林耿輝

摘要：培養(yǎng)實驗思維品質(zhì)是發(fā)展學生科學探究能力的突破口。在初中化學實驗教學中，通過調(diào)控實驗課堂結(jié)構(gòu)的密度、變換典型實驗問題的角度、拓展學生實驗過程的寬度、突破教材實驗素材的限度、立足實驗探究能力的高度等教學策略，能有效培養(yǎng)學生實驗思維的敏捷性、靈活性、批判性、深刻性和獨創(chuàng)性，從而發(fā)展學生的科學探究能力。

關(guān)鍵詞：化學實驗；思維品質(zhì)；科學探究；教學策略

文章編號：1005–6629（2015）1–0062–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

新課程改革強調(diào)發(fā)展學生的科學探究能力，這種能力在化學學習中體現(xiàn)為實驗探究能力，其核心是實驗思維品質(zhì)。實驗思維品質(zhì)是學生在化學實驗探究的思維過程中逐步養(yǎng)成和發(fā)展的，是學生在實驗探究中思維質(zhì)量的重要體現(xiàn)，同時也是衡量學生化學實驗思維發(fā)展水平的主要指標。實驗思維品質(zhì)主要包括：實驗思維的敏捷性、靈活性、批判性、深刻性和獨創(chuàng)性。

心理學研究表明：思維及其品質(zhì)是可以通過訓練得到培養(yǎng)和發(fā)展的。我國心理學專家林崇德教授認為“培養(yǎng)思維品質(zhì)是發(fā)展智力和能力的突破口”[1]?；瘜W是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，化學實驗對學生的實驗思維品質(zhì)的培養(yǎng)、實驗探究能力的發(fā)展，具有其他化學教學內(nèi)容和形式所不能代替的特殊作用[2]。那么，初中化學教師應(yīng)該如何建構(gòu)有學科特色且充滿思維活力的實驗課堂？如何讓學生的思維品質(zhì)在化學實驗教學中得到真正的培養(yǎng)和發(fā)展？

1 調(diào)控實驗課堂結(jié)構(gòu)的密度，培養(yǎng)學生思維的敏捷性

思維的敏捷性反映了思維過程的快慢程度。實驗思維的敏捷性表現(xiàn)為在思維結(jié)果正確的基礎(chǔ)上，能運用化學知識和實驗技能在最短的時間里設(shè)計出解決化學問題的實驗方案，或在相同的時間里設(shè)計出最多的合理的實驗方案。值得注意的是，敏捷的思維必須基于良好的思維狀態(tài)。因此，教師在化學實驗課堂中要時刻關(guān)注學生的思維狀態(tài)，通過靈活調(diào)控實驗時間跨度、實驗知識容量、學生活動形式、實驗思維任務(wù)等課堂環(huán)節(jié)，掌握實驗課堂結(jié)構(gòu)的“密度”，鼓勵和引導學生在盡量短的時間內(nèi)完成實驗思維任務(wù)，或在相同時間內(nèi)完成盡量多的實驗思維任務(wù)，有效地訓練和培養(yǎng)學生實驗思維的敏捷性。

案例1 一場由“試管口”引發(fā)的實驗思維競賽

試管是初中化學實驗中最常見的基本儀器，它的應(yīng)用幾乎貫穿了整個實驗知識體系。在“實驗儀器和基本操作”的專題復習教學中，教師通過展示試管口不同朝向（如圖1），引導學生思考：“當試管應(yīng)用在不同的化學實驗中時，試管口的朝向各不相同，你能舉出一些具體例子嗎？”學生們各抒己見，教師給予及時點評，學生的思維狀態(tài)就在師生的課堂交流中逐步啟動。就在學生興趣盎然之時，教師不失時機地提出“誰能在指定時間內(nèi)組裝出最多的試管口朝向不同的實驗裝置？”躍躍欲試的學生們在新的課堂主題引領(lǐng)下，開始實驗思維的遷移訓練——分組實驗競賽活動。在學生展示活動成果階段，教師則以“在不同的化學實驗中，試管口的朝向為什么各不相同？”的問題引導學生總結(jié)提煉實驗教學的重點，為學生迅速而準確地解決實驗問題奠定思維基礎(chǔ)。

2 變換典型實驗問題的角度，訓練學生思維的靈活性

思維的靈活性反映了思維過程的靈活程度。具備了這種靈活性的學生能從不同角度運用不同的知識與方法思考和解決化學問題，并得到多樣化的思維結(jié)果。課堂上，學生能否迅速地引發(fā)聯(lián)想，建立聯(lián)系，能否進行自我調(diào)節(jié)，迅速地調(diào)整原有的思維過程，是訓練學生思維靈活性的關(guān)鍵所在。換言之，聯(lián)想能力的強弱關(guān)系到思維的靈活程度。因此，在實驗教學中，教師可以有意識地將典型的化學實驗進行多角度的“變式”，有針對性地訓練學生的聯(lián)想能力，進而促使學生領(lǐng)悟知識間的縱橫聯(lián)系、加強演繹推理能力、豐富和發(fā)展自己的想象力，最終提高學生思維的靈活性。

2.1 以問題指引探究，訓練正向聯(lián)想

正向聯(lián)想是有預定目的的，并以完成某項任務(wù)為方向的聯(lián)想。按問題所屬，執(zhí)因索果，沿著隸屬關(guān)系、因果關(guān)系的途徑探索方法，進而推斷出問題的結(jié)論。

案例2 一次“試管版”氣體制取裝置的“展示會”

在案例1的基礎(chǔ)上，教師向?qū)W生巧妙地設(shè)置新的“疑惑點”，明確提問：“在你所組裝的實驗裝置中，哪些適合于實驗室制取氣體？”學生們以“氣體制取裝置”為方向，迅速展開正向聯(lián)想，回憶學過的制取氧氣、氫氣、二氧化碳等典型的氣體制取裝置，對不同的氣體制取裝置進行研究，總結(jié)關(guān)鍵要素，進而根據(jù)“反應(yīng)物狀態(tài)、反應(yīng)條件以及氣體的性質(zhì)等因素確定試管口的朝向，并從組合好的裝置中篩選或改裝適合制取氣體的實驗裝置（如圖2）。

2.2 由結(jié)果領(lǐng)悟方法，訓練逆向聯(lián)想

逆向思維也叫求異思維，是指和正向思維方向相反而又相互聯(lián)系的思維過程，即“倒著想”或“反其道而思之”?；瘜W教學中往往對正向思維關(guān)注較多，長期的正向思維會影響逆向思維的建立。教師在實驗教學中應(yīng)當加強學生逆向思維的培養(yǎng)，引導學生從問題的相反面進行深入的探索。

案例3 一套試管簡易裝置的功能“開發(fā)”

如果把案例2中由“實驗?zāi)康摹痹O(shè)計“實驗裝置”的思維方法看作正向思維，那么由“實驗裝置”分析“裝置功能”則可視為逆向思維。在學生們展示完如圖2所示等實驗裝置后，教師適時向?qū)W生展示了另一套裝置（圖3）并提問：“這套裝置能否代替上述的氣體收集裝置？”

此時，教師引導學生不要停留在該裝置的形態(tài)分析上，鼓勵學生自己動手將這套裝置連接到氣體發(fā)生裝置中進行探究。學生在組裝過程中發(fā)現(xiàn)了導管口的多種連接方法（圖4），進而通過對各套實驗裝置的探究驗證，終于得出結(jié)論：該裝置具有多項功能，可以用來收集氣體，即向上排空氣法、向下排空氣法和排水集氣法，還有洗滌氣體的功能。

2.3 遷移實驗情景，訓練相類聯(lián)想

相類聯(lián)想，即從性質(zhì)接近、形狀相似的同類內(nèi)容入手。

案例3中，教師將相同的裝置（圖3）倒過來組合到氣體發(fā)生裝置中成為新的兩套氣體制取裝置（圖5），將其與學生的實驗裝置（圖4）放在一起，引導學生再次仔細對比導管的連接方式，通過探究得出對該裝置功能的新認識。

上述的聯(lián)想方法是相互貫通、相互滲透的。教師在實驗教學過程中，應(yīng)該根據(jù)實驗教學內(nèi)容的特點，通過化學實驗轉(zhuǎn)換問題情境和條件，因時制宜地對實驗問題進行“變式”、“類化”，以促進學生思維靈活性的發(fā)展。

3 拓展學生實驗過程的寬度，提高學生思維的批判性

傳統(tǒng)教學中，照本宣科多于討論研究，抑制了學生批判性思維的發(fā)展。所謂思維的批判性，就是思維活動中的獨立分析和批判程度?；瘜W實驗思維的批判性表現(xiàn)為：敢于質(zhì)疑實驗結(jié)果或有關(guān)結(jié)論的錯誤；敢于改進和優(yōu)化實驗的操作和裝置；敢于對實驗思維過程或方法作出評價，并根據(jù)問題及時調(diào)整思維的過程和方法，善于對思維過程和結(jié)果進行檢驗反思，并從中篩選最佳的方案。

案例4 一套“用試管制取氣體”實驗方案的優(yōu)化過程

在前例中，教師選取了如圖6方案1的實驗裝置，讓一組學生向全班演示用雙氧水制取氧氣的實驗。演示結(jié)束后，教師引導：“請同學們評價一下這套裝置用于制取氣體的優(yōu)點和缺點?！?/p>

學生回答：“該裝置優(yōu)點是操作簡便，缺點是不便添加藥品和氣體收集?！?/p>

教師提問：“鑒于該裝置的缺點，你們能否將其進行改進？”

學生們經(jīng)過進一步討論分析后，各小組紛紛展示其改進的實驗方案。

學生展示1：“我們的方案（圖6方案2）不僅便于添加液體藥品和氣體收集，還能控制反應(yīng)速率。”

學生質(zhì)疑1：“該裝置收集到的氣體會混有空氣，不純凈。”

學生展示2：“我們的方案（圖6方案3）通過多功能裝置，采用排水集氣法即可避免空氣的混入?！?/p>

學生質(zhì)疑2：“雙氧水分解反應(yīng)后的水蒸氣也會混在收集的氣體中，該裝置收集到氣體仍會混有水分?！?/p>

學生展示3：“我們的方案（圖6方案4）通過使用干燥劑來解決水蒸氣的問題。”

……

上述實驗方案的優(yōu)化過程，實質(zhì)就是學生鍛煉和提高批判性思維的過程。拓展學生在實驗過程中的思維寬度，并非是增加實驗內(nèi)容和學習難度，而是通過抓住要領(lǐng)、質(zhì)疑辨析、嚴格推斷等思維過程，找出已知知識與未知問題之間的聯(lián)系，實現(xiàn)思維結(jié)果的豐富和完善。

4 突破教材實驗素材的限度，促進學生思維的深刻性

思維的深刻性反映了思維的抽象程度和邏輯水平，以及思維活動的深度、廣度和難度?；瘜W實驗思維的深刻性是培養(yǎng)和發(fā)展化學實驗思維品質(zhì)的前提和基礎(chǔ)，也是學生通過實驗現(xiàn)象的分析切實掌握有關(guān)知識的重要條件。

案例5 一個由“裝置氣密性檢查”衍變出的“化學多米諾實驗”

檢查裝置的氣密性，常規(guī)的方法如教材介紹（圖7①），如果只靠機械背誦和記憶，難以深刻理解氣密性檢查的原理。教師在實驗教學中，可以通過增加輔助儀器（圖7②）、變換輔助儀器（圖7③）、改變裝置形態(tài)（圖7④）等方式呈現(xiàn)實驗問題，使學生在思考和解決各種形式的化學問題中，真正掌握裝置氣密性檢查的原理：先讓裝置密封，再通過改變溫度達到產(chǎn)生壓強差的目的。

此外，教師還可通過“化學多米諾趣味實驗”（圖8）幫助學生加深對壓強與實驗裝置關(guān)系的認識。

總之，化學實驗為學生思維的深刻性的培養(yǎng)和發(fā)展提供了良好的條件。教師應(yīng)該深入挖掘化學實驗的教學功能，在教學中積極引導學生思考，使學生通過化學實驗的“形”養(yǎng)成深刻的思維，以實現(xiàn)能力跨越的“實”。

5 立足實驗探究能力的高度，發(fā)展學生思維的獨創(chuàng)性

化學實驗思維的獨創(chuàng)性反映了思維活動的獨立創(chuàng)新程度，集中表現(xiàn)為善于獨立地提出新的實驗問題，善于用新的方法、手段、方案解決實驗問題。初中生的知識建構(gòu)水平相對較低，不可能脫離教師的指導獨立探究，但是獨創(chuàng)性思維必須從入門階段就開始有意識的培養(yǎng)，因此，教師有必要在向?qū)W生傳授各種實驗方法、規(guī)范學生探究程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)學生的具體情況給予針對性訓練，實施誘導型探究實驗教學。在探究的過程中既扶又放，逐步培養(yǎng)學生的探究設(shè)計能力，促使學生的獨創(chuàng)性思維發(fā)展。

例如：根據(jù)前面五個案例，鼓勵學生自主探究新問題“試管在固體反應(yīng)體系是否也有各種不同的應(yīng)用呢”，或者“將木炭還原氧化銅的實驗裝置中的試管口由略向下傾斜改為試管口朝上（圖9）是否可行呢”，或者“改裝后的裝置具有什么優(yōu)點”。

“木炭還原氧化銅”實驗是教材中的典型反應(yīng)，但按照教材的操作方法，這一實驗并不容易做成功。與其牽強地對學生解釋實驗不成功的原因和“本應(yīng)該有而事實上卻沒看到的現(xiàn)象”，不如以此來設(shè)置問題，逐步引導學生獨立地探究這些問題。在本例中，學生的思維定勢主要源于已學的“固固加熱”裝置中，試管口必須略向下傾斜，以防止冷凝水回流到熱的試管底部而使其炸裂，據(jù)此，改裝的“木炭還原氧化銅”裝置似乎是“不可行的”，但通過實際操作卻又能順利地觀察到明顯的現(xiàn)象，學生由此而產(chǎn)生認知沖突，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)閷ρb置改裝后的優(yōu)點與注意事項等衍生問題的獨立思考，獲取更高層次的認知，包括：直立式裝置比平臥式裝置能在較短時間內(nèi)獲得持續(xù)穩(wěn)定的高溫，反應(yīng)更快、現(xiàn)象更明顯；直立式裝置需要注意反應(yīng)物的混合與用量；實驗前需必要的預熱操作等等。

更重要的是，學生在這類問題的剖析過程中，開始養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、獨立思考的習慣，不再唯課本而論，這不僅能使學生避免進入思維定勢的誤區(qū)，更能完善學生的認知結(jié)構(gòu)，對優(yōu)化學生的探究思路和實驗作風，尤其是思維獨創(chuàng)性的發(fā)展大有幫助。正如美國心理學家哈佛大學教授布魯納所認為：應(yīng)當盡可能使學生牢固地掌握科學內(nèi)容，還應(yīng)當盡可能使學生成為自主且自動的思想家，這樣的學生在正規(guī)學校的教育結(jié)束之后，將會獨立地向前邁進。

6 結(jié)語

我國著名化學教育家戴安邦先生曾指出：“化學實驗教學是實施全面化學教育的一種最有效的形式，是化學學科素質(zhì)教育的有效組成部分。[3]”在教學過程中，教師應(yīng)當從思想上提高對化學實驗教學功能的認識，充分挖掘化學實驗的教學功能，通過化學實驗有針對性地加強學生的思維訓練，讓學生在積極的學習活動中提升思維品質(zhì)，完善思維結(jié)構(gòu)，最終內(nèi)化為科學素養(yǎng)。

參考文獻：

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