高中視角下初中化學實驗教學對學生高階思維的培養(yǎng)

祖丕繆

摘 要：化學實驗可以幫助學生獲取直觀信息、認識和理解化學反應(yīng)規(guī)律、形成化學概念、鞏固和運用化學知識，化學教師應(yīng)通過分析實驗的核心活動經(jīng)驗及核心思想、設(shè)計思維活動、開展實驗創(chuàng)新提高學生能力和培養(yǎng)高階思維。

關(guān)鍵詞：實驗;高階思維;培養(yǎng)

戴安邦先生說過：“化學實驗教學是實施全面化學教育的一種最有效的形式。”課程標準指出：學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，化學學科核心素養(yǎng)的一個維度是“科學探究與創(chuàng)新意識”。化學教師應(yīng)結(jié)合教材中的實驗，進行必要的實驗方法提升和高階思維培養(yǎng)，提高學生學習實驗的效果，實現(xiàn)從化學實驗基礎(chǔ)知識向?qū)W科高階思維的跨越。

一、化學實驗教學的分析

（一）教師在實驗教學中的“重”和“輕”

受考試評價等因素影響，教師在教學中可能存在以下現(xiàn)象：重理論輕實驗;重學生紙筆實驗，輕學生動手做實驗;重教材演示實驗，輕學生自主探究實驗;重實驗操作的規(guī)范性和結(jié)果的正確性，輕實驗觀察、記錄、分析、評價等方法和高階思維的培養(yǎng)。

（二）高一新生化學實驗?zāi)芰ΜF(xiàn)狀

實驗安全意識較差，實驗基本操作不規(guī)范，缺乏及時觀察記錄實驗現(xiàn)象并進行分析的實驗習慣，少有通過基礎(chǔ)實驗形成實驗方法的高階思維。

（三）部分高中化學實驗分析

高中化學教師應(yīng)引導(dǎo)學生在初中化學實驗基礎(chǔ)上，進一步理解化學學科與科學探究的本質(zhì)和方法，發(fā)展實驗設(shè)計、觀察、記錄、分析、數(shù)據(jù)處理等能力，養(yǎng)成嚴肅的科學精神和獨特的創(chuàng)新意識。

二、利用教材實驗培養(yǎng)學生的高階思維

陌生情境下的問題解決，需要學生具備相應(yīng)的高階思維能力。作為化學教學的起始階段，初中化學教師有能力、有必要在實驗教學中對學生進行高階思維的培養(yǎng)，從而完成初高中實驗教學的過渡和銜接。筆者主要通過初中化學實驗“氣體的制備”、“鐵生銹條件探究”、“驗證氧氣在空氣中的體積分數(shù)”等內(nèi)容展開研討，探討實驗蘊含的思想方法，設(shè)計高階思維活動，培養(yǎng)學生化學學科核心思想和核心活動經(jīng)驗，形成高階思維，有效解決高中相似實驗問題的能力。

（一）利用教材實驗將學生實驗?zāi)芰τ晒铝⑺缴仙秊橄到y(tǒng)水平

氧氣、二氧化碳、氫氣的制備是初中化學的重要內(nèi)容，學生不僅要記憶理解相關(guān)知識，還要從這三種氣體的制備中進階出制取氣體的一般思路。

以實驗室用鹽酸和金屬鋅反應(yīng)制取氫氣為例，教師可設(shè)計如下問題進行高階思維的培養(yǎng)。

①分析反應(yīng)物藥品的選擇：為什么實驗室通常不用鎂或鐵與鹽酸反應(yīng)制取氫氣？為什么不用硝酸和鋅反應(yīng)制取氫氣？

②實驗方案的設(shè)計：制取的氫氣中混有氯化氫、水蒸氣等雜質(zhì)，如何除去？除雜的先后順序？

③實驗創(chuàng)新：如何改進實驗裝置，實現(xiàn)一定的目的？比如便于在反應(yīng)過程中添加酸液？便于控制反應(yīng)的發(fā)生和停止？便于控制生成氫氣的速率？用分液漏斗加酸時如何便于液體順利流下？如何安全地進行氫氣與氧氣的爆炸實驗？

通過設(shè)計三種氣體制備的高階思維活動，建立了學科知識間的縱橫聯(lián)系，揭示了不同知識間更為本質(zhì)的共同之處。當學生對氧氣、二氧化碳、氫氣等氣體的制備由孤立水平進階為氣體制備的系統(tǒng)水平，形成高階思維，就可實現(xiàn)知識的拓展并遷移運用到高中化學氣體制備如“加熱氯化銨和熟石灰制取氨氣”、“加熱二氧化錳和濃鹽酸制取氯氣”的成套裝置選擇及除雜和尾氣處理方法等。

（二）利用教材實驗培養(yǎng)化學學科核心思想

教師結(jié)合教材實驗，分析其蘊含學科核心思想，讓學生領(lǐng)會思想并學會運用。如初中化學“探究鐵生銹的條件”蘊含控制變量思想，控制變量是指當可能有多個因素影響實驗結(jié)果時，通過控制其他實驗條件不變，對多個因素逐一進行對比探究，然后進行數(shù)據(jù)分析、歸納，得出結(jié)論的方法[3]。用控制變量法分析實驗，有利于學生探究物質(zhì)變化規(guī)律，形成一個半開放的思維空間，研究結(jié)論更科學。

學生有了控制變量的學科核心思想方法，就可以將思想方法有效、創(chuàng)新性地遷移運用到陌生、真實的問題解決中，控制變量思想在高中化學實驗中的應(yīng)用實例：鈉和氧氣的反應(yīng)（反應(yīng)溫度不同）;模擬溶洞的形成（二氧化碳的用量不同）;硝酸的氧化性（硝酸的濃度不同）;認識化學反應(yīng)的快慢（內(nèi)因：反應(yīng)物質(zhì)不同;外因：溫度、濃度、催化劑、固體表面積不同）等實驗。

（三）利用教材實驗培養(yǎng)化學學科核心活動經(jīng)驗

在化學工業(yè)生產(chǎn)中，測定不同催化劑對反應(yīng)的催化效果，確定所排廢水是否達標，檢測原料的利用率、產(chǎn)品的純度等，都需要進行定量實驗，定量是為了更準確的定性，數(shù)據(jù)的采集和處理是重要的核心活動經(jīng)驗。高中化學定量實驗如反應(yīng)熱的測定、中和滴定等。定量實驗?zāi)軒椭鷮W生樹立防干擾、減少誤差的嚴謹態(tài)度和科學意識。定量實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學生數(shù)據(jù)處理、實驗分析等高階思維能力。

三、通過實驗作業(yè)培養(yǎng)學生的高階思維

教師要結(jié)合教材中的重難點內(nèi)容，創(chuàng)造性地布置形式多樣的實驗作業(yè)，強化學生高階思維能力的訓練。

（一）自主探究型的實驗作業(yè)

教師可以將教材中的陳述性知識轉(zhuǎn)化為實驗設(shè)計，引導(dǎo)學生從多角度思考和自主設(shè)計，體驗探究過程。

如設(shè)計實驗“探究鋅、鐵、銅三種金屬的活動性強弱順序”，學生可以從金屬與酸反應(yīng)的難易程度以及金屬與鹽溶液間的置換反應(yīng)等角度來設(shè)計。又如“證明二氧化碳能與氫氧化鈉反應(yīng)”，學生可以從反應(yīng)物二氧化碳被氫氧化鈉吸收造成氣壓變化的角度來設(shè)計，也可以從生成物碳酸鈉與氫氧化鈉性質(zhì)上的差異的角度來設(shè)計。再如“探究m克銅鋅合金中鋅的質(zhì)量分數(shù)”的定量實驗，可以從銅鋅合金與足量的酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量來設(shè)計，也可以從反應(yīng)后剩余固體的質(zhì)量來設(shè)計。

初中教師還可提供高中教材信息設(shè)計成實驗作業(yè)，如已知化學反應(yīng)的速率和外界條件（如溫度、濃度、催化劑等因素）有關(guān)，請從以下試劑中選取合適的試劑設(shè)計實驗證明：3%的過氧化氫溶液、15%的過氧化氫溶液、二氧化錳粉末。

（二）試題型的實驗作業(yè)

試題型的實驗是上一級學校選拔學生的評價方式之一，在考察學生高階思維能力方面有著特殊的地位。在此類實驗作業(yè)中，教師可從高觀點、大視野的角度選取和設(shè)計試題，如展示成套裝置，陌生儀器、陌生信息反應(yīng)，考察元素觀、轉(zhuǎn)化觀、定量觀等。

例如，已知實驗室可用草酸固體（H2C2O4）和濃硫酸加熱反應(yīng)制取一氧化碳，然后用一氧化碳還原氧化鐵。教師可圍繞如下角度設(shè)計試題，對學生進行高階思維訓練：①制氣裝置的選擇;②氣體的除雜和干燥;③物質(zhì)的性質(zhì)和檢驗;④鐵的純度或產(chǎn)率的計算;⑤防爆炸、防污染等實驗安全;⑥陌生反應(yīng)化學方程式的書寫等。

（三）家庭小實驗型的實驗作業(yè)

家庭小實驗具有貼近生活、操作簡單、安全、趣味等特點，可以培養(yǎng)學生的實驗動手能力，提高“科學精神和社會責任”的學科素養(yǎng)。如布置“身邊能催化雙氧水的物質(zhì)及其催化效果”、“身邊的有色果汁能做酸堿指示劑嗎”等小實驗。

通過化學實驗及相關(guān)高階思維的訓練，有利于幫助學生在不同階段核心知識和概念的鞏固、核心思想和方法的形成。總之，教師不僅要重視實驗操作規(guī)范和步驟的有序、實驗現(xiàn)象和結(jié)論的識記，更要主動有意識地培養(yǎng)學生的高階思維，使之成為學生學習和生存的技能。

參考文獻

[1]王磊、陳光巨.外顯學科核心素養(yǎng)促進知識向能力和素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化——北京師范大學“新世紀”魯科版高中化學新教材的特點[J].化學教育（中英文）.2019，40（17）：9-19

[2]王磊.普通高中課程標準實驗教科書[M].濟南：山東科技出版社.2007

[3]黎慧賢.例談初中化學實驗教學中培養(yǎng)學生控制變量思想的方法[J].化學教學.2015，（1）：66-70