鄭善文　齊玉和

摘? 要 從學(xué)生主體參與、認(rèn)知深化、過程探究、方法體驗(yàn)、綜合實(shí)踐和教師專業(yè)發(fā)展等六個(gè)方面對化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)功能進(jìn)行分析研究，以期促進(jìn)師生教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞 化學(xué)實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);教學(xué)功能;化學(xué)學(xué)科素養(yǎng);教師專業(yè)發(fā)展

中圖分類號：G633.8? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）15-0119-03

1 前言

“新課程理念在化學(xué)教學(xué)中的有效落實(shí)，離不開化學(xué)實(shí)驗(yàn)?！盵1]而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃、構(gòu)思與預(yù)備環(huán)節(jié)，在學(xué)與教的過程中具有重要地位和作用。隨著課程改革的深入推進(jìn)和新舊理念的碰撞轉(zhuǎn)換，重新審視化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)承載的教學(xué)功能和價(jià)值，對于有效增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果、充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性作用十分有益。

2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)功能

強(qiáng)化主體參與，激發(fā)化學(xué)學(xué)習(xí)動機(jī)與興趣[2]? 學(xué)生是化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主體，只有充分發(fā)揮他們參與實(shí)驗(yàn)過程的主動性，才能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的自主構(gòu)建。義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求：“能通過小組討論，根據(jù)所要探究的具體問題設(shè)計(jì)簡單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案?！盵3]作為學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備階段，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)主題，先讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)，再通過學(xué)習(xí)小組合作交流優(yōu)化，形成最佳方案后動手操作實(shí)踐。這種實(shí)驗(yàn)前的特意安排——讓學(xué)生自主開展設(shè)計(jì)藥品、裝置、收集方法等方面的活動，不但能使學(xué)生熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，而且突出強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)主體的參與意識，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動機(jī)，避免了被動實(shí)驗(yàn)的局面，喚醒了學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和學(xué)習(xí)期待，因而特別能激發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

如二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取實(shí)驗(yàn)中，教科書給出了藥品、裝置、步驟乃至完整的實(shí)驗(yàn)過程，如果“照方抓藥”式地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，僅能短暫引起學(xué)生動手的新奇感，不能深入激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知需要和自我提高的動機(jī)。在教學(xué)中，筆者增設(shè)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動：尋找實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的適合藥品;利用身邊的用品或化學(xué)儀器設(shè)計(jì)制取二氧化碳的裝置。這種增設(shè)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動是對實(shí)驗(yàn)過程的一種超前的體驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)探究不再是紙上談兵，而是實(shí)驗(yàn)主體親身參與、經(jīng)歷的真實(shí)體驗(yàn)過程，因而有助于增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的效果。另外，這種體驗(yàn)建立在學(xué)生所學(xué)知識的綜合運(yùn)用基礎(chǔ)之上，不但強(qiáng)化了學(xué)生的主體參與，而且深度激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

深化認(rèn)知理解，提高分析與解決問題能力[2]? 義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求：“能在教師指導(dǎo)下或通過小組討論，根據(jù)所要探究的具體問題設(shè)計(jì)簡單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案?！盵3]因此，化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠促使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能，分析實(shí)驗(yàn)主題任務(wù)，設(shè)計(jì)過程與方法，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過程進(jìn)行周密、合理的安排，而且涉及最佳方案的優(yōu)化選擇。這是一種較高層次的綜合認(rèn)知理解與應(yīng)用實(shí)踐，需要學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)密的思維推理與設(shè)計(jì)，必然促進(jìn)學(xué)生分析問題與解決問題能力的形成與提升。

如在“除去食鹽中可溶性雜質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)中，魯教版初中化學(xué)教科書給出除雜的藥品與操作圖示，為學(xué)生直觀形象呈現(xiàn)了除雜的步驟及現(xiàn)象。筆者把這節(jié)課設(shè)計(jì)為學(xué)生學(xué)習(xí)酸、堿、鹽后的一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動課，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的酸堿鹽知識去尋找除雜試劑，同時(shí)注意思考試劑的加入順序。學(xué)生設(shè)計(jì)了多種方案，這時(shí)引導(dǎo)試錯，分析錯誤順序產(chǎn)生的后果，最后篩選出最佳方案。在達(dá)成實(shí)驗(yàn)方案的過程中，學(xué)生綜合運(yùn)用酸堿鹽的性質(zhì)知識，深化證據(jù)推理與模型認(rèn)知思維能力，提高了分析問題、解決問題的能力。

經(jīng)歷探究過程，培養(yǎng)求新求變的創(chuàng)新意識? 實(shí)驗(yàn)探究是化學(xué)探究活動的主要形式，是轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式、培養(yǎng)學(xué)生探究能力的主渠道。義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)在“發(fā)展科學(xué)探究能力”主題單元提出八個(gè)要素，即探究活動的八個(gè)環(huán)節(jié)，其中“制訂計(jì)劃”要求學(xué)生能夠設(shè)計(jì)簡單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，即進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。課標(biāo)也要求“在教師指導(dǎo)下或通過小組討論，提出活動方案，經(jīng)歷制定科學(xué)探究活動計(jì)劃的過程”，即要學(xué)生從探究問題或主題開始，經(jīng)歷完整的探究過程設(shè)計(jì)與規(guī)劃。而在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與規(guī)劃活動中，由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)問題的開放性、探究性，學(xué)生必然面臨多樣化的選擇，加之知識水平、認(rèn)識理解能力和生活經(jīng)驗(yàn)的差異，學(xué)生或?qū)W習(xí)小組可能設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)過程方案，這時(shí)教師要順應(yīng)并及時(shí)捕捉學(xué)生“求新求變”的創(chuàng)新思路，鼓勵設(shè)計(jì)不同方案，通過討論交流、啟發(fā)思維、誘發(fā)創(chuàng)新，從多種方案中選擇可行的、最佳的實(shí)驗(yàn)途徑，達(dá)到殊途同歸的效果。

如在質(zhì)量守恒的實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)和理解能力一般比較容易達(dá)成實(shí)驗(yàn)結(jié)論，因此，探究結(jié)論“一目了然”，實(shí)驗(yàn)過程缺乏探究性，學(xué)生容易喪失探究的意愿。日常教學(xué)一般在必要的講解和準(zhǔn)備之后，就讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并動手實(shí)驗(yàn)。魯教版初中化學(xué)教科書設(shè)計(jì)了三個(gè)有代表性的化學(xué)反應(yīng)作為研究對象，即氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液反應(yīng)、鹽酸和大理石反應(yīng)、白磷在空氣中燃燒[4]。后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行，這一點(diǎn)相當(dāng)一部分學(xué)生是容易猜想到的，因此，實(shí)驗(yàn)的探究性大為降低。

為此，筆者在教學(xué)中直接在開放系統(tǒng)中做這三個(gè)實(shí)驗(yàn)，作為創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的素材，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，激發(fā)探究欲望和動機(jī)，然后讓學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案。這樣引導(dǎo)學(xué)生把思維集中在“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”——追尋質(zhì)量不平衡的原因，接著思考如何密閉系統(tǒng)、如何引燃白磷、如何保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性等，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新沖動。有的白磷的引燃除了用加熱的玻璃棒，還設(shè)計(jì)了用激光棒、凸透鏡、電爐等方式，鹽酸和大理石的反應(yīng)也經(jīng)歷了僅用橡皮塞密封到單孔塞連氣球的密封過程。

筆者感到在實(shí)驗(yàn)中挖掘未知性、創(chuàng)設(shè)探究性過程，不但沒有偏離實(shí)驗(yàn)探究的方向，而且增強(qiáng)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的多樣性，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新的愿望——求新求變，從而有助于學(xué)生的創(chuàng)新意識培養(yǎng)。

體驗(yàn)科學(xué)方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度? 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)讓學(xué)生運(yùn)用已有知識和方法，通過思維和書面表達(dá)，提前經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的“全”過程，即實(shí)驗(yàn)前的精心預(yù)設(shè)。設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常需要考慮觀察、測定、實(shí)驗(yàn)條件控制、實(shí)驗(yàn)記錄、數(shù)據(jù)處理等科學(xué)方法的運(yùn)用與設(shè)計(jì)。因此，化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅與化學(xué)知識與技能目標(biāo)相聯(lián)系，更涉及“過程與方法”目標(biāo)的達(dá)成，而設(shè)計(jì)過程中這些科學(xué)方法的恰當(dāng)運(yùn)用，必然有助于學(xué)生科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。

如在探究“分子間間隔”實(shí)驗(yàn)中，魯教版初中化學(xué)教科書設(shè)計(jì)了“10 mL水和10 mL酒精混合”[4]的定量探究實(shí)驗(yàn)過程，在此基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)兩組對比實(shí)驗(yàn)：10 mL水和10 mL水混合;10 mL酒精和10 mL酒精混合。并且每組實(shí)驗(yàn)前根據(jù)日常生活的經(jīng)驗(yàn)先猜想預(yù)測，再觀察列表對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而追問實(shí)驗(yàn)結(jié)果的微觀機(jī)理，這樣學(xué)生便能夠順理成章得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中運(yùn)用了觀察、測定和實(shí)驗(yàn)條件的控制等方法，也體現(xiàn)了對比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，讓學(xué)生經(jīng)歷并深切體驗(yàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究過程以及科學(xué)方法的精準(zhǔn)運(yùn)用，客觀上加深了對實(shí)驗(yàn)結(jié)論的理解，突出了宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科思維推理過程，有助于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)審慎的科學(xué)態(tài)度。

引導(dǎo)綜合實(shí)踐，培養(yǎng)資源開發(fā)與利用意識? 資源的開發(fā)與利用是課程改革的新要求，也是新課程理念的重要組成部分。引導(dǎo)學(xué)生開展課外化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，不但可以拓寬學(xué)生的化學(xué)視野，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生課程資源的開發(fā)與利用意識，體現(xiàn)“從生活走進(jìn)化學(xué)、從化學(xué)走向社會”的理念，從而提高學(xué)生化學(xué)實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

如自制汽水、探索花朵的汁液遇酸堿變色的情況、蠟燭的點(diǎn)燃與火焰觀察等課外實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生先個(gè)人設(shè)計(jì)制訂實(shí)驗(yàn)方案，然后小組合作交流選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)，交教師審核后再開展課外實(shí)驗(yàn)活動。這種綜合性的課外實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動，加強(qiáng)了學(xué)生化學(xué)知識技能與生活經(jīng)驗(yàn)的整合遷移，使化學(xué)學(xué)科深入連接學(xué)生生活，從校內(nèi)走向校外，促進(jìn)學(xué)生逐步樹立實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)與利用意識，為課內(nèi)化學(xué)學(xué)習(xí)提供了生動的實(shí)踐支撐，也為將來的化學(xué)學(xué)習(xí)與實(shí)踐開拓了廣闊的空間。

助推教師專業(yè)發(fā)展，提高其課程與教材駕馭能力? 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是化學(xué)專業(yè)能力的一個(gè)基本方面，需要化學(xué)教師深入學(xué)習(xí)內(nèi)化新課程教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變個(gè)人教學(xué)方式，不斷提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究設(shè)計(jì)能力;尤其要準(zhǔn)確理解落實(shí)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的理念要求與教科書的設(shè)計(jì)意圖，鉆研化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)的技能技巧，引導(dǎo)學(xué)生深度參與實(shí)驗(yàn)探究過程，并有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。

如魯教版初中化學(xué)教科書中，“粗鹽提純”依托海水“曬鹽”作為常識性介紹知識的形式呈現(xiàn)。筆者分析了幾個(gè)版本化學(xué)教科書的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)通常以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的方式呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是通過過濾、蒸發(fā)等操作除去粗鹽中的不溶性雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)中教與學(xué)的時(shí)間主要放在一些基本技能操作應(yīng)用上，對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品也無定量要求。在教學(xué)中，筆者對這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，根據(jù)探究實(shí)驗(yàn)的要素和步驟，注重提高實(shí)驗(yàn)過程的探究性。

首先，利用海水曬鹽的場景創(chuàng)設(shè)真實(shí)教學(xué)情境。接著，整合學(xué)生提出的問題，提出探究問題：怎樣除去粗鹽中的不溶性雜質(zhì)而得到食鹽晶體呢？再利用兩個(gè)問題驅(qū)動學(xué)生思考設(shè)計(jì)，并做好實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：使用什么方法可將粗鹽中的泥沙除去？除去泥沙后，再怎樣操作才能得到食鹽晶體呢？然后設(shè)置學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案環(huán)節(jié)，讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程并主動參與實(shí)驗(yàn)。最后，稱量展示提純后的產(chǎn)品并計(jì)算產(chǎn)率。探究過程中設(shè)計(jì)了6～9個(gè)分組實(shí)驗(yàn)，并要求學(xué)生把用到的29種儀器和用品統(tǒng)一規(guī)范擺放。

這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探究式實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生經(jīng)歷完整的實(shí)驗(yàn)探究歷程，激發(fā)其主動參與實(shí)驗(yàn)的熱情，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的探究效果，同時(shí)促進(jìn)了課標(biāo)理念的落實(shí)，提高了教師的探究教學(xué)設(shè)計(jì)能力。

3 結(jié)語

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也是化學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，具有豐富的學(xué)與教價(jià)值。加強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究和教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用，有助于促進(jìn)認(rèn)知性、技能性和體驗(yàn)性學(xué)習(xí)目標(biāo)的有效達(dá)成，也有助于師生學(xué)與教方式的轉(zhuǎn)變，是學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力與素養(yǎng)發(fā)展的重要抓手，也是化學(xué)教師專業(yè)實(shí)踐和能力發(fā)展的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

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*項(xiàng)目來源：山東省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2017年度教學(xué)專項(xiàng)課題“‘德育為先的學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展模型構(gòu)建”（課題

批準(zhǔn)號：XJ0085）。

作者：鄭善文，東平縣教育科學(xué)研究中心初中教研室主任，高級教師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)課程與教學(xué)（271500）;齊玉和，泰安市基礎(chǔ)教育教學(xué)研究室副主任，高級教師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)課程與教學(xué)（271000）。