化学实验兴趣水平的层次与激发

吴晗清 刘聪 李世玉

摘 要 化学实验学习兴趣水平从低至高可以分为感官感知、实验操作、科学探究与变革创新四个层次。结合已有研究和实践调查，发现学生的兴趣水平主要集中在前两种。实验是化学教学的重要内容和方法，教师应从实验现象开始，通过感官刺激激发学生对现象本身的思考;紧密联系生活实际，带领学生改进完善实验装置，手脑并用拓宽学生的可操作范围;注重科学探究兴趣的培养，让学生学会发现问题、解决问题;在探究的基础上，培养学生敏锐的洞察力，进行变革性思考，培养实践能力和创新精神。

关键词 化学教学 学习兴趣 化学实验

兴趣就是人们在探索研究某种事物或是从事某种活动的过程中，所呈现出的迷恋意识倾向。学习兴趣，是学习动机的核心部分，它的特点是在探索新事物的过程中伴有愉悦的情绪表现，并因此进一步深入学习[1]。爱因斯坦也认为：“兴趣可激发人的创造热情、好奇心和求知欲，由百折不挠的信念所支持的人的意志，比那些似乎是无敌的物质力量有更强大的威力。”

虽然有研究表明大部分学生对化学学科感兴趣，但是他们的兴趣普遍停留在化学实验现象层面。学生普遍动手能力较差，对于化学实验没有真正探索的渴望，只是为了好玩的学生居多[2]。然而实验是化学学习的基础，而且访谈学生也发现学生对于实验操作的兴趣最为强烈。学生能够亲手做实验，直观地观察到神奇的化学变化最能够激发学生兴趣[3]。实验操作是途径，更重要的是科学探究与创新意识的培养。学生要想学好化学，达成学科核心素养，必须要超越直接的感官与操作，进一步培养科学探究的意识并且尝试创新。可见，化学实验兴趣的感官感知、实验操作、科学探究与变革创新四个维度环环相扣、步步提升。

一、感官感知层次的兴趣与激发

感官是感受外界事物刺激的器官，如眼、耳、鼻、舌、身相应的感觉就是视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等。感觉是知觉产生的基础，心理学通常将感觉和知觉统称为感知。古希腊哲学家亚里士多德认为知识起源于感觉，大脑借助于感官而感觉外界的客观事物，强调感觉在认识过程中的地位和作用。经验主义哲学家都极力推崇感知经验的重要性，如洛克在《人类理解论》中指出，知识归根到底都是来源于经验的。“在生活世界中，人通过对现实世界的直接感知获得关于这个世界的知识，这种直接的知识逐步典型化，就形成了生活世界的观念，这些观念经概念化和体系化，产生科学理论”。[4]在教学实践中，让孩子从直观感知开始学习活动是毋庸置疑的。夸美纽斯认为知识的开端永远必须来自感官，强调“在可能的范围内，一切事物都应该尽量地放到感官跟前”[5]。

在化学教学中，感官的作用体现在直接认识物质及其变化。学生通过眼睛可以观察到物质的形态和外观，通过不同的感官可以全方位感受化学反应中物质的各种变化等。化学学习过程经历由易到难的四个重要阶段：实验现象、概念和原理、问题解决以及创造性地提出新问题或新观点，并以此构建了感官感知、认知建构、认知重组和顿悟的四级学习机制模型[6]。强调启动学习机制的首要条件是学生动手、动脑做实验，多感官感知丰富多变的化学实验。

案例1：“可乐”怎么变成了“雪碧”？

老师带来一瓶“可口可乐”，学生看见“可口可乐”在老师手中不断摇晃竟然变成了无色透明的“雪碧”大為惊奇。老师引领学生分析，解密这瓶“可口可乐”是将碘片溶于酒精再加蒸馏水稀释自制的深褐色液体。继续探讨“可乐”变“雪碧”的奥秘则是可口可乐瓶盖内的大苏打粉末——Na2S2O3。当可乐瓶摇晃时，Na2S2O3溶于“可乐”，并经过化学反应，将深褐色的“可乐”变成了无色透明的“雪碧”。实验的核心也就是这个奥秘的原理——I2单质的氧化还原反应，也就愉快而顺利地被同学们掌握。学生经过视觉的冲击，学习反应原理的时候也更加有积极性，再经过自己动手再现“可乐”变“雪碧”的过程，感受到化学变化的神奇之处。

二、实验操作层次的兴趣与激发

布鲁姆将教育目标分为认知、情感及操作等三个维度。杜威认为，人们应当“从做事里面求学问”，对“一切操纵、建造、积极的行动和制作的冲动给予运用和满足的机会”，在做的过程中发现和发展自己，强调“做中学”。苏霍姆林斯基也指出，“儿童的智慧在他的手指尖上”。而实验操作，正是强调手脑并用，强调从做中学。所以，对于化学学习来说，强调亲身操作是十分有必要的。

基础的化学实验操作包括药品的取用、物质的加热、物质的称量、仪器的连接组装和洗涤，正确的实验操作是顺利进行化学实验的基础。在化学课堂上，教师应尽可能为学生创造动手实验的机会。但现实中往往囿于设备、药品，课时限制等原因，学生缺乏在实验室亲自动手做实验的机会。为此，教师需要紧密联系生活实际，可以利用生活中的用具设计实验，突破化学实验设备不足的障碍，手脑并用拓宽学生的可操作范围，让更多的学生体验化学实验中亲自动手的乐趣。

案例2：铁粉与水蒸气反应的实验装置改进

教师带领同学们按照教材上的步骤进行了Fe粉与水蒸气反应的实验。实验结束后，发现有些小组的实验并没有成功。在教师的引导下，学生总结失败的原因如下：①用酒精喷灯加热，很容易使玻璃管变形，导致软化、变形，甚至破裂;②通过观察反应后物质发现，分散在石棉绒上的大量Fe粉，实际上未发生反应;③烧瓶里产生的水蒸气冷凝聚成液体聚集在高温玻璃管中，导致玻璃管破裂。除此之外，还有学生质疑了干燥管的作用，认为在大量的水蒸气下，干燥管的作用有限，并且提出了无法判断H2是否生成与不知生成含量的多少。于是师生对原实验装置一步步进行改进，改进后如图1。同学们发现装置优化后，操作的难度降低，消除了水蒸气聚积使玻璃管破裂的风险，提高了实验的安全性，实验的成功率也明显提高了，并且改用排水法收集H2，气体纯度大大提高。利用合理的实验操作，很好地回应了前面的各种质疑。从而为进一步培养学生的实践能力和创新意识，奠定了重要的基础。

三、科学探究层次的兴趣与激发

科学探究，就是师生在学习情境中通过观察或阅读发现问题，再搜集证据，进而形成解释的学习范式。它强调用科学的方法，对问题情境进行的探索。在杜威的经验主义哲学观点中，认为经验是以规划未来、探求未知的领域、与未来相联系为其明显特征的[7]。他强调科学探究是“一种有控制的或有方向的把一个不明确的情境转化为明确情境的转化行动。它把原初情境里存在区别但有内在联系的要素统一为一个完整的整体”。[8]

科学教育领域一直都在强调科学探究这一重要命题。美国《国家科学教育标准》中强调了科学探究既是科学家研究自然界的途径之一，也是学生获得知识和领悟科学的思想观念及科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。我国《普通高中化学课程标准（2017版）》提出化学学科核心素养，其中之一就是科学探究与创新意识。明确指出，学生应能够认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动，并且在化学教学中，可以利用科学探究实验来进行问题解决能力的培养。

案例3：探究蔗糖燃烧的催化剂

教学情境：学生将一块方糖放在酒精灯火焰上灼烧，惊奇的发现，方糖先是熔化，然后碳化，但是始终不会燃烧。另一块方糖放在酒精灯火焰上灼烧却神奇的燃烧起来了。学生思考发现，另一塊方糖在实验前不小心沾到了少许香灰。“方糖是新买的，不存在变质问题。那么，香灰在蔗糖燃烧中起到的作用是什么呢？”于是，在情境中生成问题：“蔗糖燃烧是不是需要催化剂？有哪些物质可以做蔗糖燃烧的催化剂。”学生在课堂上顺理成章的开展了蔗糖燃烧的催化剂的科学探究，不仅探究了各种灰烬对蔗糖燃烧的影响，还探究了各种纯化学试剂对蔗糖燃烧实验的作用，例如Na2CO3、KHCO3、K2CO3、CuO、CaO等。在探究中发现并不是所有的物质都能做催化剂，并且催化剂是的作用是有快有慢的。这一过程，学生不仅习得了学科知识如催化剂的性质，更重要的是问题意识、探究意识、实验能力等方面的发展。

四、变革创新层次的兴趣与激发

变革，出自《礼记·大传》“立权度量，考文章、改正朔、易服色、殊徽号、异器械、别衣服，此其所得与民变革者也。”变革，即改变旧的、不合理的部分，使其更合理完善。美国社会心理学家多伊奇认为变革的力量是当今世界惟一最巨大的力量，没有变革就没有进步。而创新，是在变革的基础之上，是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程，指向新事物的创生。从马克思主义哲学的观点出发，创新是一种人的创造性实践行为，是对物质世界矛盾的利用和再创造。所以，发现问题是创新的前提，实践是创新的根本所在。

在化学教学中，教师不能禁锢学生的思维，要有意识地培养学生的创新兴趣。创新是积累的，不是一蹴而就的。正如陶行知先生所说“天天是创造之时，处处是创造之地，人人是创造之人”。因此教师不能扼杀、压制学生天性中存在的创新萌芽，在教学过程中要创设宽松民主的教学环境，让学生能充分表达自己的新发现、新想法、新观点。如此，民主的氛围能够发扬光大，学生创新热情得到强化，培养学生的创新意识和能力就不是一句空话。更重要的是，激励学生创新，不仅学生得到成长，还能达成教学相长的理想境地。

案例4：电解氯化铜溶液之后，为何电解液会变黑？

情境：学生在实验室里进行电解CuCl2溶液的实验，发现在U型管的阴极附近，溶液逐渐呈现黑色，并且有黑色物质不断扩散。电解液为何会变黑呢？

学生假设：假设1：溶液电解后pH增大，产生的Cu（OH）2分解后生成了CuO，导致电解液变黑。假设2：参考银镜反应实验中的溶液也变成黑色是因为未能吸附在试管壁的Ag粉末造成的案例，推测电解CuCl2溶液之后Cu未能吸附在阴极，导致电解液变黑。假设3：电解液浓度和电解液性质会影响黑色的物质的产生。

方案设计：针对假设1的实验方案：分别向电解前溶液与变黑后的溶液中滴加盐酸，发现前者无变化后者溶液仍然呈黑色。CuO能溶于盐酸，若滴加盐酸溶液颜色应能恢复到原来状态，说明黑色物质不是CuO。再经过较长时间的电解，发现U型管阳极处出现蓝色沉淀，可见，Cu（OH）2不能在阴极产生。因此假设1不正确。针对假设2的实验方案：分别向电解前溶液与黑色溶液中滴加浓HNO3再加热，发现前者无变化后者试管溶液上部有红棕色气体产生。Cu不溶于稀盐酸但能溶于稀HNO3，加入稀盐酸无明显现象而加入稀HNO3之后产生了红棕色气体，说明假设2正确。针对假设3的实验方案：将电解液稀释后再电解，发现电解液不再变黑。将电解质溶液用Cu（NO3）2溶液代替，再进行电解，发现电解液也不再变黑，说明假设3正确。

实验结论：电解CuCl2溶液之后，生成的Cu未吸附在阴极，导致阴极附近溶液变黑，黑色物质的产生与电解液浓度和电解液性质有关。教师需要指出的是，阴极附近产生的黑色物质是由Cu导致但并非是Cu，而是Cu与溶液反应生成的其他物质。伟大的创造来自于平时对于化学实验教学中的异常现象，教师不仅不能一带而过，而且要积极引导学生去关注和探究，培养学生的问题意识、探究能力和创新精神，同时促进自身的专业发展。

参考文献

[1] 陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2005：134.

[2] 吴晗清.化学学习机制模型的建构及其检验[J].现代中小学教育，2014，30（03）：40-44.

[3] 朱华光，吕琳，吴星.中学生化学学习动机和兴趣的最新报告[J].

中学化学教学参考，2001（10）：17-20.

[4] 裴娣娜.现代教学论（第一卷）[M].北京：人民教育出版社，2005：223.

[5] 夸美纽斯.大教学论[M].北京人民教育出版社，1985：156-157.

[6] 吴晗清.化学学习机制模型的建构及其检验[J].现代中小学教育，2014，30（03）：40-44.

[7] 杜威.民主主义与教育[M].王承绪，译.北京：人民教育出版社，1999：30，41.

[8] John Dewey.Logic：the theory of inquiry [M].New York：Henry Holt And Company，1938：104-105.

[作者：吴晗清（1981-），男，安徽宿松人，首都师范大学教师教育学院，副教授（教授岗），北京师范大学教育学部，兼职教授，教育学博士，心理学博士后;刘聪（1997-），女，江西吉安人，首都师范大学教育学院，硕士生;李世玉（1995-），女，贵州瓮安人，首都师范大学化学教育研究所，硕士生。]

【责任编辑 郭振玲】