改进实验教学 促进学生思维

周峰

摘要：针对教师做实验的积极性不高，教学中少有“该如何做实验”、“为什么这样做实验”的交流、对话，对化学实验的教学功能挖掘不足，把化学实验教学过程机械化、简单化等问题，通过实验教学实践案例研究诠释化学实验促进学生思维的教学功能，帮助教师澄清、明确和提高对化学实验教学的认识，带动教师在日常教学中研究化学实验，寻找促进学生思维的有效教学方法，凸显化学实验的教学价值，让教师乐于“做实验”并提高教学效果。

关键词：化学实验教学；案例研究；思维能力培养；实验教学价值

文章编号：1005–6629（2017）1–0038–06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学实验不仅是获得化学实验事实的主要途径，也是验证化学假说、检验化学理论的重要手段。通过化学实验研究物质及其化学变化，能更好地认识、利用现有物质，发现和合成新物质。因此，化学实验是推动化学科学形成和发展的基础，也是化学教育的重要内容和基本方法。化学教师不仅要会做化学实验，更要会用化学实验教授化学知识，促进学生思维。

1 由调研发现的问题

笔者调查区内各学校的实验情况，发现因为试剂、仪器缺少、教学时间紧等因素，大多数学校完成教材要求的实验只能达到80%；也发现做实验的多少和考试效果的高低并不是正相关。例如，某校的课堂实验“实做数目”只占“应做数目”的40%，另一学校的课堂实验“实做数目”占“应做数目”的88%，但中考排名或模考排名却是前者远远高过后者。“做实验”与“不做实验”的教学效果在考试评价中无法体现，甚至可能因为做实验“耽误”教学时间而影响了最终成绩。这种情况无法使教师对课堂教学中做实验有很高的积极性。

在化学实验教学方面，我们的一线教师又是怎样做的？有哪些成功和不足之处？作为化学教研员，笔者走进化学课堂，对教师在“自然状态下”上的课进行考察发现，很多教師对化学实验的教学功能挖掘不足，把化学实验教学过程定位为“教师演示实验，学生描述现象，师生书写化学方程式”三步曲，甚至把上述三步曲再简化为“观看实验视频，观看课件”的影视欣赏过程，教学中少有“该如何做实验”、“为什么这样做实验”的交流、对话。

如何才能让教师乐于“做实验”，并能通过实验提高教学效果？笔者认为，帮助教师澄清、明确和提高对化学实验教学的认识，通过实践研究寻找能够促进学生思维的有效教学方法，凸显化学实验的教学价值非常重要。近年来，笔者尝试以具体的案例诠释化学实验促进学生思维的教学功能，带动教师在日常教学中研究化学实验，本文简介有关的研究情况。

2 化学实验教学实践案例研究举隅

要使学生学会思维、提高思维能力，教师必须以身作则，以自己的教学语言、教学行为给学生良好的思维示范。教师不注重提高自己的逻辑思维能力，就不可能教学生学会思维和提高思维能力。因此，我们的探索就从增强教学的逻辑性开始。

在明确课堂教学中存在的主要问题后，笔者通过深入、细致地分析具体化学实验教学过程，提炼它们所承载的培养学生思维能力的教学功能，挖掘其中学科内涵，探索如何以适当的方式和时机激活学生的思维，让学生能主动地在实验过程中形成基于实证的推理、质疑、批判等高级思维能力，而不是被动的“观察者”。

2.1 通过分析、比较，凸显实验推理思维

案例：水的化学性质（上海九年义务教育课本第一册）

2.1.1 水与氧化钙反应实验教学研究

笔者先后听了3位教师同一课题的随堂课（A教师是中学化学中级教师；B教师是中学化学高级教师，区学科名师；C教师是中学化学初级教师）。区教研活动时，笔者以文字呈现3位教师课中两个演示实验的教学片断，由全区36位初中化学教师评价，先各自用文字写下个人的想法，后互动交流。教研活动结束后，笔者对教师的文字反馈记录进行整理。

2.1.1.1 3位教师的教学片断

A教师教学片段：

板书：氧化钙化学式 ，俗称

展示：一包雪饼中的干燥剂。

提问：看看说明书，干燥剂的主要成分是什么？为什么生石灰具有干燥作用？

讲述：下面我们就来探究一下。

演示实验：水与氧化钙反应。

板书：现象：触摸试管外壁， 。化学反应方程式： 。

小结：氧化钙可以跟水反应，因此氧化钙可以作干燥剂。

边演示边讲述：取上层的石灰水到试管中，吹气。

讲述：生成了不溶于水的物质碳酸钙，所以就浑浊了。

板书：化学反应方程式：

B教师教学片段：

教师板书：水与生石灰反应。

教师演示实验：在烧杯中加入半杯水，放入一小块生石灰静置。

教师讲述：反应现象不明显，怎样验证实验已发生反应？（暗示已发生反应了）

学生表现：沉默，思考中。

教师适时板书反应原理：CaO+H2O→Ca（OH）2。

教师发问：（根据此反应原理）烧杯中下层的白色固体是什么？

学生回答：（异口同声）氢氧化钙。

教师发问：上层的清液是什么？

学生回答：（异口同声）水。（学生的潜意识中认为无色的液体就是水）

教师发问：真的是水么？请大家再看一个实验。

教师演示实验3：取上层清液少许于试管中，吹气。（现象：变浑浊）

教师发问：根据此现象，你们还认为上层清液是水么？（适时提醒学生对比向水中吹气实验）

学生回答：不是。

教师板书反应原理：Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O。

教师发问：根据反应原理，你们认为上层清液是什么？

学生回答：氢氧化钙和水。

教师概述：氢氧化钙微溶于水，上层清液是氢氧化钙的水溶液，俗称石灰水。

教师归纳：生石灰跟水反应的实验现象不明显。借助“二氧化碳”使新物质显形。

C教师教学片段：

教师板书：水与氧化钙反应。

教师演示实验：在一烧杯中加入半杯水，放入一小块生石灰。

教师指令：请同学触摸烧杯壁。

学生回答：发热，有点烫。

教师发问：能否从现象上来判断该变化是化学变化？我们应该从哪个角度判断？

学生回答：不能。应从“有新物质生成”判断化学变化的发生。

教师板书反应原理：CaO+H2O→Ca（OH）2。

教师发问：如果我们证明生成了氢氧化钙，是否就是说明生成了新物质？

学生表现：无语。

教师发问：如何证明生成了氢氧化钙？

學生表现：思考，无语。

教师发问：氢氧化钙能和什么物质发生反应？

学生表现：思考，无语。

教师发问：氢氧化钙是谁的主要成分？

学生表现：思考，无语。

教师指令：请大家看书上第4页的课堂实验。

学生表现：看书，发现答案。

教师发问：澄清石灰水的主要成分是什么？

学生回答：氢氧化钙。

教师讲述：那我们取上层澄清的石灰水，吹气。（现象：浑浊）

教师发问：结论是什么？

学生（少数）回答：生成碳酸钙。

教师总结：说明氧化钙和水反应的确生成了氢氧化钙。

2.1.1.2 36位教师的评价意见

收集36位初三化学教师的评价反馈表，精简后整理如下（都是引自教师的原话）：

36位教师中，表示自己在教学实践中会选择A教师教学过程的有5人，会选择B教师教学过程的有29人，会选择C教师教学过程的有2人。

2.1.1.3 讨论与后续处理

在上述教学过程中，A教师所谓“探究”实际上就是“教师演示、呈现实验过程，学生描述现象，师生书写化学方程式”三步曲，重点在于把知识点罗列、抄写在黑板上。实验教学的真实目的和功能就是让学生看见浑浊现象，强化学生对实验现象的记忆，整个过程学生无需思考。

B教师在提出“怎样验证实验已发生反应？”这个问题时，学生无从思考。教师及时板书了氧化钙和水的反应原理，再利用反应原理引出“上层清液是什么？”的问题。当学生异口同声判断“上层的清液是水”时，B教师没有简单地告诉学生正确答案，而是用后续实验让学生自己发现和纠正错误，取得较好效果，是其教学中的“精彩一笔”。整个教学过程体现了“用实验引出问题-猜测初步结论-跟进后续实验-收集实验事实-完善初步结论”的基本逻辑，让学生感受到做实验是获得、形成化学知识和解决问题的一种重要途径。学生经历了观察、分析、比较、联系等过程，在加深对两个化学反应之间关系理解的同时，思维也会更加具有逻辑性。整个过程比简单地呈现实验过程要费时，但学生的参与和思维活动的过程是截然不同的。

C教师注意了让学生亲自感受反应放热现象，也突出了判断化学反应发生的根本依据，有启发引导学生思考的意识，试图用一系列问题来启发学生思考，但学生对氢氧化钙的有关知识并不熟悉，故一直“启而不发”，教学效果欠佳。

在对上述实验教学比较分析的基础上，笔者组织了对本课另一个化学实验的教学改进。

2.1.2 水与二氧化碳反应实验教学研究

2.1.2.1 原教学设计

演示实验：取两支试管，分别都滴入少量水，只往一支试管中吹气，然后都滴入紫色石蕊试液。

讲述：紫色石蕊试液是一种酸碱指示剂，遇到酸性物质会变红色。

提问：是什么物质使石蕊变色？

板书：化学反应方程式： 。

讲述：二氧化碳和水能反应生成碳酸，因此可作为碳酸饮料。

2.1.2.2 新教学设计

板书：水与二氧化碳反应。

化学方程式：H2O+CO2→H2CO3。

演示实验1：向水中吹气。

发问：水是无色的、二氧化碳气体是无色的，二氧化碳通入水中之后还是无色，没有发现任何现象。怎样才能证明确实发生了化学反应呢？

学生思考、讨论（略）。

提示：二氧化碳可以转变成碳酸，碳酸显酸性，能使酸碱指示剂变色，所以我们可以用紫色石蕊试试，看看二氧化碳是不是转变成碳酸了。

演示实验2：向吹气后的水中滴加紫色石蕊。

对比实验3：向水中滴加紫色石蕊。

提问：这个反应中我们为什么能借助指示剂证明产生了新物质？

归纳：生成物是一种酸，具有与原反应物水、二氧化碳不同的化学性质──酸性。

2.1.2.3 说明与讨论

原教学设计直接呈现实验过程，学生不能感悟到为什么要做两支试管实验、石蕊在反应中起到什么作用；有的学生可能会认为石蕊和水或石蕊和二氧化碳反应了，弱化了对二氧化碳和水作用的关注，使思维活动向错误方向展开。新的教学设计抓住化学反应方程式跟实验无明显现象的矛盾，激发学生进一步探究的欲望，以紫色石蕊的使用及时地使学生了解新的实验事实，引导学生思考的方向，这是解决问题的需要，能使学生体验实验的重要性和必要性，也教给了学生探究问题的方法。设计的3个实验不是并列关系，而是层层递进的，后一个实验是为了解决前一个实验中发现的问题。

2.2 加强理论知识对实验设计的指导，引导、鼓励学生质疑

案例：物质的溶解性（上海九年义务教育课本第一册）

2.2.1 从一个课堂现象说起

笔者在听课中多次碰到这样的情况：教师问一句“怎么办？”，学生没有片刻迟疑，异口同声地喊出“控制变量”，表现出“脱口而出“的熟练、机械的熟练，明显没有经过深入的思考，“控制变量”似乎成了实验的“万能贴”。“控制变量”是科学实验中的一个重要措施，但学生真正理解了吗？为此，笔者在区级的不同模拟测试中多次加入了相应的试题，通过测试数据了解学生对“控制变量”的理解程度。例如：

试题1：比较食盐和蔗糖在水中的溶解性，必须控制的条件是（ ）

A.温度相同

B.水的质量相等

C.食盐和蔗糖质量相等

D.食盐和蔗糖颗粒大小相同

相应测试数据：难度：0.14 区分度：0.29

试题2：能比较出室温下白糖和食盐溶解性大小的一组实验是

从学生的答题情况可以看出，学生知道“控制变量”这个名词，但对“该控制什么变量”并不能正确把握。这个结果应该是与教师的实验教学方式有密切关系的。

2.2.2 “白糖、食盐和淀粉溶解性的比较”实验教学研究

教材中有学生实验“白糖、食盐和淀粉溶解性的比较”，根据教材安排，一般课堂教学过程大致如下：

（1）教师提出问题（任务）——如何比较白糖、食盐和淀粉的溶解性

（2）学生的学习（操作）活动——参照教材详尽的实验步骤操作。

①实验步骤：在盛有25毫升水的烧杯中，分别加入1克白糖、1克食盐、1克淀粉，搅拌。

实验现象： 。

②再分别加入1克白糖、1克食盐、1克淀粉，搅拌。

如果加入的物质全部溶解，则继续分别加入1克白糖、1克食盐、1克淀粉，直至加入的物质不再溶解为止。

实验现象： 。

③实验结论：白糖、淀粉和食盐在 条件下， 的溶解性更大。

（3）学生交流汇报。

（4）师生归纳总结：此实验中要控制变量：相同温度，相同溶剂且相同质量。

在如上教学过程中，学生只是按部就班进行实验，按照教材规定方法和步骤进行的实验过程非常顺利，教师按照教材进行实验演示，师生最终关注的是实验的结论。

笔者在听课后问过几个学生为什么要用相同的水和相同质量的白糖和食盐？学生要么无语，要么说“要控制变量”，没有一个能想到是为了比较的方便。整个实验过程，学生并未进行实验方案的思考，很少能主動地把实验过程与化学概念相联系；也不会从实验过程中真正体会到“溶解性与溶剂量无关”，因为教师强调一定要“同质量的水”进行比较。学生只是“照单抓药”，记住了必须“控制变量，溶质、溶剂的质量都要控制”。这种类似“操作工”的实验过程并不能引发学生对“物质的溶解性”的深刻理解。这就不难解释试题1中会有一定数量的学生选择B或C；试题2中A和D两个选项中数据都相同时，很多学生都会“上当”。

基于上述问题的发现，我们对该实验的教学改进如下：

在教材的实验演示后，师生要跟进对实验过程的反思。如，当学生得出实验结论后，教师可以引导学生联系“影响物质溶解性的因素”理论，对实验方法进行思考，期待学生提出质疑。如果学生没能提出质疑，教师可以从理论出发，引发学生质疑：影响溶解性的因素是溶质、溶剂种类和温度，说明溶剂质量和溶质质量不影响溶解性，实验中为什么要控制溶剂的质量相等、为什么要控制溶质的质量相等……

2.2.3 说明与讨论

在初中化学启蒙阶段，学生不能一下达到“设计实验”水平，但教师可以在适当的“照单抓药”实验后，对理论知识和实验目的、步骤进行联系，结合实验的目的和步骤进行思考，引导学生有理论依据地评价教材的“实验方法”。例如在“物质的溶解性”一节中，教材中的呈现顺序是先理论阐释[如物质的溶解能力跟物质本身（溶质）和溶剂（水）的性质、溶剂的温度等有关]，后进行学生实验[如在相同温度下，使用相同质量的水和相同质量的食盐和白糖]。教师要充分引导学生结合理论进行实验方法的思考，可以依据学生的实际水平和实验经验，提供适当的实验药品和器材，放手让学生设计实验，激发学生更高的学习积极性。基于溶质、溶剂种类和温度是影响物质溶解性的因素，根据控制变量思想，学生是可以自主设计出“在一定温度下，在同一溶剂水中进行比较”的多种实验方法的；对比自己设计的实验方法和教材中的实验方法，学生会发现自己的实验设计和教材实验设计有区别，自主设计和教材设计的不一致自然能促成学生的质疑。

理论知识对实验的设计有着重要的指导意义。教师要抓住化学原理和实验方法之间的内在联系，引导学生关注两者之间内在的关联，最终达到学生形成一定的实验思维能力。

2.3 从学情出发，适当增加实验，引导学生开展创新思维

案例：人类赖以生存的空气（上海九年义务教育课本第一册）

2.3.1 课前学情分析

这节课是初三化学第二章的第一课时内容，教材课堂实验中的实验原理既是教学重点，又是学生学习的难点。由于学生接触化学的时间不长，对于如何运用密闭容器中气体体积和压强变化的关联来探究空气中氧气的体积分数，学生缺乏一定的理解和分析能力，因此教学中教师需要对教材中的课堂实验进行必要的调整补充。

2.3.2 “探究空气中氧气的体积百分含量”实验的教学研究

下面是课堂教学中的片段：

教师：如何使用胶头滴管？看哪个同学能使滴管内吸水多？

学生：演示“使用胶头滴管吸水”并把吸出的水转移到试管中。

学生实验1：胶头滴管吸液体。

教师：你能否吸得更多些？

学生：演示“再次用力吸水”。

教师：你能说一下你是如何办到的么？

学生：用力挤压。

教师：用力挤压，出去空气多，则怎么样？

学生：出去空气多，则进入的水多；出去空气少，则进入的水少。

教师：为什么水会进入？

学生：气体少了，滴管内的压强变小，大气压把水压入滴管。

教师：那么挤出去的空气和进入的水的体积有什么关系？

学生：挤出去了多少空气，就进入了多少水。

教师：如何用实验证明呢？

（学生交流、讨论）

学生实验2：针筒抽气。

教师：挤出去了多少空气，就进入了多少水。

教师：如果我想知道这个塑料瓶中氧气有多少，只需要想办法把氧气“挤”出去，根据进入水的体积就可知氧气的体积。那么，如何“挤”出氧气呢？

（学生交流、讨论）

教师：利用某物质把氧气反应掉，是否也是相当于“挤”出氧气？

（课件呈现几个化学反应的文字表达式：加热汞，②红磷燃烧，③蜡烛燃烧，④木炭燃烧）

教师：你们会选择哪个化学反应“挤”掉氧气呢？你们如何设计实验装置？（学生交流、讨论……）

教师：（呈现实验3实验装置图）

上述教学过程中，教师根据前期学生已学过的实验基本操作创设问题情境；在解决问题的过程中，学生动手实践，动脑思考，对实验操作中的现象信息进行分析、概括和整理，发现操作情境中的规律：进入水的体积等于减少的气体体积。随后，教师又设置阶梯型问题和知识性资料，为学生理解实验思路和設计实验方案扫除思维上的障碍。在学生充分讨论、不断选择和优化仪器后，才引入教材中的实验装置。在对比3个实验异同的基础上，教师引导学生分析此类实验设计中的共性，再进一步抽象出该类实验的实验模型（一个密闭体系，加显色物质），使学生的思维达到比较高的水平。

2.3.3 体会

适宜的实验补充是学生重温旧经验、构建新经验的桥梁。由浅入深，由表及里，设计好合适的“路径”和“台阶”，才能便于学生将学过的知识或技能迁移到新情境中解决问题。在不同的实验情境中学习，学生解决具体问题的经验和思维策略就会日趋丰富，解决问题的能力会逐步提高。

3 进一步的思考

化学实验不仅仅是让学生感知、理解和记忆的载体，更应是让学生发展建构意义能力和批判、反思能力等高阶思维能力的重要平台。如果教学过程中，教师对实验过程不做任何处理，直奔主题地做实验、得结论，就失去锻炼学生思维的机会。教师应有意识地对实验目的、实验装置、实验步骤和实验思想等实验要素进行剖析，深度挖掘其中的思想方法，多创设“情境-问题-假设-实验-讨论”的过程。实验探究的目的决定了实验过程的设计，而实验过程设计应结合化学知识进行，实验后应增加对实验过程的评价。教师给学生呈现实验内容、实验材料、实验事件的方式不同，学生调动个人经验和知识储备来参与实验的过程就不同。设计、利用好实验载体，让学生体验、思索、探究，不仅能拓展学生对知识的理解，发展学生的观察、分析、比较、联系能力，而且能提高他们的推理、批判性地思考和质疑科学现象等科学思辨能力。

参考文献：

[1]上海教育委员会.上海市中学化学课程标准[S].上海：上海教育出版社，2004：35～36.

[2]罗星凯.探究式学习：含义、特征及核心要素[J].教育研究，2001，（12）：52～56.

[3]张红霞著.科学究竟是什么[M].北京：教育科学出版社，2003.

[4]肖川.论学习方式的变革[J].教育理论与实践，2002，（3）：41～44.

[5]韦钰.探究式科学教育教学指导[M].北京：教育科学出版社，2005：83.