基于学生高阶思维培养的初中化学实验研究

摘要：基于学生高阶思维培养的初中化学实验研究策略是实现初中化学实验教学的重要方法。学生的高阶思维能力对于他们未来的学习和发展至关重要的。化学教师可以通过实验研究策略来培养学生的实验设计和数据分析能力，以促进学生的高阶思维能力发展。针对初中化学实验教学的特点和初中化学实验教学中存在的一些问题，提出了一种基于学生高阶思维培养的初中化学实验研究策略，用于培养学生的探究意识、创新能力和解决问题的能力。

关键词：学生高阶思维；初中化学实验；实验研究策略；探究式学习

培养学生高阶思维是现代教育中的一个重要目标。在化学教学中，实验研究可以帮助学生培养高阶思维能力，例如探究、推断、推理和分析。本文旨在探讨适用于初中化学课程的实验研究策略，以帮助学生提高实验设计和数据分析能力，并启发学生进行高阶思维训练。在现行教育模式下，许多学生只关注所要掌握的功利技术，无法真正掌握学科的核心。他们容易陷入浅层的学习，缺乏对知识的深度理解。教育工作者的任务是培养学生的探究精神和专业技能，以培养高阶思维能力。

1初中化学实验教学的特点

1.1实验教学的重要性

初中化学实验教学是化学学科的重要组成部分，有助于学生加深对化学知识的理解，并提高其动手实践能力。实验过程可以帮助学生通过实践检验和验证知识，帮助他们理解知识，增强学生对化学知识的兴趣和热爱，从而更好地掌握和应用化学知识。实验教学是化学教育最核心的内容之一，学生通过实验可以更加直观地了解到化学知识，加强对理论知识的理解和应用。实验教学是一项手工操作，学生需要亲手操作，这有助于培养学生实践能力和动手实验的技能，提高实验技巧。实验教学是培养学生科学研究和创新精神的基础，通过实验教学，学生可以获得创新思维的培养和实践机会，教师可以鼓励学生发展自主学习和创新的能力。实验教学中学生通常要合作完成操作，这有利于学生之间的交流、互相学习和提高。同时，在实验操作过程中，学生还可以与教师进行交互，借助教师的指导和建议，提高实验操作的成功率。

1.2实践操作的难度

初中阶段学生的化学实验经验相对较少，加之一些实验操作也存在一定的难度，这就需要教师在教学中注重实验技能的培养。在实验过程中，学生往往需要根据文本内容、实验器材以及实验表现进行分析，而这样的综合能力需要长期的学习和实践。化学实验中有些实验较为复杂或危险，例如高温、高压、易燃等，学生需要掌握安全实验操作方法，防止发生安全事故。化学实验要求操作精度高，需要准确加量和计量，精确控制反应条件，否则可能会影响实验结果，影响学习效果［1］。

2初中化学实验教学中存在的问题

2.1实验操作过于机械

在传统的初中化学实验教学中，教师的授课方式多为讲解和演示，学生被动接受，而实验环节往往过于机械，学生缺乏自主探究和创新的机会。在实验教学过程中，许多实验操作都是机械化的，学生往往不能对实验现象进行深入的思考和探究。例如对于“酸碱溶液中pH的测定”实验，大多数学生只是模仿教师的示范，通过试纸颜色变化来判断溶液的酸碱性，而没有更深入的思考。教学者应该将实验操作作为工具来帮助学生发掘实验问题和现象背后的科学原理，并且鼓励学生在实验中进行探究式学习和思辨式学习。例如在进行实验前，教师可以引导学生思考实验的目的及其涉及的知识点，让学生自主提出实验条件和步骤，并在实验结束后通过讨论的方式来总结实验结果，从而促进学生的高阶思维发展。

2.2学生动手能力不足

由于初中阶段学生的生理和心理发展尚未完全成熟，实验操作能力较差。在实验操作过程中，学生常会出现测量不准、数据记录不清等问题。许多学生虽然对实验感兴趣，但因为动手能力不足，不懂得如何正确地使用仪器、设备，无法完成实验任务，从而影响了自身的学习效果和兴趣。在进行实验教学前，教师应该对学生进行仪器、设备的使用说明及操作技巧的讲解，并在实验前进行简单的练习。另外，教学者还应该让学生关注对实验仪器的安全知识，指导学生对实验安全问题的预防和应对，确保实验室的安全及学生的生命健康。

2.3实验教学效果不佳

传统的初中化学实验教学中，教师侧重讲解、演示，缺少对学生思维能力和创新能力的培养，因此实验教学效果常常不佳。实验教学效果不佳主要表现在学生学习的基础知识不扎实，不能将实验过程中的现象和结果与实验原理和理论联系起来，从而影响了学习效果。在进行实验教学前，教师应该对学生进行知识点的讲解和引导，让学生对实验要做的工作有一个比较清晰的认识，并在实验结束后总结实验结果，通过讨论及互相分享的方式来促进学生的合作学习及高阶思维。另外，教学者还应该结合学生的学情及个体差异，根据学生的需要和特点，安排不同程度的实验教学内容，以满足学生的学习需求。

3基于学生高阶思维培养的初中化学实验创新策略为培养学生的高阶思维，优化初中化学实验教学，笔者主要从五方面提出了学生思维培养以及巩固的方法（见图1）。

3.1启发思维——强调探究意识

在初中化学实验教学中，教师应该培养学生的探究意识，鼓励学生在实验过程中自主探究和发现化学现象和规律，从而提高学生的思维能力和创新能力。化学实验不仅能够提高学生的实验技能，更重要的是能够培养学生的探究能力。教师通过引导学生思考问题、设计实验，让学生更加深入地理解化学知识和实验原理。在进行化学实验时，教师可以要求学生设计自己的实验方案，通过实验验证自己的想法和猜测。这样做可以让学生更深入地了解化学反应和实验原理，激发学生的科学探究兴趣和好奇心。

案例分析：

实验1：酸碱中和现象

酸碱实验是初中化学教学中最基本的部分。但是，在进行实验的过程中，学生往往无法理解其中涉及的化学原理。事实上，在许多情况下，学生可能会忽略实验现象背后的化学反应。为了使学生更好地理解酸碱反应的本质，教师应该让学生自己思考解释这些反应所涉及的化学原理。

在这个实验中，教师将让学生自己设计一个酸碱反应实验。学生将在实验中使用一些常见的化学实验器材，比如pH试纸，酸碱指示剂以及滴管等。学生将在滴加酸碱溶液的过程中观察到颜色变化，并且知道对应的酸度或碱度。这个实验的关键就在于让学生自己找出实验现象和化学反应之间的联系。

实验2：金属反应实验

金属反应实验是初中化学最有趣的实验之一。在这个实验中，学生将观察到金属与其他化合物发生反应的现象。但是，这个实验仍然需要学生主动思考和解释。通过交互式的实验，教师可以让学生自己思索金属之间的化学反应。

在这个实验中，教师将让学生使用镁或锌粉与酸反应，观察产生的气体和颜色变化，让学生注意到金属反应会释放出大量的热能。学生还应该在实验的过程中考虑到其他因素，比如金属的化学性质和反应的速度等［2］。

3.2思维拓展——引导学生解决问题

在实验操作中，教师可以引导学生通过进行实验、分析数据等方式解决问题，帮助学生直接面对实际问题，从而培养学生解决问题的能力。在化学实验中，教师随时提出问题，例如为什么会出现这种反应？为什么试剂会变色？教师引导学生主动思考，解决这些问题。通过指导学生思考和运用解决问题的方法和策略，教师可以增强学生自主学习的意识和能力。在进行化学实验时，教师可以先给学生一些问题，让他们自己解决，而不是直接告诉学生答案，这样不仅可以激发学生的好奇心和兴趣，还可以提高学生的思维能力和独立思考能力。近年来，在初中化学实验中，学生经常会提出各种问题，这让教师倍感挑战。教师也看到许多学生在面对问题时，能够积极主动地去思考问题、解决问题，在解决问题中成长。

案例分析：

某次实验中，学生小明发现自己的草酸溶液浓度与其他同学的浓度不同，他便主动寻求帮助。他询问了周围的同学以及教师，仍然没有找到合适的答案。在不断思考后，他决定重新做一遍实验，并仔细检查实验步骤，最终成功得到了和其他同学相同浓度的草酸溶液。这个案例很好地展示了学生的自主学习能力和解决问题的能力。在实验中，当他发现问题时，首先想到的是寻求帮助，这是非常正确和聪明的做法。其次，他在尝试各种解决方案后，特别是反思之后，找到了解决问题的正确方法。这种自主思考和解决问题的过程是非常必要的［3］。

教师应该引导和培养学生的自主学习能力和解决问题的能力，可以鼓励学生积极提出问题，并倡导同学之间互相探讨、交流。在学生遇到问题时，教师也应该给予帮助和支持，并指导学生寻找正确的解决方案。同时，教师鼓励学生在实验中认真思考，反思实验过程，找到改进实验的方法和方案。这样，学生就能更好地掌握实验的知识和技能，提高实验能力，同时也培养了自身独立思考和自主解决问题的能力。

3.3知行合一——加强实践操作

教师应该加强学生的实践操作能力，引导学生掌握实验器材的使用和实验操作技巧，提高学生在实验操作中的准确性和独立性。化学实验是一种实践性强的学习方式，通过实践操作，教师可以让学生更深入地了解化学知识和实验原理。教师通过引导学生积极参与实验和操作，提高学生的实验技能和研究能力。在进行化学实验时，教师可以要求学生参与实验过程，并要求学生记录实验数据和结果。教师通过对实验数据进行处理和分析，可以让学生更深入地了解化学反应和实验原理，提高学生的科学研究能力。

案例分析：

实验室制取氢气

氢气是一种非常有用的气体，可以用于燃料电池上，还可以在实验室中用于燃烧实验等。纯净氢气可以被用作确定其他气体的相对分子质量和体积，同时它也是加工金属、制备水等领域必不可少的原料。那么，如何制备出氢气呢？

实验步骤：

（1） 准备好实验器材；

（2） 将锌颗粒放入试管里，并加入适量的食醋和盐酸混合，并盖上试管的塞子；

（3） 等待一段时间，会看到试管中产生出气泡，并逐渐充满整个试管。这是因为锌粉和盐酸混合后会产生出氢气；

（4） 用滴管将产生的氢气收集到另一个试管中，并用导火管点燃；

（5） 让学生观察氢气的燃烧情况，以及燃烧后的产物。

实验过程中应尽量避免锌粉溅到外面，同时要注意试管口的塞子和试管的牢固程度。氢气是一种易燃气体，点燃时要注意保持一定的安全距离。

为了进一步加深学生对氢气的认识，教师可以进行以下扩展实验：

（1） 用氢气制备水：在实验室中将氢气和氧气按照2∶1的比例混合，用火焰将其点燃后会产生水。教师让学生观察产物的生成和特性。

（2） 用氢气判断金属的相对原子质量：将一个已知质量的金属按照一定的比例放入干燥瓶中，然后通入一定量的氢气，在一段时间之后测量产生出来的氢气的体积，通过计算体积比计算得到金属的相对原子质量。

（3） 用氢气制备氨气：将氢气和氮气按照1∶3的比例通入反应瓶中，反应得到氨气。让学生观察氨气的特性和用途。

通过本次实验，学生们了解到了氢气的性质和用途，掌握了制备氢气的方法，并学会了进行安全操作和实验技术。同时，扩展实验也为学生们提供了更多的了解和探索氢气的途径［4］。

3.4进阶思维——强化综合能力

教师应该强调培养学生的综合能力，注重学生对于实验过程中主题内容和实验现象的综合分析能力、逻辑关系理解能力和归纳总结能力，在增强学生的动手实践能力的同时培养学生的高阶思维能力。学生的高阶思维能力不仅包括创新思维和独立思考能力，还包括综合性能力。综合能力包括对多个事物、多种观点或多种学科领域知识的综合认识和理解，教师通过引导学生学习多种学科知识和实验技能，提高学生的综合能力。在进行化学实验时，教师可以引导学生学习化学、物理、数学等多种学科知识，并将这些知识应用到实验中，提高学生的综合性能力和整体思维能力。

案例分析：

在初中化学课程中，教师可以采用测定不同材料的酸性作为一个示例来进行实验研究。在这个实验过程中，学生必须调查变量，明确实验设计并选择合适的实验材料，通过实验数据的分析来推断答案。这个过程可以通过下面的步骤来概括：

（1） 提出问题：学生需要确定什么问题需要解决，并设定假设；

（2） 变量的选择：学生需要对实验的变量进行数据分析讨论；

（3） 进行实验：在过程的实验阶段，学生需要组织实验步骤并收集可靠的数据；

（4） 分析数据：学生需要通过分析实验数据来得出结论；

（5） 讨论分析：学生需要总结实验结果和结论，强调实验结果的分析讨论；

（6） 进一步研究：学生可以为进一步的创新和探究提出新的思路。

通过这种策略，教师可以有效地培养学生的实验设计和数据分析能力，让他们在实践中掌握探究、分析和推理的方法，并鼓励他们通过学习进行深度思考，以建立对学科的深度理解。

3.5巩固思维——实验报告撰写

教师规范学生实验报告的撰写，强调思考深度和逻辑性，加强学生对实验原理的理解。化学实验是学习化学的重要方式之一，实验报告撰写是实验学习的重要环节之一，规范的实验报告不仅能够反映学生的实验效果，还能够培养学生的高阶思维能力，提高其科学素养。

高阶思维能力，包括创造性思维、批判性思维、分析性思维等，是学生在学习中培养的重要能力之一。在实验报告撰写中，学生需要运用高阶思维能力完成以下几个步骤：

（1） 分析实验结果；

（2） 推理实验结论；

（3） 评价实验过程及结果。

这几个步骤需要学生具备较强的分析能力、判断能力和归纳能力，学生只有掌握了高阶思维能力，才能够完成实验报告撰写中的这些环节。规范的实验报告撰写不仅能够反映学生在实验中的掌握程度，还能够培养学生的科学素养。规范的实验报告具有以下几个特点：实验结果清晰明了；实验数据准确可信；实验结论严谨合理；实验报告格式符合标准。

在实验报告撰写中，学生需要严格按照规范要求完成实验报告撰写，这既能够帮助学生更好地掌握实验结果，还能够提高学生的学术素养。在实验报告撰写中，学生需要注意以下几个方面：在进行实验前，学生需要认真复习相关知识，明确实验目的和方法，准备实验所需的试剂和仪器设备，确保实验能够顺利进行。学生需要认真记录实验过程中产生的数据，保证数据的准确性和完整性，对数据进行适当加工处理，得出可靠的实验结论。学生需要严格按照实验报告要求，注意实验报告格式的规范性，清晰明了地陈述实验过程和实验结果，透彻分析和评价实验结果，得出正确的实验结论。实验报告撰写是化学学习的一个重要环节，规范的实验报告撰写不仅能够反映学生的实验效果，还能够培养学生的高阶思维能力，提高其科学素养［5］。

4结语

学生的高阶思维能力对于未来的学习和工作都有着至关重要的影响。化学实验作为一种重要的学习方式，不仅可以提高学生对于化学知识的理解，还可以培养学生的实验技能和研究能力。如何将化学实验作为一种高阶思维培养的途径，提高学生的创新思维和探究能力，是我们需要解决的问题。本文提出了一套基于学生高阶思维培养的初中化学实验研究策略，包括：引导学生解决问题、强调探究意识、加强实践操作和强化综合能力等。这些策略可以提高学生的实验技能和研究能力，激发学生的兴趣和好奇心，培养学生的创新思维和综合能力。学生在进行化学实验时，不仅能够提高化学知识的学习效果，也能够培养学生的高阶思维能力，使他们具备独立思考和创新能力，为未来的学习和工作打下良好的基础。

参考文献：

［1］刘芳，张晶晶.初中化学实验教学中探究程度与高阶思维的课堂研究［J］.化学教育（中英文），2022，43（21）：106112.DOI：10.13884/j.10033807hxjy.2021100026.

［2］徐承翔.初中化学促进学生高阶思维发展的教学策略［J］.中小学教学研究，2022，23（5）：6064.

［3］王真.例谈高阶思维在初中化学实验教学中的培养［J］.学苑教育，2021（8）：3334.

［4］吕红晓. 促进“深度学习”的初中化学教学研究［D］.济南：山东师范大学，2020.DOI：10.27280/d.cnki.gsdsu.2020.000995.

［5］于银萍.初中化学课堂培养学生高阶思维能力的实践研究［J］.数理化学习（教研版），2020（4）：5152.