北京師范大學(xué)附屬實驗中學(xué)/金從武
摘自：《課程.教材.教法》
一、培養(yǎng)學(xué)生的能力是素質(zhì)教育的要求。
如何提高學(xué)生的化學(xué)能力，戴安邦先生曾經(jīng)說過“化學(xué)實驗教學(xué)是實施全面化學(xué)教育的一種最有效的形式”。筆者認(rèn)為，化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要渠道和最具有化學(xué)學(xué)科特色的方式。本文旨在運用理論的分析及豐富的事例探討如何在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中通過實驗培養(yǎng)學(xué)生的能力。
如何通過化學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生的能力，有兩個方面的含義：一是使學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識所必需具備的能力得到提高；一是使學(xué)生在日常生活中能夠自覺地利用有關(guān)化學(xué)知識來解決實際問題的能力。
中學(xué)化學(xué)實驗可以從多個角度來分類。從操作對象看主要分為教師實驗和學(xué)生實驗；從功能上分為概念形成實驗、驗證理論實驗、激疑實驗、引入實驗、探索實驗等；從形式上分為個體實驗和小組實驗；從時間上分為課堂實驗、課外實驗。各種不同形式的實驗對發(fā)展學(xué)生的能力各有側(cè)重，但都是本文“化學(xué)實驗”所指的范疇。如課堂實驗?zāi)軌蚋呙芏鹊貒@化學(xué)知識點展開，信息載有量大，效率高。缺點是不充分，不能夠使每一個教育主體的化學(xué)素質(zhì)都得到充分發(fā)展；課外實驗的優(yōu)點是時間充裕，能夠充分發(fā)揮每一個教育主體的自主性，做出較高質(zhì)量的實驗，缺點是缺乏指導(dǎo)時會半途而廢。例如，濃硫酸與銅的反應(yīng)，除了生成刺激性氣味的氣體外，通常還得到黑色固體物質(zhì)。通過實驗討論黑色物質(zhì)的成分顯然是課堂實驗無法完成的，采用課外實驗的方式則會討論得很深入。個人實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)獨創(chuàng)精神；小組實驗則有利于協(xié)作精神的發(fā)展。應(yīng)針對不同的能力發(fā)展目標(biāo)和實驗內(nèi)容采取不同的實驗形式。
二、如何通過實驗培養(yǎng)學(xué)生能力，關(guān)鍵在教師。
教師在教育觀念上重視學(xué)生能力的培養(yǎng)是解決該問題的首要條件，其次才是教育經(jīng)驗、教育技術(shù)、教育方法的問題。
�。ㄒ唬┙處煈�(yīng)尊重學(xué)生，把學(xué)生當(dāng)做教育的主體，而不僅僅是知識的接受體
�。保處煹淖饔檬侨绾螏椭⒁龑�(dǎo)每一位學(xué)生發(fā)展，與學(xué)生一起學(xué)習(xí)，而不是以榜樣自居，更不是學(xué)生的救世主。只有教師在思想上把自己與學(xué)生放在平等的位置上，教師才能夠具體了解學(xué)生的實際情況，體諒他們的難處，而不是規(guī)范、限制他們的發(fā)展，甚至一味地批評埋怨學(xué)生能力低。近幾年來，我發(fā)現(xiàn)越來越多的高中學(xué)生不會劃火柴。起初我以為是獨生子女問題的表現(xiàn)。后來經(jīng)過走訪才知道，學(xué)生劃火柴的機(jī)會實在太少。大部分學(xué)生家里根本沒有火柴，可以說不少學(xué)生只有在化學(xué)實驗課上才有使用火柴的親身體驗。
�。玻處煵坏�(guī)范地言傳身教，還要講明道理，以理服人。新一代的年輕人是有理性的一代，他們的科學(xué)意識和民主意識較強(qiáng)。他們不盲從，因此命令只會使他們反感；他們更相信科學(xué)，自主意識較強(qiáng)，希望得到尊重。例如劃火柴，不少學(xué)生點燃酒精燈要用三四根火柴，有的學(xué)生甚至不敢點酒精燈。究其原因，主要是怕燒著自己和方法不正確，有的是不敢用力劃，有的是手握得太高，有的是往里劃……。于是我設(shè)計了一個實驗，課題就是如何保證每一次都能將火柴劃著。學(xué)生結(jié)合物理的杠桿原理等知識，通過討論、實驗，迅速掌握要領(lǐng)。教學(xué)生劃火柴事情雖小，但是我認(rèn)為值得。因為通過這個實驗，不但使學(xué)生的動手能力有了提高，而且讓學(xué)生明白了理論聯(lián)系實際，不只是聯(lián)系工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其實對學(xué)生而言更應(yīng)注意聯(lián)系自己身邊的具體事例。這樣學(xué)以致用才能落到實處。
�。ǘ┙處熥陨硭刭|(zhì)高，有較強(qiáng)的能力
從一定意義上說，教師的素質(zhì)左右了學(xué)生素質(zhì)的發(fā)展。很難想像一個故步自封、能力低下的教師能夠培養(yǎng)出具有創(chuàng)造能力的學(xué)生。要培養(yǎng)出有能力的學(xué)生，教師至少應(yīng)該具備以下幾個要素。
�。保O熟教材。教師不但要科學(xué)完整地掌握中學(xué)化學(xué)教材的內(nèi)容，熟悉教材的知識結(jié)構(gòu)和編排體系，還應(yīng)該明確各部分知識間的相互關(guān)系以及學(xué)生對各部分知識的難易反映。能夠依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，有針對性地選擇、設(shè)計符合學(xué)生發(fā)展規(guī)律的教學(xué)方法。中學(xué)化學(xué)是化學(xué)學(xué)習(xí)的起始階段，很多知識的學(xué)習(xí)、能力的發(fā)展不可能一步到位，需要循序漸進(jìn)地螺旋式上升，對同一知識每一階段發(fā)展到什么程度的把握是一個十分重要的問題。同時應(yīng)熟悉實驗，能夠把握課堂。通過實驗發(fā)展學(xué)生能力的主渠道在課堂，要在有限的時間內(nèi)使每一位學(xué)生都得到發(fā)展，教師必須熟悉實驗的每一個環(huán)節(jié)，并盡量掌握各種可能出現(xiàn)的意外現(xiàn)象，盡量做到實驗的現(xiàn)象在教師的控制之中。例如，用銅、鋅和稀硫酸揭示原電池的原理時，教師希望看到的是銅板上有氣泡放出。但是通常銅板和鋅板上都有氣泡放出，學(xué)生往往會為此爭論不休。此時教師不能讓學(xué)生糾纏鋅板上是否有氣泡，也不應(yīng)去解釋鋅板上產(chǎn)生氣泡的問題，而應(yīng)強(qiáng)調(diào)銅板上有氫氣泡，至于鋅板上的氣泡問題可以放在原電池的原理的運用中討論。這樣才能夠刪繁就簡，抓住問題的關(guān)鍵。否則，糾纏不清，講不明白原電池的原理，更談不上突出教學(xué)重點。如果教師連實驗的現(xiàn)象都不能夠做到心中有數(shù)，如何能夠用實驗來培養(yǎng)學(xué)生的能力？
諳熟教材的另一層次的含義是盡可能地熟悉與中學(xué)化學(xué)相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，尤其是物理、數(shù)學(xué)、生物等相關(guān)學(xué)科的知識體系及進(jìn)度。
�。玻畬嶒炗姓_的心態(tài)。教師對實驗的態(tài)度直接影響學(xué)生對實驗的看法。以做氫氣與氧氣混合爆炸的實驗為例，如果教師做此實驗時哆嗦，點燃后跑得很遠(yuǎn)或做完后長出一口氣等，那么無論教師怎樣說該實驗如何安全，毫無疑問學(xué)生在做檢驗氫氣實驗時也會膽戰(zhàn)心驚。教師做實驗只是一味地“照方抓藥”，學(xué)生實驗時必然如此。
�。常陨砟芰^高。教師應(yīng)該積極參加教育、教學(xué)科研。教師自身應(yīng)是一個開放的系統(tǒng)，能夠不斷攝取外界的新信息，并判斷其價值，迅速將有用的信息內(nèi)化為自身知識能力體系的一部分，并恰當(dāng)?shù)剡\用到教育教學(xué)中。尤其要密切關(guān)注現(xiàn)代科技的發(fā)展和生活中的新知識、新科技，不斷更新自己的知識。教學(xué)中只有與學(xué)生學(xué)習(xí)、生活聯(lián)系緊密的化學(xué)實際，才能夠有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，提高學(xué)生的能力。例如，第一次講鋁熱反應(yīng)，聯(lián)系實際講野外焊接鋼軌，盡管他們也知道該方法的優(yōu)點，但大部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大。第二次再講鋁熱反應(yīng)時，我聯(lián)系不久前電視中報道的定向爆破新聞。然后明確其原理是利用鋁熱反應(yīng)的高溫來熔斷大樓的沉重墻地基，從而實現(xiàn)定向爆破。不少學(xué)生對定向爆破十分感興趣，恍然大悟，原來鋁熱反應(yīng)還有如此的用途。緊接著再讓學(xué)生討論鋁熱劑還有哪些用途。不少學(xué)生能夠從鋁熱反應(yīng)的高溫，聯(lián)想到可以用來冶煉高熔點的金屬、野外焊接鋼軌等�？梢娭R離學(xué)生的遠(yuǎn)近（時間和空間距離），直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)該知識的興趣。
�。矗己玫纳鐣m應(yīng)能力。能夠在較短的時間內(nèi)與學(xué)生、家長、同事形成良好的人際關(guān)系。盡管這些關(guān)系不是培養(yǎng)學(xué)生成功的決定因素，但是至少是一個重要的因素。不少事例證明：有相當(dāng)一部分學(xué)生是因為喜歡某某教師，然后才喜歡該教師教的這門課。如果學(xué)生對教師厭倦，必然自覺或不自覺地將厭倦的情緒遷移到教師講授的課程中，更談不上發(fā)展能力了。
（三）教師應(yīng)重視學(xué)生能力的培養(yǎng)，而不僅僅是重視知識的傳授
知識是人類認(rèn)識自然過程中一定階段上經(jīng)驗的總結(jié)，因此知識在不斷地發(fā)展變化。隨著時間的推移，知識會蒙上時間的灰塵，原來認(rèn)為是正確的知識就不那么正確了。因此，在傳授知識的同時，更應(yīng)該傳授探求知識、認(rèn)識真理的能力。例如，能夠復(fù)述氫氣燃燒火焰的顏色是淡藍(lán)色有多大意義？但是如果能仔細(xì)分析中學(xué)化學(xué)課本在介紹不少種氣體、液體燃燒火焰的顏色時，如氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔、酒精、汽油、苯等，就會發(fā)現(xiàn)一個有意思的問題：在所有有關(guān)燃燒火焰的顏色敘述時，只強(qiáng)調(diào)玻璃中的鈉離子能夠干擾氫氣燃燒火焰的顏色，而不強(qiáng)調(diào)鈉離子對其他燃燒火焰顏色的干擾。鈉離子有如此好的選擇性和專一性？只要憑著對這一實驗的不同看法，就會引起對此問題的更深一步的思考。氫氣、一氧化碳、甲烷等氣體燃燒的顏色都接近藍(lán)色，為什么只干擾氫氣燃燒火焰的顏色而不干擾其他氣體燃燒火焰的顏色？如果說氫氣燃燒火焰的顏色較淺，鈉離子燃燒火焰的顏色較深，因而掩蓋了氫氣燃燒火焰的淡藍(lán)色，那么氫氣在氯氣中燃燒火焰的顏色也較淺，為什么鈉離子燃燒火焰的顏色能夠蓋住氫氣燃燒火焰的顏色而不能夠蓋住氫氣在氯氣中燃燒火焰的顏色呢？不難想像上述解釋有一定的片面性。影響氫氣燃燒火焰顏色的原因到底是什么？通過設(shè)計實驗，用不銹鋼、鎳管等代替玻璃做氫氣燃燒實驗，同樣得不到藍(lán)色火焰。也許學(xué)生會明白，除了玻璃中鈉離子的干擾外還有其他因素影響氫氣燃燒火焰的顏色（不難發(fā)現(xiàn)至少燃燒火焰的溫度是一個重要因素）。這樣不斷地從已有知識出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、猜想設(shè)計解決問題的思路、解決問題、實驗證明解決方案正確性的能力遠(yuǎn)比記住知識本身重要得多。
�。ㄋ模└尿炞C性實驗為探索性實驗
采用教師講授化學(xué)知識，然后通過實驗驗證其正確性，這種做法在學(xué)生的認(rèn)識過程中有一定的局限性。如當(dāng)教師先講二氧化碳比空氣重這個知識時，學(xué)生心里必然會懷疑這是否正確，于是教師需要一些事例來證明這一觀點的正確性，這就是典型的驗證性實驗。如果教師先演示二氧化碳比空氣重的實驗，讓學(xué)生觀察，然后提問學(xué)生，通過實驗可以得出二氧化碳的什么性質(zhì)。這樣，二氧化碳比空氣重的性質(zhì)是學(xué)生自己得出的，因此學(xué)生不會懷疑結(jié)論的正確性。盡管這只是順序的顛倒，但對學(xué)生發(fā)展能力的效果是截然不同的，從學(xué)生的角度看，學(xué)生參與知識的形成過程，其心理體驗是前者無法相比的。
如果教師做實驗沒有創(chuàng)造性，只是為了驗證所講知識的正確性，為了應(yīng)付考試，那么教師有什么理由期望學(xué)生有較強(qiáng)的創(chuàng)造能力？化學(xué)實驗不能夠局限于驗證所講內(nèi)容的正確性，而應(yīng)該盡可能地模擬發(fā)現(xiàn)知識時的情景，讓學(xué)生通過自己的觀察、探索，分析實驗提供的素材，發(fā)現(xiàn)其中的知識、科學(xué)原理，進(jìn)而內(nèi)化為自身的素質(zhì)。
（五）引入開放性實驗
必須正視人類認(rèn)識的階段性、局限性和發(fā)展性。引入開放性實驗就是要明確目前的認(rèn)識水平，這樣更有利于學(xué)生的發(fā)展。觀察磷在氯氣中燃燒的實驗讓學(xué)生得出生成物是煙還是霧的結(jié)論是極其困難的，教師硬塞，說這是白色的煙霧，學(xué)生難于接受。不如因勢利導(dǎo)調(diào)動學(xué)生的積極性，請學(xué)生設(shè)計實驗來證明到底是煙還是霧。
如同其他事物一樣，化學(xué)的發(fā)展是無止境的，而人類對化學(xué)問題的認(rèn)識是有一定的階段性的，對某些問題不可能有完美的答案。例如，如何降低煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫污染的實驗。有人主張往煤里添加碳酸鈣，有人主張往煤里添加氧化鈣，你如何看待這一問題。引入開放性實驗其意義不在于立即得到一個明確的結(jié)論，而在激發(fā)學(xué)生不斷地探索、追求的精神，在一定的條件下得到相對滿意的結(jié)論。這才是科學(xué)發(fā)展的規(guī)律。
�。┳寣W(xué)生面對選擇，輔導(dǎo)學(xué)生學(xué)會選擇化學(xué)知識是豐富的，但又有其內(nèi)在的有機(jī)聯(lián)系。
課本上每一節(jié)的內(nèi)容有一定的獨立性，但是學(xué)生頭腦中的知識是相互聯(lián)系的，以多節(jié)點的網(wǎng)狀超媒體鏈結(jié)。學(xué)生學(xué)習(xí)新知識新技能時，新事物必然要與學(xué)生已有的知識體系發(fā)生作用，否則就是孤立的、僵死的、沒有生命力的、不可提取的。當(dāng)學(xué)生面對一個具體的問題時，必然面臨多種選擇，代替學(xué)生選擇的做法盡管能夠節(jié)省寶貴的課堂時間，但是不客氣地說這對培養(yǎng)學(xué)生的能力是有害無益的�，F(xiàn)在不少學(xué)生中存在這樣的現(xiàn)象，上課教師講的都明白，課本的知識也能夠理解，可一到做習(xí)題和考試時就不會。不排除某些考試題目的怪、偏、奇、刁，但是不是也存在著教師剝奪學(xué)生選擇的權(quán)力后，使得學(xué)生面對眾多選擇無所適從的因素。例如，初中化學(xué)有一節(jié)是二氧化碳的實驗室制法。不少教師是這樣引入的：由于碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)能夠得到二氧化碳?xì)怏w，所以實驗室用它們來制備二氧化碳?xì)怏w或是進(jìn)行碳酸鈣與硫酸、鹽酸反應(yīng)的實驗，然后得出實驗室應(yīng)該用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)來制備二氧化碳。學(xué)生十分困惑。到這一章為止，學(xué)生知道的能夠得到二氧化碳的方法不下十種，為什么單單選擇這種制法。學(xué)生不知道其他制法到底有什么問題。如果教師能夠從得到二氧化碳的方法入手，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)可以生成二氧化碳的方法：１．人和動物的呼吸；２．堿式碳酸銅受熱分解；３．碳酸氫銨受熱分解；４．木碳與氧氣反應(yīng)；５．碳與空氣反應(yīng)；６．蠟燭燃燒；７．煤的燃燒；８．汽油的燃燒；９．碳與氧化銅反應(yīng)；１０．一氧化碳燃燒；１１．酒精燃燒；１２．甲烷燃燒；等等。這樣引入既自然，又能夠解決學(xué)生的疑問。然后引導(dǎo)分析作為實驗室制法的條件，學(xué)生逐一分析很容易得出為什么一定要用該方法來制備二氧化碳的理由。未來社會信息越來越多，獲取信息固然重要，但更重要的是學(xué)會判斷信息的價值，進(jìn)而選擇有效信息來解決問題，否則將被各種信息所淹沒。
�。ㄆ撸┈F(xiàn)代傳媒技術(shù)的充分應(yīng)用
當(dāng)今世界科技的日益發(fā)展，信息呈幾何級數(shù)增加。如何利用這些技術(shù)和資源的問題已經(jīng)擺到每一個人的面前。網(wǎng)絡(luò)、多媒體遠(yuǎn)程傳媒等技術(shù)的普及，為發(fā)展學(xué)生的能力提供了新舞臺�；瘜W(xué)實驗的概念也在擴(kuò)大，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到化學(xué)實驗領(lǐng)域。模擬化學(xué)實驗室、靈境技術(shù)在發(fā)展學(xué)生解決問題的能力上有著傳統(tǒng)手段不可比擬的優(yōu)勢。例如，隧道掃描顯微鏡的有關(guān)原子的照片本來就是在計算機(jī)上得到的，用其他手段來表現(xiàn)其效果遠(yuǎn)不如計算機(jī)上的效果；操作類型的實驗，用計算機(jī)來練習(xí)既方便又經(jīng)濟(jì)；利用計算機(jī)的靈境技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實、虛擬未來、虛擬科學(xué)家發(fā)現(xiàn)知識的各種環(huán)境，讓學(xué)生在這樣的環(huán)境中獲取知識、提高能力，將是實驗發(fā)展的一個重要方向。當(dāng)然，利用計算機(jī)來發(fā)展實驗?zāi)芰σ灿衅洳蛔阒�，計算機(jī)替代不了實際操作，在味覺、嗅覺等方面計算機(jī)還有較大的局限。但這絲毫不影響利用計算機(jī)與實驗結(jié)合來發(fā)展能力的優(yōu)勢。
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