摘要： 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以激發(fā)學(xué)生“思維”為核心，探索采用“循序漸進(jìn)、問題引導(dǎo)、由點(diǎn)到面、信息剖析”等基于“思維進(jìn)階”目標(biāo)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)從簡單到復(fù)雜、從理論思考到實(shí)踐應(yīng)用、從部分到整體、從要素提取到邏輯分析的思維進(jìn)階，逐步形成遞進(jìn)性、應(yīng)用性、系統(tǒng)性、發(fā)散性思維，提升學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)實(shí)驗(yàn)； 思維進(jìn)階； 教學(xué)策略； 核心素養(yǎng)

文章編號： 10056629（2023）10005606 中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 問題的提出

以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一，化學(xué)實(shí)驗(yàn)對于全面發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有非常重要的作用，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀［1］。高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要包括物質(zhì)的分離與提純、物質(zhì)的檢驗(yàn)、物質(zhì)的制備、定量實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及探究等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往存在諸如實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容碎片化，缺少具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)問題，忽視實(shí)驗(yàn)的思維過程等，使課堂缺乏高階思維發(fā)展的教學(xué)目標(biāo)；有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)變成教師給“方”、學(xué)生抓“藥”的知識驗(yàn)證和完成教學(xué)任務(wù)，課堂表面的“熱鬧”掩蓋不了本質(zhì)的“低效”，嚴(yán)重影響學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)與思維能力的培養(yǎng)；特別是學(xué)生在面對綜合實(shí)驗(yàn)探究問題時(shí)，表現(xiàn)出“缺乏邏輯、缺乏視角、缺乏策略”的共性問題［2，3］。

如何高效進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一直是廣大化學(xué)教師思考和探索的問題。筆者在前期研究思維階梯式教學(xué)的基礎(chǔ)上［4］，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以激發(fā)學(xué)生“思維”為核心，探索采用“循序漸進(jìn)、問題引導(dǎo)、由點(diǎn)到面、信息剖析”等基于“思維進(jìn)階”目標(biāo)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)從簡單到復(fù)雜、從理論思考到實(shí)踐應(yīng)用、從部分到整體、從要素提取到邏輯分析等的思維進(jìn)階，逐步形成遞進(jìn)性、應(yīng)用性、系統(tǒng)性、發(fā)散性思維，提升學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

2 思維進(jìn)階促成素養(yǎng)發(fā)展

思維進(jìn)階是指從低階思維到高階思維的發(fā)展過程，也是實(shí)現(xiàn)從知識到素養(yǎng)的一種歷程。布魯姆在教育目標(biāo)分類法中把認(rèn)知思維分為“記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造”六個(gè)層級（如圖1），其中記憶、理解屬于低階思維，是一種淺層次的學(xué)習(xí)，而應(yīng)用、分析、評價(jià)、創(chuàng)造屬于高階思維，屬于深度學(xué)習(xí)。2007年美國國家研究理事會（NRC）將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為“對學(xué)生在一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí)，依次進(jìn)階、逐級深化的思維方式”。這使得學(xué)者們對學(xué)習(xí)進(jìn)階的對象達(dá)成了一致。即學(xué)習(xí)進(jìn)階刻畫的是學(xué)生思維的發(fā)展過程［5］。王磊等研究認(rèn)為，思維過程包括“思維啟發(fā)、思維引導(dǎo)、思維深化、思維整合、

思維拓展”等五個(gè)指標(biāo)，其中思維啟發(fā)和思維引導(dǎo)發(fā)展較好，思維深化、思維整合和思維拓展還有進(jìn)一步提升的空間［6］。史厚勇研究認(rèn)為，教師要聚焦學(xué)生的問題解決過程，引領(lǐng)學(xué)生的思維由表及里、由點(diǎn)成體、由淺入深、由窄到寬、由單到合，促進(jìn)學(xué)生思維的進(jìn)階、發(fā)展［7］。就化學(xué)思維而言，吳俊明教授認(rèn)為，它是關(guān)于物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化和相互聯(lián)系的思維，是認(rèn)知化學(xué)、掌握化學(xué)和發(fā)展化學(xué)的智慧，是探究活動(dòng)的靈魂［8］。李發(fā)順等認(rèn)為思維是智慧的核心，是影響人的發(fā)展的重要能力，化學(xué)思維能力是化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力的基礎(chǔ)，化學(xué)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是學(xué)生思維的形成、進(jìn)階與結(jié)構(gòu)化［9］。因此，思維進(jìn)階是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階與素養(yǎng)發(fā)展的內(nèi)在的、本質(zhì)的、必然的要求。

3 “思維進(jìn)階”目標(biāo)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

3.1 循序漸進(jìn)：從簡單到復(fù)雜的進(jìn)階，形成問題解決的遞進(jìn)性思維策略

人類思維的發(fā)展是一個(gè)從低級到高級、從簡單到復(fù)雜的漸進(jìn)過程，包含信息的積累、接收、關(guān)聯(lián)、選擇、識別、分析、判斷與結(jié)論等。因此，基于“思維進(jìn)階”目標(biāo)下的教學(xué)理應(yīng)遵循“由淺入深、從易到難、逐步深入”的循序漸進(jìn)原則，并在過程中不斷總結(jié)形成問題解決的一般思路。如實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“物質(zhì)的檢驗(yàn)”是生產(chǎn)生活中化學(xué)定性分析的重要內(nèi)容，應(yīng)用十分廣泛，可以從多角度、遞進(jìn)性實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階發(fā)展。從物質(zhì)種類角度，可以從單一物質(zhì)的鑒定到多物質(zhì)的鑒別，再到混合物的成分分析，思維干擾因素逐漸增多；從物質(zhì)類別角度，可以從常規(guī)的無機(jī)物的檢驗(yàn)到有機(jī)物中元素或官能團(tuán)的鑒定，實(shí)現(xiàn)從離子反應(yīng)到有機(jī)反應(yīng)與官能團(tuán)性質(zhì)的思維進(jìn)階；從實(shí)驗(yàn)方法角度，可以從顏色、水溶性、焰色反應(yīng)等物理方法到化學(xué)方法，如氣體法、沉淀法和顯色法等。實(shí)驗(yàn)方法與手段的選擇務(wù)求“以準(zhǔn)為本、以簡為美”。其中，離子檢驗(yàn)是物質(zhì)檢驗(yàn)的基石。從單一離子的檢驗(yàn)（主要包括Fe3+、 NH+4、 CO2-3、 Cl-、 SO2-4）開始，到含一種干擾離子存在條件下的排除與檢驗(yàn)，再到混合液中多離子的分別檢出這樣一個(gè)思維進(jìn)階過程，具體如圖2所示。

教學(xué)中以典型代表物FeCl3的鑒定為例，分析物質(zhì)檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象及結(jié)論，具體如表1所示。

通過以上對單一物質(zhì)鑒定的分析，形成物質(zhì)鑒定的一般操作流程，包括取樣、觀察外表、溶解、離子檢驗(yàn)、觀察現(xiàn)象和得出結(jié)論。此后，圍繞含氯化合物的檢驗(yàn)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)以下系列問題：

（1） 如何檢驗(yàn)氯堿工業(yè)生產(chǎn)的NaOH（或純堿工業(yè)Na2CO3）產(chǎn)品中是否混有NaCl雜質(zhì)？

（2） 如何檢驗(yàn)KClO3固體中的氯元素？

（3） 如何檢驗(yàn)氯乙烷中的氯元素？

以上從Cl-的檢驗(yàn)到含OH-（或CO2-3）干擾下Cl-的離子檢驗(yàn)，再到無機(jī)鹽KClO3中氯元素的檢驗(yàn)，最后上升到有機(jī)物氯乙烷中氯元素的檢驗(yàn)這樣一個(gè)從簡單到復(fù)雜、從無機(jī)離子到有機(jī)元素的檢驗(yàn)，并形成元素檢驗(yàn)問題解決的一般思路（如圖3），更好地鞏固常見“離子檢驗(yàn)”的方法，循序漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)學(xué)生對“物質(zhì)檢驗(yàn)”教學(xué)內(nèi)容的思維進(jìn)階。

3.2 問題引導(dǎo)：從理論思考到實(shí)踐應(yīng)用的進(jìn)階，形成理論為應(yīng)用服務(wù)的學(xué)科思維習(xí)慣

化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科［10］?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)作為架構(gòu)理論與實(shí)踐的重要橋梁，圍繞物質(zhì)的純化、檢驗(yàn)、測定、制備、性質(zhì)等進(jìn)行。如“物質(zhì)的提純與分離”，教學(xué)中通過設(shè)計(jì)以下三個(gè)系列問答供學(xué)生思考討論，逐步引導(dǎo)學(xué)生從“實(shí)驗(yàn)理論”層面的理解到“實(shí)踐應(yīng)用”層面的思維進(jìn)階。

問題1：為什么要對物質(zhì)進(jìn)行分離與提純？

自然界中的物質(zhì)大多是混合物，理論上沒有絕對的純凈物。因此，要研究物質(zhì)，首先必須要對物質(zhì)進(jìn)行分離純化，進(jìn)而再研究單一物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等；工業(yè)生產(chǎn)中也要生產(chǎn)某種特定的物質(zhì)來滿足人類生產(chǎn)、生活需要。這就是我們化學(xué)實(shí)驗(yàn)中“物質(zhì)的分離與提純”的意義與價(jià)值所在。

問題2：物質(zhì)進(jìn)行分離提純的理論依據(jù)是什么？

利用物質(zhì)間的性質(zhì)差異并選擇合適的方法進(jìn)行分離和提純。如熔沸點(diǎn)、溶解性、熱穩(wěn)定性、酸堿性、氧化性、還原性等。同時(shí)，考慮物質(zhì)的狀態(tài)不同，實(shí)驗(yàn)的操作方法也不同。

問題3：你能列舉出哪些分離提純的實(shí)驗(yàn)操作？它們在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中分別有怎樣的應(yīng)用？

由學(xué)習(xí)和生產(chǎn)生活中遇到的問題出發(fā)，通過在真實(shí)問題下的混合物分離與提純案例，分析利用物質(zhì)間某些性質(zhì)差異選擇相應(yīng)的分離方法的思路，總結(jié)如表2所示。

問題引導(dǎo)是設(shè)置思維階梯、實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階的重要策略之一。以上圍繞“物質(zhì)分離與提純”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了“實(shí)驗(yàn)操作為什么、理論依據(jù)是什么、實(shí)踐應(yīng)用有什么”等系列階梯問題，幫助學(xué)生理解分離與提純的意義、原理、方法及其應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生逐步從“理論理解”向“實(shí)踐應(yīng)用”的思維進(jìn)階，這既符合化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，也達(dá)成學(xué)以致用、活學(xué)活用的目的。

3.3 由點(diǎn)到面：從部分到整體的思維進(jìn)階，形成主題引領(lǐng)下的系統(tǒng)性思維方法

面對復(fù)雜問題，可以先通過“化整為零、各個(gè)擊破”的策略一一解決，最終實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到面、從部分到整體的思維進(jìn)階。如定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因綜合程度高、思維容量大，學(xué)生往往會一籌莫展，產(chǎn)生畏難情緒。此時(shí)，尋找問題的關(guān)鍵點(diǎn)對問題解決至關(guān)重要。教學(xué)中可通過設(shè)置主題引領(lǐng)下的系列問題，幫助學(xué)生理清思維頭緒，抓住問題關(guān)鍵，激發(fā)思維動(dòng)力，最終形成解決問題的方法。如“測定亞硫酸鈉（含硫酸鈉雜質(zhì)）樣品的純度”這一定量實(shí)驗(yàn)，筆者在教學(xué)中設(shè)置了“情境分析、定性檢驗(yàn)、應(yīng)用反思、定量測定和類推歸納”等五個(gè)不同維度的階梯問題引導(dǎo)學(xué)生從不同角度、不同層面進(jìn)行思維進(jìn)階，由點(diǎn)到面，最終形成思維系統(tǒng)。學(xué)生的思維火花不斷被點(diǎn)燃，師生互動(dòng)充分，教學(xué)生成性好。具體如表3所示。

針對實(shí)驗(yàn)課題中的問題，首先在引導(dǎo)學(xué)生分析問題情境的真實(shí)性，進(jìn)而理解Na2SO3的還原性，創(chuàng)設(shè)Na2SO3在空氣中易被氧化成Na2SO4的情境，并在此基礎(chǔ)上再讓學(xué)生思考Na2SO3被氧化的兩種可能的情況（部分氧化與完全氧化）下分別如何進(jìn)行檢驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的信息提取與思維變通能力，進(jìn)一步鞏固離子定性檢驗(yàn)的操作、方法與表達(dá)，再類推到這樣一類問題的總結(jié)與對比，形成系統(tǒng)方法；同時(shí)，在上述“定性”及“應(yīng)用”兩個(gè)環(huán)節(jié)的問題分析與解決過程中，學(xué)生對亞硫酸鈉的認(rèn)識逐步加深，為后續(xù)定量實(shí)驗(yàn)中的重量法、滴定法（氧化還原）和氣體法做好思維鋪墊。圍繞該實(shí)驗(yàn)主題，采用“由點(diǎn)到面”的教學(xué)策略，這三種定量實(shí)驗(yàn)方法便水到渠成，思維進(jìn)階目標(biāo)順利達(dá)成。具體如圖4所示。

3.4 信息剖析：從“要素提取”到“邏輯分析”的思維進(jìn)階，形成發(fā)散性思維品質(zhì)

從問題與信息中提取核心要素的能力是一種重要的閱讀理解能力，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯分析與推理，形成思路和判斷（預(yù)測），也是思維進(jìn)階的重要路徑之一。實(shí)驗(yàn)探究是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容，對培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維、創(chuàng)新思維等大有裨益。教學(xué)中可從熟悉的內(nèi)容出發(fā)，逐步完成思維進(jìn)階，并形成問題探究的一般認(rèn)知思維模型。如“在BaCl2溶液中通入SO2氣體是否有沉淀生成”這一探究問題中，學(xué)生根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)的條件分析認(rèn)為兩者不會發(fā)生反應(yīng)（預(yù)測）。隨后，在小組實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，開始沒有沉淀，但隨后會慢慢產(chǎn)生沉淀，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)測產(chǎn)生沖突。從沒有沉淀到慢慢生成沉淀過程中可能的原因是什么？學(xué)生通過“硫酸酸雨放置一段時(shí)間后pH會減小”的思維遷移與討論，認(rèn)為由于亞硫酸被空氣中氧氣氧化成硫酸進(jìn)而生成BaSO4沉淀的結(jié)果。隨后，各小組再在沉淀中加入鹽酸，沉淀不溶解，從而證實(shí)了白色沉淀為BaSO4，培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維和證據(jù)意識。為進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的發(fā)散性思維，教師又提出，除了空氣中的氧氣可以使上述溶液生成沉淀外，是否還可以通入一種其他氣體使之生成沉淀？通過師生對問題要素的提取和可能性分析與討論，形成結(jié)果如圖5所示。

又如，把新制氯水逐滴滴加到NaOH的酚酞溶液中，發(fā)現(xiàn)溶液紅色退色，請思考引起退色可能的原因，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的猜想。針對此問題，教學(xué)中以“信息剖析”為主要手段，通過“問題、要素、分析、驗(yàn)證、結(jié)論”的五步思維策略，引導(dǎo)學(xué)生完成思維進(jìn)階。具體如下：

問題：上述溶液顯紅色的必要條件是什么？（教師引導(dǎo)）

要素：NaOH和酚酞兩個(gè)要素，缺一不可。（學(xué)生提?。?/p>

分析：因此，溶液退色自然就存在三種可能。假設(shè)一：NaOH沒有了（中和退色）；假設(shè)二：酚酞沒有了（漂白褪色）；假設(shè)三：NaOH和酚酞兩者均沒有了（既有中和又有漂白）。（學(xué)生討論）

驗(yàn)證：因此，可以設(shè)計(jì)在退色后的溶液中加入對應(yīng)NaOH或酚酞，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。（小組實(shí)驗(yàn)）

結(jié)論：如加入NaOH至過量，若紅色恢復(fù)，則說明退色后溶液中缺NaOH、不缺酚酞，僅假設(shè)一正確；若紅色不恢復(fù)，則說明酚酞沒有，故假設(shè)二或三正確，此時(shí)，可再另取退色后溶液滴加酚酞看是否變紅色來進(jìn)一步確認(rèn)是否存在NaOH。

在以上的分析過程中，逐步引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“問題、要素、分析、驗(yàn)證、結(jié)論”的“五步法”思維進(jìn)階策略模型，形成“可能性”問題解決的一般思路。具體如圖6所示。

4 結(jié)論與建議

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維能力提升和學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要載體，對學(xué)生的思維能力培養(yǎng)具有不可替代的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中不但要關(guān)注實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本身，更要關(guān)注學(xué)生思維的可持續(xù)進(jìn)階發(fā)展?；诖搜芯?，在教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上提供以下建議。

4.1 圍繞學(xué)生思維進(jìn)階目標(biāo)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要時(shí)刻圍繞“如何激發(fā)學(xué)生興趣，如何引導(dǎo)學(xué)生思維進(jìn)階，如何構(gòu)建學(xué)科思維模型”上下功夫。既要避免教師照本宣科式的講解或演示，又要防止學(xué)生缺乏自主思考的淺層次探究。一方面，要設(shè)計(jì)一些思維引導(dǎo)的問題幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階，另一方面，通過一些典型實(shí)驗(yàn)案例訓(xùn)練學(xué)生的思維能力和思維習(xí)慣，并通過小組討論、實(shí)驗(yàn)探究等發(fā)現(xiàn)新問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。如黨雪平等通過設(shè)計(jì)面向高階思維培養(yǎng)的“預(yù)習(xí)自測—講授討論—自主實(shí)踐—總結(jié)反思”的四段式自主型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生“分析、綜合、評價(jià)和創(chuàng)造”等高階思維能力［11］。成華探索通過改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略、方法和內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，從而促進(jìn)學(xué)生高階思維的形成［12］。

4.2 關(guān)注工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用，不斷豐富優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)素材

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和主題的研究，緊扣時(shí)代發(fā)展脈搏，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用性、操作性和發(fā)展性的統(tǒng)一。實(shí)驗(yàn)主題要緊貼生產(chǎn)和應(yīng)用，教學(xué)案例要源于生活，問題設(shè)計(jì)要符合學(xué)生認(rèn)知邏輯，多查閱近現(xiàn)代文獻(xiàn)資料，積累優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)素材，充分利用生活素材激活學(xué)生思維潛能。如以“食鹽加碘”課題為例，可以從“認(rèn)識食鹽與不同價(jià)態(tài)的碘元素”（性質(zhì)實(shí)驗(yàn)）到“探究食鹽樣品中是否加碘”（定性實(shí)驗(yàn)），最后到“測定加碘食鹽中加入碘元素的含量”（定量實(shí)驗(yàn)）三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來逐步實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階目標(biāo)。

4.3 注重發(fā)揮小組合作在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用，促進(jìn)不同層次學(xué)生思維水平的進(jìn)階提升

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生的思維進(jìn)階一方面源于自身對問題的主動(dòng)思考與探索，另一方面來自教師的引導(dǎo)點(diǎn)撥和同伴的交流、討論和分享。實(shí)驗(yàn)教學(xué)先天具有內(nèi)容的開放性、方法的多維性和實(shí)踐的互助性等特點(diǎn)，客觀上適宜選擇“小組合作”為主的教學(xué)方式，包括開展教師指導(dǎo)下的小組討論、小組實(shí)驗(yàn)、小組分享、小組評價(jià)等，全面增進(jìn)師生互動(dòng)和生生交流，促進(jìn)不同個(gè)體間的思維碰撞，助力思維的進(jìn)階發(fā)展。

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