化学实验设计在培养学生探究性学习能力中的作用

汪扬

科学研究是一种使学生体验探究过程和探究乐趣的学习经历，是一种有效的学习方式，学习科学是要学生亲自动手做，而不是要别人做给他们看的事情。化学实验是学生学习过程中能动的实践活动，为学生创造了亲身参与实践的机会，具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。化学实验设计作为实验教学的最高级形式，更是培养学生探究思维能力的重要手段。笔者结合课堂教学中几个化学实验设计的案例，简要谈谈如何在实验设计教学中培养学生的探究思维能力。

一、课堂上教师设计探究性小实验，培养学生探究学习的兴趣

化学教学中有很多让学生惊讶的化学实验现象或化学事实，这些新奇的事物刺激着学生，让学生产生好奇心，从而再将这种好奇心转化为学习的兴趣和进一步探究的动力。例如，讲“碳的几种单质”一课，教师可设计如下一组小实验：（1）将冷的瓷盘罩在蜡烛火焰上方，利用蜡烛不完全燃烧产生的碳写出一个“C”字；（2）用玻璃刀裁玻璃；（3）用石墨在纸上迅速画出一张金刚石晶体模拟图；（4）用石墨把电路接通，电灯泡亮了。

以上实验激起了学生的好奇心，让学生产生了“为什么”的悬念。为了进一步激发学生深层次探究的兴趣，紧接着介绍“金刚石与石墨的异同”，教师又可讲故事的方式描述三个事实：（1）17世纪意大利佛罗伦萨科学院的院士们在观察金刚石怎样反射阳光时，突然价值千金的金刚石变成一股青烟消失了，这出乎意料的变化把院士们弄得惊诧不已。以后，化学家们进行了很多实验，他们把金刚石放在充满氧气的密闭容器里燃烧，然后测定容器内的生成物，发现竟然全部都是二氧化碳。（2）煤放在隔绝空气的条件下很快加热，使杂质挥发，剩下的纯炭就成了石墨。（3）1797年法国化学家谈拉德做了一个成功的实验，他称取等质量的金刚石和石墨，分别使之充分燃烧，结果得到了相等质量的气体，该气体都能使澄清石灰水变浑浊。

在这堂课中，将有关碳单质的有趣小实验和故事安排进去，在知识教学中注意培养学生的兴趣和对科学的情感，且小故事又再现了科学发现的过程。这对于培养学生探索真理的科学态度有着重要的作用，大大激发了学生探究学习的兴趣。

二、改变传统的化学实验观点，培养学生科学探究的方法

我国传统的化学实验教学的目的是让学生学会、学懂相关的知识和技能，教师往往是先讲授理论知识，然后进行实验演示，把实验现象、结果与新知识作对应比较，最后由教师作概括和总结。通过实验教学，学生学会实验的操作，记住仪器的名称，学会观察和记录，学懂相关的化学基础知识，会对实验现象进行合理的解释。学生全都学会、学懂、记住，教学任务也就完成了，至于化学学科中的科学方法，以及为什么这样做实验，实验是怎样设计出来的，似乎很少引起师生的共同关注。

现代教学观点认为，教学的方法应该与思维的方法一致，思维过程与化学学科的探究性实验的教学过程是相当一致的，化学实验应以探究性实验为主。因此，实验教学应变演示实验为学生实验或边讲边实验，变验证性实验为探究性实验，尽量让学生自己探索，得出结论。例如学生在做二氧化碳与石灰水反应的实验时，发现用嘴通过吸管向澄清石灰水底部吹二氧化碳气体而产生沉淀的过程，是一个反应较慢的过程，而且发现吹入的二氧化碳气体会很快地、无多大变化地溢出溶液表面。同学们由此联想到一个问题：教材上为什么规定不能用排水集气发来收集二氧化碳气体呢？针对这一问题，有的学生就开始探索，他们查找了二氧化碳气体在常温下的溶解度等资料，并做了大量的对照性实验，如用排水法和排空气法在同等条件下分别收集二氧化碳气体，再比较收满气体所花的时间及所收集气体的纯度等。结果他们发现，二氧化碳气体不仅可以用排水法收集，而且收集的二氧化碳气体更纯、更快，从而更正书本上的结论。对于这种大胆质疑，勇于探索并进行科学探究的精神，教师应大加鼓励。由此可见，在中学化学实验教学中，有一部分内容可以设计成让学生自己发现真理、不断更新知识、探求结果的过程，设计成有利于学生掌握学习方法、科学研究方法的过程，设计成有利于发展学生智能、培养学生探究精神及探索思维的过程。

三、鼓励学生自己设计实验方案，形成和发展学生科学探究的能力

科学地选择实验方法和设计实验方案的能力是组成化学实验能力的重要因素，也是形成和发展学生科学探究能力的重要手段。实验方案的设计包括以下几个步骤：（1）提出问题、选择并明确研究课题；（2）对问题提出自己的假设，然后验证假设；（3）设计实验方案，设法让预想的事人为的发生，以便于进一步的观察，对提出的问题进行探索研究；（4）对设计方案进行实验验证，探索研究；（5）对设计的实验方案进行评价，评价其实验的效果，评价实验方案是否具备一定的合理性。周密性、技巧性和可行性；（6）对实验方案进行改进，使其更加完善、合理。

案例：实验设计——CO■和Na■O■的反应是否和水的存在有关。

教学过程：（1）教师提出探究课题，学生设计方案。课前教师将研究课题或学案发给学生，让学生4人一组讨论实验设计方案，并将设计方案写在投影胶片上供课堂讨论用。（2）师生共同讨论，优化设计方案。课堂教学时，每组派代表通过投影胶片介绍本组设计思想实验原理、实验步骤、所用仪器和药品。在代表发言时，要求每位同学积极思考，帮助其找出实验方案的不足之处，如有可能的话，最好能够提出改进方案，并借鉴别人的优点，优化本组的设计方案。教师根据讨论的情况，适时提出问题引导学生寻找合理方案，或提出自己的建议。（3）分组进行实验，教师解惑答疑。在课堂讨论结束后，各组采用本组认为合理的方案，共同实验、观察、记录、分析，得出可能的结论。教师帮助有困难的组完成实验。（4）报告实验结果，讨论、分析、评价。待各组实验基本完成，教师要求各组同学根据实验事实，分析总结，得出可能的结论，并尝试给出较为合理的解释；然后各组代表发言，报告实验结果；根据报告，大加评价实验方案，对不足之处提出进一步改进的措施。

化学实验设计以其特有的魅力在探究性学习中占有重要地位，为学生形成探究性学习的方法，培养学生探究性思维能力提供条件。在课堂教学中，教师应引导学生通过多种途径进行探究性学习，营造良好的探究性学习氛围。在通过化学实验设计进行探究性学习过程中，鼓励学生大胆提出实验方案，充分肯定学生在提出方案过程中的主动参与精神和探究意识。