“與腦兼容”理論下的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

林麗輝

[摘要]在化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有著重要的作用。在“與腦兼容”理論下，利用各種不同的實(shí)驗(yàn)方式，如課本實(shí)驗(yàn)、微型實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)等，可刺激學(xué)生的右腦，使學(xué)生感興趣，形成思維影像，從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使認(rèn)知與學(xué)習(xí)一體化。

[關(guān)鍵詞]與腦兼容；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；高中化學(xué)

[中圖分類號(hào)]G633.8 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2017）23-0065-02

“與腦兼容”一詞最先由Leslie A.Hart（1983）提出，他根據(jù)人腦如何處理外部信息的研究結(jié)果，來設(shè)計(jì)與人腦運(yùn)作模式相兼容的具有個(gè)性的學(xué)科課程與學(xué)科教學(xué)。著名科學(xué)家錢學(xué)森認(rèn)為：“教育工作的最終機(jī)理在于人腦的思想過程。”任何一種教育方式都必須通過人腦的活動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。利用腦活動(dòng)規(guī)律或腦科學(xué)知識(shí)來提高教育教學(xué)效果是必要的。

新加坡教育改革現(xiàn)行的一項(xiàng)重要舉措就是給孩子布置“專題研究”型作業(yè)，以考查學(xué)生的思考及實(shí)踐能力，記憶能力不再是考試的考查重心。同樣的，在化學(xué)課堂中，如果過分地強(qiáng)調(diào)對(duì)化學(xué)知識(shí)的記憶，容易使學(xué)習(xí)者煩躁，不能實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，甚至可能影響理解的發(fā)展，抑制腦的有效功能。實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，以其豐富的內(nèi)涵在化學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著獨(dú)特的功能和作用。化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生直觀地認(rèn)知事物，自然形成學(xué)習(xí)興趣，并通過有依據(jù)的邏輯推理，認(rèn)清事物本質(zhì)。本文要探討的是如何在“與腦兼容”理論的指導(dǎo)下，充分利用各類化學(xué)實(shí)驗(yàn)，有效開展高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、利用課本實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)感官，進(jìn)行思維訓(xùn)練

科學(xué)的核心是探究，科學(xué)探究的目的是解決問題，而解決問題在化學(xué)學(xué)科中最為常見的方式是利用課本實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)符合學(xué)生認(rèn)知水平的生成性問題，讓其更積極地參與學(xué)習(xí)，在一定程度上培養(yǎng)解決問題的能力。

比如，《化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化》的“活動(dòng)與探究”中的鹽橋?qū)嶒?yàn)，教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可多添加幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，多追問幾個(gè)問題，使學(xué)生對(duì)該原理了解得更透徹。先讓學(xué)生做一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，將鐵片和銅片平行插到硫酸溶液中，并由學(xué)生自行描述現(xiàn)象和結(jié)論：銅片無明顯現(xiàn)象，鐵片表面有大量氣泡產(chǎn)生，且部分溶解。這說明銅片與酸不反應(yīng)，鐵片與酸發(fā)生反應(yīng)：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂。教師繼續(xù)發(fā)問：“這是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，同學(xué)們從原理上想想Fe為什么會(huì)溶解？為什么會(huì)有氣泡生成？”學(xué)生答：“必然有失電子的還原劑和得電子的氧化劑，即還原劑：Fe-2e^-=Fe²⁺；氧化劑：2H⁺+2e^-=H₂。因此鐵變成離子溶解了，氫離子得電子轉(zhuǎn)為了氣體。”教師追問：“氫離子只要得到電子就能轉(zhuǎn)成氫氣，為什么不在溶液中的任何一個(gè)地方得到電子，而只在鐵的表面呢？”由此引導(dǎo)學(xué)生得出一個(gè)結(jié)論：鐵失去的電子只能留在鐵表面，而不能進(jìn)入到溶液中。這樣的連續(xù)追問，引發(fā)了學(xué)生連續(xù)思考并解決了一個(gè)不好理解的難點(diǎn)問題：電子不能進(jìn)到溶液中。

再讓學(xué)生做第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，將銅片和鐵片用導(dǎo)線連接起來再平行放到酸溶液中。學(xué)生很快就能從“鐵片繼續(xù)溶解，銅片表面冒氣泡”的現(xiàn)象得出一個(gè)結(jié)論：電子能通過導(dǎo)線轉(zhuǎn)移。

接著做第三個(gè)實(shí)驗(yàn)：接上檢流計(jì)發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)，但持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)。教師提出疑問：“這說明了什么問題？”學(xué)生答：“氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了電能，但轉(zhuǎn)化持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)。”教師追問：“反應(yīng)還在繼續(xù)，為什么化學(xué)能沒能持續(xù)轉(zhuǎn)化為電能？”然后指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中的探究實(shí)驗(yàn)1：測(cè)溫度，發(fā)現(xiàn)溫度升高。學(xué)生馬上反應(yīng)過來，其中部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。接著進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)2：在兩只燒杯中分別加入硫酸亞鐵溶液和稀硫酸溶液，將鹽橋插入到兩溶液中，再將鐵片放入硫酸亞鐵溶液中，銅片放人稀硫酸溶液中，用導(dǎo)線將兩個(gè)電極連接起來，中間接一個(gè)檢流計(jì)，同時(shí)測(cè)溶液的溫度。學(xué)生分析現(xiàn)象并得出結(jié)論：檢流計(jì)指針能持續(xù)偏轉(zhuǎn)一段時(shí)間，且溶液的溫度不再上升，說明鹽橋的使用使化學(xué)能轉(zhuǎn)成電能的轉(zhuǎn)化率提高了。

利用課本實(shí)驗(yàn)，及其變化實(shí)驗(yàn)，并連續(xù)提出問題，可引發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中邊動(dòng)手邊思考。建立知識(shí)的關(guān)聯(lián)性，符合腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)機(jī)制。腦與身體共同組成適應(yīng)外在環(huán)境與解決問題的有機(jī)體，以應(yīng)付不斷改變與挑戰(zhàn)的外在環(huán)境。

二、利用學(xué)生實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)情緒，促認(rèn)知學(xué)習(xí)一體化

人腦是三位一體的操作系統(tǒng)，在信息處理與形成反應(yīng)的過程中，情緒的作用具有特別的意義。學(xué)生親自做實(shí)驗(yàn)比由教師演示實(shí)驗(yàn)給學(xué)生留下的印象更深刻，這時(shí)學(xué)生由觀看者變?yōu)椴僮髡撸湫那橹?dòng)、態(tài)度之積極、思考問題之主動(dòng)都是顯而易見的。一般來說，對(duì)操作簡(jiǎn)單、費(fèi)時(shí)較短、安全可靠、不污染環(huán)境的演示實(shí)驗(yàn)都可以改成學(xué)生實(shí)驗(yàn)。例如，蛋白質(zhì)的變性、葡萄糖與新制氫氧化銅的反應(yīng)、淀粉的水解等實(shí)驗(yàn)可合在一起改成分組實(shí)驗(yàn)。在課堂上教師提出要求，及時(shí)給予學(xué)生幫助，讓學(xué)生通過做實(shí)驗(yàn)，逐漸掌握實(shí)驗(yàn)操作的要領(lǐng)及原理。在這樣的隨堂實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生逐漸學(xué)會(huì)了觀察、分析、歸納、總結(jié)及反思，同時(shí)實(shí)驗(yàn)的技巧和技能也得到了提高。

在課堂教學(xué)中關(guān)注人腦的生理結(jié)構(gòu)與運(yùn)作機(jī)制，讓學(xué)生興致盎然，產(chǎn)生積極的情緒，感受到化學(xué)這門學(xué)科的魅力，學(xué)生就會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)進(jìn)行探究。

三、利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和環(huán)保意識(shí)

人所面對(duì)的世界是一個(gè)充滿不確定性和不穩(wěn)定性的復(fù)雜世界，而人腦正是一個(gè)適應(yīng)這種復(fù)雜情境的復(fù)雜系統(tǒng)。因此課程教學(xué)應(yīng)該注重身、心、腦的結(jié)合。化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程帶給學(xué)生的正是這樣的結(jié)合，而微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是如此。微型實(shí)驗(yàn)的儀器較為簡(jiǎn)單，攜帶及操作方便，還可降低實(shí)驗(yàn)的污染性。

（1）微型實(shí)驗(yàn)一：氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。氯氣是一種有毒的氣體，教師為此感到頭痛，學(xué)生也因此害怕實(shí)驗(yàn)。我們可以把課本實(shí)驗(yàn)改成一個(gè)微型實(shí)驗(yàn)：在九孔點(diǎn)滴板中間放一黃豆粒大小的高錳酸鉀并滴加兩滴濃鹽酸；旁邊放置濕潤的淀粉碘化鉀試紙、濕潤的pH試紙、濕潤的品紅試紙、濕潤的粘有含酚酞的氫氧化鈉溶液的一小團(tuán)棉花；再在上方扣一個(gè)燒杯。這是一個(gè)操作簡(jiǎn)單、在學(xué)生課桌上就能完成的實(shí)驗(yàn)，能將氯氣溶于水后具有的強(qiáng)氧化性、酸性、漂白性的特點(diǎn)體現(xiàn)無疑。最后為防止氯氣剩余，可以用鑷子將粘有氫氧化鈉溶液的棉花放進(jìn)去，課后再進(jìn)行處理。這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程氯氣量少，幾乎聞不到刺激性氣味，解決了學(xué)生的心理問題和教師的后顧之憂。這不單單是實(shí)驗(yàn)藥品用量的減少，更體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手的能力。且此類實(shí)驗(yàn)經(jīng)常被編入高考題，比如2011年的上海高考題就有一個(gè)氯氣微型實(shí)驗(yàn)的考查題。

（2）微型實(shí)驗(yàn)二：《化學(xué)反應(yīng)原理》中的電解實(shí)驗(yàn)。筆者在上課時(shí)將其改為隨堂微型實(shí)驗(yàn)，利用九孔點(diǎn)滴板以及兩根2B鉛筆剖開的石墨棒進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)如下表格，讓學(xué)生邊做邊填寫，最后得出結(jié)論。

結(jié)論一：由1，2，3，4可以得出得電子能力：Cu²⁺>H⁺>Na⁺；失電子能力：Cl^->OH^->含氧酸根。

結(jié)論二：5，6，7，8都是電解水，但是6，7，8的速度比5快很多，說明水的導(dǎo)電性能較弱。此時(shí)筆者適當(dāng)?shù)靥嵝褜W(xué)生，工業(yè)上電解水時(shí)，經(jīng)常會(huì)加入一些電解質(zhì)以加快電解速度。這樣生動(dòng)直觀的微型實(shí)驗(yàn)，有效提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

四、利用生活物品進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)。體驗(yàn)獨(dú)特的學(xué)科魅力

課外實(shí)驗(yàn)物品可以自己收集，如：一次性筷子當(dāng)玻璃棒，一次性杯子當(dāng)燒杯，一次性針筒當(dāng)量筒，牛奶片的包裝當(dāng)點(diǎn)滴板，塑料眼藥水瓶當(dāng)?shù)喂埽〉V泉水瓶當(dāng)集氣瓶，等等。實(shí)驗(yàn)藥品：醋酸代替常見的酸，雞蛋殼代替碳酸鈣藥品，紅色的花、紫色的花可以當(dāng)酸堿指示劑。在高一下學(xué)期學(xué)習(xí)淀粉的性質(zhì)時(shí)，就可以在家中用碘酒來檢驗(yàn)地瓜中的淀粉、米湯中的淀粉、未成熟的蘋果中的淀粉等。學(xué)生感慨：身邊不起眼的物品，只要能物盡其用，變廢為寶，就能充分體現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的魅力。課外沒有時(shí)間的限定，沒有空間的限制，更沒有任務(wù)的煩惱。自由的空間和充裕的時(shí)間讓學(xué)生更容易投入其中，思維更容易活躍起來。

腦兼容論者向往真正理解的學(xué)習(xí)境界，所謂真正理解是指學(xué)習(xí)者同時(shí)獲得知性理解及建立個(gè)人的意義感。簡(jiǎn)而言之，學(xué)習(xí)者不只是掌握事實(shí)、原則、程序等要件，更在思考或?qū)嵺`過程中，產(chǎn)生一種心領(lǐng)神會(huì)、匯通頓悟、豁然開朗的深層且真正的理解。化學(xué)學(xué)科有著與眾不同的學(xué)科特點(diǎn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用可以使學(xué)生體驗(yàn)獨(dú)特的學(xué)科魅力。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)多種多樣，有課本本身的實(shí)驗(yàn)、課后學(xué)生自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)、微型實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)等。利用生活用品進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)這個(gè)學(xué)科感興趣，體驗(yàn)學(xué)科魅力，把潛在的學(xué)習(xí)能力轉(zhuǎn)化為真實(shí)的支配學(xué)習(xí)的能力，使大腦發(fā)揮最高的潛能。無論是哪種類型的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的每一次親自動(dòng)手，每一次的現(xiàn)象記錄，都能刺激右腦形成表象動(dòng)覺，形成記憶思維。

（特約編輯溫簡(jiǎn)）endprint