化學實驗興趣水平的層次與激發(fā)

吳晗清 劉聰 李世玉

摘 要 化學實驗學習興趣水平從低至高可以分為感官感知、實驗操作、科學探究與變革創(chuàng)新四個層次。結合已有研究和實踐調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學生的興趣水平主要集中在前兩種。實驗是化學教學的重要內(nèi)容和方法，教師應從實驗現(xiàn)象開始，通過感官刺激激發(fā)學生對現(xiàn)象本身的思考;緊密聯(lián)系生活實際，帶領學生改進完善實驗裝置，手腦并用拓寬學生的可操作范圍;注重科學探究興趣的培養(yǎng)，讓學生學會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;在探究的基礎上，培養(yǎng)學生敏銳的洞察力，進行變革性思考，培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新精神。

關鍵詞 化學教學 學習興趣 化學實驗

興趣就是人們在探索研究某種事物或是從事某種活動的過程中，所呈現(xiàn)出的迷戀意識傾向。學習興趣，是學習動機的核心部分，它的特點是在探索新事物的過程中伴有愉悅的情緒表現(xiàn)，并因此進一步深入學習[1]。愛因斯坦也認為：“興趣可激發(fā)人的創(chuàng)造熱情、好奇心和求知欲，由百折不撓的信念所支持的人的意志，比那些似乎是無敵的物質(zhì)力量有更強大的威力。”

雖然有研究表明大部分學生對化學學科感興趣，但是他們的興趣普遍停留在化學實驗現(xiàn)象層面。學生普遍動手能力較差，對于化學實驗沒有真正探索的渴望，只是為了好玩的學生居多[2]。然而實驗是化學學習的基礎，而且訪談學生也發(fā)現(xiàn)學生對于實驗操作的興趣最為強烈。學生能夠親手做實驗，直觀地觀察到神奇的化學變化最能夠激發(fā)學生興趣[3]。實驗操作是途徑，更重要的是科學探究與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。學生要想學好化學，達成學科核心素養(yǎng)，必須要超越直接的感官與操作，進一步培養(yǎng)科學探究的意識并且嘗試創(chuàng)新。可見，化學實驗興趣的感官感知、實驗操作、科學探究與變革創(chuàng)新四個維度環(huán)環(huán)相扣、步步提升。

一、感官感知層次的興趣與激發(fā)

感官是感受外界事物刺激的器官，如眼、耳、鼻、舌、身相應的感覺就是視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺等。感覺是知覺產(chǎn)生的基礎，心理學通常將感覺和知覺統(tǒng)稱為感知。古希臘哲學家亞里士多德認為知識起源于感覺，大腦借助于感官而感覺外界的客觀事物，強調(diào)感覺在認識過程中的地位和作用。經(jīng)驗主義哲學家都極力推崇感知經(jīng)驗的重要性，如洛克在《人類理解論》中指出，知識歸根到底都是來源于經(jīng)驗的。“在生活世界中，人通過對現(xiàn)實世界的直接感知獲得關于這個世界的知識，這種直接的知識逐步典型化，就形成了生活世界的觀念，這些觀念經(jīng)概念化和體系化，產(chǎn)生科學理論”。[4]在教學實踐中，讓孩子從直觀感知開始學習活動是毋庸置疑的。夸美紐斯認為知識的開端永遠必須來自感官，強調(diào)“在可能的范圍內(nèi)，一切事物都應該盡量地放到感官跟前”[5]。

在化學教學中，感官的作用體現(xiàn)在直接認識物質(zhì)及其變化。學生通過眼睛可以觀察到物質(zhì)的形態(tài)和外觀，通過不同的感官可以全方位感受化學反應中物質(zhì)的各種變化等。化學學習過程經(jīng)歷由易到難的四個重要階段：實驗現(xiàn)象、概念和原理、問題解決以及創(chuàng)造性地提出新問題或新觀點，并以此構建了感官感知、認知建構、認知重組和頓悟的四級學習機制模型[6]。強調(diào)啟動學習機制的首要條件是學生動手、動腦做實驗，多感官感知豐富多變的化學實驗。

案例1：“可樂”怎么變成了“雪碧”？

老師帶來一瓶“可口可樂”，學生看見“可口可樂”在老師手中不斷搖晃竟然變成了無色透明的“雪碧”大為驚奇。老師引領學生分析，解密這瓶“可口可樂”是將碘片溶于酒精再加蒸餾水稀釋自制的深褐色液體。繼續(xù)探討“可樂”變“雪碧”的奧秘則是可口可樂瓶蓋內(nèi)的大蘇打粉末——Na2S2O3。當可樂瓶搖晃時，Na2S2O3溶于“可樂”，并經(jīng)過化學反應，將深褐色的“可樂”變成了無色透明的“雪碧”。實驗的核心也就是這個奧秘的原理——I2單質(zhì)的氧化還原反應，也就愉快而順利地被同學們掌握。學生經(jīng)過視覺的沖擊，學習反應原理的時候也更加有積極性，再經(jīng)過自己動手再現(xiàn)“可樂”變“雪碧”的過程，感受到化學變化的神奇之處。

二、實驗操作層次的興趣與激發(fā)

布魯姆將教育目標分為認知、情感及操作等三個維度。杜威認為，人們應當“從做事里面求學問”，對“一切操縱、建造、積極的行動和制作的沖動給予運用和滿足的機會”，在做的過程中發(fā)現(xiàn)和發(fā)展自己，強調(diào)“做中學”。蘇霍姆林斯基也指出，“兒童的智慧在他的手指尖上”。而實驗操作，正是強調(diào)手腦并用，強調(diào)從做中學。所以，對于化學學習來說，強調(diào)親身操作是十分有必要的。

基礎的化學實驗操作包括藥品的取用、物質(zhì)的加熱、物質(zhì)的稱量、儀器的連接組裝和洗滌，正確的實驗操作是順利進行化學實驗的基礎。在化學課堂上，教師應盡可能為學生創(chuàng)造動手實驗的機會。但現(xiàn)實中往往囿于設備、藥品，課時限制等原因，學生缺乏在實驗室親自動手做實驗的機會。為此，教師需要緊密聯(lián)系生活實際，可以利用生活中的用具設計實驗，突破化學實驗設備不足的障礙，手腦并用拓寬學生的可操作范圍，讓更多的學生體驗化學實驗中親自動手的樂趣。

案例2：鐵粉與水蒸氣反應的實驗裝置改進

教師帶領同學們按照教材上的步驟進行了Fe粉與水蒸氣反應的實驗。實驗結束后，發(fā)現(xiàn)有些小組的實驗并沒有成功。在教師的引導下，學生總結失敗的原因如下：①用酒精噴燈加熱，很容易使玻璃管變形，導致軟化、變形，甚至破裂;②通過觀察反應后物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，分散在石棉絨上的大量Fe粉，實際上未發(fā)生反應;③燒瓶里產(chǎn)生的水蒸氣冷凝聚成液體聚集在高溫玻璃管中，導致玻璃管破裂。除此之外，還有學生質(zhì)疑了干燥管的作用，認為在大量的水蒸氣下，干燥管的作用有限，并且提出了無法判斷H2是否生成與不知生成含量的多少。于是師生對原實驗裝置一步步進行改進，改進后如圖1。同學們發(fā)現(xiàn)裝置優(yōu)化后，操作的難度降低，消除了水蒸氣聚積使玻璃管破裂的風險，提高了實驗的安全性，實驗的成功率也明顯提高了，并且改用排水法收集H2，氣體純度大大提高。利用合理的實驗操作，很好地回應了前面的各種質(zhì)疑。從而為進一步培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，奠定了重要的基礎。

三、科學探究層次的興趣與激發(fā)

科學探究，就是師生在學習情境中通過觀察或閱讀發(fā)現(xiàn)問題，再搜集證據(jù)，進而形成解釋的學習范式。它強調(diào)用科學的方法，對問題情境進行的探索。在杜威的經(jīng)驗主義哲學觀點中，認為經(jīng)驗是以規(guī)劃未來、探求未知的領域、與未來相聯(lián)系為其明顯特征的[7]。他強調(diào)科學探究是“一種有控制的或有方向的把一個不明確的情境轉化為明確情境的轉化行動。它把原初情境里存在區(qū)別但有內(nèi)在聯(lián)系的要素統(tǒng)一為一個完整的整體”。[8]

科學教育領域一直都在強調(diào)科學探究這一重要命題。美國《國家科學教育標準》中強調(diào)了科學探究既是科學家研究自然界的途徑之一，也是學生獲得知識和領悟科學的思想觀念及科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。我國《普通高中化學課程標準（2017版）》提出化學學科核心素養(yǎng)，其中之一就是科學探究與創(chuàng)新意識。明確指出，學生應能夠認識科學探究是進行科學解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應用的科學實踐活動，并且在化學教學中，可以利用科學探究實驗來進行問題解決能力的培養(yǎng)。

案例3：探究蔗糖燃燒的催化劑

教學情境：學生將一塊方糖放在酒精燈火焰上灼燒，驚奇的發(fā)現(xiàn)，方糖先是熔化，然后碳化，但是始終不會燃燒。另一塊方糖放在酒精燈火焰上灼燒卻神奇的燃燒起來了。學生思考發(fā)現(xiàn)，另一塊方糖在實驗前不小心沾到了少許香灰。“方糖是新買的，不存在變質(zhì)問題。那么，香灰在蔗糖燃燒中起到的作用是什么呢？”于是，在情境中生成問題：“蔗糖燃燒是不是需要催化劑？有哪些物質(zhì)可以做蔗糖燃燒的催化劑。”學生在課堂上順理成章的開展了蔗糖燃燒的催化劑的科學探究，不僅探究了各種灰燼對蔗糖燃燒的影響，還探究了各種純化學試劑對蔗糖燃燒實驗的作用，例如Na2CO3、KHCO3、K2CO3、CuO、CaO等。在探究中發(fā)現(xiàn)并不是所有的物質(zhì)都能做催化劑，并且催化劑是的作用是有快有慢的。這一過程，學生不僅習得了學科知識如催化劑的性質(zhì)，更重要的是問題意識、探究意識、實驗能力等方面的發(fā)展。

四、變革創(chuàng)新層次的興趣與激發(fā)

變革，出自《禮記·大傳》“立權度量，考文章、改正朔、易服色、殊徽號、異器械、別衣服，此其所得與民變革者也。”變革，即改變舊的、不合理的部分，使其更合理完善。美國社會心理學家多伊奇認為變革的力量是當今世界惟一最巨大的力量，沒有變革就沒有進步。而創(chuàng)新，是在變革的基礎之上，是以新思維、新發(fā)明和新描述為特征的一種概念化過程，指向新事物的創(chuàng)生。從馬克思主義哲學的觀點出發(fā)，創(chuàng)新是一種人的創(chuàng)造性實踐行為，是對物質(zhì)世界矛盾的利用和再創(chuàng)造。所以，發(fā)現(xiàn)問題是創(chuàng)新的前提，實踐是創(chuàng)新的根本所在。

在化學教學中，教師不能禁錮學生的思維，要有意識地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新興趣。創(chuàng)新是積累的，不是一蹴而就的。正如陶行知先生所說“天天是創(chuàng)造之時，處處是創(chuàng)造之地，人人是創(chuàng)造之人”。因此教師不能扼殺、壓制學生天性中存在的創(chuàng)新萌芽，在教學過程中要創(chuàng)設寬松民主的教學環(huán)境，讓學生能充分表達自己的新發(fā)現(xiàn)、新想法、新觀點。如此，民主的氛圍能夠發(fā)揚光大，學生創(chuàng)新熱情得到強化，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力就不是一句空話。更重要的是，激勵學生創(chuàng)新，不僅學生得到成長，還能達成教學相長的理想境地。

案例4：電解氯化銅溶液之后，為何電解液會變黑？

情境：學生在實驗室里進行電解CuCl2溶液的實驗，發(fā)現(xiàn)在U型管的陰極附近，溶液逐漸呈現(xiàn)黑色，并且有黑色物質(zhì)不斷擴散。電解液為何會變黑呢？

學生假設：假設1：溶液電解后pH增大，產(chǎn)生的Cu（OH）2分解后生成了CuO，導致電解液變黑。假設2：參考銀鏡反應實驗中的溶液也變成黑色是因為未能吸附在試管壁的Ag粉末造成的案例，推測電解CuCl2溶液之后Cu未能吸附在陰極，導致電解液變黑。假設3：電解液濃度和電解液性質(zhì)會影響黑色的物質(zhì)的產(chǎn)生。

方案設計：針對假設1的實驗方案：分別向電解前溶液與變黑后的溶液中滴加鹽酸，發(fā)現(xiàn)前者無變化后者溶液仍然呈黑色。CuO能溶于鹽酸，若滴加鹽酸溶液顏色應能恢復到原來狀態(tài)，說明黑色物質(zhì)不是CuO。再經(jīng)過較長時間的電解，發(fā)現(xiàn)U型管陽極處出現(xiàn)藍色沉淀，可見，Cu（OH）2不能在陰極產(chǎn)生。因此假設1不正確。針對假設2的實驗方案：分別向電解前溶液與黑色溶液中滴加濃HNO3再加熱，發(fā)現(xiàn)前者無變化后者試管溶液上部有紅棕色氣體產(chǎn)生。Cu不溶于稀鹽酸但能溶于稀HNO3，加入稀鹽酸無明顯現(xiàn)象而加入稀HNO3之后產(chǎn)生了紅棕色氣體，說明假設2正確。針對假設3的實驗方案：將電解液稀釋后再電解，發(fā)現(xiàn)電解液不再變黑。將電解質(zhì)溶液用Cu（NO3）2溶液代替，再進行電解，發(fā)現(xiàn)電解液也不再變黑，說明假設3正確。

實驗結論：電解CuCl2溶液之后，生成的Cu未吸附在陰極，導致陰極附近溶液變黑，黑色物質(zhì)的產(chǎn)生與電解液濃度和電解液性質(zhì)有關。教師需要指出的是，陰極附近產(chǎn)生的黑色物質(zhì)是由Cu導致但并非是Cu，而是Cu與溶液反應生成的其他物質(zhì)。偉大的創(chuàng)造來自于平時對于化學實驗教學中的異常現(xiàn)象，教師不僅不能一帶而過，而且要積極引導學生去關注和探究，培養(yǎng)學生的問題意識、探究能力和創(chuàng)新精神，同時促進自身的專業(yè)發(fā)展。

參考文獻

[1] 陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，2005：134.

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[3] 朱華光，呂琳，吳星.中學生化學學習動機和興趣的最新報告[J].

中學化學教學參考，2001（10）：17-20.

[4] 裴娣娜.現(xiàn)代教學論（第一卷）[M].北京：人民教育出版社，2005：223.

[5] 夸美紐斯.大教學論[M].北京人民教育出版社，1985：156-157.

[6] 吳晗清.化學學習機制模型的建構及其檢驗[J].現(xiàn)代中小學教育，2014，30（03）：40-44.

[7] 杜威.民主主義與教育[M].王承緒，譯.北京：人民教育出版社，1999：30，41.

[8] John Dewey.Logic：the theory of inquiry [M].New York：Henry Holt And Company，1938：104-105.

[作者：吳晗清（1981-），男，安徽宿松人，首都師范大學教師教育學院，副教授（教授崗），北京師范大學教育學部，兼職教授，教育學博士，心理學博士后;劉聰（1997-），女，江西吉安人，首都師范大學教育學院，碩士生;李世玉（1995-），女，貴州甕安人，首都師范大學化學教育研究所，碩士生。]

【責任編輯 郭振玲】