在實驗教學中提升學生的理性思維能力

趙培龍

摘要：針對當下初中化學實驗教學普遍存在“規定實驗不能開齊開足”和“對實驗教學功能認識不足”兩種現象，從“對實驗原理和方法的理解”“全面分析實驗過程”“設計實驗探究方案”和“分析實驗數據誤差”四個方面，分別舉例闡述了提升學生理性思維能力的實踐與思考。

關鍵詞：實驗教學；實驗過程；理性思維

文章編號：1008—0546（2017）11—0083—03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.027

一、問題的提出

理性思維是一種有明確的思維方向，有充分的思維依據，能對事物或問題進行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維。理性思維是感性思維的飛躍，它反映事物的全體、本質和內部聯系，能力的養成需要后天刻苦的學習和訓練，其中自然科學的學習意義重大。化學作為一門以實驗為基礎的自然科學，實驗教學重在引導學生積極思考實驗中出現的現象和問題并從中發現新的化學知識。無論是演示實驗還是分組實驗，對學生而言都是為了解決新的課題，都經歷著思考問題、解決問題的思維過程。因此，化學教師應引導學生體驗“通過實驗發現知識”的過程，真正在實驗教學中提升學生的理性思維能力上下功夫。

二、實驗教學的現狀

當下初中化學實驗教學存有如下兩種現象：

1.學校對課程標準規定的實驗不能開齊開足

《義務教育化學課程標準（2011年版）》規定了8個基礎的學生實驗及若干演示實驗，倡導與建議能進行分組實驗的盡量進行分組實驗。但筆者調研訪談獲悉，許多學校因為試劑、儀器缺少或教學的時間緊等因素，沒有開齊開足規定的實驗。多數學校只做了“基礎實驗1氧氣的制取與性質”和“基礎實驗2二氧化碳的制取與性質”兩個基礎學生實驗，其他學生分組實驗被教師演示實驗所替代，甚至個別學校用“視頻播放實驗”或“黑板上講實驗”代替“做實驗”，然后把知識點羅列、抄寫在黑板上，學生對實驗知識進行背誦記憶。

2.教師對實驗教學的功能和價值認識不足

化學實驗在教學中的功能與價值究竟是什么，教材中設計或選擇這一實驗的目的是什么，這樣的問題教師很少思考b]。很多教師認為實驗教學的目的和作用就是讓學生能看到神奇、有趣的實驗現象，增強學生的注意力，提高學生學習化學的興趣。課堂上實驗教學過程演變為“教師演示實驗、學生描述現象、師生書寫化學方程式”三步曲，整個過程學生無需思考。

三、實驗教學實踐案例研究舉隅

“以實驗為基礎”是化學學科的特征之一，實驗既是教學的內容又是教學的手段，做實驗是獲得、形成化學知識和解決問題的一種重要途徑。實驗的正確操作必須建立在對實驗原理和實驗操作過程等充分理解的基礎上，從實驗目的的確定到實驗方案的設計，由選擇實驗所需裝置與儀器到實驗具體的實施過程等，其中的每一步都包含著深刻的化學原理，都有賴于理性思維的指導。因此，無論是何種形式的實驗，都應將實驗與思維相結合。在實驗的基礎上，發展學生的理性思維是初中化學課程的重要目標之一。

1.在對實驗原理和方法的理解中領悟理性思維

例1：義務教育化學教科書（滬教版）第1章“開啟化學之門”第2節“空氣中氧氣體積分數的測定”實驗教學片段如下：

【教師提問】做該實驗時如用①木炭；②硫粉；③鐵絲代替紅磷行不行？

【學生猜想】有些同學猜想①②③能，有些同學猜想①②不能，③能。

【分析驗證】同學們相互交流分析，測定氧氣體積分數的原理是利用某物質燃燒消耗氧氣且不能有新的氣體生成，這樣才能使容器內壓強降低引起水倒吸，進入容器內水的體積等于反應消耗氧氣的體積。所選擇的物質不能只從表象上看到能與氧氣反應就行。對于鐵絲能否代替紅磷，教師給出背景資料，鐵絲在空氣中不能燃燒，無法消耗氧氣。

【得出結論】用木炭、硫、鐵絲均不能代替。

【教師提問】如果用木炭代替紅磷，要使實驗成功又作何改進？

【分析驗證】要使實驗成功，需要預先在容器內盛放能吸收反應生成的二氧化碳氣體的物質（如NaOH溶液），這樣才能使容器內壓強降低。

化學實驗教學中，實驗設計原理是實驗教學的靈魂。在平時的課堂實驗教學中，教師就應注重培養、提高學生根據實驗課題理解實驗設計原理和方法的能力。讓學生在對實驗原理和方法的理解過程中，學會發現問題、分析問題并解決問題，從方法的角度去訓練化學實驗知識在學生頭腦中的構建過程，達到領悟理性思維能力的目的。

2.在全面分析實驗過程中訓練理性思維

例2：第5章“金屬的冶煉與應用”第2節“一氧化碳與氧化鐵的反應”實驗教學片段如下：

【教師提問】做該實驗時為什么要先通入一氧化碳再點燃酒精噴燈？當紅棕色粉末變成黑色時，為什么要先熄滅酒精噴燈，等玻璃管內物質冷卻后，再停止通入一氧化碳？先后操作順序顛倒行不行？

【學生猜想】有些同學猜想行，有些同學猜想不行。

【分析驗證】同學們相互交流分析，反應前，一氧化碳“早出”目的是為了將玻璃管內的空氣排出，防止混合氣加熱時發生爆炸。反應后，一氧化碳“晚歸”目的是防止石灰水倒吸，使玻璃管炸裂；也為了防止剛還原出來的鐵再次被氧化。

【得出結論】實驗操作順序不能顛倒。

【教師追問】實驗結束后，可不可以采取其它方法也能實現上述目的？

【得出結論】用彈簧夾分別夾緊玻璃管兩端的橡皮管，阻止空氣進入，從而達到防倒吸及防氧化的目的。

教學過程中，如果教師只要求學生按照既定的文本“照葫蘆畫瓢”，對實驗過程不做任何處理，直奔主題地做實驗、得結論，充其量培養了學生的實驗操作技能和實驗習慣，就失去了訓練學生思維的機會。實驗的具體操作過程并非按部就班式的機械操作，其中的理性思維始終居主導地位。實驗具體操作順序，觀察什么等都需要縝密思考、嚴謹分析，教師應對實驗裝置、步驟等實驗過程進行剖析，深度挖掘，進行有價值的追問，使學生產生認知沖突，將問題逐步引向深入進而有效訓練學生的理性思維。endprint

3.在設計實驗探究方案中發展理性思維

例3：第7章“應用廣泛的酸堿鹽”第2節“二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應”實驗教學片段如下：

【教師提問】我們知道用氫氧化鈣溶液來檢驗二氧化碳氣體，因為反應時會出現明顯的渾濁現象。可二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應了，卻沒有明顯現象，你能設計實驗證明它們之間確實反應了嗎？

【設計方案】學生在分組討論后交流各自實驗方案：

方案一：向收集滿C02氣體的礦泉水瓶中迅速倒人NaOH溶液，蓋上瓶蓋，礦泉水瓶會變癟。該方案設計的原理是從反應物狀態的變化引起氣壓的變化來證明的。

方案二：將CO₂通入NaOH溶液，向反應后的溶液中滴加稀鹽酸，會有氣泡產生。

方案三：將CO₂通入NaOH溶液，向反應后的溶液中滴加石灰水或氯化鈣溶液，會有白色沉淀生成。方案二和方案三是從檢驗產物Na₂CO₃來證明的。

方案四：向盛有NaOH溶液的試管中滴入幾滴酚酞試液（圖1），這時溶液顯紅色，再通入CO₂氣體，如果CO₂能與NaOH溶液反應，溶液會褪色。該方案是從檢驗反應物NaOH溶液來證明的。

【分析驗證】學生通過討論后分析認為方案四不行，因為Na2CO₃溶液也顯堿性，同樣會使酚酞試液變紅色。用實驗檢驗，演示方案四，酚酞試液沒有褪色，證明學生們思維分析結果正確。

初中化學中，有些化學反應實際發生了，但沒有明顯的現象（如某些酸和堿反應）。可以此為契機，讓學生設計實驗驗證反應的發生。設計方案要綜合考慮多種因素，實驗目的不同則使用的試劑就不同。通過對“無現象發生的反應”的實驗設計，有利于拓展學生思維的空間，提升思維的高度、寬度和深度，培養學生的發散思維能力，發展學生的理性思維。

4.在分析實驗數據誤差中升華理性思維

例4：第6章“溶解現象”第2節“配制一定溶質質量分數的氯化鈉溶液”實驗教學片段如下：

【教師提問】某班同學在實驗室完成“配制一定溶質質量分數的氯化鈉溶液”基礎實驗，實驗后，經檢測發現甲組的同學配制的溶液溶質質量分數偏小，而乙組的同學配制的溶質質量分數偏大了，結合實驗操作分析可能的原因有哪些？

【得出結論】導致溶質質量分數偏小的可能原因有：轉移固體時，有部分灑落在實驗桌上（導致溶質的質量偏小）；用量筒量取水時，仰視讀數；溶解的燒杯內本身有水珠，不干燥等（導致溶劑的質量偏大）。導致溶質質量分數偏大的可能原因有：砝碼生銹（導致稱取的溶質質量偏大）；用量筒量取水時，俯視讀數；向燒杯中傾倒水時，有水濺出等（導致溶劑的質量偏小）。

實驗活動是一個由感性認識上升到理性認識的過程，而誤差分析卻是一個由理性認識回到實踐的過程。通過誤差分析不僅深化了對溶質質量分數概念的理解，并形成了分析思路和方法。通過對誤差產生原因的討論，找出實驗操作或實驗設計中的缺陷，再進一步改進和完善實驗操作。這樣將實驗數據、概念原理及實驗操作有機地結合在了一起，使學生在分析實驗誤差過程中理性思維得到升華與深化。

美國教育家杜威說過：教學應該是一種過程的經歷，一種體驗，一種感悟。實驗教學是化學教學中重要的實踐活動，不僅是一種感性活動的過程，更重要的是一種理性思維的過程，本質上是理性思維的物化。化學教學過程中教師應重視實驗、做好實驗，提升學生的理性思維能力，發展學生的化學科學素養，凸顯化學實驗的教學價值。endprint