重视实验设计与体验 促进学生的思维发展

吴 清

（江苏省梅村高级中学 江苏 无锡 214112）

化学实验教学是化学教学的重要组成部分，进行化学实验是学生学好化学的有效途径。实验在化学教学中的重要作用并不止于培养学生的实验技能、动手能力等外在的化学实验素养，更重要的是化学实验设计与体验蕴含着丰富的创造性思维和方法，以其独特的优势，通过学生设计实验、观察现象，逐步养成分析、比较、推理的思维习惯，进而培养学生的创新思维能力，造就具有科学精神和创新素养的学生。

新的国家课程标准在要求学生获取知识、技能的同时，更要求其通过参与教学活动，体验和感悟掌握知识、技能的一般方法和途径，同时在情感、态度、价值观等方面获得发展，其教学目标是多层次、立体式的。化学实验的设计和体验，对于培养学生对知识的理解能力，及将所学知识内化为自身的化学科学素养，并进一步外化为解决化学实际问题的能力，具有很好的促进作用和较强的可操作性，是实现上述教学目标的有效途径。

一、化学实验设计的课题选择

化学实验的设计目的是通过解决一些实际的化学问题，使学生养成爱动脑、爱动手的习惯，培养化学实验技能、实验素养和掌握科学研究的一般方法，进一步促进学生思维品质的提高。因此，在选择实验设计内容、课题时应有一定的针对性，不能随意地选择实验内容，否则学生会觉得枯燥乏味，没有主动思维、积极实验的激情，起不到训练、培养学生思维能力的最终目的。

针对高中生学习和掌握的化学知识而言，化学实验设计的课题选择可以从以下几个方面入手：以高中化学教材中涉及的实验、物质性质为素材背景，进行实验的改进和完善；对给定的实验内容分小组进行实验设计，通过小组间相互交流、评价，明确实验方案的多样性、差异性，并在安全性、可操作性、准确性和精确性上做出更好的选择；也可通过对课本实验、学生实验中出现的一些出乎意料的、反常的现象作为探究的课题进行挖掘拓展，使学生通过进一步的实验研究，更深入地认识化学反应的复杂性，更全面地认识化学变化的规律和实质；也可以选择平时练习中遇到的化学探究实验课题进行研究；以及以节约化学资源、减少并防止污染、变废为宝为目的的实验室实验废液的处理与回收利用等方面的研究。

二、化学实验设计与体验的实施

学生进行化学实验设计是学生充分运用所学化学知识、解决化学实际问题的能力体现。在此过程中教师应该作为学生的助手、扮演配角的角色，要将更多的分析、比较、推理的思维过程让学生来展现，实验仪器的选择、组装、实验的操作过程由学生自己来完成，教师仅在知识的准备、操作的流程、安全性方面提供信息和技术支持。

化学实验设计课题的提出可根据教学内容的需要、学生的兴趣爱好等确定。对于涉及知识是课堂教学内容的组成部分，则教师可将其结合课堂教学的安排在课内完成。

如在高一学生学习铝及其重要化合物之后，可提出两个可操作性较强的实验设计的问题，并可让学生分组完成：

①如何在不提供其他化学药品的基础上，仅用试管和滴管来鉴别AlCl3溶液和NaOH溶液？

②以铝粉、稀硫酸、NaOH溶液为原料，设计不同实验方案制取Al（OH）3，并比较不同方案中原料的用量，给出最佳实验方案。

通过学生课堂交流、分析、讨论，确定实验原理和方案，并可利用课堂和课外时间进行具体的实验操作，验证实验设计方案的正确性。

正确实验方案的确立不仅巩固了学生对元素化合物知识的掌握，更加深了学生对所学知识的理解与应用，提高了学生对实际问题的解决能力，并在问题的层层递进、深入解决中培养学生思维的深刻性、全面性，同时使学生领悟到成功的喜悦和对自我的肯定，有助于学生提高分析思考化学问题的自觉性、树立学好化学的自信心。

对于某些物质的化学性质，也可以要求学生设计相应的实验进行具体的操作。如在有机化学苯酚一节的教学中，学生通过学习知道苯酚能与金属钠反应。那么，可以如何设计实验，观察实验现象呢？在分析讨论中，同学们做出了较全面的分析比较：有的学生提出将金属钠直接投入苯酚中，但有学生考虑到固态的苯酚不电离，且与金属钠接触面积小，不易反应而被否定了；有的学生提出将金属钠加入到加热熔化的苯酚中，但考虑到温度高反应可能会较剧烈不易观察现象；有的同学提出先将苯酚配成溶液（水溶液、醇溶液），但又马上遭其他同学的反对，因为水、乙醇自身就能与钠反应；于是又有同学根据“相似相溶”原理提出“将苯酚溶解在苯、甲苯等溶剂中配成溶液，再加入金属钠，观察现象。”对于学生而言，这些方法的提出，思维在层层深入，正是创新思维的体现。该实验设计方案的最终确立是学生在结合物质性质的基础上，联系到反应速率的影响因素，借鉴水溶液与固态物质的反应，通过方法的比较、知识的迁移而设计的可行的方案。接着通过学生亲身的实验体验，观察到了预期的现象，但发现反应过程比较缓慢，在金属钠表面包裹着一层白色物质。通过同学们进一步的分析，对该实验现象作出了合理的解释——生成的苯酚钠是离子化合物在苯或甲苯等有机溶剂中不易溶解，生成后就附在金属钠的表面，导致反应速率较慢（在此，还可引导学生选择合适的溶剂，通过与金属钠的反应，探究乙醇和苯酚中羟基氢的活性强弱）。这样的实验方案的确立过程，并亲身体验实验，不仅使学生在心理上获得成功的喜悦，提高了学习的兴趣和热情，一些新的实验现象会进一步促使学生作深入的思考、探究，更使学生思维能力在解决实际问题中呈螺旋式的上升，是思维品质的升华。

对于化学实验中的副产品、废液等的回收利用，也可以让学生设计一些可操作性较强的实验。如萃取实验中的苯、CCl4、溴单质、碘单质的回收；实验室制氯气中MnO2的回收、银镜反应中Ag的回收；以及废旧干电池中电解质离子的检验；镁粉与溴水反应机理的探究等实验。由于这些实验过程较复杂，耗时较多，故可以安排在课外时间、校本课程等时间段让学生设计并完成。

在对化学反应副产物、废弃物的回收利用中，同学们在综合分析的基础上提出了一些很有见地的想法。如从铜与浓硫酸反应后的溶液中回收制取胆矾晶体，用其中剩余的硫酸溶液，酯化反应后剩余的含硫酸的溶液用于溶解铝热反应中的固体混合物，以制取硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁等硫酸盐的实验设想。并通过资料的查阅、实验过程的设计、具体实验的实施，取得了很好的效果。在此过程中不仅培养了学生热过滤、蒸发浓缩、冷却结晶等正确熟练的实验技能，更锻炼了学生综合分析问题、解决问题的能力，他们在知识、方法、能力方面的收获是一般课堂教学中无法传授获得的，更为他们今后在高校的深入学习、踏上社会努力工作奠定了良好的基础。

三、化学实验设计与体验对学生思维的促进作用

在化学实验的设计与体验的教学过程中充分发挥了学生的主体性，体现了学生学习、探究的主人翁精神。挖掘、利用学生学习过程中遇到的实际问题作为设计实验方案的素材，探究化学反应本质、优化实验方法，能极大地调动学生思考的主动性、积极性和强烈的探究欲望，并能认真踏实地付之于实验体验，总结实验过程中的成败得失，改进和完善实验方案、操作细节等。在实验设计和体验的过程中少不了同学间的相互讨论、辩论、分工合作，体现了团队的协作精神，更由于实验方案设计的不确定性、多样性，经分析、比较、改进，确立最优实验方案，使学生的发散思维、批判思维、收敛思维得到了很好的运用和锻炼，对多种思维作了完整的诠释，促进了学生思维的发展，真正培养了学生勇于探索、敢于实践；大胆猜想、周密分析；比较筛选、归纳总结的科学态度和作风，也逐步树立严谨、细致、一丝不苟的科学研究精神。

四、对于学生进行化学实验设计与体验的一些思考

教师在化学教学中要努力挖掘富有启发性、探究性、操作性的实验内容，充分调动和激发学生动手实验的激情。平时应重视学生实验，使学生掌握基本的实验技能、规范的实验操作和流程，提高动手能力，养成良好的化学实验素养。对于学生进行实验设计与体验，要引导学生以提高自身化学实验技能，锻炼自己运用所学化学知识、化学方法分析问题、解决问题的能力为目的，端正态度、积极动手、细心观察、善于思考，而不是抱着好玩、有趣、消遣的心态对待。对于化学探究性实验的设计与体验更适合化学较好的学生，他们有较扎实的化学基础知识、有更多的课余时间和精力用于实践。由于化学实验方案的设计与实验所耗的时间较多，所以学校应充分开放实验室，更多的让学生利用课余时间和假期进行，同时教师也应给予充分的支持与帮助，使学生能做好实验，收获成功。

思维只有在分析问题的过程中才能得到体现，只有在解决实际问题过程中才能得到充分的发展。因此，中学化学教学中要借助化学实验独特的理论联系实际的优势，通过教师引领启发、学生自我探究的方式，确立合乎学生实际的实验设计问题，锻炼、发展学生的思维能力和动手实践能力，在多层面上完成中学化学教学目标。

［1］ 中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准 （实验）［M］．北京：人民教育出版社，2003

［2］ 陆燕海．乙醇与苯酚中羟基氢活动性比较实验的改进［J］中学化学教学参考，2011，（3）：37