逆向推理策略在初中化學實驗活動中的應用探究

摘" 要：在初中化學教學中，傳統(tǒng)實驗教學模式普遍存在學生關注結(jié)果多于過程、操作流于形式化的問題，限制著實驗教學育人價值的充分發(fā)揮.基于此，本文從逆向推理策略的視角出發(fā)，以“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”實驗為例，通過實驗準備、實驗實施和實驗總結(jié)3個階段，分別探討如何在每個階段應用逆向推理策略提升學生的學習深度和實驗能力.期望為初中化學實驗教學提供具有實踐意義的創(chuàng)新思路，助力學生從知識理解走向科學素養(yǎng)的全面提升.

關鍵詞：氧氣的制取和性質(zhì)實驗；逆向推理策略；實驗教學活動；初中化學

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2025）05-0119-03

收稿日期：2024-11-15

作者簡介：奚雨瀟，本科，中小學二級，從事初中化學教學研究.

傳統(tǒng)的化學實驗教學模式多以正向的、線性的方式呈現(xiàn)實驗流程，學生在這種模式下雖能逐步地完成實驗操作，但往往對實驗原理、步驟之間的內(nèi)在邏輯關聯(lián)缺乏深入理解，較難形成有效的知識體系和科學思維能力.逆向推理策略的應用將打破這種傳統(tǒng)模式的局限，促使學生站在結(jié)果的角度去審視實驗的全過程，深入思考每個實驗步驟與最終結(jié)果之間的因果關系［1］.由此可知，探究逆向推理策略在初中化學實驗活動中的應用方法具有重要意義.本文將聚焦于“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”這一具有代表性的初中化學實驗，系統(tǒng)地剖析逆向推理策略在實驗準備、實驗操作和實驗總結(jié)各個階段的具體應用方式，以期為初中化學實驗教學實踐提供具有針對性和可操作性的參考建議.

1" 實驗準備階段：從實驗結(jié)果映射實驗原理，錨定實驗活動關鍵要素

實驗準備工作是整個化學實驗活動的基石，此階段的核心任務是精準確定實驗原理和關鍵要素，包括所需的實驗材料、設備以及操作條件等，為實驗的順利進行打下堅實基礎［2］.教師可以采用逆向推理方法，先讓學生思考實驗期望達成的最終結(jié)果，引導學生從最終實驗結(jié)果入手，從中提煉出包括實驗核心現(xiàn)象、期望產(chǎn)物和關鍵變量等關鍵要素，進而映射出實驗所依據(jù)的主要化學原理，讓學生不僅僅知道要做什么實驗，更能理解為什么要這樣做.

在初中化學的學習中，“氧氣”相關的知識不僅是學生深入理解化學變化、物質(zhì)性質(zhì)等基礎概念的關鍵，也是后續(xù)學習其他氣體乃至整個化學學科的重要基礎.“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”是2024滬教版初中化學新教材九年級上冊第二章《身邊的化學物質(zhì)》中的基礎實驗.以此實驗活動為例，在實驗準備階段，教師首先可以引導學生思考實驗的最終目標，明確期望獲得的最終實驗結(jié)果是收集到足夠量的氧氣，并通過一系列實驗觀察氧氣的性質(zhì).立足這一起點，教師進一步指導學生思考如何從這個目標出發(fā)，逆向推理出實驗所依賴的關鍵因素.通過引導學生回溯思考，學生能夠識別出實驗中的關鍵變量，例如，過氧化氫溶液的濃度、催化劑的使用、加熱的溫度和時間等，這些變量直接影響到實驗的成功與否.在這一過程中，教師應強調(diào)每個變量如何與最終結(jié)果相聯(lián)系，尤其是如何通過化學反應的基本原理（如過氧化氫的分解反應）來指導實驗設計.

在學生掌握了實驗的目標及相關變量后，教師引導學生明確該實驗是基于過氧化氫分解反應的原理，即過氧化氫在催化劑（如二氧化錳）的作用下分解成水和氧氣.在此過程中，教師可通過模型展示來幫助學生理解反應的實際過程，并將化學方程式與實驗現(xiàn)象聯(lián)系起來，使學生不僅知道“實驗要做什么”，而且理解“為什么要這么做”.

教師還可以組織學生分組討論，圍繞“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”這一主題，提出以下問題：實驗的最終目標是什么？我們?nèi)绾未_認氧氣已經(jīng)成功生成？這個反應的關鍵因素是什么？如何控制這些因素以確保成功？每個操作步驟背后的化學原理是什么？如何通過操作來驗證原理的正確性？通過這種結(jié)構(gòu)化的引導，確保學生能夠在實驗開始前就建立起對化學反應和實驗操作的全面理解，從而帶著深刻的理解進行后續(xù)實驗活動，而不僅僅是依賴于記憶和模仿.

2" 實驗操作階段：以預期現(xiàn)象為標桿，反向規(guī)范實驗操作精準度與流程

實驗操作階段是將實驗準備階段的理論和計劃轉(zhuǎn)化為實際操作的關鍵環(huán)節(jié)，這一階段的重點是確保實驗步驟的規(guī)范性、精準性和邏輯性.為了實現(xiàn)這一目標，在此階段，基于逆向推理思維，教師可以設置“如果……則會……”的假設討論，引導學生立足最終實驗結(jié)果的達成要求，根據(jù)已知條件預測可能的實驗變化，反向推理審視每一個細節(jié)和操作步驟.通過這種逆向規(guī)范，保證實驗過程的連續(xù)性和準確性，幫助學生學會在實際操作中前瞻性地分析并應對各種潛在影響，逐步掌握化學實驗的動態(tài)調(diào)控技能.

例如，在“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”實驗中，教師可以提問：如果我們在過氧化氫溶液中加入催化劑二氧化錳，并加熱溶液，最終會發(fā)生什么？有的學生會回答：會產(chǎn)生氧氣，氣泡上升.基于這一預期現(xiàn)象，教師隨后引導學生回顧每個操作步驟，分析其可能帶來的影響.例如，教師可以讓學生思考：如果反應過快，氧氣的生成可能過于劇烈，是否會影響實驗的準確性？如果反應過慢，是否意味著催化劑的使用或加熱溫度不合適？

在學生進行操作時，在加入催化劑之前，教師可以讓學生討論催化劑的作用以及可能的影響，確保學生明白催化劑的添加是為了加速反應，而不是引入不必要的副反應.在加熱過程中，教師可以讓學生思考加熱溫度如何影響反應速率，以及如何控制溫度以確保氧氣生成的平穩(wěn)性和可控性.為了幫助學生清晰地理解每個步驟的邏輯關系，教師可以提供以下實驗操作指導表（見表1），以幫助學生在操作過程中反向?qū)φ彰總€實驗步驟，確保實驗的精準度和流程的合理性.

通過對預期現(xiàn)象進行分析，學生可以逐步建立“現(xiàn)象—操作—原理”的閉環(huán)思維模式，在實驗過程中實時反思操作與現(xiàn)象的匹配性.一旦實際結(jié)果偏離預期，學生便能夠迅速參照表格中的潛在偏差信息，定位問題環(huán)節(jié)并推導其可能原因，這一過程將強化學生的邏輯推理和問題診斷能力，使整個實驗環(huán)節(jié)朝著明確的目標高效推進.

3" 實驗總結(jié)階段：從結(jié)果回溯實驗過程，完善實驗質(zhì)量與思維深度

實驗總結(jié)階段是整個實驗活動的關鍵收口環(huán)節(jié).基于逆向推理策略開展實驗教學時，實驗總結(jié)階段的重點做法是引導學生從最終的實驗結(jié)果出發(fā)，逆向回溯整個實驗過程，準確識別出每一個實驗環(huán)節(jié)中的關鍵變量與操作誤差，并探討它們是如何相互作用，最終影響實驗結(jié)果的［3］.通過這種方式，在對實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進行分析的基礎上，幫助學生從深層次理解實驗現(xiàn)象背后的本質(zhì)原理，明確每一步操作背后的科學依據(jù)以及其與結(jié)果之間的因果關系.

實驗活動結(jié)束后，教師應組織學生觀察和記錄實驗的最終結(jié)果，包括氧氣的成功制取、收集效率和性質(zhì)驗證現(xiàn)象（如助燃性）.在此基礎上，教師引導學生逆向分析，回想這些現(xiàn)象的產(chǎn)生需要哪些關鍵條件的配合？幫助學生理解每一個實驗步驟與最終結(jié)果之間的因果關系，明確實驗各環(huán)節(jié)的科學邏輯.進而教師可以通過設置假設問題，引導學生進一步思考實驗優(yōu)化策略.例如，若此次實驗未能達到預期結(jié)果，應如何調(diào)整實驗設計？比如在下一次實驗中改用更高純度的過氧化氫溶液，或調(diào)整催化劑的用量和溫度條件，重新評估其對實驗的影響，幫助學生掌握從問題到解決的邏輯鏈條.

為了幫助學生直觀理解實驗總結(jié)的思路，教師可以與學生共同繪制一張“氧氣制取與性質(zhì)實驗回溯分析圖”，分解出多個關鍵分支，并在每個分支進一步細化為實驗中容易出現(xiàn)的問題點.

采用圖示化的方式，目的是為學生提供一個復盤實驗的模板，強化學生的邏輯思維，引導學生以結(jié)果中出現(xiàn)的問題為起點，讓學生沿著圖中線索追溯實驗環(huán)節(jié)中的關鍵變量和操作誤差，并理解它們之間的相互關系.同時，借助這一模板引導學生思考改進措施，將逆向推理貫穿于整個總結(jié)與優(yōu)化過程，從而培養(yǎng)學生科學分析和解決問題的能力，為其后續(xù)的實驗學習提供思維范例.

4" 結(jié)束語

在實踐教學中，初中化學教師應立足于學生的認知特點和發(fā)展需求，堅持將逆向推理策略融入每一個實驗教學環(huán)節(jié)中，引導學生從實驗結(jié)果出發(fā)去思考、質(zhì)疑、探索，讓學生在化學實驗的學習過程中，逐步建立起科學、有邏輯性的思維模式和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，促進其全面發(fā)展和化學素養(yǎng)的持續(xù)提升.

參考文獻：［1］ 楊永勝.逆向策略在初中化學實驗探究活動中的應用［J］.學苑教育，2024（4）：61-63.

［2］ 彭麗菊.初中化學教學中逆向思維能力培養(yǎng)策略探尋［J］.學周刊，2024（2）：82-84.

［3］ 李德前，魏海，馬逸群，等.基于逆向思維創(chuàng)新化學實驗的嘗試［J］.化學教學，2022（8）：73-76.

［責任編輯：季春陽］