依托化学实验 撬动学生思维

摘 要：科学思维是培养学生科学素养的关键.化学实验作为一种重要的实践活动，为学生提供了锻炼科学思维的机会.通过化学实验，学生可以亲自动手、观察和探索化学现象，从而深入理解化学原理和概念.在初中化学教学中，教师借助化学实验不仅可以帮助学生巩固所学的理论知识，还可以培养学生的观察力、实验设计能力、数据分析能力和问题解决能力.因此，教师应该充分利用化学实验这一教学资源，引导学生进行科学探究，培养其科学思维能力.

关键词：实验；科学思维；初中化学

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2024）32-0109-03

收稿日期：2024-08-15

作者简介：季晓云（1982.2—），女，江苏省南通人，本科，中学一级教师，从事初中化学教学研究.

化学实验是指在实验室中进行的一系列化学操作和观察，旨在研究化学物质的性质、反应和变化.化学实验的目的可以是验证理论、收集数据、探究化学原理.教师依托初中化学实验，有利于发展学生的科学思维，培养学生捕捉问题的能力和洞察力.同时，实验也激发了学生的探索精神和好奇心，培养学生提出问题、设计实验、分析数据和得出结论的能力.这种科学思维方式不仅适用于化学学科领域，还可以应用于其他科学学科和日常生活中，从而帮助学生培养批判性思维和解决问题的能力，为学生未来的化学学科学习奠定坚实的基础.

1 制氧实验，建立质量守恒思维

质量守恒定律是自然科学中最基本的定律之一，它指出在化学变化中，质量是不会被创造或破坏的，只会发生转化.质量守恒的思维方式对于科学研究和实验设计至关重要，通过实践和观察，学生可以验证质量守恒定律，并加深对原理的理解.教师可以以制氧实验为例，通过定量分析反应前后物质的质量变化，引导学生建立质量守恒的思维方式，促进创新思维和问题解决能力的发展，激发学生对科学的兴趣和热爱^[1].

以人教版化学九年级上册教材第二单元课题3《制取氧气》为例，在课堂上，教师可以提前准备好实验材料，包括高锰酸钾（KMnO₄）粉末、水槽或大容器、水、玻璃棒或玻璃棒杆和气球或试管.在实验开始前，教师可以带领学生观摩视频学习，然后再讲解一定的安全注意事项，如实验过程中要注意安全，避免溶液溅入眼睛或皮肤；气球或试管封口时要小心，以防止氧气泄漏；实验前要检查装置的气密性，实验后要及时处理废弃物，如高锰酸钾溶液.接着，教师可以带领学生一起进行实验，在实验中以教师实验为主，学生观察为辅.在这个实验中，首先，教师需要准备一个小烧杯，并将其放在实验台上.接着，取适量的高锰酸钾晶体，将其加入烧杯中.接下来，用适量的蒸馏水将高锰酸钾溶解，直到溶液呈现浅紫色.然后，准备一个试管，并用橡皮塞密封住试管口.将试管倒立放入烧杯中，确保试管的开口完全浸没在高锰酸钾溶液中.用火柴或点燃的火焰点燃一根木质火柴，迅速将火焰放入试管中.观察到试管内火焰熄灭后，产生了一种气体.在这时，教师可以指出，这种气体就是氧气，它会占据试管中的上部空间.为了收集氧气，可以使用一个水槽或水盆，将其填满水，并将试管的开口倾斜放入水中，随着氧气的释放，它将冒出试管并被收集在试管上方的空间中.在实验结束后，教师可以结合实验细节，提问学生实验中出现的特殊现象.学生指出，在实验中，除了加热，还可以用硫酸起催化剂的作用，它可以加速高锰酸钾的分解反应.产生的氧气被收集在气球或试管中，大家可以通过观察气球膨胀或试管中液面下降来确认氧气的产生.

通过高锰酸钾制氧的实验，教师不仅可以激发学生对科学实验的兴趣，还能够培养他们的思维能力.通过这个实验，学生可以亲身体验到质量守恒的原理，并通过观察和分析实验结果来理解其中的科学道理.这种思维方式的培养不仅仅局限于实验过程中，还可以延伸到学生的日常生活中，引导他们形成细致观察、分析问题、推理和解决问题的思考方式.这对于培养学生的创新思维、逻辑思维和批判性思维具有积极的作用，可以有效撬动学生的思维，培养他们的科学素养和思考能力.

2 提纯实验，提高微观科学思维

微观科学思维是培养学生化学科学素养的重要组成部分，它涉及对微观世界的观察、分析和推理，能够帮助学生深入理解科学现象的本质.提纯实验是一种常见的实验方法，通过去除物质中的杂质，获得纯净的目标物质.在实验过程中，学生需要运用各种技术和工具来提纯物质，如溶解、过滤、结晶等.通过这个实验，学生将亲身体验到提纯的过程，理解提纯的原理和方法.因此，教师需要创造性地设计实验，激发学生的科学思维，提高他们的实验技巧和分析能力.

以人教版化学九年级下册第十一单元实验活动8“粗盐中难溶性杂质的去除”为例.课堂上，教师可以为学生介绍几种常用的提纯方法，主要包括分离提纯、萃取和重结晶.然后，详细为学生介绍一下“粗盐提纯”的方法，让学生在提纯实验中也能学会把握方向.在实验开始前，教师可以让学生回答粗盐提纯的必要性，学生指出，粗盐中包含着不溶性杂质，例如泥沙或可溶性杂质，如Ca²⁺、Mg²⁺、SO^2-₄等，而不溶性杂质可以通过溶解和过滤的方法去除，因此需要通过蒸发水分的方式得到相对纯净的精盐.在实验开始前，教师列举了诸多材料，如天平、药匙、纸、砝码、粗盐、烧杯、量筒、玻璃棒、漏斗、滤纸、玻璃棒、烧杯、铁架台、蒸发皿、酒精灯.接着，教师将约4克粗盐加入容量约12毫升的烧杯中.然后，将滤纸折叠后，用玻璃棒沾湿使其贴紧漏斗内壁，并使滤纸上沿低于漏斗口，溶液液面低于滤纸上沿.倾倒液体的烧杯口需要与玻璃棒靠紧，缓慢倾倒液体.教师引导学生仔细观察滤纸上的残留物和滤液的颜色，并强调指出，如果滤液仍然浑浊，应再进行一次过滤，如果经过两次过滤，而滤液仍然浑浊，则需要检查设备，并且分析现象形成的原因，例如滤纸破损、过滤时液面高于滤纸边缘或仪器不清洁等，一旦找出原因后，就需要重新进行操作.

通过实验，学生不仅能够充分发挥他们的微观科学思维能力，而且还能提高他们的实验技巧和分析能力.在实验中，学生将观察和分析实验结果，教师可以帮助学生学会思考.这个思维过程可以培养学生的实验技巧和分析能力，并提高他们的微观科学思维能力.

3 定量实验，发展化学模型思维

化学模型思维是指学生可以通过构建和应用化学模型来解决复杂的化学问题.发展化学模型思维需要学生掌握一定的实验技能和定量分析能力.定量实验作为一种精确计算的实验手段，为化学模型的构建和验证提供了可靠的数据支持.教师通过定量实验，不仅可以帮助学生理解化学原理和现象，还可以培养学生的科学思维和实验操作能力^[2].

以人教版化学九年级第九单元实验活动5“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”为例.在实验开始之前，教师引导学生回顾了计算溶液配比的基本模型概念，让学生更加熟悉溶液模型实验的流程.接着，教师提问：有时候大家所需要使用的药品并不是纯净的溶质，而是某种质量分数的浓溶液，在这种情况下，应该如何进行配制操作呢？有一位学生提出了往浓溶液中加水的方法，教师对此进行了回应，并提议大家一起来尝试一下如何用溶质质量分数为6%的食盐水来配制50克溶质质量分数为3%的氯化钠溶液.在计算溶液配比时，学生提出：“首先加水稀释，并确保溶质的质量是保持不变的、恒定的.然后，我们可以假设所需的溶质质量分数为6%的食盐水的质量是x，其中所含的溶质质量则应该为溶质质量分数为6% x.与此同时，我们可以通过计算得到，50克溶质质量分数为3%的食盐水中所含的溶质质量应该为50×3%＝1.5克.”教师指出，在日常生活中，液体更常用体积来表示，那么应该如何处理呢？学生建议使用密度公式进行转换.一般情况下，溶质质量分数为6%的盐水的密度大约为1.04 g/L，并提出在完成以上计算后，接下来可以使用量筒测量水的体积，将水缓慢倒入干净的烧杯之中后，再使用量筒准确测量出溶质质量分数为6%的食盐水的体积，加入烧杯后，用玻璃棒搅拌、装瓶、贴上标签.配制好的两种氯化钠溶液分别倒入试剂瓶中，盖好瓶塞，贴上标签，标签中要包括药品名称及溶液的溶质质量分数.

通过定量实验，教师可以帮助学生深入了解化学现象和反应机理，这种实验方法不仅可以验证理论模型的准确性，还可以发现新的规律和趋势.同时，发展化学模型思维意味着将化学现象抽象为数学模型，通过建立方程式、理论模型和计算模拟等方法，深入分析和解释化学现象的本质.这种思维方式使得我们能够更好地理解复杂的化学系统，预测其性质和行为.

4 还原实验，深化物质转化思维

在化学实验中，物质转化是通过实验将一种物质转化为另一种物质的化学反应结果.化学还原实验是一种常用的实验方法，通过在化学反应中引入还原剂，可以将物质从较高的价态还原为较低的价态.这种实验方法不仅可以实现物质的转化，还能揭示反应机制和探索物质性质的变化.因此，教师运用化学还原实验可以帮助学生深化对物质转化过程的理解，并培养他们的思维能力和实验操作技巧.

以人教版化学九年级上册第六单元《碳和碳的氧化物》为例，教师可以为学生展示还原实验的过程.在木炭还原氧化铜实验中，教师可以将新鲜烘干的木炭粉末和氧化铜粉末充分混合后，谨慎地倒入试管中，并将试管固定在铁架台上.试管口连接着一根导管，导管口伸入澄清石灰水.使用酒精灯对混合物进行加热，持续数分钟.随后，先将导管取出，等待试管冷却后，将试管中的粉末倒入纸上，观察所发生的变化.在实验结束后，教师可以组织小组讨论，让学生代表总结实验现象，学生代表指出，黑色粉末逐渐转变成了红色，石灰水也变得浑浊，并由此得出实验结论：碳表现出了还原性.在实验思考中，还有学生指出了一些注意事项，如在反应结束后，先将伸入石灰水的导管移开，以防液体进入试管导致热胀冷缩引起试管破裂；实验完成后，不要立即倒出试管中的物质进行观察，以免高温下的铜与空气中的氧气重新反应形成氧化铜.

通过运用化学还原实验，学生可以深入了解物质转化过程中的关键因素和变化规律，培养他们的观察和分析能力，并激发学生思维深处的火花，撬动学生化学思维的节点，让学生深刻理解物质转化的存在依据.因此，化学还原实验作为一种有益的教育工具，可以帮助学生更好地理解和应用物质转化的原理和方法^[3].

5 结束语

总之，借助化学实验，教师展示了化学实验与其科学思维之间的紧密关联，帮助学生建立起良好的化学观念.同时，化学实验也从侧面证明，化学科学思维并非高高在上的，它根植于化学学科的知识中，需要教师携手学生去发现和挖掘.在日常教学中，初中化学教师应以培养学生科学思维为出发点，让学生在课堂学习和实验中主动探究，从而实现素质教育，促进学生化学科学思维的高效发展.

参考文献：

[1] 许清芳.初中化学教学中学生逆向思维培养策略探讨[J].中学课程辅导，2023（27）：42-44.

[2] 黄振祥.基于核心素养的初中化学项目式学习设计策略研究[J].试题与研究，2023（33）：91-93.

[3] 汪建华.初中化学实验教学优化创新策略探析[J].基础教育论坛，2023（18）：50-51.

[责任编辑：季春阳]