在实验教学中提升学生的理性思维能力

赵培龙

摘要：针对当下初中化学实验教学普遍存在“规定实验不能开齐开足”和“对实验教学功能认识不足”两种现象，从“对实验原理和方法的理解”“全面分析实验过程”“设计实验探究方案”和“分析实验数据误差”四个方面，分别举例阐述了提升学生理性思维能力的实践与思考。

关键词：实验教学；实验过程；理性思维

文章编号：1008—0546（2017）11—0083—03 中圖分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.027

一、问题的提出

理性思维是一种有明确的思维方向，有充分的思维依据，能对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括的一种思维。理性思维是感性思维的飞跃，它反映事物的全体、本质和内部联系，能力的养成需要后天刻苦的学习和训练，其中自然科学的学习意义重大。化学作为一门以实验为基础的自然科学，实验教学重在引导学生积极思考实验中出现的现象和问题并从中发现新的化学知识。无论是演示实验还是分组实验，对学生而言都是为了解决新的课题，都经历着思考问题、解决问题的思维过程。因此，化学教师应引导学生体验“通过实验发现知识”的过程，真正在实验教学中提升学生的理性思维能力上下功夫。

二、实验教学的现状

当下初中化学实验教学存有如下两种现象：

1.学校对课程标准规定的实验不能开齐开足

《义务教育化学课程标准（2011年版）》规定了8个基础的学生实验及若干演示实验，倡导与建议能进行分组实验的尽量进行分组实验。但笔者调研访谈获悉，许多学校因为试剂、仪器缺少或教学的时间紧等因素，没有开齐开足规定的实验。多数学校只做了“基础实验1氧气的制取与性质”和“基础实验2二氧化碳的制取与性质”两个基础学生实验，其他学生分组实验被教师演示实验所替代，甚至个别学校用“视频播放实验”或“黑板上讲实验”代替“做实验”，然后把知识点罗列、抄写在黑板上，学生对实验知识进行背诵记忆。

2.教师对实验教学的功能和价值认识不足

化学实验在教学中的功能与价值究竟是什么，教材中设计或选择这一实验的目的是什么，这样的问题教师很少思考b]。很多教师认为实验教学的目的和作用就是让学生能看到神奇、有趣的实验现象，增强学生的注意力，提高学生学习化学的兴趣。课堂上实验教学过程演变为“教师演示实验、学生描述现象、师生书写化学方程式”三步曲，整个过程学生无需思考。

三、实验教学实践案例研究举隅

“以实验为基础”是化学学科的特征之一，实验既是教学的内容又是教学的手段，做实验是获得、形成化学知识和解决问题的一种重要途径。实验的正确操作必须建立在对实验原理和实验操作过程等充分理解的基础上，从实验目的的确定到实验方案的设计，由选择实验所需装置与仪器到实验具体的实施过程等，其中的每一步都包含着深刻的化学原理，都有赖于理性思维的指导。因此，无论是何种形式的实验，都应将实验与思维相结合。在实验的基础上，发展学生的理性思维是初中化学课程的重要目标之一。

1.在对实验原理和方法的理解中领悟理性思维

例1：义务教育化学教科书（沪教版）第1章“开启化学之门”第2节“空气中氧气体积分数的测定”实验教学片段如下：

【教师提问】做该实验时如用①木炭；②硫粉；③铁丝代替红磷行不行？

【学生猜想】有些同学猜想①②③能，有些同学猜想①②不能，③能。

【分析验证】同学们相互交流分析，测定氧气体积分数的原理是利用某物质燃烧消耗氧气且不能有新的气体生成，这样才能使容器内压强降低引起水倒吸，进入容器内水的体积等于反应消耗氧气的体积。所选择的物质不能只从表象上看到能与氧气反应就行。对于铁丝能否代替红磷，教师给出背景资料，铁丝在空气中不能燃烧，无法消耗氧气。

【得出结论】用木炭、硫、铁丝均不能代替。

【教师提问】如果用木炭代替红磷，要使实验成功又作何改进？

【分析验证】要使实验成功，需要预先在容器内盛放能吸收反应生成的二氧化碳气体的物质（如NaOH溶液），这样才能使容器内压强降低。

化学实验教学中，实验设计原理是实验教学的灵魂。在平时的课堂实验教学中，教师就应注重培养、提高学生根据实验课题理解实验设计原理和方法的能力。让学生在对实验原理和方法的理解过程中，学会发现问题、分析问题并解决问题，从方法的角度去训练化学实验知识在学生头脑中的构建过程，达到领悟理性思维能力的目的。

2.在全面分析实验过程中训练理性思维

例2：第5章“金属的冶炼与应用”第2节“一氧化碳与氧化铁的反应”实验教学片段如下：

【教师提问】做该实验时为什么要先通入一氧化碳再点燃酒精喷灯？当红棕色粉末变成黑色时，为什么要先熄灭酒精喷灯，等玻璃管内物质冷却后，再停止通入一氧化碳？先后操作顺序颠倒行不行？

【学生猜想】有些同学猜想行，有些同学猜想不行。

【分析验证】同学们相互交流分析，反应前，一氧化碳“早出”目的是为了将玻璃管内的空气排出，防止混合气加热时发生爆炸。反应后，一氧化碳“晚归”目的是防止石灰水倒吸，使玻璃管炸裂；也为了防止刚还原出来的铁再次被氧化。

【得出结论】实验操作顺序不能颠倒。

【教师追问】实验结束后，可不可以采取其它方法也能实现上述目的？

【得出结论】用弹簧夹分别夹紧玻璃管两端的橡皮管，阻止空气进入，从而达到防倒吸及防氧化的目的。

教学过程中，如果教师只要求学生按照既定的文本“照葫芦画瓢”，对实验过程不做任何处理，直奔主题地做实验、得结论，充其量培养了学生的实验操作技能和实验习惯，就失去了训练学生思维的机会。实验的具体操作过程并非按部就班式的机械操作，其中的理性思维始终居主导地位。实验具体操作顺序，观察什么等都需要缜密思考、严谨分析，教师应对实验装置、步骤等实验过程进行剖析，深度挖掘，进行有价值的追问，使学生产生认知冲突，将问题逐步引向深入进而有效训练学生的理性思维。endprint

3.在设计实验探究方案中发展理性思维

例3：第7章“应用广泛的酸碱盐”第2节“二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应”实验教学片段如下：

【教师提问】我们知道用氢氧化钙溶液来检验二氧化碳气体，因为反应时会出现明显的浑浊现象。可二氧化碳和氢氧化钠溶液反应了，却没有明显现象，你能设计实验证明它们之间确实反应了吗？

【设计方案】学生在分组讨论后交流各自实验方案：

方案一：向收集满C02气体的矿泉水瓶中迅速倒人NaOH溶液，盖上瓶盖，矿泉水瓶会变瘪。该方案设计的原理是从反应物状态的变化引起气压的变化来证明的。

方案二：将CO₂通入NaOH溶液，向反应后的溶液中滴加稀盐酸，会有气泡产生。

方案三：将CO₂通入NaOH溶液，向反应后的溶液中滴加石灰水或氯化钙溶液，会有白色沉淀生成。方案二和方案三是从检验产物Na₂CO₃来证明的。

方案四：向盛有NaOH溶液的试管中滴入几滴酚酞试液（图1），这时溶液显红色，再通入CO₂气体，如果CO₂能与NaOH溶液反应，溶液会褪色。该方案是从检验反应物NaOH溶液来证明的。

【分析验证】学生通过讨论后分析认为方案四不行，因为Na2CO₃溶液也显碱性，同样会使酚酞试液变红色。用实验检验，演示方案四，酚酞试液没有褪色，证明学生们思维分析结果正确。

初中化学中，有些化学反应实际发生了，但没有明显的现象（如某些酸和碱反应）。可以此为契机，让学生设计实验验证反应的发生。设计方案要综合考虑多种因素，实验目的不同则使用的试剂就不同。通过对“无现象发生的反应”的实验设计，有利于拓展学生思维的空间，提升思维的高度、宽度和深度，培养学生的发散思维能力，发展学生的理性思维。

4.在分析实验数据误差中升华理性思维

例4：第6章“溶解现象”第2节“配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”实验教学片段如下：

【教师提问】某班同学在实验室完成“配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”基础实验，实验后，经检测发现甲组的同学配制的溶液溶质质量分数偏小，而乙组的同学配制的溶质质量分数偏大了，结合实验操作分析可能的原因有哪些？

【得出结论】导致溶质质量分数偏小的可能原因有：转移固体时，有部分洒落在实验桌上（导致溶质的质量偏小）；用量筒量取水时，仰视读数；溶解的烧杯内本身有水珠，不干燥等（导致溶剂的质量偏大）。导致溶质质量分数偏大的可能原因有：砝码生锈（导致称取的溶质质量偏大）；用量筒量取水时，俯视读数；向烧杯中倾倒水时，有水溅出等（导致溶剂的质量偏小）。

实验活动是一个由感性认识上升到理性认识的过程，而误差分析却是一个由理性认识回到实践的过程。通过误差分析不仅深化了对溶质质量分数概念的理解，并形成了分析思路和方法。通过对误差产生原因的讨论，找出实验操作或实验设计中的缺陷，再进一步改进和完善实验操作。这样将实验数据、概念原理及实验操作有机地结合在了一起，使学生在分析实验误差过程中理性思维得到升华与深化。

美国教育家杜威说過：教学应该是一种过程的经历，一种体验，一种感悟。实验教学是化学教学中重要的实践活动，不仅是一种感性活动的过程，更重要的是一种理性思维的过程，本质上是理性思维的物化。化学教学过程中教师应重视实验、做好实验，提升学生的理性思维能力，发展学生的化学科学素养，凸显化学实验的教学价值。endprint