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摘要：简析化学实验的本质和特征，分析实际实验教学中存在的问题，根据化学实验的本质和特征提出了化学实验的认识模型，阐述了基于认识模型的实验教学设计与实施促进学生建构起实验的认识思路和运用认识模型促进学生深刻理解知识、把握思想方法、形成基本观念的教学操作要求，概括了基于认识模型的实验教学特点及关键点，并以“燃烧条件的探究”“烧不坏的手绢”实验为例加以阐述。
关键词：化学实验;认识模型;主题内容结构;教学设计;燃烧条件
文章编号：1008-0546（2020）09-0011-03
中图分类号：C632.41
文献标识码：B
化学实验是研究物质及其变化的基本方法，是化学学科赖以形成和发展的基础。化学实验通常要根据实验目的和实验原理，实验实施者采用合适的实验用品，搭建所需的实验装置，在适当的实验条件下，经过一系列的实验操作流程，使实验对象发生改变，通过实验观察获得化学科学事实。不难发现，化学实验是综合学科知识、思想方法、基本实验技能等于一体的系统的、高阶思维发展的问题解决的过程。其教学对学生有三大发展点：（1）帮助学生形成化学实验的认识思路;（2）运用化学实验的认识思路促进化学知识和思想方法的理解;（3）应用化学实验获得的知识和思想方法解决化学问题。
在日常教学中，发现有些教师把化学实验当作事实性知识和技能性知识，对化学实验的价值和意义认识不足。过于注重实验结果，对实验过程中更富有价值的思路方法、思维方式却视而不见。对实验缺乏系统、深入的思考，忽视了化学实验内在思维方式的建构，造成学生对相关化学知识理解不深刻、学科思想方法领悟不到位，不同内容类型的实验没有实现整合，学生运用化学实验解决实际问题的能力不足。因此，通过分析化学实验构成要素、厘清内在逻辑关系，力图建构化学实验的认识模型，帮助学生掌握运用化学实验解决化学问题的一般思路方法，促进学生化学实验观的发展。
一、建立化学实验的认识模型
设计、进行一项实验，关键是如何依据研究目标、任务确立实验体系，选择适合的仪器装置、实验方法、技术，规范地操作并判定必要的安全措施，以获得正确的实验结果。上述对实验的基本认识形成了看待化学实验的实验观。也就是说，化学实验有一定的活动思路和流程，虽然研究的内容各异，方式途径各不相同，实验功能也各有侧重，但是统观整个实验过程，其构成要素如下：实验目的、实验原理、实验设计、实验开展、证据结论、反思评价。梳理化学实验要素之间的逻辑关系，将实验程序和内在思路整合起来，构建并提出化学实验的认识模型，如图1所示。
从化学实验的认识模型中，可以看出化学实验的价值不仅在于学科知识的获得，更有价值的是促进学生形成解决化学问题的一种基本途径、思维路径、思想方法和基本观念。为此，化学实验的教学设计要从外显的实验活动中，帮助学生揭示出内隐的思维方式，促进知识的理解和高阶思维的发展，实现知识的获得与学科思维发展的统一。由于实验的研究内容是物质的组成与结构、物质的性质与变化、物质的制备等。不同类型内容的实验有不同的实验研究思维路径，所用的化学知识、思想方法、思维方式也不一样，学习目标也就不同。基于学习目标和认识模型进行实验活动所关注的核心环节和思维活动也不相同。
二、基于认识模型的化学实验教学
如何通过化学实验的教学设计与实施促进学生建构起一般的实验认识模型？如何运用化学实验的认识模型来深刻理解知识、把握思想方法、形成基本观念？
下面以“燃烧条件的探究”“烧不坏的手绢”实验教学为例进行分析，探讨如何在教学中运用化学实验认识模型，促进学生的化学实验观发展。
1.主题内容结构化的整体理解
实验教学需融合实验内容和实验过程。化学实验观是方法类观念，可以通过深入挖掘具体实验的丰富内容与过程内涵来逐步达成。这就要求对“科学探究”的主题内容进行整体理解和把握。
“科学探究”主题内容的整体理解包括认识利用化学实验对物质及其变化进行科学探究的意义;学习化学实验的基本思路方法;结合实验活动，学习基本的实验技能和发展科学探究能力。换言之，增进对科学探究的理解、发展科学探究能力、学习基本的实验技能和完成基础的学生实验是化学实验的内容和目的具体要求。可见，基于化学实验的认识模型来建构结构化主题内容，并挖掘其丰富内涵需要教师进行系统思考。基于认识模型的“科学探究”主题的内容结构化关系如图2所示。
分析图2不难发现，“科学探究”主题的内容可以在化学实验的认识模型活动中得以实现和建构。而且，学生一旦建立起化学实验的认识模型，用认识模型来分析化学实验过程不仅能促进对课本实验的深度、简便的内化理解和把握，而且在实验学习中获得深度理解的认识模型会迁移应用到新的化学问题的发现和解决中，这就是一种实验素养得到很好发展的体现。
2.教学目标分析
之前，学生接触了一些有关物质燃烧的实验，对不同物质、不同氧气浓度的燃烧现象不同，氧气能助燃，有些物质的燃烧需要点燃等知识已有一定程度的认识。但没有上升到从化学反应规律性、条件性的视角来认识燃烧这一类特殊的化学反应。之后，要帮助学生认识完全燃烧、爆炸、防火灭火，以及化学方程式的书写、金属的化学性质、钢铁腐蚀条件的探究等内容。因此，该实验要帮助学生认识燃烧的特征受制于燃烧的条件，可以通过控制反应条件来合理利用化学反应，初步认识化学反应的条件性与规律性。同時要从认识思路视角帮助学生发展化学实验的认识模型中有意义的环节。
“燃烧条件的探究”“烧不坏的手绢”实验属于物质的性质与变化规律的研究内容。结合该主题内容的结构化关系、化学实验的认识模型以及课标要求来分析该实验功能，本实验需要达成如下教学目标：（1）通过实验探究从化学反应的规律视角概括燃烧需要三个条件，初步形成化学反应条件性的系统认识;（2）回顾已认识的燃烧反应，引导学生对燃烧的条件作出依据证据的猜想与假设，并对实验目的进行规范表述;帮助学生对实验目的进行分析，选择控制变量这一实验原理，并把这一原理应用于实验设计;通过实验开展，引导学生收集证据，依据证据获得结论。初步形成化学实验的认识模型并初步厘清各环节之间的逻辑关系，建构起化学实验的认识思路;（3）帮助学生基于控制变量思想进行实验设计和开展实验，促进学生进一步理解控制变量的思想方法;并形成“在一定条件下物质可以转化”的观点;（4）引导学生对“烧不坏的手绢”实验进行分析，巩固对燃烧条件的认识、认识不同物质的着火点存在差异;帮助学生运用认识模型来分析实验，增进学生对化学实验的认识思路及控制变量思想的理解;培育学生用化学实验的认识模型来解决与实验相关问题的能力。 3.教学过程设计
基于对实验教学目标的分析，结合化学实验的认识模型，为促进学生深刻理解认识模型的本质和意义，充分发挥化学实验的功能与价值，该实验的教学过程设计如下：
（1）创设问题情境引入探究问题
观看了刚才的视频，我们知道燃烧有时是“天使”，有时又是“魔鬼”。人们要控制燃烧就必须掌握燃烧的条件。
设计意图：让学生感悟燃烧的两面性，激发探究燃烧条件的学习需求。
（2）探究意义问题建构认识模型
问题1：结合你对有关燃烧的化学反应的已有认识，要使燃烧这类化学反应发生需要什么条件？请你作出猜想，并说明依据。
设计意图：结合学生已有认识，引导学生认识燃烧是一类特殊的化学反应，帮助学生从反应规律的视角进行分析，要对燃烧这类化学反应的发生作出猜想，就要从反应物及其反应条件进行分析，作出有依据的猜想。
问题2：根据你的猜想，如何表述实验目的？如何选择实验原理？如何依据原理进行实验设计？实验过程中观察到什么现象？依据现象得出什么结论？
设计意图：依据猜想，帮助学生初步建立起包括实验目的、实验原理、实验设计、实验开展、证据结论、反思评价的化学实验的认识模型及其各环节之间的逻辑关系，理解实验的思路方法。在教学设计环节引导学生进行交流、讨论、评价方案，促进学生深刻理解控制变量的思想方法，提高学生对实验的反思评价水平。在开展实验过程中遵循先易后难的原则，先证明燃烧需要氧气为突破口，帮助学生掌握控制变量的思想方法如何运用于实验设计，然后引导学生运用这一思想方法进行其它实验设计。
（3）运用认识模型解决实验问题
问题3：观察“烧不坏的手绢”实验，说说手绢“烧不坏”的原因是什么？这一实验可以用来探究燃烧的什么条件？其实验目的是什么？实验原理是什么？如何设计实验的？进行实验的关键操作是什么？依据实验现象可获得什么结论？
设计意图：巩固学生对燃烧条件的认识，让学生进一步认识不同物质的着火点有差异，诊断并评价对控制变量的思维方法及理解水平。引导学生从化学实验的认识模型出发，进一步分析该实验要素及其各要素间的关系，提升分析、解决问题的能力。对于学生的某些认识误区，可以引导学生设计实验进行探究，如设计将未经处理的布条进行灼烧，直接浸泡酒精的、轻轻拧干的布条进行点燃等补充实验。
三、总结与讨论
基于认识模型的化学实验教学就是从化学实验的认识模型出发，把具体的实验内容置于外显的认识模型之中进行实验教学设计。其实验目标不仅是获得结论性知识，更重要的是帮助学生通过化学实验掌握解决化学问题的学科思想方法，建构起运用化学实验的认识模型来分析、解决化学实验问题的思维程序。
化学实验的教学设计关键是对实验内容的研究與把握。基于认识模型的化学实验教学，一是教师要关注认识模型中各要素的发展规律，认识模型的各要素不是同步发展的，要基于“科学探究”主题的内容结构化关系、实验功能和学生的认识水平来分析、规划不同阶段需要发展关键要素的能力，最终实现认识模型中各要素的整体发展;二是在具体的化学实验教学中，不能仅仅关注化学实验的认识模型的六要素和事实性结论，教师应该进行系统深入的思考，从整体上思考该实验对学生的实验能力发展的价值和意义，更好地促进学生思维发展;三是不同类型内容的实验，解决问题的实验原理是不一样的，要提炼出一般思想方法，从而提升实验设计能力。
关键词：化学实验;认识模型;主题内容结构;教学设计;燃烧条件
文章编号：1008-0546（2020）09-0011-03
中图分类号：C632.41
文献标识码：B
化学实验是研究物质及其变化的基本方法，是化学学科赖以形成和发展的基础。化学实验通常要根据实验目的和实验原理，实验实施者采用合适的实验用品，搭建所需的实验装置，在适当的实验条件下，经过一系列的实验操作流程，使实验对象发生改变，通过实验观察获得化学科学事实。不难发现，化学实验是综合学科知识、思想方法、基本实验技能等于一体的系统的、高阶思维发展的问题解决的过程。其教学对学生有三大发展点：（1）帮助学生形成化学实验的认识思路;（2）运用化学实验的认识思路促进化学知识和思想方法的理解;（3）应用化学实验获得的知识和思想方法解决化学问题。
在日常教学中，发现有些教师把化学实验当作事实性知识和技能性知识，对化学实验的价值和意义认识不足。过于注重实验结果，对实验过程中更富有价值的思路方法、思维方式却视而不见。对实验缺乏系统、深入的思考，忽视了化学实验内在思维方式的建构，造成学生对相关化学知识理解不深刻、学科思想方法领悟不到位，不同内容类型的实验没有实现整合，学生运用化学实验解决实际问题的能力不足。因此，通过分析化学实验构成要素、厘清内在逻辑关系，力图建构化学实验的认识模型，帮助学生掌握运用化学实验解决化学问题的一般思路方法，促进学生化学实验观的发展。
一、建立化学实验的认识模型
设计、进行一项实验，关键是如何依据研究目标、任务确立实验体系，选择适合的仪器装置、实验方法、技术，规范地操作并判定必要的安全措施，以获得正确的实验结果。上述对实验的基本认识形成了看待化学实验的实验观。也就是说，化学实验有一定的活动思路和流程，虽然研究的内容各异，方式途径各不相同，实验功能也各有侧重，但是统观整个实验过程，其构成要素如下：实验目的、实验原理、实验设计、实验开展、证据结论、反思评价。梳理化学实验要素之间的逻辑关系，将实验程序和内在思路整合起来，构建并提出化学实验的认识模型，如图1所示。
从化学实验的认识模型中，可以看出化学实验的价值不仅在于学科知识的获得，更有价值的是促进学生形成解决化学问题的一种基本途径、思维路径、思想方法和基本观念。为此，化学实验的教学设计要从外显的实验活动中，帮助学生揭示出内隐的思维方式，促进知识的理解和高阶思维的发展，实现知识的获得与学科思维发展的统一。由于实验的研究内容是物质的组成与结构、物质的性质与变化、物质的制备等。不同类型内容的实验有不同的实验研究思维路径，所用的化学知识、思想方法、思维方式也不一样，学习目标也就不同。基于学习目标和认识模型进行实验活动所关注的核心环节和思维活动也不相同。
二、基于认识模型的化学实验教学
如何通过化学实验的教学设计与实施促进学生建构起一般的实验认识模型？如何运用化学实验的认识模型来深刻理解知识、把握思想方法、形成基本观念？
下面以“燃烧条件的探究”“烧不坏的手绢”实验教学为例进行分析，探讨如何在教学中运用化学实验认识模型，促进学生的化学实验观发展。
1.主题内容结构化的整体理解
实验教学需融合实验内容和实验过程。化学实验观是方法类观念，可以通过深入挖掘具体实验的丰富内容与过程内涵来逐步达成。这就要求对“科学探究”的主题内容进行整体理解和把握。
“科学探究”主题内容的整体理解包括认识利用化学实验对物质及其变化进行科学探究的意义;学习化学实验的基本思路方法;结合实验活动，学习基本的实验技能和发展科学探究能力。换言之，增进对科学探究的理解、发展科学探究能力、学习基本的实验技能和完成基础的学生实验是化学实验的内容和目的具体要求。可见，基于化学实验的认识模型来建构结构化主题内容，并挖掘其丰富内涵需要教师进行系统思考。基于认识模型的“科学探究”主题的内容结构化关系如图2所示。
分析图2不难发现，“科学探究”主题的内容可以在化学实验的认识模型活动中得以实现和建构。而且，学生一旦建立起化学实验的认识模型，用认识模型来分析化学实验过程不仅能促进对课本实验的深度、简便的内化理解和把握，而且在实验学习中获得深度理解的认识模型会迁移应用到新的化学问题的发现和解决中，这就是一种实验素养得到很好发展的体现。
2.教学目标分析
之前，学生接触了一些有关物质燃烧的实验，对不同物质、不同氧气浓度的燃烧现象不同，氧气能助燃，有些物质的燃烧需要点燃等知识已有一定程度的认识。但没有上升到从化学反应规律性、条件性的视角来认识燃烧这一类特殊的化学反应。之后，要帮助学生认识完全燃烧、爆炸、防火灭火，以及化学方程式的书写、金属的化学性质、钢铁腐蚀条件的探究等内容。因此，该实验要帮助学生认识燃烧的特征受制于燃烧的条件，可以通过控制反应条件来合理利用化学反应，初步认识化学反应的条件性与规律性。同時要从认识思路视角帮助学生发展化学实验的认识模型中有意义的环节。
“燃烧条件的探究”“烧不坏的手绢”实验属于物质的性质与变化规律的研究内容。结合该主题内容的结构化关系、化学实验的认识模型以及课标要求来分析该实验功能，本实验需要达成如下教学目标：（1）通过实验探究从化学反应的规律视角概括燃烧需要三个条件，初步形成化学反应条件性的系统认识;（2）回顾已认识的燃烧反应，引导学生对燃烧的条件作出依据证据的猜想与假设，并对实验目的进行规范表述;帮助学生对实验目的进行分析，选择控制变量这一实验原理，并把这一原理应用于实验设计;通过实验开展，引导学生收集证据，依据证据获得结论。初步形成化学实验的认识模型并初步厘清各环节之间的逻辑关系，建构起化学实验的认识思路;（3）帮助学生基于控制变量思想进行实验设计和开展实验，促进学生进一步理解控制变量的思想方法;并形成“在一定条件下物质可以转化”的观点;（4）引导学生对“烧不坏的手绢”实验进行分析，巩固对燃烧条件的认识、认识不同物质的着火点存在差异;帮助学生运用认识模型来分析实验，增进学生对化学实验的认识思路及控制变量思想的理解;培育学生用化学实验的认识模型来解决与实验相关问题的能力。 3.教学过程设计
基于对实验教学目标的分析，结合化学实验的认识模型，为促进学生深刻理解认识模型的本质和意义，充分发挥化学实验的功能与价值，该实验的教学过程设计如下：
（1）创设问题情境引入探究问题
观看了刚才的视频，我们知道燃烧有时是“天使”，有时又是“魔鬼”。人们要控制燃烧就必须掌握燃烧的条件。
设计意图：让学生感悟燃烧的两面性，激发探究燃烧条件的学习需求。
（2）探究意义问题建构认识模型
问题1：结合你对有关燃烧的化学反应的已有认识，要使燃烧这类化学反应发生需要什么条件？请你作出猜想，并说明依据。
设计意图：结合学生已有认识，引导学生认识燃烧是一类特殊的化学反应，帮助学生从反应规律的视角进行分析，要对燃烧这类化学反应的发生作出猜想，就要从反应物及其反应条件进行分析，作出有依据的猜想。
问题2：根据你的猜想，如何表述实验目的？如何选择实验原理？如何依据原理进行实验设计？实验过程中观察到什么现象？依据现象得出什么结论？
设计意图：依据猜想，帮助学生初步建立起包括实验目的、实验原理、实验设计、实验开展、证据结论、反思评价的化学实验的认识模型及其各环节之间的逻辑关系，理解实验的思路方法。在教学设计环节引导学生进行交流、讨论、评价方案，促进学生深刻理解控制变量的思想方法，提高学生对实验的反思评价水平。在开展实验过程中遵循先易后难的原则，先证明燃烧需要氧气为突破口，帮助学生掌握控制变量的思想方法如何运用于实验设计，然后引导学生运用这一思想方法进行其它实验设计。
（3）运用认识模型解决实验问题
问题3：观察“烧不坏的手绢”实验，说说手绢“烧不坏”的原因是什么？这一实验可以用来探究燃烧的什么条件？其实验目的是什么？实验原理是什么？如何设计实验的？进行实验的关键操作是什么？依据实验现象可获得什么结论？
设计意图：巩固学生对燃烧条件的认识，让学生进一步认识不同物质的着火点有差异，诊断并评价对控制变量的思维方法及理解水平。引导学生从化学实验的认识模型出发，进一步分析该实验要素及其各要素间的关系，提升分析、解决问题的能力。对于学生的某些认识误区，可以引导学生设计实验进行探究，如设计将未经处理的布条进行灼烧，直接浸泡酒精的、轻轻拧干的布条进行点燃等补充实验。
三、总结与讨论
基于认识模型的化学实验教学就是从化学实验的认识模型出发，把具体的实验内容置于外显的认识模型之中进行实验教学设计。其实验目标不仅是获得结论性知识，更重要的是帮助学生通过化学实验掌握解决化学问题的学科思想方法，建构起运用化学实验的认识模型来分析、解决化学实验问题的思维程序。
化学实验的教学设计关键是对实验内容的研究與把握。基于认识模型的化学实验教学，一是教师要关注认识模型中各要素的发展规律，认识模型的各要素不是同步发展的，要基于“科学探究”主题的内容结构化关系、实验功能和学生的认识水平来分析、规划不同阶段需要发展关键要素的能力，最终实现认识模型中各要素的整体发展;二是在具体的化学实验教学中，不能仅仅关注化学实验的认识模型的六要素和事实性结论，教师应该进行系统深入的思考，从整体上思考该实验对学生的实验能力发展的价值和意义，更好地促进学生思维发展;三是不同类型内容的实验，解决问题的实验原理是不一样的，要提炼出一般思想方法，从而提升实验设计能力。