羅月旺

摘要：簡析化學(xué)實驗的本質(zhì)和特征，分析實際實驗教學(xué)中存在的問題，根據(jù)化學(xué)實驗的本質(zhì)和特征提出了化學(xué)實驗的認識模型，闡述了基于認識模型的實驗教學(xué)設(shè)計與實施促進學(xué)生建構(gòu)起實驗的認識思路和運用認識模型促進學(xué)生深刻理解知識、把握思想方法、形成基本觀念的教學(xué)操作要求，概括了基于認識模型的實驗教學(xué)特點及關(guān)鍵點，并以“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實驗為例加以闡述。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實驗;認識模型;主題內(nèi)容結(jié)構(gòu);教學(xué)設(shè)計;燃燒條件

文章編號：1008-0546（2020）09-0011-03

中圖分類號：C632.41

文獻標識碼：B

化學(xué)實驗是研究物質(zhì)及其變化的基本方法，是化學(xué)學(xué)科賴以形成和發(fā)展的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)實驗通常要根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘恚瑢嶒瀸嵤┱卟捎煤线m的實驗用品，搭建所需的實驗裝置，在適當(dāng)?shù)膶嶒灄l件下，經(jīng)過一系列的實驗操作流程，使實驗對象發(fā)生改變，通過實驗觀察獲得化學(xué)科學(xué)事實。不難發(fā)現(xiàn)，化學(xué)實驗是綜合學(xué)科知識、思想方法、基本實驗技能等于一體的系統(tǒng)的、高階思維發(fā)展的問題解決的過程。其教學(xué)對學(xué)生有三大發(fā)展點：（1）幫助學(xué)生形成化學(xué)實驗的認識思路;（2）運用化學(xué)實驗的認識思路促進化學(xué)知識和思想方法的理解;（3）應(yīng)用化學(xué)實驗獲得的知識和思想方法解決化學(xué)問題。

在日常教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)有些教師把化學(xué)實驗當(dāng)作事實性知識和技能性知識，對化學(xué)實驗的價值和意義認識不足。過于注重實驗結(jié)果，對實驗過程中更富有價值的思路方法、思維方式卻視而不見。對實驗缺乏系統(tǒng)、深入的思考，忽視了化學(xué)實驗內(nèi)在思維方式的建構(gòu)，造成學(xué)生對相關(guān)化學(xué)知識理解不深刻、學(xué)科思想方法領(lǐng)悟不到位，不同內(nèi)容類型的實驗沒有實現(xiàn)整合，學(xué)生運用化學(xué)實驗解決實際問題的能力不足。因此，通過分析化學(xué)實驗構(gòu)成要素、厘清內(nèi)在邏輯關(guān)系，力圖建構(gòu)化學(xué)實驗的認識模型，幫助學(xué)生掌握運用化學(xué)實驗解決化學(xué)問題的一般思路方法，促進學(xué)生化學(xué)實驗觀的發(fā)展。

一、建立化學(xué)實驗的認識模型

設(shè)計、進行一項實驗，關(guān)鍵是如何依據(jù)研究目標、任務(wù)確立實驗體系，選擇適合的儀器裝置、實驗方法、技術(shù)，規(guī)范地操作并判定必要的安全措施，以獲得正確的實驗結(jié)果。上述對實驗的基本認識形成了看待化學(xué)實驗的實驗觀。也就是說，化學(xué)實驗有一定的活動思路和流程，雖然研究的內(nèi)容各異，方式途徑各不相同，實驗功能也各有側(cè)重，但是統(tǒng)觀整個實驗過程，其構(gòu)成要素如下：實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗設(shè)計、實驗開展、證據(jù)結(jié)論、反思評價。梳理化學(xué)實驗要素之間的邏輯關(guān)系，將實驗程序和內(nèi)在思路整合起來，構(gòu)建并提出化學(xué)實驗的認識模型，如圖1所示。

從化學(xué)實驗的認識模型中，可以看出化學(xué)實驗的價值不僅在于學(xué)科知識的獲得，更有價值的是促進學(xué)生形成解決化學(xué)問題的一種基本途徑、思維路徑、思想方法和基本觀念。為此，化學(xué)實驗的教學(xué)設(shè)計要從外顯的實驗活動中，幫助學(xué)生揭示出內(nèi)隱的思維方式，促進知識的理解和高階思維的發(fā)展，實現(xiàn)知識的獲得與學(xué)科思維發(fā)展的統(tǒng)一。由于實驗的研究內(nèi)容是物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的性質(zhì)與變化、物質(zhì)的制備等。不同類型內(nèi)容的實驗有不同的實驗研究思維路徑，所用的化學(xué)知識、思想方法、思維方式也不一樣，學(xué)習(xí)目標也就不同。基于學(xué)習(xí)目標和認識模型進行實驗活動所關(guān)注的核心環(huán)節(jié)和思維活動也不相同。

二、基于認識模型的化學(xué)實驗教學(xué)

如何通過化學(xué)實驗的教學(xué)設(shè)計與實施促進學(xué)生建構(gòu)起一般的實驗認識模型？如何運用化學(xué)實驗的認識模型來深刻理解知識、把握思想方法、形成基本觀念？

下面以“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實驗教學(xué)為例進行分析，探討如何在教學(xué)中運用化學(xué)實驗認識模型，促進學(xué)生的化學(xué)實驗觀發(fā)展。

1.主題內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的整體理解

實驗教學(xué)需融合實驗內(nèi)容和實驗過程?；瘜W(xué)實驗觀是方法類觀念，可以通過深入挖掘具體實驗的豐富內(nèi)容與過程內(nèi)涵來逐步達成。這就要求對“科學(xué)探究”的主題內(nèi)容進行整體理解和把握。

“科學(xué)探究”主題內(nèi)容的整體理解包括認識利用化學(xué)實驗對物質(zhì)及其變化進行科學(xué)探究的意義;學(xué)習(xí)化學(xué)實驗的基本思路方法;結(jié)合實驗活動，學(xué)習(xí)基本的實驗技能和發(fā)展科學(xué)探究能力。換言之，增進對科學(xué)探究的理解、發(fā)展科學(xué)探究能力、學(xué)習(xí)基本的實驗技能和完成基礎(chǔ)的學(xué)生實驗是化學(xué)實驗的內(nèi)容和目的具體要求?？梢姡诨瘜W(xué)實驗的認識模型來建構(gòu)結(jié)構(gòu)化主題內(nèi)容，并挖掘其豐富內(nèi)涵需要教師進行系統(tǒng)思考?；谡J識模型的“科學(xué)探究”主題的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化關(guān)系如圖2所示。

分析圖2不難發(fā)現(xiàn)，“科學(xué)探究”主題的內(nèi)容可以在化學(xué)實驗的認識模型活動中得以實現(xiàn)和建構(gòu)。而且，學(xué)生一旦建立起化學(xué)實驗的認識模型，用認識模型來分析化學(xué)實驗過程不僅能促進對課本實驗的深度、簡便的內(nèi)化理解和把握，而且在實驗學(xué)習(xí)中獲得深度理解的認識模型會遷移應(yīng)用到新的化學(xué)問題的發(fā)現(xiàn)和解決中，這就是一種實驗素養(yǎng)得到很好發(fā)展的體現(xiàn)。

2.教學(xué)目標分析

之前，學(xué)生接觸了一些有關(guān)物質(zhì)燃燒的實驗，對不同物質(zhì)、不同氧氣濃度的燃燒現(xiàn)象不同，氧氣能助燃，有些物質(zhì)的燃燒需要點燃等知識已有一定程度的認識。但沒有上升到從化學(xué)反應(yīng)規(guī)律性、條件性的視角來認識燃燒這一類特殊的化學(xué)反應(yīng)。之后，要幫助學(xué)生認識完全燃燒、爆炸、防火滅火，以及化學(xué)方程式的書寫、金屬的化學(xué)性質(zhì)、鋼鐵腐蝕條件的探究等內(nèi)容。因此，該實驗要幫助學(xué)生認識燃燒的特征受制于燃燒的條件，可以通過控制反應(yīng)條件來合理利用化學(xué)反應(yīng)，初步認識化學(xué)反應(yīng)的條件性與規(guī)律性。同時要從認識思路視角幫助學(xué)生發(fā)展化學(xué)實驗的認識模型中有意義的環(huán)節(jié)。

“燃燒條件的探究”“燒不壞的手絹”實驗屬于物質(zhì)的性質(zhì)與變化規(guī)律的研究內(nèi)容。結(jié)合該主題內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化關(guān)系、化學(xué)實驗的認識模型以及課標要求來分析該實驗功能，本實驗需要達成如下教學(xué)目標：（1）通過實驗探究從化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律視角概括燃燒需要三個條件，初步形成化學(xué)反應(yīng)條件性的系統(tǒng)認識;（2）回顧已認識的燃燒反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生對燃燒的條件作出依據(jù)證據(jù)的猜想與假設(shè)，并對實驗?zāi)康倪M行規(guī)范表述;幫助學(xué)生對實驗?zāi)康倪M行分析，選擇控制變量這一實驗原理，并把這一原理應(yīng)用于實驗設(shè)計;通過實驗開展，引導(dǎo)學(xué)生收集證據(jù)，依據(jù)證據(jù)獲得結(jié)論。初步形成化學(xué)實驗的認識模型并初步厘清各環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系，建構(gòu)起化學(xué)實驗的認識思路;（3）幫助學(xué)生基于控制變量思想進行實驗設(shè)計和開展實驗，促進學(xué)生進一步理解控制變量的思想方法;并形成“在一定條件下物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化”的觀點;（4）引導(dǎo)學(xué)生對“燒不壞的手絹”實驗進行分析，鞏固對燃燒條件的認識、認識不同物質(zhì)的著火點存在差異;幫助學(xué)生運用認識模型來分析實驗，增進學(xué)生對化學(xué)實驗的認識思路及控制變量思想的理解;培育學(xué)生用化學(xué)實驗的認識模型來解決與實驗相關(guān)問題的能力。

3.教學(xué)過程設(shè)計

基于對實驗教學(xué)目標的分析，結(jié)合化學(xué)實驗的認識模型，為促進學(xué)生深刻理解認識模型的本質(zhì)和意義，充分發(fā)揮化學(xué)實驗的功能與價值，該實驗的教學(xué)過程設(shè)計如下：

（1）創(chuàng)設(shè)問題情境引入探究問題

觀看了剛才的視頻，我們知道燃燒有時是“天使”，有時又是“魔鬼”。人們要控制燃燒就必須掌握燃燒的條件。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生感悟燃燒的兩面性，激發(fā)探究燃燒條件的學(xué)習(xí)需求。

（2）探究意義問題建構(gòu)認識模型

問題1：結(jié)合你對有關(guān)燃燒的化學(xué)反應(yīng)的已有認識，要使燃燒這類化學(xué)反應(yīng)發(fā)生需要什么條件？請你作出猜想，并說明依據(jù)。

設(shè)計意圖：結(jié)合學(xué)生已有認識，引導(dǎo)學(xué)生認識燃燒是一類特殊的化學(xué)反應(yīng)，幫助學(xué)生從反應(yīng)規(guī)律的視角進行分析，要對燃燒這類化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生作出猜想，就要從反應(yīng)物及其反應(yīng)條件進行分析，作出有依據(jù)的猜想。

問題2：根據(jù)你的猜想，如何表述實驗?zāi)康?？如何選擇實驗原理？如何依據(jù)原理進行實驗設(shè)計？實驗過程中觀察到什么現(xiàn)象？依據(jù)現(xiàn)象得出什么結(jié)論？

設(shè)計意圖：依據(jù)猜想，幫助學(xué)生初步建立起包括實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗設(shè)計、實驗開展、證據(jù)結(jié)論、反思評價的化學(xué)實驗的認識模型及其各環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系，理解實驗的思路方法。在教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生進行交流、討論、評價方案，促進學(xué)生深刻理解控制變量的思想方法，提高學(xué)生對實驗的反思評價水平。在開展實驗過程中遵循先易后難的原則，先證明燃燒需要氧氣為突破口，幫助學(xué)生掌握控制變量的思想方法如何運用于實驗設(shè)計，然后引導(dǎo)學(xué)生運用這一思想方法進行其它實驗設(shè)計。

（3）運用認識模型解決實驗問題

問題3：觀察“燒不壞的手絹”實驗，說說手絹“燒不壞”的原因是什么？這一實驗可以用來探究燃燒的什么條件？其實驗?zāi)康氖鞘裁?？實驗原理是什么？如何設(shè)計實驗的？進行實驗的關(guān)鍵操作是什么？依據(jù)實驗現(xiàn)象可獲得什么結(jié)論？

設(shè)計意圖：鞏固學(xué)生對燃燒條件的認識，讓學(xué)生進一步認識不同物質(zhì)的著火點有差異，診斷并評價對控制變量的思維方法及理解水平。引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)實驗的認識模型出發(fā)，進一步分析該實驗要素及其各要素間的關(guān)系，提升分析、解決問題的能力。對于學(xué)生的某些認識誤區(qū)，可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗進行探究，如設(shè)計將未經(jīng)處理的布條進行灼燒，直接浸泡酒精的、輕輕擰干的布條進行點燃等補充實驗。

三、總結(jié)與討論

基于認識模型的化學(xué)實驗教學(xué)就是從化學(xué)實驗的認識模型出發(fā)，把具體的實驗內(nèi)容置于外顯的認識模型之中進行實驗教學(xué)設(shè)計。其實驗?zāi)繕瞬粌H是獲得結(jié)論性知識，更重要的是幫助學(xué)生通過化學(xué)實驗掌握解決化學(xué)問題的學(xué)科思想方法，建構(gòu)起運用化學(xué)實驗的認識模型來分析、解決化學(xué)實驗問題的思維程序。

化學(xué)實驗的教學(xué)設(shè)計關(guān)鍵是對實驗內(nèi)容的研究與把握?；谡J識模型的化學(xué)實驗教學(xué)，一是教師要關(guān)注認識模型中各要素的發(fā)展規(guī)律，認識模型的各要素不是同步發(fā)展的，要基于“科學(xué)探究”主題的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化關(guān)系、實驗功能和學(xué)生的認識水平來分析、規(guī)劃不同階段需要發(fā)展關(guān)鍵要素的能力，最終實現(xiàn)認識模型中各要素的整體發(fā)展;二是在具體的化學(xué)實驗教學(xué)中，不能僅僅關(guān)注化學(xué)實驗的認識模型的六要素和事實性結(jié)論，教師應(yīng)該進行系統(tǒng)深入的思考，從整體上思考該實驗對學(xué)生的實驗?zāi)芰Πl(fā)展的價值和意義，更好地促進學(xué)生思維發(fā)展;三是不同類型內(nèi)容的實驗，解決問題的實驗原理是不一樣的，要提煉出一般思想方法，從而提升實驗設(shè)計能力。