基于思維訓(xùn)練的實(shí)驗復(fù)習(xí)課創(chuàng)新設(shè)計

徐迎春

摘要： 化學(xué)實(shí)驗具有多重的育人價值，聚焦化學(xué)實(shí)驗中氣球的作用，在進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)時，將初中化學(xué)課本中四個相關(guān)的探究實(shí)驗進(jìn)行整合，設(shè)計驅(qū)動性問題，促使學(xué)生在綜合運(yùn)用化學(xué)知識、方法解決實(shí)驗問題的過程中全面提升思維品質(zhì)。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)實(shí)驗; 復(fù)習(xí)課; 思維品質(zhì); 氣球

文章編號： 10056629（2018）12004105中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

思維品質(zhì)是學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分，包括系統(tǒng)性、敏捷性、批判性、創(chuàng)造性等。實(shí)驗是推動化學(xué)科學(xué)發(fā)展的最有力的手段，也是化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生良好思維品質(zhì)的重要內(nèi)容。但在新授課時，受限于時間進(jìn)度和學(xué)生的基礎(chǔ)，往往未能將化學(xué)實(shí)驗的教育價值完全發(fā)掘出來。復(fù)習(xí)時，可以利用“后發(fā)”優(yōu)勢，打破原有的內(nèi)容局限，按照一定線索整合課本實(shí)驗資源，以實(shí)驗為載體設(shè)計出驅(qū)動性新任務(wù)，促使學(xué)生在綜合運(yùn)用相關(guān)知識、方法自主解決化學(xué)實(shí)驗問題的過程中全面提升思維的各種品質(zhì)。

1?教學(xué)思路設(shè)計

“探究化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量有無變化”、“測定空氣中氧氣含量”、“證明二氧化碳和氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應(yīng)”、“探究工業(yè)煉鐵的化學(xué)原理”是山東教育出版社出版的五·四制初中化學(xué)教科書在不同單元中設(shè)置的四個探究實(shí)驗。表面看來目的迥異、毫無關(guān)聯(lián)，但是從復(fù)習(xí)角度進(jìn)行“合縱”，以“氣球”這一特定的實(shí)驗用品為紐帶，融合原理、裝置、操作、現(xiàn)象等各種要素，異中求同、同類遷移、同中求異、異中求異，能有效培養(yǎng)學(xué)生思維的系統(tǒng)性、敏捷性、批判性和創(chuàng)造性。

基于此，筆者聚焦“實(shí)驗中的氣球”，以上述四個探究實(shí)驗的“原理、裝置、操作、現(xiàn)象”的鞏固提升為明線，以“比較、遷移、質(zhì)疑、發(fā)散”等思維發(fā)展為暗線，雙管齊下，緊緊圍繞“氣球的作用”搭建問題支架，統(tǒng)整內(nèi)容，深化理解，發(fā)展思維。具體框架如圖1所示。

2?主要教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

2.1?異中求同比較，發(fā)展思維的系統(tǒng)性

學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律時教材建議以如下3個實(shí)驗來驗證質(zhì)量守恒定律：

A.硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液的反應(yīng);B.石灰石與稀鹽酸的反應(yīng);C.白磷燃燒。

實(shí)驗A是液體和液體常溫下反應(yīng)，沒有氣體參與也沒有氣體生成;實(shí)驗B是固體和液體常溫下反應(yīng)，有氣體生成;實(shí)驗C是固體和氣體反應(yīng)，反應(yīng)需要燃燒的條件，并且生成的白煙容易散逸。不論是教師演示還是學(xué)生分組實(shí)施，新授課的目標(biāo)定位一般是質(zhì)量守恒定律的驗證性實(shí)驗，雖然也提倡裝置的差異化設(shè)計，但更關(guān)注兩次稱量結(jié)果的比較，且是逐個進(jìn)行，難以展開充分思辨。復(fù)習(xí)時，我們充分利用新授課時留存的生成性資源，創(chuàng)設(shè)了新的活動情境。

[活動1]圖2所示是同學(xué)們初學(xué)時自主設(shè)計的用來驗證質(zhì)量守恒定律的各種實(shí)驗發(fā)生裝置。請分析A、 B、 C三個實(shí)驗分別優(yōu)選哪些裝置并思考?xì)馇虻淖饔谩?/p>

分析上述“目的相同、反應(yīng)特征多樣化、反應(yīng)裝置群組化”的實(shí)驗探究任務(wù)，對學(xué)生思維的綜合性要求明顯提升了——學(xué)生必須兼顧對反應(yīng)物、生成物、條件、現(xiàn)象、操作等各種因素進(jìn)行有序的思考。

（1）分析反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、性質(zhì)——以便確定是否需要使用密閉裝置以及預(yù)先分控。

（2）分析反應(yīng)條件——以便選擇達(dá)成條件的措施。

（3）分析反應(yīng)現(xiàn)象——以便考慮是否有氣壓的變化從而需要調(diào)節(jié)氣壓。

（4）思考操作可否更簡便、誤差可否更小——以便充分比對、優(yōu)中選優(yōu)。

答案的開放性激發(fā)了思考的積極性，爭論聲此起彼伏，思維的焦點(diǎn)也漸漸匯集到有氣球的各種裝置與具體實(shí)驗的匹配上來。單是實(shí)驗C中白磷的引燃就針對不同裝置提出了凸透鏡聚焦、暖氣片加熱、熱水浴等多種方式，從而擴(kuò)展了裝置③的適用性——既可以匹配實(shí)驗B，也可以匹配實(shí)驗C。盡管在③中氣球兼有盛放石灰石以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物分控的作用，但是在③、 ④中，氣球的共同作用是營造可調(diào)節(jié)氣壓的密閉實(shí)驗環(huán)境，這是“有氣體參與或生成實(shí)驗”的成功保障。學(xué)生對實(shí)驗C中氣球變化的認(rèn)識也細(xì)致到了“正?！模ㄈ紵艧?，瓶內(nèi)氣壓增大）——比正常更癟（冷卻+消耗氧氣，瓶內(nèi)氣壓減小）”的辨析，這更凸顯了氣球和氣壓的明暗呼應(yīng)關(guān)系。

思維的系統(tǒng)性是指思維活動的有序程度，以及整合各類不同信息的能力[1]。這個活動的設(shè)計意圖就在于將本節(jié)賴以展開的關(guān)鍵要素——?dú)馇虻淖饔脧膹?fù)雜的實(shí)驗背景中剝離出來并清晰化，為后面經(jīng)驗的正向遷移做準(zhǔn)備。探究活動中既需要全面統(tǒng)籌各實(shí)驗因素進(jìn)行有序思考，也需要進(jìn)行異中求同的整合。由于反應(yīng)物和生成物的某些性質(zhì)、燃燒的條件、氣體壓強(qiáng)等知識儲備尚不充足，無法支撐思維強(qiáng)度的提升，放在新授課上，即便給予信息也是拔苗助長，所以這樣復(fù)雜的群組對比不適用新授課;而放在復(fù)習(xí)階段則剛好起到助推學(xué)生思維進(jìn)階的作用。只有經(jīng)歷這樣綜合性的思辨，才能發(fā)展學(xué)生思維的系統(tǒng)性。

2.2?同類集中遷移，提升思維的敏捷性

前面實(shí)驗中，保障實(shí)驗B、 C成功率的重要一點(diǎn)就是能實(shí)現(xiàn)密閉裝置氣壓的自動調(diào)節(jié)。因為白磷燃燒涉及放熱、冷卻、耗氧等多個改變體系氣壓的因素，而收縮自如的氣球是很好的選擇。抽提出這一經(jīng)驗，可以對課本中其他有類似需求的實(shí)驗形成原型啟發(fā)，從而生發(fā)出改進(jìn)創(chuàng)新的思路。

[活動2]圖3是八年級教材中用紅磷燃燒測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗，遷移獲得的經(jīng)驗找出缺點(diǎn)，提出改進(jìn)意見，并用上題中的儀器、藥品加以設(shè)計。

有了上一輪的醞釀和思辨，已初步形成了集中思維的成果。經(jīng)過討論，學(xué)生很快分析出圖3的實(shí)驗裝置中有如下缺陷及可能導(dǎo)致的后果：

（1）紅磷著火點(diǎn)相對高，需要在瓶外點(diǎn)燃，白煙逸散導(dǎo)致空氣污染。

（2）點(diǎn)燃紅磷后伸入瓶中如果不夠迅速，瓶內(nèi)氣體受熱向外膨脹導(dǎo)致最終測得的氧氣含量偏大。

（3）紅磷燃燒時瓶塞容易被沖開導(dǎo)致實(shí)驗失敗。

遷移上題的經(jīng)驗，學(xué)生設(shè)計出了如圖4的幾種裝置。共同的改進(jìn)意見是： 引入氣球，消除了中間氣壓增大致使裝置密閉性被破壞的隱患;改用著火點(diǎn)低的白磷，可以不必瓶外點(diǎn)燃。因此，成功率更高、操作更簡便、結(jié)果更準(zhǔn)確。并且，在限定實(shí)驗儀器的情況下，細(xì)節(jié)落實(shí)得相當(dāng)妙——用細(xì)線替代止水夾;對氣球的變化現(xiàn)象也作了相應(yīng)的補(bǔ)充： 正常——鼓（燃燒放熱，瓶內(nèi)氣壓變大）——更癟（冷卻+消耗氧氣，瓶內(nèi)氣壓減?。＃ㄋM(jìn)入，瓶內(nèi)恢復(fù)常壓）。不論是實(shí)驗的改進(jìn)還是現(xiàn)象的精細(xì)化描述，都是在活動1基礎(chǔ)上的合理延伸。

思維的敏捷性是指思維活動的反應(yīng)速度和熟練程度，表現(xiàn)為在思維結(jié)果正確的基礎(chǔ)上，能運(yùn)用知識和技能在最短的時間里設(shè)計出解決方案，或在相同的時間里設(shè)計出最多的合理方案[2]。適度地進(jìn)行集中訓(xùn)練，使學(xué)生的思維條理化、簡明化、邏輯化、規(guī)律化，就可熟能生巧。分析上述活動的任務(wù)要求，與驗證質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗相比，實(shí)驗?zāi)康碾m然變了，但原理都是可燃物燃燒消耗密閉體系內(nèi)的氧氣導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)多次改變。在保證反應(yīng)中實(shí)驗裝置的密閉性這一點(diǎn)上，面臨完全相同的需求。所以，只要引領(lǐng)學(xué)生撥開外在，明晰內(nèi)在原理，正向集中遷移前面活動的經(jīng)驗是非常順暢的。指向明確“剝皮見骨”地幫助學(xué)生劈開旁枝末節(jié)，直指問題實(shí)質(zhì)，是鍛煉學(xué)生思維敏捷性的良好契機(jī)。而“妙用細(xì)線”也“秀”了一把學(xué)生的智慧，令人有小小的驚艷。

2.3?同中求異質(zhì)疑，培養(yǎng)思維的批判性

上一個活動是引導(dǎo)學(xué)生就固定的范式模仿改進(jìn)課本原型實(shí)驗。除了這種相似度比較高的同類思維遷移訓(xùn)練之外，還可以就特定要素挖掘課本中相異度較大的素材開展探究，促使學(xué)生在慣性思維碰壁后破除定勢，于破、立之間培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神、批判精神和反思能力。

[活動3]圖5是九年級教材中利用兩個礦泉水瓶設(shè)計對照實(shí)驗，用于證明CO2和NaOH溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。此方案的缺陷在于打開硬質(zhì)塑料蓋倒液體，體系的密閉性維系不夠好。借鑒活動1的經(jīng)驗設(shè)計更合理的方案，并說出預(yù)期的實(shí)驗現(xiàn)象。

雖然實(shí)驗?zāi)康脑俅巫兞?，但是由于反?yīng)原理仍舊是密閉體系內(nèi)氣體反應(yīng)后導(dǎo)致氣壓減小，貌似與上一個問題同理——學(xué)生很容易快速設(shè)計出如圖6中①的方案，并且結(jié)合本反應(yīng)能量變化并不明顯，預(yù)判氣球的系列表現(xiàn)為： A、 B正?！狝比B更癟（A中CO2由于反應(yīng)消耗量大而B中CO2由于溶于水消耗量小）。交流過程中發(fā)現(xiàn)，由于前面兩個活動產(chǎn)生了思維定勢，全班的設(shè)計高度趨同！——不約而同地將氣球置于體系外部。

這時，教師拿出預(yù)先準(zhǔn)備好的儀器按照圖6中①組裝裝置并當(dāng)堂演示實(shí)驗，卻發(fā)現(xiàn)氣球的變化對比并沒有想象中那么明顯，A和B氣球最終幾乎一樣癟！矛盾沖突誕生了——為什么會這樣？課堂一片安靜。之后無需引導(dǎo)，討論、爭執(zhí)漸起至鼎沸，最后才達(dá)成了共識： 由于是同時進(jìn)行的對照實(shí)驗，兩瓶無法使用同一個氣球，不能完全排除氣球本身差異的影響;更重要的是，僅僅由“癟”到“更癟”，氣球容積改變余地太小，難以精細(xì)地反映出兩瓶中氣壓變化的差距。那么，如何獲得更加明顯的現(xiàn)象差別？憤而啟，悱而發(fā)，經(jīng)過進(jìn)一步討論，逆向推證、巧作改動，設(shè)計出了如圖6中②的方案——將氣球調(diào)換到瓶內(nèi);預(yù)期的現(xiàn)象也調(diào)整為： A、 B正常——A比B更鼓。教師請兩位同學(xué)上臺改動裝置并演示，結(jié)果對比非常明顯，教室里自發(fā)響起了熱烈的掌聲。看似簡單的氣球位置的改變，將課堂氣氛推向了高潮。

批判性思維是一種理性的、反省的思維[3]，是高階思維的組成部分。它絕不是所有人都普遍擁有的智慧;它的養(yǎng)成和質(zhì)量高低都必須依賴于有目的的訓(xùn)練，否則每個人都要遭受訓(xùn)練不足和非理性思維的影響。這個活動任務(wù)啟用了“試誤”的策略，一開始給了學(xué)生完全“同理”的錯覺，教師沒有急于批駁，而是去實(shí)證——通過“失敗”對學(xué)生產(chǎn)生更強(qiáng)烈的刺激，倒逼學(xué)生主動去質(zhì)疑、追溯，推動學(xué)生同中求異，自發(fā)擺脫定勢思維的束縛從而走出迷思，培養(yǎng)了思維的批判性。

2.4?異中求異發(fā)散，激發(fā)思維的創(chuàng)造性

當(dāng)然，氣球作為一種非常規(guī)儀器，在實(shí)驗中的作用并非僅僅是調(diào)節(jié)氣壓，它可以有很多其他的用途。為了進(jìn)一步拓展學(xué)生的思維，又設(shè)計了如下活動。

[活動4]如你所知，氣球在實(shí)驗中經(jīng)常用來調(diào)節(jié)氣壓。但是，它并不僅限于此用途。比如在活動1中，圖7中的氣球還兼有盛放石灰石顆粒以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物預(yù)先分控的作用。想一想，在圖8的實(shí)驗中，氣球的作用是什么？要達(dá)到同樣的目的，你還有哪些更好的設(shè)計？

顯然，氣球在這里主要是用于存儲CO尾氣，此問對學(xué)生毫無壓力。思維的增長點(diǎn)在于替代氣球的設(shè)計。任務(wù)的發(fā)散性給了學(xué)生更大的創(chuàng)造空間。圖9是學(xué)生提出的各種方案的匯總。經(jīng)過學(xué)生“攻守擂”式的推介和問答，“公投”其中的③、④為優(yōu)選方案。中標(biāo)的理由是： 這樣處理既能避免CO外泄污染空氣，又能“廢物”利用——③是當(dāng)成燃料使用，④是一部分作燃料、一部分當(dāng)成還原劑循環(huán)使用，顯然比①、②更科學(xué)。

心理學(xué)家普遍認(rèn)為，發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的最主要的特點(diǎn)，是測定創(chuàng)造力的主要標(biāo)志之一[4]。同批判性思維一樣，人的創(chuàng)造性不是與生俱來的，而是后天認(rèn)真思考、培養(yǎng)鍛煉的結(jié)果。此活動從學(xué)生的思維過程來看，雖然從同一個點(diǎn)出發(fā)，但是沿著多維度擴(kuò)展，因而容易產(chǎn)生有創(chuàng)見的新穎觀點(diǎn)，從而最終“一題多解”，這是典型的發(fā)散思維[5]。顯然，這樣的探究活動對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力是很有裨益的。

3?教學(xué)體會

由于選取了“實(shí)驗中的氣球”這一特定因素，教材中毫不相關(guān)的四個實(shí)驗融進(jìn)了一條任務(wù)鏈中，環(huán)環(huán)相扣地發(fā)展著學(xué)生的思維。這說明，在復(fù)習(xí)課上，教材是具有二次開發(fā)價值的首選教學(xué)素材。只要教師創(chuàng)造性地利用教材資源并統(tǒng)籌好各個教學(xué)因素，完全可以與新授課形成互補(bǔ)，做到知識復(fù)習(xí)、方法提煉、思維發(fā)展齊頭并進(jìn)。

思維的有效鍛煉需要在真實(shí)、序貫、有挑戰(zhàn)性的情境中，以積極主動的心態(tài)去參與、在合作學(xué)習(xí)的氛圍中激發(fā)。因此，要特別注意問題支架、探究活動和學(xué)習(xí)方式設(shè)計的三維融合。備課時，要摸準(zhǔn)現(xiàn)有學(xué)力，不斷打磨問題線索，與之相適應(yīng)，活動任務(wù)鏈也要前連后掛，有內(nèi)在邏輯而又層次鮮明，如此才能充分調(diào)動和保持學(xué)生的探究欲望，達(dá)到有針對性地培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的效果。

總之，實(shí)踐證明，“合縱”教材實(shí)驗資源進(jìn)行探究活動一體化設(shè)計，能有效地提升學(xué)生的思維品質(zhì)、完善學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)，使實(shí)驗復(fù)習(xí)課煥發(fā)出新的活力。

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