑞典化學家舍勒在實驗室能否用電解食鹽水制氯氣？學生議論紛紛，師生討論后形成共識：現代氯堿工業是為了獲得重要化工原料C12和NaOH，當然可以用于實驗室制少量C12；在沒有電的背景下（1774年人類還沒有發電機，1831年法拉第制造第一臺發電機標志進入電時代），人們只能試探性地用化學物質氧化含氯物質制氯氣。這兩個問題啟發學生從社會技術條件辨析工業生產和實驗室制備物質的區別，這使單純的知識教學充滿厚重的歷史味。

后續評說再介紹：大氣、海洋、土壤是生活中最常見事物，它們也是化學家最早“玩”的對象，化學家玩“土（礦物）”產生了水煮、酸浸、堿熔、研磨、焙燒、過濾等實驗操作，還發現了許多新的物質性質；舍勒就把他家附近礦石（軟錳礦）和鹽酸放在一起煮出“黃綠色氣體”（當時稱之為海酸減燃素或氧化鹽酸）；戴維則利用電解裝置證明氯元素（氯單質），氯氣的無意識制備和有目的確認過程推動了元素和化合物概念的發展。

化學實驗探究精神的本義就是“玩”東西，這種觀點令學生感到親切而欣喜，學生會想：“我可以玩身邊什么東西，會發現什么？”“玩中學”對學生產生有意味的“文化影響”，有助于學生形成正確的化學史觀——化學學科是一種人類努力，其所扮演的角色和化學觀念是隨時間而發展的，是以解決社會生活問題為己任而產生的。理性的實驗探究技術被賦予社會共同文化內涵，凸顯了人的個性精神，這種實驗觀將深刻影響學生的認知行為。

二、在化學實驗中培養探究精神的原態思維

培育化學實驗探究精神應大力培養學生的原態思維。原態思維是指在沒有外界植入觀點的影響下，人們思考問題的最初方向和原始軌跡，原態思維是最具個性創造力和價值的思維形態，是衡量個體探究精神的重要指標。

[課例2]蘇教版《有機化學基礎》專題四第一單元介紹鹵代烴的取代反應，教材直接安排“溴丙烷與KOH的水溶液反應”的實驗，理論依據是伯鹵代烴與堿的水溶液發生SN2反應，演示難度不大，但顯得突兀而生硬。學生心中有疑惑：怎么就想到做這個實驗？教師可這樣組織教學，師問：“丙烷能與水反應嗎？為什么？”生答：“不能，因烷烴性質穩定。”師補充信息：“碳和氫的電負性差別小，C-C鍵、C-H鍵能相差不大，烷烴分子中電子分布均勻，不易與酸堿氧化劑反應；當H原子被Br取代后，C-Br鍵極性增強，外加試劑影響C-Br斷鍵生成Br-，你想找什么試劑破壞C-Br鍵？如何檢驗Br-？學生議論紛紛：“常見試劑有水、酸、堿，用它們試試？用硝酸、硝酸銀檢驗Br-?！庇谑菍W生有了如下探究：

實驗①取lmLl一溴丙烷于試管，加入2mLH20振蕩，取半滴管水層液加硝酸酸化的硝酸銀，無現象。結論：H20分子不能破壞C-Br鍵。

實驗②取lmLl一溴丙烷于試管，加入2mL20%KOH振蕩，取半滴管水層液，加入硝酸銀，有棕褐色沉淀生成。結論：生成Ag20沉淀，KOH不能破壞C-Br鍵。

實驗③取lmLl一溴丙烷于試管，加入2mL20%KOH振蕩，取半滴管水層液，加入足量稀硝酸和硝酸銀，有淡黃色沉淀！結論：KOH破壞C-Br鍵，生成Br-！

實驗④向實驗②棕褐色的物質再加入足量的稀硝酸，黑色消失，可見淡黃色沉淀。結論：KOH破壞C-Br鍵，生成Br-；說明Ag20能與稀硝酸反應。

師再問：“如何增加AgBr的量使現象更明顯？”學生想到加熱，但1-溴丙烷易揮發（沸點），有學生想到用水浴加熱控制溫度（低于1-溴丙烷沸點72℃），再接冷凝管平衡氣壓防揮發。

師追問：如何從斷鍵部位理解1一溴丙烷生成Br-，鹵代烴水解反應實質是什么？

學生總結鹵代烴水解反應實質（負性基團取代Br-），書寫出新方程式：CH3CH3Br+NaCN-；CH3I+CH3COONa-*，完成“結構決定性質”的意義建構。

培養實驗探究精神的原態思維要解放學生思想，鼓勵學生敢想、會想、敢批判、會反思，眼界開放程度越大，思維碰撞得越劇烈，知識理解就越透徹。上述實驗探究過程豐富學生認知：H20中c（OH-）很小，不能與1一溴丙烷發生取代，用KOH試劑、水浴加熱加快反應速率；③④實驗說明用水解法檢驗鹵代烴的鹵元素，稀硝酸最好先加，也可后加，但不能不加；改進的實驗裝置更嚴密更環保，這些認知高于教材觀點。

培養實驗探究精神的原態思維要引導學生嘗試像科學家一樣思考：為什么想這個問題？怎么想到這個問題？如何解釋反?，F象？怎樣優化實驗裝置？學生用原態思維分析問題，用接近科學本質的學習心理重演知識的“動態”進化史，實現從被動接受到主動探究的精神嬗變，有利于學習素養的提高和創造精神的形成。

三、在化學實驗中發展探究精神的核心學力

隸屬于自然學科群的化學科學承擔培養學力的職責。培育化學實驗探究精神應該提高學生的核心學習能力，其一般步驟為：發現問題-文獻調研-設計方案-解決問題。

[課例3]如何制備白色Fe（OH）：一直是教學的難點，它的教學價值很大，筆者在一次化學興趣活動課中，引導學生進行探究。

[發現問題]學生取新配制的1mol/LFeS04和Imol/LNaOH混合，立即出現灰綠色沉淀，久置變成紅褐色。教師提示，制備Fe（OH）：的要點是排除溶解氧，防止Fe2～被氧化，學生重新用煮沸蒸餾水新配制NaOH溶液，用過量鐵粉與稀硫酸反應制備FeS04，采取圖1裝置反應，仍然得到灰綠色沉淀。

[文獻調研]學生通過查閱文獻，互相討論，演示圖2、圖3裝置發現：圖2很難將A中的溶液壓入B中反應，實驗操作失敗；圖3電解時間長還是出現了灰綠色沉淀。

[設計方案]學生很疑惑，圖1、圖2、圖3都是制備Fe（OH）2的經典裝置，為何實驗還是失敗？實驗中一定生成了Fe（OH）2，溶液中的氧氣含量不多，Fe（OH）2不可能迅速、全部被氧化，它去哪兒了？一個學過美術的同學提出新想法，灰綠色沉淀可能含有Fe（OH）2，白色被掩蔽了？于是學生將圖1灰綠色沉淀傾析出，置于50℃水浴加熱，灰綠色沉淀竟然變成白色沉淀！驚喜之余，師生討論認為，氫氧化亞鐵在溶液里形成膠體，膠粒表面積巨大，吸附Fe2+呈灰綠色，加熱Fe（OH）2膠體吸附能力減弱釋放Fe2+顯示白色。若此推理成立，那么減少Fe2+能生成白色Fe（OH）2。學生采取圖1裝置，向新配制5ml、4mol/LNaOH溶液加入2mL、lmol/LFeSO4溶液，果然得到白色沉淀。

[解決問題]NaOH過量，用常規儀器“滴管加試管”就可成功制白色Fe（OH）2。

發展實驗探究精神的核心學力要培養學生改變認知的精神，改變從批判開始，批判在實踐中完善，學生實踐發現經典制備Fe（OH）2裝置的缺點，依靠收斂思維改變研究方向——尋找Fe（OH）2，實驗輕易成功。學生又發揮發散思維的魅力，設計制備Fe（H）2的簡單方法，解決困擾教學已久的疑難。

發展實驗探究精神的核心學力要培養學生形成科學研究的方式：做做實驗，看看實驗能否成功？調研文獻，學學別人是如何研究的？改變方向，查查實驗癥結在哪里？分享觀點，聽聽同伴有何建議？這種研究事物的核心能力一旦形成，將使學生分析問題具有歷史的厚重感和現實的變革性，發現解決問題的新思路。

四、在化學實驗中建構探究精神的生活趣理

化學實驗探究教學可采用模型建構的思路，指導學生應用化學視角和實驗手段分析生活問題，挖掘出有情趣的生活現象背后蘊含的化學知識，為社會的和諧發展和人的健康生活提供科學證據和決策依據，這是培育實驗探究精神的生活維度。

[課例4]筆者曾開設公開課“吃菠菜補鐵，這是真的嗎”，展示化學科學的生活之美。

[問題引入]動畫片《大力水手》中大力水手吃菠菜補充力氣，百姓餐桌中流傳是菠菜補鐵，這是真的嗎？

[片段一：如何檢測菠菜中的鐵元素？]學生設計方案，分組實驗。

（1）水煮檢驗法：實驗發現，加水煮沸菠菜，取濾液檢驗Fe2～失敗，原因可能是新鮮菠菜中含有大量葉綠素等，加熱煮沸對有機色素破壞不徹底，有色物質影響實驗現象。

（2）灼燒檢驗法：實驗發現，灼燒菠菜，將灰燼溶于水煮沸，取濾液檢驗Fe2+，現象稍好于水煮沸法，原因可能是高溫灼燒能破壞菠菜中的有機物，但Fe2+浸出率不高。

（3）灼燒一酸浸檢驗法：學生檢索文獻發現，菠菜中鐵元素是以草酸亞鐵存在，草酸亞鐵的溶解度是0.022g/100g，于是再做實驗。稱取30g晾曬菠菜，灼燒成灰燼，用25mL2mol/L的稀硫酸浸泡灰燼，加熱煮沸1分鐘，取2mL無色濾液加入1滴管6%H202、5滴KSCN溶液，溶液顯紅色！結論：灼燒一酸浸法是菠菜中鐵元素的理想方法。

[片段二：如何測定菠菜鐵元素含量？]

學生設計實驗方案：向處理液中加足量NaOH，測Fe（OH）：質量？向處理液中加足量NaOH，過濾灼燒，測Fe2O3質量？用滴定法、比色法測定鐵含量？學生測定發現，只有精確度高的滴定法、比色法較合理，測出100g菠菜含鐵元素約2mg，與文獻介紹的數值相近。

[片段三：如何科學食用菠菜補鐵？]

成人需要鐵元素20mg/天，100g菠菜含鐵元素是2mg，人體對鐵的吸收率0.05，計算成人一天需吃50斤菠菜才能足夠補鐵！醫生建議：菠菜中含有豐富營養物質，含鐵質對缺鐵性貧血有治療作用，但菠菜中草酸含量高，一次食用不宜過多，腎結石患者不宜多食。

[片段四：生活問題“化學化”模型建構]

師生建構“生活問題”的化學分析模型：發現生活問題-分析物質形態-預測物質性質-處理材質（焙燒、酸浸、堿熔）-檢測元素含量-鞏固化學思想、建構健康生活觀。

提高學生的“生存能力”是學科教學的終極目標。建構“實驗探究”精神的生活趣理要求能夠學以致用、學能善用：“從生活走進化學”要求實驗探究教學善于發現生活中的有趣現象，用化學知識和實驗手段分析問題，鞏固學科知識；“從課堂走向社會”要求實驗探究教學應用化學學科知識指導社會實踐，提高生活能力；生活與化學有機融合，充分體現實驗探究教學的“有趣、有理”的特點。

基于培育化學實驗探究精神的教學是從文化傳承、科學探究和生活素養的云端設計課堂，所以我們會收獲更持久的學科教學價值、更深遠的學科審美價值，也會培養出更多的既有人文情懷，又有科學素養，還有生活理趣的社會公民。

[責任編輯 郭振玲]