依托化學實驗 撬動學生思維

摘 要：科學思維是培養學生科學素養的關鍵.化學實驗作為一種重要的實踐活動，為學生提供了鍛煉科學思維的機會.通過化學實驗，學生可以親自動手、觀察和探索化學現象，從而深入理解化學原理和概念.在初中化學教學中，教師借助化學實驗不僅可以幫助學生鞏固所學的理論知識，還可以培養學生的觀察力、實驗設計能力、數據分析能力和問題解決能力.因此，教師應該充分利用化學實驗這一教學資源，引導學生進行科學探究，培養其科學思維能力.

關鍵詞：實驗；科學思維；初中化學

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2024）32-0109-03

收稿日期：2024-08-15

作者簡介：季曉云（1982.2—），女，江蘇省南通人，本科，中學一級教師，從事初中化學教學研究.

化學實驗是指在實驗室中進行的一系列化學操作和觀察，旨在研究化學物質的性質、反應和變化.化學實驗的目的可以是驗證理論、收集數據、探究化學原理.教師依托初中化學實驗，有利于發展學生的科學思維，培養學生捕捉問題的能力和洞察力.同時，實驗也激發了學生的探索精神和好奇心，培養學生提出問題、設計實驗、分析數據和得出結論的能力.這種科學思維方式不僅適用于化學學科領域，還可以應用于其他科學學科和日常生活中，從而幫助學生培養批判性思維和解決問題的能力，為學生未來的化學學科學習奠定堅實的基礎.

1 制氧實驗，建立質量守恒思維

質量守恒定律是自然科學中最基本的定律之一，它指出在化學變化中，質量是不會被創造或破壞的，只會發生轉化.質量守恒的思維方式對于科學研究和實驗設計至關重要，通過實踐和觀察，學生可以驗證質量守恒定律，并加深對原理的理解.教師可以以制氧實驗為例，通過定量分析反應前后物質的質量變化，引導學生建立質量守恒的思維方式，促進創新思維和問題解決能力的發展，激發學生對科學的興趣和熱愛^[1].

以人教版化學九年級上冊教材第二單元課題3《制取氧氣》為例，在課堂上，教師可以提前準備好實驗材料，包括高錳酸鉀（KMnO₄）粉末、水槽或大容器、水、玻璃棒或玻璃棒桿和氣球或試管.在實驗開始前，教師可以帶領學生觀摩視頻學習，然后再講解一定的安全注意事項，如實驗過程中要注意安全，避免溶液濺入眼睛或皮膚；氣球或試管封口時要小心，以防止氧氣泄漏；實驗前要檢查裝置的氣密性，實驗后要及時處理廢棄物，如高錳酸鉀溶液.接著，教師可以帶領學生一起進行實驗，在實驗中以教師實驗為主，學生觀察為輔.在這個實驗中，首先，教師需要準備一個小燒杯，并將其放在實驗臺上.接著，取適量的高錳酸鉀晶體，將其加入燒杯中.接下來，用適量的蒸餾水將高錳酸鉀溶解，直到溶液呈現淺紫色.然后，準備一個試管，并用橡皮塞密封住試管口.將試管倒立放入燒杯中，確保試管的開口完全浸沒在高錳酸鉀溶液中.用火柴或點燃的火焰點燃一根木質火柴，迅速將火焰放入試管中.觀察到試管內火焰熄滅后，產生了一種氣體.在這時，教師可以指出，這種氣體就是氧氣，它會占據試管中的上部空間.為了收集氧氣，可以使用一個水槽或水盆，將其填滿水，并將試管的開口傾斜放入水中，隨著氧氣的釋放，它將冒出試管并被收集在試管上方的空間中.在實驗結束后，教師可以結合實驗細節，提問學生實驗中出現的特殊現象.學生指出，在實驗中，除了加熱，還可以用硫酸起催化劑的作用，它可以加速高錳酸鉀的分解反應.產生的氧氣被收集在氣球或試管中，大家可以通過觀察氣球膨脹或試管中液面下降來確認氧氣的產生.

通過高錳酸鉀制氧的實驗，教師不僅可以激發學生對科學實驗的興趣，還能夠培養他們的思維能力.通過這個實驗，學生可以親身體驗到質量守恒的原理，并通過觀察和分析實驗結果來理解其中的科學道理.這種思維方式的培養不僅僅局限于實驗過程中，還可以延伸到學生的日常生活中，引導他們形成細致觀察、分析問題、推理和解決問題的思考方式.這對于培養學生的創新思維、邏輯思維和批判性思維具有積極的作用，可以有效撬動學生的思維，培養他們的科學素養和思考能力.

2 提純實驗，提高微觀科學思維

微觀科學思維是培養學生化學科學素養的重要組成部分，它涉及對微觀世界的觀察、分析和推理，能夠幫助學生深入理解科學現象的本質.提純實驗是一種常見的實驗方法，通過去除物質中的雜質，獲得純凈的目標物質.在實驗過程中，學生需要運用各種技術和工具來提純物質，如溶解、過濾、結晶等.通過這個實驗，學生將親身體驗到提純的過程，理解提純的原理和方法.因此，教師需要創造性地設計實驗，激發學生的科學思維，提高他們的實驗技巧和分析能力.

以人教版化學九年級下冊第十一單元實驗活動8“粗鹽中難溶性雜質的去除”為例.課堂上，教師可以為學生介紹幾種常用的提純方法，主要包括分離提純、萃取和重結晶.然后，詳細為學生介紹一下“粗鹽提純”的方法，讓學生在提純實驗中也能學會把握方向.在實驗開始前，教師可以讓學生回答粗鹽提純的必要性，學生指出，粗鹽中包含著不溶性雜質，例如泥沙或可溶性雜質，如Ca²⁺、Mg²⁺、SO^2-₄等，而不溶性雜質可以通過溶解和過濾的方法去除，因此需要通過蒸發水分的方式得到相對純凈的精鹽.在實驗開始前，教師列舉了諸多材料，如天平、藥匙、紙、砝碼、粗鹽、燒杯、量筒、玻璃棒、漏斗、濾紙、玻璃棒、燒杯、鐵架臺、蒸發皿、酒精燈.接著，教師將約4克粗鹽加入容量約12毫升的燒杯中.然后，將濾紙折疊后，用玻璃棒沾濕使其貼緊漏斗內壁，并使濾紙上沿低于漏斗口，溶液液面低于濾紙上沿.傾倒液體的燒杯口需要與玻璃棒靠緊，緩慢傾倒液體.教師引導學生仔細觀察濾紙上的殘留物和濾液的顏色，并強調指出，如果濾液仍然渾濁，應再進行一次過濾，如果經過兩次過濾，而濾液仍然渾濁，則需要檢查設備，并且分析現象形成的原因，例如濾紙破損、過濾時液面高于濾紙邊緣或儀器不清潔等，一旦找出原因后，就需要重新進行操作.

通過實驗，學生不僅能夠充分發揮他們的微觀科學思維能力，而且還能提高他們的實驗技巧和分析能力.在實驗中，學生將觀察和分析實驗結果，教師可以幫助學生學會思考.這個思維過程可以培養學生的實驗技巧和分析能力，并提高他們的微觀科學思維能力.

3 定量實驗，發展化學模型思維

化學模型思維是指學生可以通過構建和應用化學模型來解決復雜的化學問題.發展化學模型思維需要學生掌握一定的實驗技能和定量分析能力.定量實驗作為一種精確計算的實驗手段，為化學模型的構建和驗證提供了可靠的數據支持.教師通過定量實驗，不僅可以幫助學生理解化學原理和現象，還可以培養學生的科學思維和實驗操作能力^[2].

以人教版化學九年級第九單元實驗活動5“一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的配制”為例.在實驗開始之前，教師引導學生回顧了計算溶液配比的基本模型概念，讓學生更加熟悉溶液模型實驗的流程.接著，教師提問：有時候大家所需要使用的藥品并不是純凈的溶質，而是某種質量分數的濃溶液，在這種情況下，應該如何進行配制操作呢？有一位學生提出了往濃溶液中加水的方法，教師對此進行了回應，并提議大家一起來嘗試一下如何用溶質質量分數為6%的食鹽水來配制50克溶質質量分數為3%的氯化鈉溶液.在計算溶液配比時，學生提出：“首先加水稀釋，并確保溶質的質量是保持不變的、恒定的.然后，我們可以假設所需的溶質質量分數為6%的食鹽水的質量是x，其中所含的溶質質量則應該為溶質質量分數為6% x.與此同時，我們可以通過計算得到，50克溶質質量分數為3%的食鹽水中所含的溶質質量應該為50×3%＝1.5克.”教師指出，在日常生活中，液體更常用體積來表示，那么應該如何處理呢？學生建議使用密度公式進行轉換.一般情況下，溶質質量分數為6%的鹽水的密度大約為1.04 g/L，并提出在完成以上計算后，接下來可以使用量筒測量水的體積，將水緩慢倒入干凈的燒杯之中后，再使用量筒準確測量出溶質質量分數為6%的食鹽水的體積，加入燒杯后，用玻璃棒攪拌、裝瓶、貼上標簽.配制好的兩種氯化鈉溶液分別倒入試劑瓶中，蓋好瓶塞，貼上標簽，標簽中要包括藥品名稱及溶液的溶質質量分數.

通過定量實驗，教師可以幫助學生深入了解化學現象和反應機理，這種實驗方法不僅可以驗證理論模型的準確性，還可以發現新的規律和趨勢.同時，發展化學模型思維意味著將化學現象抽象為數學模型，通過建立方程式、理論模型和計算模擬等方法，深入分析和解釋化學現象的本質.這種思維方式使得我們能夠更好地理解復雜的化學系統，預測其性質和行為.

4 還原實驗，深化物質轉化思維

在化學實驗中，物質轉化是通過實驗將一種物質轉化為另一種物質的化學反應結果.化學還原實驗是一種常用的實驗方法，通過在化學反應中引入還原劑，可以將物質從較高的價態還原為較低的價態.這種實驗方法不僅可以實現物質的轉化，還能揭示反應機制和探索物質性質的變化.因此，教師運用化學還原實驗可以幫助學生深化對物質轉化過程的理解，并培養他們的思維能力和實驗操作技巧.

以人教版化學九年級上冊第六單元《碳和碳的氧化物》為例，教師可以為學生展示還原實驗的過程.在木炭還原氧化銅實驗中，教師可以將新鮮烘干的木炭粉末和氧化銅粉末充分混合后，謹慎地倒入試管中，并將試管固定在鐵架臺上.試管口連接著一根導管，導管口伸入澄清石灰水.使用酒精燈對混合物進行加熱，持續數分鐘.隨后，先將導管取出，等待試管冷卻后，將試管中的粉末倒入紙上，觀察所發生的變化.在實驗結束后，教師可以組織小組討論，讓學生代表總結實驗現象，學生代表指出，黑色粉末逐漸轉變成了紅色，石灰水也變得渾濁，并由此得出實驗結論：碳表現出了還原性.在實驗思考中，還有學生指出了一些注意事項，如在反應結束后，先將伸入石灰水的導管移開，以防液體進入試管導致熱脹冷縮引起試管破裂；實驗完成后，不要立即倒出試管中的物質進行觀察，以免高溫下的銅與空氣中的氧氣重新反應形成氧化銅.

通過運用化學還原實驗，學生可以深入了解物質轉化過程中的關鍵因素和變化規律，培養他們的觀察和分析能力，并激發學生思維深處的火花，撬動學生化學思維的節點，讓學生深刻理解物質轉化的存在依據.因此，化學還原實驗作為一種有益的教育工具，可以幫助學生更好地理解和應用物質轉化的原理和方法^[3].

5 結束語

總之，借助化學實驗，教師展示了化學實驗與其科學思維之間的緊密關聯，幫助學生建立起良好的化學觀念.同時，化學實驗也從側面證明，化學科學思維并非高高在上的，它根植于化學學科的知識中，需要教師攜手學生去發現和挖掘.在日常教學中，初中化學教師應以培養學生科學思維為出發點，讓學生在課堂學習和實驗中主動探究，從而實現素質教育，促進學生化學科學思維的高效發展.

參考文獻：

[1] 許清芳.初中化學教學中學生逆向思維培養策略探討[J].中學課程輔導，2023（27）：42-44.

[2] 黃振祥.基于核心素養的初中化學項目式學習設計策略研究[J].試題與研究，2023（33）：91-93.

[3] 汪建華.初中化學實驗教學優化創新策略探析[J].基礎教育論壇，2023（18）：50-51.

[責任編輯：季春陽]