“与脑兼容”理论下的高中化学实验教学探究

林丽辉

[摘要]在化学教学中，化学实验对学生的学习有着重要的作用。在“与脑兼容”理论下，利用各种不同的实验方式，如课本实验、微型实验、课外实验等，可刺激学生的右脑，使学生感兴趣，形成思维影像，从而提高课堂教学质量，培养学生的学习兴趣，促使认知与学习一体化。

[关键词]与脑兼容；实验教学；高中化学

[中图分类号]G633.8 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2017）23-0065-02

“与脑兼容”一词最先由Leslie A.Hart（1983）提出，他根据人脑如何处理外部信息的研究结果，来设计与人脑运作模式相兼容的具有个性的学科课程与学科教学。著名科学家钱学森认为：“教育工作的最终机理在于人脑的思想过程。”任何一种教育方式都必须通过人脑的活动才能实现。利用脑活动规律或脑科学知识来提高教育教学效果是必要的。

新加坡教育改革现行的一项重要举措就是给孩子布置“专题研究”型作业，以考查学生的思考及实践能力，记忆能力不再是考试的考查重心。同样的，在化学课堂中，如果过分地强调对化学知识的记忆，容易使学习者烦躁，不能实现知识的迁移，甚至可能影响理解的发展，抑制脑的有效功能。实验是化学教学的重要组成部分，以其丰富的内涵在化学教学中发挥着独特的功能和作用。化学实验能让学生直观地认知事物，自然形成学习兴趣，并通过有依据的逻辑推理，认清事物本质。本文要探讨的是如何在“与脑兼容”理论的指导下，充分利用各类化学实验，有效开展高中化学实验教学。

一、利用课本实验，调动感官，进行思维训练

科学的核心是探究，科学探究的目的是解决问题，而解决问题在化学学科中最为常见的方式是利用课本实验，创设符合学生认知水平的生成性问题，让其更积极地参与学习，在一定程度上培养解决问题的能力。

比如，《化学能和电能的转化》的“活动与探究”中的盐桥实验，教师在设计实验时，可多添加几个实验，多追问几个问题，使学生对该原理了解得更透彻。先让学生做一个简单实验，将铁片和铜片平行插到硫酸溶液中，并由学生自行描述现象和结论：铜片无明显现象，铁片表面有大量气泡产生，且部分溶解。这说明铜片与酸不反应，铁片与酸发生反应：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂。教师继续发问：“这是一个氧化还原反应，同学们从原理上想想Fe为什么会溶解？为什么会有气泡生成？”学生答：“必然有失电子的还原剂和得电子的氧化剂，即还原剂：Fe-2e^-=Fe²⁺；氧化劑：2H⁺+2e^-=H₂。因此铁变成离子溶解了，氢离子得电子转为了气体。”教师追问：“氢离子只要得到电子就能转成氢气，为什么不在溶液中的任何一个地方得到电子，而只在铁的表面呢？”由此引导学生得出一个结论：铁失去的电子只能留在铁表面，而不能进入到溶液中。这样的连续追问，引发了学生连续思考并解决了一个不好理解的难点问题：电子不能进到溶液中。

再让学生做第二个实验，将铜片和铁片用导线连接起来再平行放到酸溶液中。学生很快就能从“铁片继续溶解，铜片表面冒气泡”的现象得出一个结论：电子能通过导线转移。

接着做第三个实验：接上检流计发现指针偏转，但持续时间不长。教师提出疑问：“这说明了什么问题？”学生答：“氧化还原反应的化学能转化为了电能，但转化持续时间不长。”教师追问：“反应还在继续，为什么化学能没能持续转化为电能？”然后指导学生阅读教材中的探究实验1：测温度，发现温度升高。学生马上反应过来，其中部分化学能转化为热能。接着进行探究实验2：在两只烧杯中分别加入硫酸亚铁溶液和稀硫酸溶液，将盐桥插入到两溶液中，再将铁片放入硫酸亚铁溶液中，铜片放人稀硫酸溶液中，用导线将两个电极连接起来，中间接一个检流计，同时测溶液的温度。学生分析现象并得出结论：检流计指针能持续偏转一段时间，且溶液的温度不再上升，说明盐桥的使用使化学能转成电能的转化率提高了。

利用课本实验，及其变化实验，并连续提出问题，可引发学生在学习的过程中边动手边思考。建立知识的关联性，符合脑神经网络的联结机制。脑与身体共同组成适应外在环境与解决问题的有机体，以应付不断改变与挑战的外在环境。

二、利用学生实验，调动情绪，促认知学习一体化

人脑是三位一体的操作系统，在信息处理与形成反应的过程中，情绪的作用具有特别的意义。学生亲自做实验比由教师演示实验给学生留下的印象更深刻，这时学生由观看者变为操作者，其心情之激动、态度之积极、思考问题之主动都是显而易见的。一般来说，对操作简单、费时较短、安全可靠、不污染环境的演示实验都可以改成学生实验。例如，蛋白质的变性、葡萄糖与新制氢氧化铜的反应、淀粉的水解等实验可合在一起改成分组实验。在课堂上教师提出要求，及时给予学生帮助，让学生通过做实验，逐渐掌握实验操作的要领及原理。在这样的随堂实验中，学生逐渐学会了观察、分析、归纳、总结及反思，同时实验的技巧和技能也得到了提高。

在课堂教学中关注人脑的生理结构与运作机制，让学生兴致盎然，产生积极的情绪，感受到化学这门学科的魅力，学生就会主动学习，主动进行探究。

三、利用微型化学实验，培养创新能力和环保意识

人所面对的世界是一个充满不确定性和不稳定性的复杂世界，而人脑正是一个适应这种复杂情境的复杂系统。因此课程教学应该注重身、心、脑的结合。化学实验过程带给学生的正是这样的结合，而微型实验教学更是如此。微型实验的仪器较为简单，携带及操作方便，还可降低实验的污染性。

（1）微型实验一：氯气的性质实验。氯气是一种有毒的气体，教师为此感到头痛，学生也因此害怕实验。我们可以把课本实验改成一个微型实验：在九孔点滴板中间放一黄豆粒大小的高锰酸钾并滴加两滴浓盐酸；旁边放置湿润的淀粉碘化钾试纸、湿润的pH试纸、湿润的品红试纸、湿润的粘有含酚酞的氢氧化钠溶液的一小团棉花；再在上方扣一个烧杯。这是一个操作简单、在学生课桌上就能完成的实验，能将氯气溶于水后具有的强氧化性、酸性、漂白性的特点体现无疑。最后为防止氯气剩余，可以用镊子将粘有氢氧化钠溶液的棉花放进去，课后再进行处理。这个实验过程氯气量少，几乎闻不到刺激性气味，解决了学生的心理问题和教师的后顾之忧。这不单单是实验药品用量的减少，更体现了实验的创新，培养了学生动脑、动手的能力。且此类实验经常被编入高考题，比如2011年的上海高考题就有一个氯气微型实验的考查题。

（2）微型实验二：《化学反应原理》中的电解实验。笔者在上课时将其改为随堂微型实验，利用九孔点滴板以及两根2B铅笔剖开的石墨棒进行电解实验，并设计如下表格，让学生边做边填写，最后得出结论。

结论一：由1，2，3，4可以得出得电子能力：Cu²⁺>H⁺>Na⁺；失电子能力：Cl^->OH^->含氧酸根。

结论二：5，6，7，8都是电解水，但是6，7，8的速度比5快很多，说明水的导电性能较弱。此时笔者适当地提醒学生，工业上电解水时，经常会加入一些电解质以加快电解速度。这样生动直观的微型实验，有效提高了课堂教学质量。

四、利用生活物品进行课外实验。体验独特的学科魅力

课外实验物品可以自己收集，如：一次性筷子当玻璃棒，一次性杯子当烧杯，一次性针筒当量筒，牛奶片的包装当点滴板，塑料眼药水瓶当滴管，小矿泉水瓶当集气瓶，等等。实验药品：醋酸代替常见的酸，鸡蛋壳代替碳酸钙药品，红色的花、紫色的花可以当酸碱指示剂。在高一下学期学习淀粉的性质时，就可以在家中用碘酒来检验地瓜中的淀粉、米汤中的淀粉、未成熟的苹果中的淀粉等。学生感慨：身边不起眼的物品，只要能物尽其用，变废为宝，就能充分体现科学实验的魅力。课外没有时间的限定，没有空间的限制，更没有任务的烦恼。自由的空间和充裕的时间让学生更容易投入其中，思维更容易活跃起来。

脑兼容论者向往真正理解的学习境界，所谓真正理解是指学习者同时获得知性理解及建立个人的意义感。简而言之，学习者不只是掌握事实、原则、程序等要件，更在思考或实践过程中，产生一种心领神会、汇通顿悟、豁然开朗的深层且真正的理解。化学学科有着与众不同的学科特点，化学实验的应用可以使学生体验独特的学科魅力。而化学实验多种多样，有课本本身的实验、课后学生自己设计的实验、微型实验、课外实验等。利用生活用品进行课外实验可以让学生在学习过程中对这个学科感兴趣，体验学科魅力，把潜在的学习能力转化为真实的支配学习的能力，使大脑发挥最高的潜能。无论是哪种类型的实验，学生的每一次亲自动手，每一次的现象记录，都能刺激右脑形成表象动觉，形成记忆思维。

（特约编辑温简）endprint