摘 要：科學(xué)思維是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵.化學(xué)實驗作為一種重要的實踐活動，為學(xué)生提供了鍛煉科學(xué)思維的機會.通過化學(xué)實驗，學(xué)生可以親自動手、觀察和探索化學(xué)現(xiàn)象，從而深入理解化學(xué)原理和概念.在初中化學(xué)教學(xué)中，教師借助化學(xué)實驗不僅可以幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的理論知識，還可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、實驗設(shè)計能力、數(shù)據(jù)分析能力和問題解決能力.因此，教師應(yīng)該充分利用化學(xué)實驗這一教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究，培養(yǎng)其科學(xué)思維能力.

關(guān)鍵詞：實驗；科學(xué)思維；初中化學(xué)

中圖分類號：G632 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-0333（2024）32-0109-03

收稿日期：2024-08-15

作者簡介：季曉云（1982.2—），女，江蘇省南通人，本科，中學(xué)一級教師，從事初中化學(xué)教學(xué)研究.

化學(xué)實驗是指在實驗室中進行的一系列化學(xué)操作和觀察，旨在研究化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)和變化.化學(xué)實驗的目的可以是驗證理論、收集數(shù)據(jù)、探究化學(xué)原理.教師依托初中化學(xué)實驗，有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生捕捉問題的能力和洞察力.同時，實驗也激發(fā)了學(xué)生的探索精神和好奇心，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、設(shè)計實驗、分析數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力.這種科學(xué)思維方式不僅適用于化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于其他科學(xué)學(xué)科和日常生活中，從而幫助學(xué)生培養(yǎng)批判性思維和解決問題的能力，為學(xué)生未來的化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ).

1 制氧實驗，建立質(zhì)量守恒思維

質(zhì)量守恒定律是自然科學(xué)中最基本的定律之一，它指出在化學(xué)變化中，質(zhì)量是不會被創(chuàng)造或破壞的，只會發(fā)生轉(zhuǎn)化.質(zhì)量守恒的思維方式對于科學(xué)研究和實驗設(shè)計至關(guān)重要，通過實踐和觀察，學(xué)生可以驗證質(zhì)量守恒定律，并加深對原理的理解.教師可以以制氧實驗為例，通過定量分析反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量變化，引導(dǎo)學(xué)生建立質(zhì)量守恒的思維方式，促進創(chuàng)新思維和問題解決能力的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣和熱愛^[1].

以人教版化學(xué)九年級上冊教材第二單元課題3《制取氧氣》為例，在課堂上，教師可以提前準(zhǔn)備好實驗材料，包括高錳酸鉀（KMnO₄）粉末、水槽或大容器、水、玻璃棒或玻璃棒桿和氣球或試管.在實驗開始前，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生觀摩視頻學(xué)習(xí)，然后再講解一定的安全注意事項，如實驗過程中要注意安全，避免溶液濺入眼睛或皮膚；氣球或試管封口時要小心，以防止氧氣泄漏；實驗前要檢查裝置的氣密性，實驗后要及時處理廢棄物，如高錳酸鉀溶液.接著，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生一起進行實驗，在實驗中以教師實驗為主，學(xué)生觀察為輔.在這個實驗中，首先，教師需要準(zhǔn)備一個小燒杯，并將其放在實驗臺上.接著，取適量的高錳酸鉀晶體，將其加入燒杯中.接下來，用適量的蒸餾水將高錳酸鉀溶解，直到溶液呈現(xiàn)淺紫色.然后，準(zhǔn)備一個試管，并用橡皮塞密封住試管口.將試管倒立放入燒杯中，確保試管的開口完全浸沒在高錳酸鉀溶液中.用火柴或點燃的火焰點燃一根木質(zhì)火柴，迅速將火焰放入試管中.觀察到試管內(nèi)火焰熄滅后，產(chǎn)生了一種氣體.在這時，教師可以指出，這種氣體就是氧氣，它會占據(jù)試管中的上部空間.為了收集氧氣，可以使用一個水槽或水盆，將其填滿水，并將試管的開口傾斜放入水中，隨著氧氣的釋放，它將冒出試管并被收集在試管上方的空間中.在實驗結(jié)束后，教師可以結(jié)合實驗細(xì)節(jié)，提問學(xué)生實驗中出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象.學(xué)生指出，在實驗中，除了加熱，還可以用硫酸起催化劑的作用，它可以加速高錳酸鉀的分解反應(yīng).產(chǎn)生的氧氣被收集在氣球或試管中，大家可以通過觀察氣球膨脹或試管中液面下降來確認(rèn)氧氣的產(chǎn)生.

通過高錳酸鉀制氧的實驗，教師不僅可以激發(fā)學(xué)生對科學(xué)實驗的興趣，還能夠培養(yǎng)他們的思維能力.通過這個實驗，學(xué)生可以親身體驗到質(zhì)量守恒的原理，并通過觀察和分析實驗結(jié)果來理解其中的科學(xué)道理.這種思維方式的培養(yǎng)不僅僅局限于實驗過程中，還可以延伸到學(xué)生的日常生活中，引導(dǎo)他們形成細(xì)致觀察、分析問題、推理和解決問題的思考方式.這對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、邏輯思維和批判性思維具有積極的作用，可以有效撬動學(xué)生的思維，培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)和思考能力.

2 提純實驗，提高微觀科學(xué)思維

微觀科學(xué)思維是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，它涉及對微觀世界的觀察、分析和推理，能夠幫助學(xué)生深入理解科學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì).提純實驗是一種常見的實驗方法，通過去除物質(zhì)中的雜質(zhì)，獲得純凈的目標(biāo)物質(zhì).在實驗過程中，學(xué)生需要運用各種技術(shù)和工具來提純物質(zhì)，如溶解、過濾、結(jié)晶等.通過這個實驗，學(xué)生將親身體驗到提純的過程，理解提純的原理和方法.因此，教師需要創(chuàng)造性地設(shè)計實驗，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，提高他們的實驗技巧和分析能力.

以人教版化學(xué)九年級下冊第十一單元實驗活動8“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”為例.課堂上，教師可以為學(xué)生介紹幾種常用的提純方法，主要包括分離提純、萃取和重結(jié)晶.然后，詳細(xì)為學(xué)生介紹一下“粗鹽提純”的方法，讓學(xué)生在提純實驗中也能學(xué)會把握方向.在實驗開始前，教師可以讓學(xué)生回答粗鹽提純的必要性，學(xué)生指出，粗鹽中包含著不溶性雜質(zhì)，例如泥沙或可溶性雜質(zhì)，如Ca²⁺、Mg²⁺、SO^2-₄等，而不溶性雜質(zhì)可以通過溶解和過濾的方法去除，因此需要通過蒸發(fā)水分的方式得到相對純凈的精鹽.在實驗開始前，教師列舉了諸多材料，如天平、藥匙、紙、砝碼、粗鹽、燒杯、量筒、玻璃棒、漏斗、濾紙、玻璃棒、燒杯、鐵架臺、蒸發(fā)皿、酒精燈.接著，教師將約4克粗鹽加入容量約12毫升的燒杯中.然后，將濾紙折疊后，用玻璃棒沾濕使其貼緊漏斗內(nèi)壁，并使濾紙上沿低于漏斗口，溶液液面低于濾紙上沿.傾倒液體的燒杯口需要與玻璃棒靠緊，緩慢傾倒液體.教師引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察濾紙上的殘留物和濾液的顏色，并強調(diào)指出，如果濾液仍然渾濁，應(yīng)再進行一次過濾，如果經(jīng)過兩次過濾，而濾液仍然渾濁，則需要檢查設(shè)備，并且分析現(xiàn)象形成的原因，例如濾紙破損、過濾時液面高于濾紙邊緣或儀器不清潔等，一旦找出原因后，就需要重新進行操作.

通過實驗，學(xué)生不僅能夠充分發(fā)揮他們的微觀科學(xué)思維能力，而且還能提高他們的實驗技巧和分析能力.在實驗中，學(xué)生將觀察和分析實驗結(jié)果，教師可以幫助學(xué)生學(xué)會思考.這個思維過程可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗技巧和分析能力，并提高他們的微觀科學(xué)思維能力.

3 定量實驗，發(fā)展化學(xué)模型思維

化學(xué)模型思維是指學(xué)生可以通過構(gòu)建和應(yīng)用化學(xué)模型來解決復(fù)雜的化學(xué)問題.發(fā)展化學(xué)模型思維需要學(xué)生掌握一定的實驗技能和定量分析能力.定量實驗作為一種精確計算的實驗手段，為化學(xué)模型的構(gòu)建和驗證提供了可靠的數(shù)據(jù)支持.教師通過定量實驗，不僅可以幫助學(xué)生理解化學(xué)原理和現(xiàn)象，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實驗操作能力^[2].

以人教版化學(xué)九年級第九單元實驗活動5“一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液的配制”為例.在實驗開始之前，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧了計算溶液配比的基本模型概念，讓學(xué)生更加熟悉溶液模型實驗的流程.接著，教師提問：有時候大家所需要使用的藥品并不是純凈的溶質(zhì)，而是某種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的濃溶液，在這種情況下，應(yīng)該如何進行配制操作呢？有一位學(xué)生提出了往濃溶液中加水的方法，教師對此進行了回應(yīng)，并提議大家一起來嘗試一下如何用溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的食鹽水來配制50克溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氯化鈉溶液.在計算溶液配比時，學(xué)生提出：“首先加水稀釋，并確保溶質(zhì)的質(zhì)量是保持不變的、恒定的.然后，我們可以假設(shè)所需的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的食鹽水的質(zhì)量是x，其中所含的溶質(zhì)質(zhì)量則應(yīng)該為溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6% x.與此同時，我們可以通過計算得到，50克溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的食鹽水中所含的溶質(zhì)質(zhì)量應(yīng)該為50×3%＝1.5克.”教師指出，在日常生活中，液體更常用體積來表示，那么應(yīng)該如何處理呢？學(xué)生建議使用密度公式進行轉(zhuǎn)換.一般情況下，溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的鹽水的密度大約為1.04 g/L，并提出在完成以上計算后，接下來可以使用量筒測量水的體積，將水緩慢倒入干凈的燒杯之中后，再使用量筒準(zhǔn)確測量出溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的食鹽水的體積，加入燒杯后，用玻璃棒攪拌、裝瓶、貼上標(biāo)簽.配制好的兩種氯化鈉溶液分別倒入試劑瓶中，蓋好瓶塞，貼上標(biāo)簽，標(biāo)簽中要包括藥品名稱及溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù).

通過定量實驗，教師可以幫助學(xué)生深入了解化學(xué)現(xiàn)象和反應(yīng)機理，這種實驗方法不僅可以驗證理論模型的準(zhǔn)確性，還可以發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律和趨勢.同時，發(fā)展化學(xué)模型思維意味著將化學(xué)現(xiàn)象抽象為數(shù)學(xué)模型，通過建立方程式、理論模型和計算模擬等方法，深入分析和解釋化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì).這種思維方式使得我們能夠更好地理解復(fù)雜的化學(xué)系統(tǒng)，預(yù)測其性質(zhì)和行為.

4 還原實驗，深化物質(zhì)轉(zhuǎn)化思維

在化學(xué)實驗中，物質(zhì)轉(zhuǎn)化是通過實驗將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)結(jié)果.化學(xué)還原實驗是一種常用的實驗方法，通過在化學(xué)反應(yīng)中引入還原劑，可以將物質(zhì)從較高的價態(tài)還原為較低的價態(tài).這種實驗方法不僅可以實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，還能揭示反應(yīng)機制和探索物質(zhì)性質(zhì)的變化.因此，教師運用化學(xué)還原實驗可以幫助學(xué)生深化對物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的理解，并培養(yǎng)他們的思維能力和實驗操作技巧.

以人教版化學(xué)九年級上冊第六單元《碳和碳的氧化物》為例，教師可以為學(xué)生展示還原實驗的過程.在木炭還原氧化銅實驗中，教師可以將新鮮烘干的木炭粉末和氧化銅粉末充分混合后，謹(jǐn)慎地倒入試管中，并將試管固定在鐵架臺上.試管口連接著一根導(dǎo)管，導(dǎo)管口伸入澄清石灰水.使用酒精燈對混合物進行加熱，持續(xù)數(shù)分鐘.隨后，先將導(dǎo)管取出，等待試管冷卻后，將試管中的粉末倒入紙上，觀察所發(fā)生的變化.在實驗結(jié)束后，教師可以組織小組討論，讓學(xué)生代表總結(jié)實驗現(xiàn)象，學(xué)生代表指出，黑色粉末逐漸轉(zhuǎn)變成了紅色，石灰水也變得渾濁，并由此得出實驗結(jié)論：碳表現(xiàn)出了還原性.在實驗思考中，還有學(xué)生指出了一些注意事項，如在反應(yīng)結(jié)束后，先將伸入石灰水的導(dǎo)管移開，以防液體進入試管導(dǎo)致熱脹冷縮引起試管破裂；實驗完成后，不要立即倒出試管中的物質(zhì)進行觀察，以免高溫下的銅與空氣中的氧氣重新反應(yīng)形成氧化銅.

通過運用化學(xué)還原實驗，學(xué)生可以深入了解物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的關(guān)鍵因素和變化規(guī)律，培養(yǎng)他們的觀察和分析能力，并激發(fā)學(xué)生思維深處的火花，撬動學(xué)生化學(xué)思維的節(jié)點，讓學(xué)生深刻理解物質(zhì)轉(zhuǎn)化的存在依據(jù).因此，化學(xué)還原實驗作為一種有益的教育工具，可以幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用物質(zhì)轉(zhuǎn)化的原理和方法^[3].

5 結(jié)束語

總之，借助化學(xué)實驗，教師展示了化學(xué)實驗與其科學(xué)思維之間的緊密關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生建立起良好的化學(xué)觀念.同時，化學(xué)實驗也從側(cè)面證明，化學(xué)科學(xué)思維并非高高在上的，它根植于化學(xué)學(xué)科的知識中，需要教師攜手學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和挖掘.在日常教學(xué)中，初中化學(xué)教師應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維為出發(fā)點，讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)和實驗中主動探究，從而實現(xiàn)素質(zhì)教育，促進學(xué)生化學(xué)科學(xué)思維的高效發(fā)展.

參考文獻：

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[2] 黃振祥.基于核心素養(yǎng)的初中化學(xué)項目式學(xué)習(xí)設(shè)計策略研究[J].試題與研究，2023（33）：91-93.

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[責(zé)任編輯：季春陽]