中学化学实验教学中的思维训练

中学化学教学大纲强调指出：“化学是一门以实验为基础的学科。实验教学可以帮助学生形成化学概念，理解和巩固化学知识，培养学生能观察现象、分析问题、解决问题，初步掌握一些常用的化学实验技能，培养学生实事求是、严肃认真的科学态度和科学方法。因此，加强实验教学是提高化学教学质量的重要一环，也是评价教学质量的一个重要方面。”
　　
　　近几年来，提高化学实验教学质量越来越受到人们的重视，但实验教学仍然是化学教育中薄弱的一环。究其原因，除了部分学校和教师对实验教学不够重视和实验条件缺乏之外，实验教学过程中忽视必要的严格的思维训练，也是重要的因素。笔者认为：在具备必需的实验设备和条件之后，提高化学实验教学质量的关键在于——
　　
　　必须强化实验教学中的思维训练
　　
　　为什么应当在化学实验教学中强化思维训练呢？
　　
　　第一，这是掌握化学科学知识的需要。
　　
　　化学实验既是化学学科的基础，又是掌握化学知识规律的入门的向导和手段。学生从实验事实出发，形成化学概念，上升为化学规律，进而编织知识网络，建筑知识架构，非经过由表及里、由此及彼、去粗取精、去伪存真的思维过程，由感性上升至理性不可。因此，教师在化学实验教学中，应当适时引导学生结合实验观察过程，激发思维活动，实现感性阶段向理性阶段的飞跃。
　　
　　第二，这是学习活动的需要。
　　
　　化学实验活动是学生学习活动的重要组成部分。学习活动的核心成分是思维。中学基础教育阶段思维训练的重点应放在思维品质──独立性、整体性、逻辑性、精密性、发散性和敏捷性等的形成与锻炼上。而化学实验活动的过程，自始至终都充满着培养和锻炼学生上述多种思维品质的契机。化学教师如果没有引导学生在实验教学中有效地把握这些契机，是教学的严重失职。
　　
　　第三，这是素质教育的需要。
　　
　　化学实验教学是化学科学素质教育的有机组成部分，正如著名化学家戴安邦先生指出的：“化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的形式”。培养化学科学素质应把着力点放在实验功能的开发上。笔者十分赞赏重庆市知名化学特级教师王作民先生把化学实验功能凝炼成“获知、激趣、求真、循理、育德”的十字概括，因为通过化学实验教学，应当也可能使学生在知识、能力、品格各方面得到综合提高，而它们的获取与提高，离不开思维的训练。
　　
　　事实是，由于“应试教育”飓风的吹袭，也由于不少师生对实验活动里思维训练的忽视，国内不少中学的化学实验教学出现许多大家司空见惯却又不能容忍的现象：有的教师指导学生观察或动手实验，只求机械记忆仪器名称、实验步骤、现象要点之１、２、３、４……，把生动活泼的实验活动，变成僵死呆板的条条，而忽略了诱导学生把在实验观察时激发起来的兴奋中心，及时转移到透过现象认识变化的原理和实质上来；有的学生对于课堂曾观察过乃至自己动手做过的化学实验，在脑海里留下的仅是一片空白，毫无印象；有的学生靠死记硬背对付实验问题，往往“张冠李戴”；有的学生做实验时求应付，走过场，未曾动手，就已经按课本所述，先填好实验报告的“正确结论”……。凡此种种，不正说明了实验教学欠缺思维训练的严重性么！
　　
　　应当怎样克服上述不良现象，切实加强实验教学的思维训练呢? 这先得全面了解一下化学实验思维训练的基本内容。重点是——
　　
　　围绕实验的“三大原理”引导学生展开思维活动
　　
　　化学实验理论的主体内容，可概括为⑴实验原理；⑵装置原理；⑶操作原理。教师应当在具体的化学实验教学过程中，引导学生围绕对上述“三大原理”的探索、理解和辨析，自始至终渗透着思维训练活动。
　　
　　首先，是实验原理的思维训练。
　　
　　“实验原理”即反应原理，指的是每个具体的化学实验，反映了或说明了或推断了什么样的物质发生何种变化的理论。可以围绕如下的角度引发学生思考：
　　
　　１．变化实质──什么化学物质（有时还应进一步分析为什么要选用这些物质）？
　　
　　发生什么特征、属何类型的变化？得到什么结果？为何会得到此结果？
　　
　　２．定量关系──反应物之间采用怎样的物质的量（或质量、或体积、或微粒数目）的关系？为什么要采取此种定量或过量关系？
　　
　　３．反应条件──实验时应选择怎样的物质状态、变化温度、压强或催化剂条件？
　　
　　为何要选择这样的条件？
　　
　　其次，是装置原理的思维训练。
　　
　　“装置原理”指的是为了达到某个具体实验的目的，应当选用何种仪器、设备，采用何种组合、联接方式的道理。可以围绕如下角度引发学生思考:
　　
　　１．仪器选用──根据实验原理，对特定的反应物或生成物，应选用哪种量取、混合、反应、加热、除杂、干燥、检验、收集、吸收、分离、缓冲（安全）的仪器？为何选用这些仪器更适宜？
　　
　　２．配套组合──根据实验需要，选用的仪器之间，大小、规格应怎样协调、搭配？如若不这样组合会出现什么弊端？能否作某种调换或代用？
　　
　　３．连接顺序──为达到良好效果，选用的仪器应采取怎样连接的位置顺序和安装与拆除的先后顺序？为什么要安排这种顺序？不遵循此顺序会带来什么不良后果？
　　
　　再次，是操作原理的思维训练。
　　
　　“操作原理”指的是根据具体的实验目的和仪器，进行实验操作活动的理由。可以围绕如下角度引发学生思考:
　　
　　１．操作步骤──为达某一实验目的，应当经过哪些操作步骤？这些步骤先后顺序如何确定？为什么要经过这些步骤？为什么要安排这种顺序？省略或调动某些步骤会有什么影响？
　　
　　２．注意事项──实施某个实验步骤时应注意做什么或不能做什么？原因何在？
　　
　　３．安全措施──实验过程可能会出现什么不安全的事故？如何防范？万一出现事故应如何处置？依据何在？
　　
　　应当说明的是：上列种种围绕“三大原理”引发学生展开思维活动的角度，是从化学实验教学的整体来阐述的，实际上，对于某一具体的化学实验活动，既没有必要也不可能面面俱到，而只需从教学内容和学生水准的实际出发，抓住某些侧重点展开思维训练，引导学生从某些典型的实验探索入手，上升到一般性、规律性的认识，逐步提高学生思维品质的层次。
　　
　　那么，怎样围绕上述“三大原理”的教与学，来强化学生的思维品质呢？笔者提出如下思维训练引导过程——
　　
　　值得注意的问题
　　
　　其一，挖掘启发思维的因素。
　　
　　现行化学教材对每个具体的化学实验，一般都是采用操作步骤介绍性的叙述，缺乏对学生思考的激发和引导。因此，教师备课时要善于透过课本里叙述性的文字，将隐含在其中的“三大原理”的因素挖掘出来，设计层层激发学生思考的问题，诱导他们研讨探究。例如，即使象初中化学“用简易装置制氢气”这样的简单实验，也可以设计出系列启发学生分析原理的思考题，请看下表：
　　
　　其二，养成细心观察的习惯。
　　
　　一般说来，学生对化学实验都颇有兴趣，但往往只是好奇心驱使所致，由于观察实验时目的性不明确，不善于集中注意力于那些关键设备的主要现象，加之演示实验时仪器小而教室范围宽、学生多，所以他们观察实验并不准确。为此，在可能条件下，教师宜改演示实验成并进实验，或借助ＣＡＩ软件或ＶＣＤ光盘、录相带等播放实验录像，尽可能结合并进实验或录像播放，穿插围绕“三大原理”的系列思考题，引导学生有针对性地思考，展开思维训练活动。
　　
　　其三，坚持实事求是的态度。
　　
　　教师在组织学生进行化学实验活动中，为了避免学生先入为主，想当然，走过场，要提倡学生养成据实完成实验报告的良好习惯，即使实验失败或出现异常，也要按的观察的实情填报实验现象和结果，然后及时分析失败或异常的原因，从分析原因的过程中锻炼思维。例如，学生做“乙醛滴进新制氢氧化铜悬浊液加热”的实验，按理应当出现美丽的桔黄色最后呈砖红色沉淀，但有的学生却得到深棕色乃至黑色的沉淀。在这种情况下，教师应强调学生据实填答沉淀颜色，并通过讨论分析原因：有的是滴加乙醛用量不足，有的是加乙醛没有摇匀，加热过猛造成乙醛挥发，结果氢氧化铜过量，稍高温度时便分解成黑色氧化铜，混杂在其中，掩盖了氧化亚铜的砖红色。于是学生从分析原因中得到了思维训练，也提高了对反应物适当用量和控制条件对实验成败影响的认识。
　　
　　其四，运用典型实验导思。
　　
　　为了提高化学实验教学中思维训练的效能，教师应当借助典型的化学实验来诱导、激发学生的思维活动，这主要从三个方面着手：一是教师宏观地把握大纲、教材的整体，作出不同年级将通过哪些典型实验对学生进行哪些方面思维训练的规划，分阶段、分层次实施；二是激发学习者的主观能动作用，将教材规定的某些演示实验或学生实验，改为实验设计或实验习题，让学生根据实验要求自己提出实施方案，以提高其创造性思维的能力；三是选用一些“高考”或“中考”试卷的典型综合实验题，指导学生解题，乃至跟动手实验结合起来训练，中学教材和历届高、中考试题，不乏优秀的典型化学实验题型，如氢气、氯气、硫化氢、二氧化硫、氨气、乙烯等的制取与系列性质实验，对于培养学生的思维能力颇有作用。就以１９９７年全国高考化学试卷里制取二溴乙烷的２８题来说，其实验、装置、操作原理，早在高二《化学（必修本）》第四章“乙烯”一节中就应当得到充分的学习和训练，通过制取乙烯及其性质检验，教师可引导学生思考讨论如下问题：
　　
　　⑴实验室制乙烯用什么试剂？通过什么类型的反应制得乙烯？
　　
　　⑵实验室用制氯气的装置改为制乙烯气，有什么变动？为什么制乙烯气不需用分液漏斗而改用温度计？为什么反应器内要放一些碎瓷片或玻片？
　　
　　⑶为什么反应要迅速升至１７０℃左右？加热一定时间后，反应液为何会变黑？
　　
　　⑷将产生的气体经过装有氢氧化钠溶液的洗气瓶洗涤，除去什么杂质气？这些杂质气是如何产生的？
　　
　　⑸将乙烯分别通过高锰酸钾溶液和溴水都会褪色，两者原理有何不同?
　　
　　⑹如果原料气产生乙烯通入溴水是为了制得二溴乙烷，结果发现所消耗原料试剂的用量大大超过所得产物，可能是哪些原因造成的?
　　
　　⑺空气里点燃产生的乙烯气体与点燃甲烷气体，它们火焰的现象不同，原因何在?
　　
　　如果上述问题早在进行乙烯的实验教学过程中就已通过思维训练逐步解决，那么，解答１９９７年高考化学试卷２８题，应当是水到渠成的事情。
　　
　　其五，联系社会生活的实际。
　　
　　中学生学习各门学科的根本目的，是提高素质、改造自然、服务社会，作为化学学科的基础和重要组成部分的实验活动也不例外。因此，除了课堂实验教学要重视学生的思维训练，以提高实验教学质量外，还要倡导学生配合课内学习，在课外日常生活中，开展力所能及的化学小实验和解释社会生产、生活中的某些化学现象，例如对土壤成分的检测，对大气、水质成分的分析及污染、防治的调查，对钢铁锈蚀及保护的认识；对建筑、合成材料的性能和应用的了解……。通过这些实验和调查活动，运用化学原理积极展开思维，逐步提高分析问题和解决问题的能力。
　　
　　综上所述，结论十分明显：化学实验教学中的思维训练不容忽视，化学实验活动中的思维训练前景广阔，大有可为。