□黃建林

（杭州市文海實(shí)驗(yàn)學(xué)校，浙江杭州 310018）

當(dāng)下的初中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)存在著只見其形不見其用、只見其用不見其值、只見其值不見其念等問題，缺乏與課堂教學(xué)的深度融合。針對浙教版《科學(xué)》教材上二氧化碳通入紫色石蕊試液變色實(shí)驗(yàn)存在著“紫色變成紅色現(xiàn)象不明顯”“即使變紅但不知道什么物質(zhì)使它變紅”“加熱試液，顏色褪去，但不知什么原因褪色”等問題，筆者以“紫色石蕊試液滴入CO2與水反應(yīng)后的溶液”這一實(shí)驗(yàn)為例，探討創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與課堂教學(xué)深度融合，讓學(xué)生以教材中的知識為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)鍛煉設(shè)計(jì)、整合、歸納的能力，從而達(dá)到授人以漁的目的。

一、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與課堂教學(xué)深度融合的實(shí)踐

（一）疑難實(shí)驗(yàn) 開啟思維

古希臘學(xué)者普羅塔戈說：“頭腦不是一個(gè)要被填滿的容器，而是一束需要被點(diǎn)燃的火把?！倍c(diǎn)燃火把的火種是問題，科學(xué)教學(xué)其實(shí)就是一個(gè)提出問題、分析問題和解決問題的過程。愛因斯坦也說過：提出一個(gè)問題比解決一個(gè)問題更難。如何讓學(xué)生順利而有效地提出有價(jià)值的問題，最好的辦法是基于情境的教學(xué)，即教師要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一定的生活情境或?qū)嶒?yàn)情境。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一種很好的情境，特別是疑難實(shí)驗(yàn)，所呈現(xiàn)的問題大多是化學(xué)的原始問題。我們要充分利用疑難實(shí)驗(yàn)，用疑難實(shí)驗(yàn)的“疑”和“難”來開啟思維。

環(huán)節(jié)1 動手實(shí)驗(yàn) 凸顯問題

學(xué)生在新課學(xué)習(xí)后已經(jīng)知道紫色石蕊試液滴入二氧化碳的水溶液時(shí)，會看到變紅現(xiàn)象，但學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)：有的變紅，有的不變紅，有的紫、紅色分不清。引發(fā)他們的認(rèn)知沖突，他們認(rèn)為有可能是試劑過期所至，有可能是對照組沒設(shè)置好。經(jīng)過仔細(xì)分析、討論后，最好的辦法是把試劑換成藍(lán)色石蕊試紙。

當(dāng)碰到一個(gè)疑難實(shí)驗(yàn)，如實(shí)驗(yàn)結(jié)論不清時(shí)，教師充分利用這種素材，讓學(xué)生仔細(xì)觀察，在思考中針對不同的現(xiàn)象提出疑惑，發(fā)表觀點(diǎn)，然后在提出問題的過程中，開啟思維之門，為思維沖向高階，奠定心理基礎(chǔ)和探究基礎(chǔ)。

（二）設(shè)計(jì)方案 激發(fā)思維

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：對科學(xué)探究方案的設(shè)計(jì)能全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，體現(xiàn)學(xué)生的主體作用，更符合學(xué)生的心理特點(diǎn)。同時(shí)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，一方面因?yàn)樵O(shè)計(jì)要對實(shí)驗(yàn)原理與概念重新認(rèn)識，這樣能促進(jìn)學(xué)生更深入地理解實(shí)驗(yàn)的原理及概念；另一方面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能讓學(xué)生成為真正意義上的參與者、體驗(yàn)者，能最大限度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，更主要的是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要運(yùn)用已有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)解決實(shí)驗(yàn)過程中碰到的問題，它是創(chuàng)新思維的重要組成部分，更是將思維推向高階的有效手段。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，會運(yùn)用到多種科學(xué)方法和科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和思維能力。

環(huán)節(jié)2 動腦思考 確定方案

教師追問：如何用藍(lán)色石蕊試紙?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明什么物質(zhì)使它變色？用到的科學(xué)方法是什么？小組討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，再進(jìn)行評價(jià)交流，認(rèn)為如圖1 所示的對比實(shí)驗(yàn)方案最合理：干、濕藍(lán)色石蕊試紙通入二氧化碳?xì)怏w后進(jìn)行變色對比。追問：如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)要在同一裝置內(nèi)完成，該怎么處理？學(xué)生畫出的簡圖如圖2 所示，即把干、濕藍(lán)色石蕊試紙都夾在鐵絲上，并通入二氧化碳?xì)怏w。

圖1

圖2

經(jīng)過此方案的設(shè)計(jì)，學(xué)生對什么物質(zhì)使紫色石蕊試液變色有了更明確的理解和對實(shí)驗(yàn)原理有了更深刻的認(rèn)識，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)了他們的發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維。當(dāng)然在方案設(shè)計(jì)和評價(jià)過程中，教師適時(shí)給學(xué)生提供“腳手架”，使得學(xué)生的思維循序漸進(jìn)、螺旋上升。

（三）梯度拓展 旋轉(zhuǎn)思維

梯度拓展是在方案設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行，是把前面所學(xué)知識有效整合的一種手段，是對實(shí)驗(yàn)原理的進(jìn)一步深化和對實(shí)驗(yàn)價(jià)值的進(jìn)一步挖掘，是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維更好的素材?？茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：逐步培養(yǎng)創(chuàng)新意識，敢于依據(jù)客觀事實(shí)提出自己的見解，能聽取與分析不同的意見，并能夠根據(jù)科學(xué)事實(shí)修正自己的觀點(diǎn)，初步養(yǎng)成善于與人交流、分享與協(xié)作的習(xí)慣，形成尊重別人勞動成果的意識。

環(huán)節(jié)3 設(shè)計(jì)進(jìn)階 整合方案

在學(xué)生完成前面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，教師可以進(jìn)一步加深設(shè)計(jì)力度，問：如果把探究二氧化碳密度也整合到此實(shí)驗(yàn)中，給你一個(gè)礦泉水瓶（用來通二氧化碳，通入部位可以自行設(shè)計(jì)）、一根鐵絲、若干片藍(lán)色石蕊試紙、玻璃導(dǎo)管和橡皮導(dǎo)管等材料，應(yīng)如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案？小組討論后交流：第一個(gè)小組呈現(xiàn)的是圖3中的A方案（注：圖3、4中的“濕的”為濕的藍(lán)色石蕊試紙，“干的”為干的藍(lán)色石蕊試紙），說明設(shè)計(jì)理由后，有人提出質(zhì)疑：從底部通入二氧化碳不能證明密度比空氣大，因?yàn)檫@樣通入的氣體都是從底部上去的。然后有人修改成B 方案。此時(shí)又有人提出，干的試紙?zhí)?，可以改成C方案。馬上又有學(xué)生質(zhì)疑，應(yīng)該把通入二氧化碳的部位放在兩片濕的試紙的中間，這樣才能比較它的密度跟空氣密度的大小關(guān)系。而且最好把干的放在最上面，這樣更美觀且對比更方便、明顯，如圖3中D方案。

圖3

在拓展設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的思維碰撞出了火花。在對方案不斷地評價(jià)、修正和梯度拓展后，使得方案近乎完美，他們心中有一種滿足感和成就感，這種感覺更能激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力。

（四）合作探究 提升思維

新課標(biāo)指出：科學(xué)探究不僅涉及邏輯推理和實(shí)驗(yàn)活動，同時(shí)還是一個(gè)充滿創(chuàng)造性思維的過程，在創(chuàng)造和活動過程中，解決先前學(xué)生頭腦中的思維之惑并能對所設(shè)計(jì)的方案做進(jìn)一步的改進(jìn)和創(chuàng)新，提升學(xué)生的思維力?？茖W(xué)教育的核心是探究，探究活動可以讓學(xué)生進(jìn)行更接近真實(shí)生活問題的研究，像科學(xué)家一樣去研究，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中體驗(yàn)，在體驗(yàn)中學(xué)習(xí)，在探究過程中更好地培養(yǎng)他們的分析問題和解決問題的能力，同時(shí)學(xué)會一定的科學(xué)方法，以解決學(xué)習(xí)、生活、工作和社會決策中遇到的問題，為終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，為社會的可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

環(huán)節(jié)4 探究活動 繼續(xù)改進(jìn)

接著學(xué)生按上面所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完畢后，學(xué)生交流匯報(bào)看到的現(xiàn)象及存在的疑惑。

生：干的藍(lán)色石蕊試紙不變色，濕的兩片都變紅，而且通過從下到上變紅順序的對比，得出二氧化碳密度比空氣大的結(jié)論。通過干、濕的對比，得出“變色的物質(zhì)是二氧化碳和水反應(yīng)的產(chǎn)物，但不是二氧化碳和水”的結(jié)論。通過對變紅試紙的加熱與否對比，得出“反應(yīng)后的產(chǎn)物受熱不穩(wěn)定，易分解”的結(jié)論。我們更加明白了，當(dāng)多個(gè)變量出現(xiàn)時(shí)，要用控制變量法來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，而在設(shè)計(jì)過程中要遵循實(shí)驗(yàn)原理。

師：又碰到了哪些問題？

生1：在按D方案操作時(shí)，看到上面干的那片邊上也變紅，主要原因是在濕的試紙伸入過程中會把部分水沾在瓶口，導(dǎo)致干的試紙伸入瓶中時(shí)會沾上水，這會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

師：應(yīng)該怎么改進(jìn)？

生2：有兩種方法：一是把礦泉水瓶口剪得大點(diǎn)，這樣干的試紙伸入瓶中時(shí)就不會沾上水了。還有一種是把干、濕的試紙順序換一下，如圖4所示[1]。

圖4

學(xué)生在開展自己設(shè)計(jì)的探究活動中，不但通過對比得出了一些結(jié)論，把之前的疑惑也解決了，更主要的是創(chuàng)造性地把前面的設(shè)計(jì)方案又進(jìn)行了改進(jìn)、創(chuàng)新，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論更嚴(yán)謹(jǐn)、更科學(xué)。在探究和改進(jìn)中，他們的思維能力得到了提升，他們在活動中體驗(yàn)到了成功的喜悅。

（五）遷移應(yīng)用 凸顯思維

遷移應(yīng)用是從已知通向未知的一座重要的橋梁，是學(xué)生對所學(xué)知識真正理解的一個(gè)標(biāo)志。在好多課堂上，學(xué)生只能對所學(xué)知識進(jìn)行簡單的應(yīng)用，卻無法做到相應(yīng)的遷移，包括近遷移和遠(yuǎn)遷移。這樣的結(jié)果往往是只知其一不知其二，看似懂了，實(shí)則不然。在培養(yǎng)學(xué)生高階思維時(shí)，應(yīng)該多注重學(xué)生課堂上相關(guān)知識的遷移，最好是正反對比遷移，用強(qiáng)沖擊力、高效果促進(jìn)學(xué)生理解得更透徹，悟得更深，也更凸顯思維。

環(huán)節(jié)5 正反遷移 深度理解

當(dāng)課堂展開到環(huán)節(jié)4之后，學(xué)生對二氧化碳的性質(zhì)及試紙的擺放問題已經(jīng)很清楚，但并不代表學(xué)生對所有氣體的性質(zhì)都了如指掌，如像氨氣的性質(zhì)就截然不同，學(xué)生解答不同氣體時(shí)可能會出現(xiàn)錯(cuò)誤現(xiàn)象。這時(shí)教師可以設(shè)置一個(gè)正反遷移，使得學(xué)生對所學(xué)知識特別是由特殊到一般的氣體性質(zhì)的理解更透徹，具體教學(xué)建議如下。

師：如果裝置中產(chǎn)生的是氨氣，對上面的裝置應(yīng)該怎么改變，才能達(dá)到檢驗(yàn)氨氣性質(zhì)的要求，理由是什么？（適當(dāng)提示氨氣的性質(zhì)：密度比空氣小、溶于水后呈堿性，遇石蕊試紙變藍(lán)色）

生：在圖4 中，把藍(lán)色石蕊試紙改成是紅色石蕊試紙且干的那片放最上面，其余都不變。理由是氨氣溶于水后呈堿性，能使石蕊試紙變藍(lán)，故要用紅色試紙不能用藍(lán)色試紙。又因?yàn)榘睔饷芏缺瓤諝庑?，所以它會往上升，只能看到最上面濕的那片變藍(lán)，其余都不變。

通過正反遷移，學(xué)生不但對二氧化碳的性質(zhì)和原理理解得更透徹，對氨氣的性質(zhì)和原理也很明白了。通過對兩種不同性質(zhì)的氣體的對比及從特殊到一般這種歸納思想的應(yīng)用，學(xué)生理解了當(dāng)氣體性質(zhì)不同時(shí)，在選材、操作、現(xiàn)象等方面要進(jìn)行充分的考慮。這樣的改進(jìn)，充分培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維。

（六）歸納范式 整合思維

范式概念是庫恩范式理論的核心，而范式從本質(zhì)上講是一種理論體系。庫恩指出：“按既定的用法，范式就是一種公認(rèn)的模型或模式?！盵2]對于化學(xué)教學(xué)來說，如何傳授給學(xué)生一種技巧、一種模式、一種歸納后的總結(jié)就顯得尤為重要，就像古人所說：授人以魚不如授人以漁。在化學(xué)教學(xué)中，學(xué)生對于整合、歸納這些能力的鍛煉還是欠缺的，而整合、歸納從思維的角度來講實(shí)際上就是一種設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)上的一種創(chuàng)新，一種創(chuàng)造。

環(huán)節(jié)6 歸納整合 思維范式

通過今天一系列實(shí)驗(yàn)的探究和改進(jìn)，從實(shí)驗(yàn)的方法、設(shè)計(jì)檢查的模式等方面，你有什么結(jié)論？

生1：碰到多個(gè)變量時(shí)，用控制變量的方法。

生2：氣體主要為兩種：酸性或堿性（中性無所謂）、密度比空氣大或小。在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)氣體的酸堿性選擇試紙顏色，酸性氣體用藍(lán)色石蕊試紙而堿性氣體用紅色石蕊。試紙為三片，一片干，兩片濕，且氣體通入部位要在兩片濕試紙的中間，干試紙的位置要根據(jù)氣體密度大小改變，大于空氣的放最下面，小于空氣的放最上面，這樣通過多重對比得出氣體的性質(zhì)。

通過動手、觀察、分析，提出自己的想法，在實(shí)驗(yàn)過程中找到一種探究和創(chuàng)新模式，為將來的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然在學(xué)生自己歸納和整合的過程中，教師要適時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)，使他們的整合和歸納更科學(xué)、更合理，更具知識化、結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化。

二、實(shí)踐反思

（一）實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要立足于課本

教師要充分利用疑難實(shí)驗(yàn)這一教學(xué)素材，充分認(rèn)識疑難實(shí)驗(yàn)?zāi)芴峁W(xué)生探究的這一良好情境，并借助疑難實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、觀察、分析，提出有探究價(jià)值的問題。在此基礎(chǔ)上為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、更清晰，努力讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)方案，并在方案設(shè)計(jì)過程中不斷地評價(jià)、討論、分析，并不斷地修正方案，使方案更合理、更科學(xué)，更主要的是培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。但實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)都必須立足于課本，不論是實(shí)驗(yàn)本體還是實(shí)驗(yàn)原理，都要努力做到源于課本，研于課本，又高于課本，切不可憑空想象，一味地拔高。

（二）深度融合要循序漸進(jìn)

深度融合要從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)改進(jìn)過程中要做到循序漸進(jìn)，螺旋上升。當(dāng)碰到思維難點(diǎn)時(shí)，要給學(xué)生提供一定的支架，努力做到使學(xué)生跳一跳能摘到桃子。開始時(shí)可以讓學(xué)生做一下教科書上的實(shí)驗(yàn)，通過發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)學(xué)生對教材實(shí)驗(yàn)的不滿，激發(fā)其改進(jìn)和創(chuàng)新的內(nèi)驅(qū)力，讓學(xué)生主動提出方案設(shè)計(jì)，并通過評價(jià)、修正得到最終的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖，切不可直接將最終裝置拋給學(xué)生。

（三）深度融合要注重學(xué)、教、評一致性

深度融合要從教師的教學(xué)設(shè)計(jì)開始，特別是在教學(xué)目標(biāo)上關(guān)注學(xué)生高階思維的培養(yǎng)，從而促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，指向核心素養(yǎng)。為了使教學(xué)目標(biāo)落地，在目標(biāo)設(shè)計(jì)過程中，教師還要設(shè)置一整套教學(xué)評價(jià)，適時(shí)、適性、適切地用表現(xiàn)性評價(jià)來指導(dǎo)自己的教學(xué)，用評價(jià)來促進(jìn)自己的教學(xué)，要使教學(xué)過程有效，教師心里要有底，真正做到以評促教，以教促學(xué)，以達(dá)到學(xué)、教、評一致的教學(xué)境界。