高中视角下初中化学实验教学对学生高阶思维的培养

祖丕缪

摘 要：化学实验可以帮助学生获取直观信息、认识和理解化学反应规律、形成化学概念、巩固和运用化学知识，化学教师应通过分析实验的核心活动经验及核心思想、设计思维活动、开展实验创新提高学生能力和培养高阶思维。

关键词：实验;高阶思维;培养

戴安邦先生说过：“化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的形式。”课程标准指出：学科核心素养是学科育人价值的集中体现，化学学科核心素养的一个维度是“科学探究与创新意识”。化学教师应结合教材中的实验，进行必要的实验方法提升和高阶思维培养，提高学生学习实验的效果，实现从化学实验基础知识向学科高阶思维的跨越。

一、化学实验教学的分析

（一）教师在实验教学中的“重”和“轻”

受考试评价等因素影响，教师在教学中可能存在以下现象：重理论轻实验;重学生纸笔实验，轻学生动手做实验;重教材演示实验，轻学生自主探究实验;重实验操作的规范性和结果的正确性，轻实验观察、记录、分析、评价等方法和高阶思维的培养。

（二）高一新生化学实验能力现状

实验安全意识较差，实验基本操作不规范，缺乏及时观察记录实验现象并进行分析的实验习惯，少有通过基础实验形成实验方法的高阶思维。

（三）部分高中化学实验分析

高中化学教师应引导学生在初中化学实验基础上，进一步理解化学学科与科学探究的本质和方法，发展实验设计、观察、记录、分析、数据处理等能力，养成严肃的科学精神和独特的创新意识。

二、利用教材实验培养学生的高阶思维

陌生情境下的问题解决，需要学生具备相应的高阶思维能力。作为化学教学的起始阶段，初中化学教师有能力、有必要在实验教学中对学生进行高阶思维的培养，从而完成初高中实验教学的过渡和衔接。笔者主要通过初中化学实验“气体的制备”、“铁生锈条件探究”、“验证氧气在空气中的体积分数”等内容展开研讨，探讨实验蕴含的思想方法，设计高阶思维活動，培养学生化学学科核心思想和核心活动经验，形成高阶思维，有效解决高中相似实验问题的能力。

（一）利用教材实验将学生实验能力由孤立水平上升为系统水平

氧气、二氧化碳、氢气的制备是初中化学的重要内容，学生不仅要记忆理解相关知识，还要从这三种气体的制备中进阶出制取气体的一般思路。

以实验室用盐酸和金属锌反应制取氢气为例，教师可设计如下问题进行高阶思维的培养。

①分析反应物药品的选择：为什么实验室通常不用镁或铁与盐酸反应制取氢气？为什么不用硝酸和锌反应制取氢气？

②实验方案的设计：制取的氢气中混有氯化氢、水蒸气等杂质，如何除去？除杂的先后顺序？

③实验创新：如何改进实验装置，实现一定的目的？比如便于在反应过程中添加酸液？便于控制反应的发生和停止？便于控制生成氢气的速率？用分液漏斗加酸时如何便于液体顺利流下？如何安全地进行氢气与氧气的爆炸实验？

通过设计三种气体制备的高阶思维活动，建立了学科知识间的纵横联系，揭示了不同知识间更为本质的共同之处。当学生对氧气、二氧化碳、氢气等气体的制备由孤立水平进阶为气体制备的系统水平，形成高阶思维，就可实现知识的拓展并迁移运用到高中化学气体制备如“加热氯化铵和熟石灰制取氨气”、“加热二氧化锰和浓盐酸制取氯气”的成套装置选择及除杂和尾气处理方法等。

（二）利用教材实验培养化学学科核心思想

教师结合教材实验，分析其蕴含学科核心思想，让学生领会思想并学会运用。如初中化学“探究铁生锈的条件”蕴含控制变量思想，控制变量是指当可能有多个因素影响实验结果时，通过控制其他实验条件不变，对多个因素逐一进行对比探究，然后进行数据分析、归纳，得出结论的方法[3]。用控制变量法分析实验，有利于学生探究物质变化规律，形成一个半开放的思维空间，研究结论更科学。

学生有了控制变量的学科核心思想方法，就可以将思想方法有效、创新性地迁移运用到陌生、真实的问题解决中，控制变量思想在高中化学实验中的应用实例：钠和氧气的反应（反应温度不同）;模拟溶洞的形成（二氧化碳的用量不同）;硝酸的氧化性（硝酸的浓度不同）;认识化学反应的快慢（内因：反应物质不同;外因：温度、浓度、催化剂、固体表面积不同）等实验。

（三）利用教材实验培养化学学科核心活动经验

在化学工业生产中，测定不同催化剂对反应的催化效果，确定所排废水是否达标，检测原料的利用率、产品的纯度等，都需要进行定量实验，定量是为了更准确的定性，数据的采集和处理是重要的核心活动经验。高中化学定量实验如反应热的测定、中和滴定等。定量实验能帮助学生树立防干扰、减少误差的严谨态度和科学意识。定量实验能培养学生数据处理、实验分析等高阶思维能力。

三、通过实验作业培养学生的高阶思维

教师要结合教材中的重难点内容，创造性地布置形式多样的实验作业，强化学生高阶思维能力的训练。

（一）自主探究型的实验作业

教师可以将教材中的陈述性知识转化为实验设计，引导学生从多角度思考和自主设计，体验探究过程。

如设计实验“探究锌、铁、铜三种金属的活动性强弱顺序”，学生可以从金属与酸反应的难易程度以及金属与盐溶液间的置换反应等角度来设计。又如“证明二氧化碳能与氢氧化钠反应”，学生可以从反应物二氧化碳被氢氧化钠吸收造成气压变化的角度来设计，也可以从生成物碳酸钠与氢氧化钠性质上的差异的角度来设计。再如“探究m克铜锌合金中锌的质量分数”的定量实验，可以从铜锌合金与足量的酸反应产生氢气的质量来设计，也可以从反应后剩余固体的质量来设计。

初中教师还可提供高中教材信息设计成实验作业，如已知化学反应的速率和外界条件（如温度、浓度、催化剂等因素）有关，请从以下试剂中选取合适的试剂设计实验证明：3%的过氧化氢溶液、15%的过氧化氢溶液、二氧化锰粉末。

（二）试题型的实验作业

试题型的实验是上一级学校选拔学生的评价方式之一，在考察学生高阶思维能力方面有着特殊的地位。在此类实验作业中，教师可从高观点、大视野的角度选取和设计试题，如展示成套装置，陌生仪器、陌生信息反应，考察元素观、转化观、定量观等。

例如，已知实验室可用草酸固体（H2C2O4）和浓硫酸加热反应制取一氧化碳，然后用一氧化碳还原氧化铁。教师可围绕如下角度设计试题，对学生进行高阶思维训练：①制气装置的选择;②气体的除杂和干燥;③物质的性质和检验;④铁的纯度或产率的计算;⑤防爆炸、防污染等实验安全;⑥陌生反应化学方程式的书写等。

（三）家庭小实验型的实验作业

家庭小实验具有贴近生活、操作简单、安全、趣味等特点，可以培养学生的实验动手能力，提高“科学精神和社会责任”的学科素养。如布置“身边能催化双氧水的物质及其催化效果”、“身边的有色果汁能做酸碱指示剂吗”等小实验。

通过化学实验及相关高阶思维的训练，有利于帮助学生在不同阶段核心知识和概念的巩固、核心思想和方法的形成。总之，教师不仅要重视实验操作规范和步骤的有序、实验现象和结论的识记，更要主动有意识地培养学生的高阶思维，使之成为学生学习和生存的技能。

参考文献

[1]王磊、陈光巨.外显学科核心素养促进知识向能力和素养的转化——北京师范大学“新世纪”鲁科版高中化学新教材的特点[J].化学教育（中英文）.2019，40（17）：9-19

[2]王磊.普通高中课程标准实验教科书[M].济南：山东科技出版社.2007

[3]黎慧贤.例谈初中化学实验教学中培养学生控制变量思想的方法[J].化学教学.2015，（1）：66-70