发展学生思维品质的初中化学实验教学策略

林耿辉

摘要：培养实验思维品质是发展学生科学探究能力的突破口。在初中化学实验教学中，通过调控实验课堂结构的密度、变换典型实验问题的角度、拓展学生实验过程的宽度、突破教材实验素材的限度、立足实验探究能力的高度等教学策略，能有效培养学生实验思维的敏捷性、灵活性、批判性、深刻性和独创性，从而发展学生的科学探究能力。

关键词：化学实验；思维品质；科学探究；教学策略

文章编号：1005–6629（2015）1–0062–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

新课程改革强调发展学生的科学探究能力，这种能力在化学学习中体现为实验探究能力，其核心是实验思维品质。实验思维品质是学生在化学实验探究的思维过程中逐步养成和发展的，是学生在实验探究中思维质量的重要体现，同时也是衡量学生化学实验思维发展水平的主要指标。实验思维品质主要包括：实验思维的敏捷性、灵活性、批判性、深刻性和独创性。

心理学研究表明：思维及其品质是可以通过训练得到培养和发展的。我国心理学专家林崇德教授认为“培养思维品质是发展智力和能力的突破口”[1]。化学是一门以实验为基础的学科，化学实验对学生的实验思维品质的培养、实验探究能力的发展，具有其他化学教学内容和形式所不能代替的特殊作用[2]。那么，初中化学教师应该如何建构有学科特色且充满思维活力的实验课堂？如何让学生的思维品质在化学实验教学中得到真正的培养和发展？

1 调控实验课堂结构的密度，培养学生思维的敏捷性

思维的敏捷性反映了思维过程的快慢程度。实验思维的敏捷性表现为在思维结果正确的基础上，能运用化学知识和实验技能在最短的时间里设计出解决化学问题的实验方案，或在相同的时间里设计出最多的合理的实验方案。值得注意的是，敏捷的思维必须基于良好的思维状态。因此，教师在化学实验课堂中要时刻关注学生的思维状态，通过灵活调控实验时间跨度、实验知识容量、学生活动形式、实验思维任务等课堂环节，掌握实验课堂结构的“密度”，鼓励和引导学生在尽量短的时间内完成实验思维任务，或在相同时间内完成尽量多的实验思维任务，有效地训练和培养学生实验思维的敏捷性。

案例1 一场由“试管口”引发的实验思维竞赛

试管是初中化学实验中最常见的基本仪器，它的应用几乎贯穿了整个实验知识体系。在“实验仪器和基本操作”的专题复习教学中，教师通过展示试管口不同朝向（如图1），引导学生思考：“当试管应用在不同的化学实验中时，试管口的朝向各不相同，你能举出一些具体例子吗？”学生们各抒己见，教师给予及时点评，学生的思维状态就在师生的课堂交流中逐步启动。就在学生兴趣盎然之时，教师不失时机地提出“谁能在指定时间内组装出最多的试管口朝向不同的实验装置？”跃跃欲试的学生们在新的课堂主题引领下，开始实验思维的迁移训练——分组实验竞赛活动。在学生展示活动成果阶段，教师则以“在不同的化学实验中，试管口的朝向为什么各不相同？”的问题引导学生总结提炼实验教学的重点，为学生迅速而准确地解决实验问题奠定思维基础。

2 变换典型实验问题的角度，训练学生思维的灵活性

思维的灵活性反映了思维过程的灵活程度。具备了这种灵活性的学生能从不同角度运用不同的知识与方法思考和解决化学问题，并得到多样化的思维结果。课堂上，学生能否迅速地引发联想，建立联系，能否进行自我调节，迅速地调整原有的思维过程，是训练学生思维灵活性的关键所在。换言之，联想能力的强弱关系到思维的灵活程度。因此，在实验教学中，教师可以有意识地将典型的化学实验进行多角度的“变式”，有针对性地训练学生的联想能力，进而促使学生领悟知识间的纵横联系、加强演绎推理能力、丰富和发展自己的想象力，最终提高学生思维的灵活性。

2.1 以问题指引探究，训练正向联想

正向联想是有预定目的的，并以完成某项任务为方向的联想。按问题所属，执因索果，沿着隶属关系、因果关系的途径探索方法，进而推断出问题的结论。

案例2 一次“试管版”气体制取装置的“展示会”

在案例1的基础上，教师向学生巧妙地设置新的“疑惑点”，明确提问：“在你所组装的实验装置中，哪些适合于实验室制取气体？”学生们以“气体制取装置”为方向，迅速展开正向联想，回忆学过的制取氧气、氢气、二氧化碳等典型的气体制取装置，对不同的气体制取装置进行研究，总结关键要素，进而根据“反应物状态、反应条件以及气体的性质等因素确定试管口的朝向，并从组合好的装置中筛选或改装适合制取气体的实验装置（如图2）。

2.2 由结果领悟方法，训练逆向联想

逆向思维也叫求异思维，是指和正向思维方向相反而又相互联系的思维过程，即“倒着想”或“反其道而思之”。化学教学中往往对正向思维关注较多，长期的正向思维会影响逆向思维的建立。教师在实验教学中应当加强学生逆向思维的培养，引导学生从问题的相反面进行深入的探索。

案例3 一套试管简易装置的功能“开发”

如果把案例2中由“实验目的”设计“实验装置”的思维方法看作正向思维，那么由“实验装置”分析“装置功能”则可视为逆向思维。在学生们展示完如图2所示等实验装置后，教师适时向学生展示了另一套装置（图3）并提问：“这套装置能否代替上述的气体收集装置？”

此时，教师引导学生不要停留在该装置的形态分析上，鼓励学生自己动手将这套装置连接到气体发生装置中进行探究。学生在组装过程中发现了导管口的多种连接方法（图4），进而通过对各套实验装置的探究验证，终于得出结论：该装置具有多项功能，可以用来收集气体，即向上排空气法、向下排空气法和排水集气法，还有洗涤气体的功能。

2.3 迁移实验情景，训练相类联想

相类联想，即从性质接近、形状相似的同类内容入手。

案例3中，教师将相同的装置（图3）倒过来组合到气体发生装置中成为新的两套气体制取装置（图5），将其与学生的实验装置（图4）放在一起，引导学生再次仔细对比导管的连接方式，通过探究得出对该装置功能的新认识。

上述的联想方法是相互贯通、相互渗透的。教师在实验教学过程中，应该根据实验教学内容的特点，通过化学实验转换问题情境和条件，因时制宜地对实验问题进行“变式”、“类化”，以促进学生思维灵活性的发展。

3 拓展学生实验过程的宽度，提高学生思维的批判性

传统教学中，照本宣科多于讨论研究，抑制了学生批判性思维的发展。所谓思维的批判性，就是思维活动中的独立分析和批判程度。化学实验思维的批判性表现为：敢于质疑实验结果或有关结论的错误；敢于改进和优化实验的操作和装置；敢于对实验思维过程或方法作出评价，并根据问题及时调整思维的过程和方法，善于对思维过程和结果进行检验反思，并从中筛选最佳的方案。

案例4 一套“用试管制取气体”实验方案的优化过程

在前例中，教师选取了如图6方案1的实验装置，让一组学生向全班演示用双氧水制取氧气的实验。演示结束后，教师引导：“请同学们评价一下这套装置用于制取气体的优点和缺点。”

学生回答：“该装置优点是操作简便，缺点是不便添加药品和气体收集。”

教师提问：“鉴于该装置的缺点，你们能否将其进行改进？”

学生们经过进一步讨论分析后，各小组纷纷展示其改进的实验方案。

学生展示1：“我们的方案（图6方案2）不仅便于添加液体药品和气体收集，还能控制反应速率。”

学生质疑1：“该装置收集到的气体会混有空气，不纯净。”

学生展示2：“我们的方案（图6方案3）通过多功能装置，采用排水集气法即可避免空气的混入。”

学生质疑2：“双氧水分解反应后的水蒸气也会混在收集的气体中，该装置收集到气体仍会混有水分。”

学生展示3：“我们的方案（图6方案4）通过使用干燥剂来解决水蒸气的问题。”

……

上述实验方案的优化过程，实质就是学生锻炼和提高批判性思维的过程。拓展学生在实验过程中的思维宽度，并非是增加实验内容和学习难度，而是通过抓住要领、质疑辨析、严格推断等思维过程，找出已知知识与未知问题之间的联系，实现思维结果的丰富和完善。

4 突破教材实验素材的限度，促进学生思维的深刻性

思维的深刻性反映了思维的抽象程度和逻辑水平，以及思维活动的深度、广度和难度。化学实验思维的深刻性是培养和发展化学实验思维品质的前提和基础，也是学生通过实验现象的分析切实掌握有关知识的重要条件。

案例5 一个由“装置气密性检查”衍变出的“化学多米诺实验”

检查装置的气密性，常规的方法如教材介绍（图7①），如果只靠机械背诵和记忆，难以深刻理解气密性检查的原理。教师在实验教学中，可以通过增加辅助仪器（图7②）、变换辅助仪器（图7③）、改变装置形态（图7④）等方式呈现实验问题，使学生在思考和解决各种形式的化学问题中，真正掌握装置气密性检查的原理：先让装置密封，再通过改变温度达到产生压强差的目的。

此外，教师还可通过“化学多米诺趣味实验”（图8）帮助学生加深对压强与实验装置关系的认识。

总之，化学实验为学生思维的深刻性的培养和发展提供了良好的条件。教师应该深入挖掘化学实验的教学功能，在教学中积极引导学生思考，使学生通过化学实验的“形”养成深刻的思维，以实现能力跨越的“实”。

5 立足实验探究能力的高度，发展学生思维的独创性

化学实验思维的独创性反映了思维活动的独立创新程度，集中表现为善于独立地提出新的实验问题，善于用新的方法、手段、方案解决实验问题。初中生的知识建构水平相对较低，不可能脱离教师的指导独立探究，但是独创性思维必须从入门阶段就开始有意识的培养，因此，教师有必要在向学生传授各种实验方法、规范学生探究程序的基础上，根据学生的具体情况给予针对性训练，实施诱导型探究实验教学。在探究的过程中既扶又放，逐步培养学生的探究设计能力，促使学生的独创性思维发展。

例如：根据前面五个案例，鼓励学生自主探究新问题“试管在固体反应体系是否也有各种不同的应用呢”，或者“将木炭还原氧化铜的实验装置中的试管口由略向下倾斜改为试管口朝上（图9）是否可行呢”，或者“改装后的装置具有什么优点”。

“木炭还原氧化铜”实验是教材中的典型反应，但按照教材的操作方法，这一实验并不容易做成功。与其牵强地对学生解释实验不成功的原因和“本应该有而事实上却没看到的现象”，不如以此来设置问题，逐步引导学生独立地探究这些问题。在本例中，学生的思维定势主要源于已学的“固固加热”装置中，试管口必须略向下倾斜，以防止冷凝水回流到热的试管底部而使其炸裂，据此，改装的“木炭还原氧化铜”装置似乎是“不可行的”，但通过实际操作却又能顺利地观察到明显的现象，学生由此而产生认知冲突，继而转变为对装置改装后的优点与注意事项等衍生问题的独立思考，获取更高层次的认知，包括：直立式装置比平卧式装置能在较短时间内获得持续稳定的高温，反应更快、现象更明显；直立式装置需要注意反应物的混合与用量；实验前需必要的预热操作等等。

更重要的是，学生在这类问题的剖析过程中，开始养成敢于质疑、独立思考的习惯，不再唯课本而论，这不仅能使学生避免进入思维定势的误区，更能完善学生的认知结构，对优化学生的探究思路和实验作风，尤其是思维独创性的发展大有帮助。正如美国心理学家哈佛大学教授布鲁纳所认为：应当尽可能使学生牢固地掌握科学内容，还应当尽可能使学生成为自主且自动的思想家，这样的学生在正规学校的教育结束之后，将会独立地向前迈进。

6 结语

我国著名化学教育家戴安邦先生曾指出：“化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的形式，是化学学科素质教育的有效组成部分。[3]”在教学过程中，教师应当从思想上提高对化学实验教学功能的认识，充分挖掘化学实验的教学功能，通过化学实验有针对性地加强学生的思维训练，让学生在积极的学习活动中提升思维品质，完善思维结构，最终内化为科学素养。

参考文献：

[1]林崇德.学习与发展──中小学生心理能力发展与培养[M].北京：北京师范大学出版社，1999：147～148.

[2]曾国琼.如何通过化学实验培养学生的实验探究能力[J].中学化学教学参考，2010，（12）：3～7.

[3]曹坤，孙狄.论新课程理念下化学实验的教育功能[J].中学化学教学参考，2010，（12）：17～19.

[4]姚拥军.培养思维能力的利器——化学实验应用探讨[J].教育科研，2010，（11）：35～36.

[5]刘良慧.中学化学实验教学中学生思维能力的培养[J].教育与教学研究，2009，（10）：126～128.

[6]课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上、下册）[M].北京：人民教育出版社，2010.

[7]中华人民共和国教育部制定.全日制义务教育化学课程标准（实验稿）[S].北京：北京师范大学出版社，2002.