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摘要 : 实验是学习化学的重要途径 , 但目前部分初中化学实验设计不够完善 , 未充分发 挥实验在加深学生认识 、培养学生探究意识 、 引导学生 自主思考和创新方面的作用 。 本 文针对上述问题 , 提出改进实验过程和结果的呈现方式 、增加 自主探究环节 、设置项 目 式实验等策略 , 以期为初中化学教师提供参考 。
《义务教育 化 学 课 程 标 准(2022年 版) 》将 课 程 教学的主要目标定位为培养学生核心素养 , 传统的 理论教学可以培养学生的化学观念和科学思维 , 而 在培养学生探究与实践 、科学态度与责任意识方面 的效果不够理想 , 虽然实验课能够弥补这类不足 , 但 目前初中化学实验设计和实施还存在一定问题 , 有必 要对其进行改进和创新 , 以便更充分发挥其价值。
一 、初中化学实验的改进与创新价值
初中化学实验主要有两类功能 : 一是以直观方 式呈现理论知识(化学反应过程) , 加深学生对知识 的理解 ; 二是通过实验培养学生实践操作能力 、探 究能力和创新意识 。而初中化学教师组织的实验活 动多为两类 , 一类是课堂教学期间的实验演示 , 多 以解释 、验证理论知识为主 , 另一类是集中组织的 实验课活动 , 多以教材中安排的实验活动为主 , 学 生重点学习操作方法和规范 。对比初中化学实验的 定位以及实验活动的内容来看 , 多数实验活动并未 给予学生足够的 自 主性 , 学生缺少自主发现问 题 、 自主设计实验方案和自主解决问题的实践机会 。 因 此 , 教师有必要对化学实验进行改进和创新 , 提高 学生参与质量 , 给予学生自主思考 、设计和创新实 验方案的机会 , 有效培养学生实践能力 、探究能力和创新能力 。
二 、传统初 中 化 学 实 验 设 计 与 实 施 中 存 在 的 问题
1. 实验过程或结果不够显化
初中化学实验多为基础实验 , 或用于展示教材 中描述的化学反应过程 , 或用于展示纯理论话术下 的物质性质或现象 , 本质上是为了让学生通过多种 感官观察和了解化学现象 , 从而加深对相应知识的 记忆 。但现实教学中 , 教师选择的实验并不 一 定能 够让学生完全感知所有现象 , 如教师在讲台操作加 热碳酸氢铵的实验时 , 后排学生就很难觉察到刺激 气味 , 很难观察到试管壁上的水珠生成等 , 实验演 示效果不很理想 。 另外 , 学生有过错 误 操 作 经 验 , 或观察过相应后果时 , 会对实验注意事项的记忆更 加深刻 。 因 此 , 让 错 误 的 实 验 过 程 和 结 果 足 够 显 著 , 才能加深学生印象 , 有部分教师要求学生按照 标准化操作获得预期实验结果 , 学生没有机会验证 错误操作的后果 。
2. 学生主体性缺失
目前 , 初中化学实验主要为演示用的感知类实 验和其他所有类型的操作类实验 。其中 , 后者主要 用于培养学生实践操作能力 , 同时让学生借助实验 进一 步检验 、验证所学知识 , 加深对 知 识 的 理 解 。 但目前操作类实验多由教师主导 , 学生在实验中的收获十分有限 , 难以在操作过程中总结失败 教 训 ,只能通过动手操作 , 加深对实验过程的记忆 。部分 学生未能理解理论知识的根本原因在于 , 根据理论 推导结论的先验过程被阻断 。此时 , 学生需要通过 结果(或出现的问题) 推导原因的后验过程破解学习 障碍 , 但要让实验具备后验功能 , 就必须使实验具 有一定的开放性 , 即允许学生根据自己的学习问题 自主进行尝试 , 但目前操作类实验流程相对固 定 , 学生缺少自主实验机会 。
3. 未有效引导学生创新
初中化学实验大多对实验条件 、方式的要求相 对宽松 , 而且学习的化学现象 、规律多为类型化问 题 , 而非具体到明确物质之间的反应 , 可以进行相 对灵活的材料置换 、条件变换等 , 因此初中化学实 验有着一定的改进和创新空间 。一方面教师可以对 实验进行改进与创新 , 以增强实验的趣味性 、可感 知度 ; 另一方面可以鼓励学生对实验进行改进与创 新 , 培养学生灵活思维 、灵活应用能力 。从目前初 中化学实验活动的现状来看 , 教师自主对实验进行 改进与创新的尝试较多 , 但部分教师对改进与创新 实验的检验不充分 , 导致实验效果不佳 、对照实验 周期长 、实验过程和结果不易观察等 , 也没有给予 学生足够的创新机会 , 不利于培养学生创新意识 。
三 、初中化学实验的改进与创新策略
1. 提高实验过程和结果的显化水平
要想强化化学实验过程和结果的显化水平 , 教师 需要选择更容易被学生观察的实验 , 或通过其他途径 改善过程和结果可被观察的水平 。一般有两类建议 :
一是选择化学反应过程相对强烈 、结果易于通 过肉眼 观 察 的 实 验 。 例 如 , 在 氢 氧 化 钠 质 变 实 验 中 , 可采用加入氯化钙 , 取上清液并加入无色酚酞 溶液的方式 , 增强对氢氧化钠变质状况的感知 , 而 不仅仅是用观察氢氧化钠溶液瓶瓶口是否出现白色 粉末(碳酸钠) , 通过增加有直观变化的检验物等方 式 , 有效 增 强 学 生 感 知 。 在 金 属 活 动 性 探 究 实 验 中 , 可以 将 镁 、 铁 、 锌 、 铜 做 成 字 母 形 状 , 放 在 四分格的培养 皿 上 , 然 后 分 别 加 入 稀 盐 酸 进 行 反 应 。通过这样的改进 , 实验更 加 形 象 化 、直 观 化 ,学生一 目了然 。
二是用化学实验模拟软件来模拟实验过程 , 即利用软件工具对化学实验过程进行直观展示 , 尤其是将其中一些不易被观察的过程和现象以更形象的方式呈现出来 。教师可使用 NOBOOK虚拟实验室等软件设计模拟实验 , 该软件平台提供了大量与教材同步 的 虚 拟 实 验 素 材 , 还 提 供 了 手 动 配 置 、 连接 、调节 实 验 的 功 能 。 基 于 该 软 件 设 计 的 虚 拟 实验 , 有着较强直观性 , 有利于加深学生对实验过程和结果的感知 。教师还要围绕实验 操 作 规 范 相 关 的 考 查 需 求 ,增加错误示范类实验 , 以增强学生印象 , 使学生加深对操作规范的认识 。例如 , 在加热试管液体药品的规范教学中 , 教师可以分别以添加液体药品(腐蚀性溶液)超过试管容积三分之一 、不均匀加热 、直接将火焰对准底部加热(无法保证师生安全时 , 应以虚拟实验替代实际实验) , 通过实验展示液体溅出造成腐蚀损伤 、不均匀加热导致试管炸裂等风险 , 让学生直观感受不规范操作的危害 , 提高学生认知 。
2. 保证学生在实验活动中的主体地位
要想有效提高学生在实验中的自主性 , 教师需要减少对实验过程的控制 , 让学生有机会围绕学习中遇到的问题自主尝试不同类型的实验 , 以解决个人学习时遇到的各类问题 。在给予学生一定自主权之前 , 教师应先选择更贴近生活的实验背景 , 让学生对实验活动 、主题产生熟悉感 , 为进一 步激发学生自主意识奠定良好基础 。具体到实验活动中 , 可以通过以下两种方式来提高学生主体性 :一是设计需要学生自主思考 、探索的互动环节 ,给予学生足够的自主探索空间 , 不断培养学生探究意识 。例如 , 在“燃烧和灭火”实验教学中 , 教师可以提前要求学生自主收集生活中常见的可燃物并开展实验 , 实验前先要求学生回顾燃烧的基本条件(可燃物 、空气 、氧气 、温度) , 然后分组讨论可用何种方法检验这些条件 , 如加热不可燃物(如石块) 并观察其变化 。教师评估并确定学生方案可行后 , 再开始实验 , 而不是直接要 求 学 生 按 照 加 热 不 同 物 体、在不同氧气浓度环境下加热 、在不同温度环境下加热来做实验 。 由此 , 可以让学生先思考如何实验以 及实验可能的结果 , 这样学生就能以“验证想法”的 动机去做实验 , 更有助于解决学生的学习问题 。
二是在实 验 活 动 中 向 学 生 提 供 自 主 尝 试 的 机会 。初中化学教师在组织实验活动时往往过于关注 安全问题 , 一般不会向学生提供过多的自主尝试机 会 , 学生很难根据自己需求选择自行尝试不同的实 验方案 。仍以“燃烧和灭火”来说 , 许多教师会以典 型的趣味实验“烧不坏的手帕”导入本节知识 , 该实 验能够帮助学生区分手帕和酒精是不同 的 可 燃 物、 二者的着火点温度不同 , 进而识别燃烧条件的差异 。 对于部分学生而言 , 理解其中差异是有一定难度的 , 有些学生可能无法很好地理解手帕和酒精是不同的 可燃物 。对此 , 可以引导学生思考分别用湿木棍和 干木棍 、湿树叶和干树叶做燃烧实验 , 在此基础上 , 再尝试额外增加涂抹酒精后的燃烧结果 , 进而理解 燃烧的必备条件 。这类教学的关键是 , 为学生提供 通过非预设实验验证个人思路 、想法的机会 。
3. 在实验活 动中 充 分 激 励 和 引导 学 生 改 进 与 创新
针对初中化学实验不能有效引导学生创新的问题 , 建议教师做好相应引导 , 持续鼓励学生改进与 创新 , 培养学生创新意识和创新能力 。具体可通过 以下两类实验改进来引导学生创新 :
一是教师自主尝试改进创新 , 同时做好验证工 作和改进创新解析 , 通过示范激励学生创新 。教师 对化学实验的改进创新能够丰富实验类型 , 提高实 验的可感知性 。但这只是理想效果 , 如果未能在课 堂教学前对改进实验做充分验证就有可能达不到预 期 。例如 , “酸的性质”预习中 , 教师可以要求学生 尝试用醋除水垢 , 在此基础上鼓励学生使用其他任 何食用型酸味液体(酸味饮料) 除垢 , 观察和总结实 验结果 ; 在布置相应任务前 , 应对家庭中常见的醋 和其他酸味液体在除水垢时的效果进行充分尝试 , 给出建议的实验时间 , 便于学生有效完成实验 。通 过替换化学品的简单创新 , 可以激发学生自主尝试 不同化学品组 合 的 想 法 , 这 利 于 激 发 学 生 创 新 动 力 , 但教 师 必 须 做 好 改 进 创 新 验 证 , 确 保 实 验 有效 ; 同时在实验后做深入解析 , 让学生充分理解应 “以哪些目标”“以何种思路”来创新实验 。
二是在一般实验活动中鼓励学生自主设计 、实 施实验 , 培养学生独立设计和创新实验能力 。 可组 织项目式实验活动 , 由学生小组结合理论知识 、 主 题要求来选定实验目标 , 根据实验目标和预设条件 来讨论和设计实验方案 , 同时对其中可能出现的问 题 、风险 、不足等进行分析 , 不 断 优 化 实 验 方 案 ; 形成较为成熟的方案后提交给教师检查 , 教师确保 实验方案安全即可允许学生操作(不必要求实验完 全可达预期) 。学生无法顺利完成实验 , 或实 验 结 果与预期出现偏差时 , 可以 自行讨论或请教 老 师 , 由此总结问题并改进实验方案 , 以此培养学生自主 设计 、检查和优化实验的能力 。例如 , 在二氧化碳 的实验室制法教学中 , 可以让学生利用生活中废品 如矿泉水瓶 、输液管 、针筒等自主设 计 实 验 装 置 , 然后用海边的贝壳代替大理石进行实验 , 学生通过
自主设计 、改进创新实验 , 对整个二氧化碳制法的 原理 、反应装置的优缺点 , 理解得更加深刻 , 激发 学生的创新意识和学习兴趣 。
四 、结语
初中化学实验教学不仅是培养学生操作能力和 传授实验注意事项的过程 , 也是巩固学生记忆 、辅 助学生理解重难点的重要途径 , 教师应做好实验显 化设计 , 凸显学生主体地位 , 引导学生主动改进创 新 , 充分发挥实验教学培养学生科学探究与 实 践 、 科学态度与责任的功能 。
参考文献
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