例谈创新实验与课堂教学的深度融合

摘    要：初中化学创新实验要与课堂教学深度融合，让学生以教材中的知识为基础，通过创新实验锻炼设计、整合、归纳的能力，从而达到授人以渔的目的。

关键词：创新实验;课堂教学;深度融合

当下的初中化学创新实验存在着只见其形不见其用、只见其用不见其值、只见其值不见其念等问题，缺乏与课堂教学的深度融合。针对浙教版《科学》教材上二氧化碳通入紫色石蕊试液变色实验存在着“紫色变成红色现象不明显”“即使变红但不知道什么物质使它变红”“加热试液，颜色褪去，但不知什么原因褪色”等问题，笔者以“紫色石蕊试液滴入CO2与水反应后的溶液”这一实验为例，探讨创新实验与课堂教学深度融合，让学生以教材中的知识为基础，通过创新实验锻炼设计、整合、归纳的能力，从而达到授人以渔的目的。

一、创新实验与课堂教学深度融合的实践

（一）疑难实验   开启思维

古希腊学者普罗塔戈说：“头脑不是一个要被填满的容器，而是一束需要被点燃的火把。”而点燃火把的火种是问题，科学教学其实就是一个提出问题、分析问题和解决问题的过程。爱因斯坦也说过：提出一个问题比解决一个问题更难。如何让学生顺利而有效地提出有价值的问题，最好的办法是基于情境的教学，即教师要为学生创设一定的生活情境或实验情境。化学实验是一种很好的情境，特别是疑难实验，所呈现的问题大多是化学的原始问题。我们要充分利用疑难实验，用疑难实验的“疑”和“难”来开启思维。

环节1   动手实验   凸显问题

学生在新课学习后已经知道紫色石蕊试液滴入二氧化碳的水溶液时，会看到变红现象，但学生在做实验时却发现：有的变红，有的不变红，有的紫、红色分不清。引发他们的认知冲突，他们认为有可能是试剂过期所至，有可能是对照组没设置好。经过仔细分析、讨论后，最好的办法是把试剂换成蓝色石蕊试纸。

当碰到一个疑难实验，如实验结论不清时，教师充分利用这种素材，让学生仔细观察，在思考中针对不同的现象提出疑惑，发表观点，然后在提出问题的过程中，开启思维之门，为思维冲向高阶，奠定心理基础和探究基础。

（二）设计方案   激发思维

科学课程标准指出：对科学探究方案的设计能全面提高学生的科学素养，体现学生的主体作用，更符合学生的心理特点。同时，化学实验方案的设计，一方面因为设计要对实验原理与概念重新认识，这样能促进学生更深入地理解实验的原理及概念;另一方面实验设计能让学生成为真正意义上的参与者、体验者，能最大限度地提高学生的学习积极性和主动性，更主要的是实验设计要运用已有的实验基础解决实验过程中碰到的问题，它是创新思维的重要组成部分，更是将思维推向高阶的有效手段。同时，在实验设计过程中，会运用到多种科学方法和科学思维，培养学生的实验技能和思维能力。

环节2   动脑思考   确定方案

教师追问：如何用蓝色石蕊试纸设计实验来证明什么物质使它变色？用到的科学方法是什么？小组讨论并设计实验方案，再进行评价交流，认为如图1所示的对比实验方案最合理：干、湿蓝色石蕊试纸通入二氧化碳气体后进行变色对比。追问：如果这个实验要在同一装置内完成，该怎么处理？学生画出的简图如图2所示，即把干、湿蓝色石蕊试纸都夹在铁丝上，并通入二氧化碳气体。

经过此方案的设计，学生对什么物质使紫色石蕊试液变色有了更明确的理解和对实验原理有了更深刻的认识，在设计实验过程中，培养了他们的发散性思维和创新思维。当然在方案设计和评价过程中，教师适时给学生提供“脚手架”，使得学生的思维循序渐进、螺旋上升。

（三）梯度拓展   旋转思维

梯度拓展是在方案设计完成的基础上进行，是把前面所学知识有效整合的一种手段，是对实验原理的进一步深化和对实验价值的进一步挖掘，是培养学生发散性思维和创新思维更好的素材。科学课程标准指出：逐步培养创新意识，敢于依据客观事实提出自己的见解，能听取与分析不同的意见，并能够根据科学事实修正自己的观点，初步养成善于与人交流、分享与协作的习惯，形成尊重别人劳动成果的意识。

环节3   设计进阶   整合方案

在学生完成前面的实验设计的基础上，教师可以进一步加深设计力度，问：如果把探究二氧化碳密度也整合到此实验中，给你一个矿泉水瓶（用来通二氧化碳，通入部位可以自行设计）、一根铁丝、若干片蓝色石蕊试纸、玻璃导管和橡皮导管等材料，应如何设计实验方案？小组讨论后交流：第一个小组呈现的是图3中的A方案（注：图3、4中的“湿的”为湿的蓝色石蕊试纸，“干的”为干的蓝色石蕊试纸），说明设计理由后，有人提出质疑：从底部通入二氧化碳不能证明密度比空气大，因为这样通入的气体都是从底部上去的。然后有人修改成B方案。此时又有人提出，干的试纸太多，可以改成C方案。马上又有学生质疑，应该把通入二氧化碳的部位放在两片湿的试纸的中间，这样才能比较它的密度跟空气密度的大小关系。而且最好把干的放在最上面，这样更美观且对比更方便、明显，如图3中D方案。

在拓展设计实验过程中，学生的思维碰撞出了火花。在对方案不断地评价、修正和梯度拓展后，使得方案近乎完美，他们心中有一种滿足感和成就感，这种感觉更能激发学生的内驱力。

（四）合作探究   提升思维

新课标指出：科学探究不仅涉及逻辑推理和实验活动，同时还是一个充满创造性思维的过程，在创造和活动过程中，解决先前学生头脑中的思维之惑并能对所设计的方案做进一步的改进和创新，提升学生的思维力。科学教育的核心是探究，探究活动可以让学生进行更接近真实生活问题的研究，像科学家一样去研究， 使学生在学习中体验，在体验中学习，在探究过程中更好地培养他们的分析问题和解决问题的能力，同时学会一定的科学方法，以解决学习、生活、工作和社会决策中遇到的问题，为终身发展奠定基础，为社会的可持续发展提供支撑。

环节4   探究活动   继续改进

接着学生按上面所设计的方案进行实验。实验完毕后，学生交流汇报看到的现象及存在的疑惑。

生：干的蓝色石蕊试纸不变色，湿的两片都变红，而且通过从下到上变红顺序的对比，得出二氧化碳密度比空气大的结论。通过干、湿的对比，得出“变色的物质是二氧化碳和水反应的产物，但不是二氧化碳和水”的结论。通过对变红试纸的加热与否对比，得出“反应后的产物受热不稳定，易分解”的结论。我们更加明白了，当多个变量出现时，要用控制变量法来设计实验，而在设计过程中要遵循实验原理。

师：又碰到了哪些问题？

生1：在按D方案操作时，看到上面干的那片边上也变红，主要原因是在湿的试纸伸入过程中会把部分水沾在瓶口，导致干的试纸伸入瓶中时会沾上水，这会影响实验结论。

师：应该怎么改进？

生2：有两种方法：一是把矿泉水瓶口剪得大点，这样干的试纸伸入瓶中时就不会沾上水了。还有一种是把干、湿的试纸顺序换一下，如图4所示[1]。

学生在开展自己设计的探究活动中，不但通过对比得出了一些结论，把之前的疑惑也解决了，更主要的是创造性地把前面的设计方案又进行了改进、创新，使得实验现象和结论更严谨、更科学。在探究和改进中，他们的思维能力得到了提升，他们在活动中体验到了成功的喜悦。

（五）迁移应用   凸显思维

迁移应用是从已知通向未知的一座重要的桥梁，是学生对所学知识真正理解的一个标志。在好多课堂上，学生只能对所学知识进行简单的应用，却无法做到相应的迁移，包括近迁移和远迁移。这样的结果往往是只知其一不知其二，看似懂了，实则不然。在培养学生高阶思维时，应该多注重学生课堂上相关知识的迁移，最好是正反对比迁移，用强冲击力、高效果促进学生理解得更透彻，悟得更深，也更凸显思维。

环节5   正反迁移   深度理解

当课堂展开到环节4之后，学生对二氧化碳的性质及试纸的摆放问题已经很清楚，但并不代表学生对所有气体的性质都了如指掌，如像氨气的性质就截然不同，学生解答不同气体时可能会出现错误现象。这时教师可以设置一个正反迁移，使得学生对所学知识特别是由特殊到一般的气体性质的理解更透彻，具体教学建议如下。

师：如果装置中产生的是氨气，对上面的装置应该怎么改变，才能达到检验氨气性质的要求，理由是什么？（适当提示氨气的性质：密度比空气小、溶于水后呈碱性，遇石蕊试纸变蓝色）

生：在图4中，把蓝色石蕊试纸改成是红色石蕊试纸且干的那片放最上面，其余都不变。理由是氨气溶于水后呈碱性，能使石蕊试纸变蓝，故要用红色试纸不能用蓝色试纸。又因为氨气密度比空气小，所以它会往上升，只能看到最上面湿的那片变蓝，其余都不变。

通过正反迁移，学生不但对二氧化碳的性质和原理理解得更透彻，对氨气的性质和原理也很明白了。通过对两种不同性质的气体的对比及从特殊到一般这种归纳思想的应用，学生理解了当气体性质不同时，在选材、操作、现象等方面要进行充分的考虑。这样的改进，充分培养了学生的发散性思维和创新思维。

（六）归纳范式   整合思维

范式概念是库恩范式理论的核心，而范式从本质上讲是一种理论体系。库恩指出：“按既定的用法，范式就是一种公认的模型或模式。”[2]对于化学教学来说，如何传授给学生一种技巧、一种模式、一种归纳后的总结就显得尤为重要，就像古人所说：授人以鱼不如授人以渔。在化学教学中，学生对于整合、归纳这些能力的锻炼还是欠缺的，而整合、归纳从思维的角度来讲实际上就是一种设计，在设计上的一种创新，一种创造。

环节6   归纳整合   思维范式

通过今天一系列实验的探究和改进，从实验的方法、设计检查的模式等方面，你有什么结论？

生1：碰到多个变量时，用控制变量的方法。

生2：气体主要为两种：酸性或碱性（中性无所谓）、密度比空气大或小。在设计时，要根据气体的酸碱性选择试纸颜色，酸性气体用蓝色石蕊试纸而碱性气体用红色石蕊。试纸为三片，一片干，两片湿，且气体通入部位要在两片湿试纸的中间，干试纸的位置要根据气体密度大小改变，大于空气的放最下面，小于空气的放最上面，这样通过多重对比得出气体的性质。

通过动手、观察、分析，提出自己的想法，在实验过程中找到一种探究和创新模式，为将来的学习奠定坚实的基础。当然在学生自己归纳和整合的过程中，教师要适时进行引导，使他们的整合和归纳更科学、更合理，更具知识化、结构化、网络化和系统化。

二、实践反思

（一）实验改进要立足于课本

教师要充分利用疑难实验这一教学素材，充分认识疑难实验能提供学生探究的这一良好情境，并借助疑难实验让学生通过实验、观察、分析，提出有探究价值的问题。在此基础上为了使实验现象更明显、更清晰，努力让学生自行设计方案，并在方案设计过程中不断地评价、讨论、分析，并不断地修正方案，使方案更合理、更科学，更主要的是培养学生的高阶思维。但实验的设计和改进都必须立足于课本，不论是实验本体还是实验原理，都要努力做到源于课本，研于课本，又高于课本，切不可凭空想象，一味地拔高。

（二）深度融合要循序渐进

深度融合要从学生实际出发，要充分发挥学生的主观能动性。在实验设计改进过程中要做到循序渐进，螺旋上升。当碰到思维难点时，要给学生提供一定的支架，努力做到使学生跳一跳能摘到桃子。开始时可以让学生做一下教科书上的实验，通过发现问题，引发学生对教材实验的不满，激发其改进和创新的内驱力，让学生主动提出方案设计，并通过评价、修正得到最终的实验设计图，切不可直接将最终装置抛给学生。

（三）深度融合要注重学、教、評一致性

深度融合要从教师的教学设计开始，特别是在教学目标上关注学生高阶思维的培养，从而促进学生深度学习，指向核心素养。为了使教学目标落地，在目标设计过程中，教师还要设置一整套教学评价，适时、适性、适切地用表现性评价来指导自己的教学，用评价来促进自己的教学，要使教学过程有效，教师心里要有底，真正做到以评促教，以教促学，以达到学、教、评一致的教学境界。

参考文献：

[1]黄建林，朱春凤. CO2制取与性质实验改进[J]. 中学化学教学参考，2017（6）：53-54.

[2]黄建林. 促进深度学习的化学实验教学策略研究——以二氧化碳的教学为例[J]. 中学化学教学参考，2019（6）：43-45.