中学化学实验教学中培养学生思维能力初探

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  【摘要】本文初步探讨了在中学化学实验教学中,怎样通过培养学生的发散思维、比较思维、分析思维、演绎思维、想象思维和批判思维,从而提高学生的各方面的能力。
  【关键词】化学实验教学;思维能力;培养
  化学是一门以实验为基础的科学。化学实验不仅传递给学生知识技能,同时为培养学生思维的自觉能动性创造了良好的条件和环境。每个实验从意念产生,设计过程到分析结果,都包含着各种思维的相互协作与配合。思维能力是我们在学习活动中能继承人类的知识,并能运用知识来解决学习中的各种问题的基础,倘若学生在实验过程中没有思维活动的参与,结果其能力发展也受到限制。因此,教师需将思维训练渗透进实验教学中,注重激发学生的主动思维和积极的情感活动,通过感知、感受、揣摩、联想、体会等心理过程,开发学生的思维,并在此基础上发展学生的创新能力、逻辑能力、质疑能力等综合能力。
  一、培養发散思维,提高学生的求异能力
  发散思维是指不依常规,寻求变异,对给出的材料、信息从不同角度,向不同方向,用不同方法或途径进行分析和解决问题的一种思维方式。发散思维的实质就是求异。求异是寻求事物现象的多样性,运用它可以发现新事物、新方法、新规律。它不受定势思维的束缚,让人们从不同的角度、方向寻求解决问题的方法和途径。培养学生的求异能力是课程改革的重要目标之一。因此在化学探究性实验中,教师可通过实验情境创设、实验方案的设计和选择等激发学生的发散思维,从而提高求异能力。
  案例1:以人教版选修4“测定化学反应速率”实验为例
  教师:现要通过实验测定反应Zn H2SO4=ZnSO4 H2↑的反应速率,可以有哪些方法?请设计简单的实验装置。
  (让学生分组讨论得出具体方案)
  学生:实验方案1测定一段时间内生成H2的体积;
  实验方案2测定溶液中一段时间内H 浓度的变化;
  实验方案3测量一段时间内锌粒质量的变化。
  教师:那种方法更简单易行呢?
  (讨论后一致认为方案1更简便易行)
  教师:请大家分析课本18页实验2-1,你认为该实验必须注意哪些关键的地方?如无针筒时,实验装置可以作怎样的改动?
  小结:实验必须注意1、检查装置的气密性,尤其是注射器的内外管;2、操作时动作要快,两个实验保持一致;3、用秒表计时会更加准确。如无针筒,气体收集可用以下排水量气装置代替:
  该实验方案的提出和实验装置的设计均体现了学生思维的求异性与多向性。由此可见,化学实验教学可提供学生广阔的思维空间,促使学生多角度考虑问题,从而培养学生的求异能力。
  二、培养比较思维,发展学生的逻辑能力
  逻辑能力是人通过概念、判断、推理、论证来理解和区分客观世界的能力。联合国教科文组织把发展学生逻辑能力作为一项重要的教育目标,发展逻辑能力对于认识和牢固掌握化学知识具有重要意义。而比较思维需要通过严密的逻辑性,进行事物之间相同或相似的对照与比较,从而明确掌握事物的某些特征或者原理的思维方式。因此,在化学实验中教师可通过培养比较思维来发展学生的逻辑能力。
  案例2:以“Na2SiO3具有阻燃作用” 实验为例
  教师:现有滤纸条、蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液,请设计实验证明Na2SiO3具有阻燃作用。
  (学生讨论,教师引导。在讨论时特别强调为什么要将其中的一条滤纸放入蒸馏水,这对结论有什么样的影响)
  教师小结:其中一个滤纸条放入蒸馏水组成空白对照实验组的目的是为了证明实验的严谨性与提高实验的可信度。空白对照实验可排除其他变量影响。经过空白对照实验,若浸有硅酸钠饱和溶液的滤纸条起到阻燃作用,我们可以确定起到阻燃作用的是硅酸钠。
  演示:取两个滤纸条,分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中,使之充分吸湿、浸透,取出稍沥干(不再滴液)后,同时分别放置在酒精灯外焰处。
  学生活动:根据现象思考并讨论后填写以下表格:
  滤纸条 放入蒸馏水 放入Na2SiO3 饱和溶液
  现象 蒸干后燃烧 蒸干后起泡,不易燃烧
  结论 Na2SiO3具有阻燃作用
  该实验空白对照组的设置就是为了让学生比较两组实验的异同,通过严密的思考,分析出影响实验的因素。由此可见,比较思维的培养对发展学生的逻辑能力很有帮助。
  三、培养分析思维,锻炼学生的辨析能力
  辨析能力就是对事物进行辨别与分析的能力。辨析能力中分析思维的运用至关重要。分析思维首先要“分”,包括分解、分离、分类等,之后才是以“析”研究各个部分的特性,以及彼此之间的关系。这也就是把整体分解为各个独立的部分而进行逐个研究的过程。分析思维对于学生辨析能力的提高具有重要意义。
  案例3:以人教版必修2“影响化学反应速率的条件”实验为例
  教师:我们知道,事物的变化发展是内因与外因共同作用的结果,化学反应也不例外。你认为有哪些外界因素可能会影响化学反应速率?
  学生讨论:温度、催化剂、浓度、压强、反应物的状态、固体颗粒的表面积……
  教师:为了验证这些因素是否对化学反应速率造成影响,我们可以通过实验来进行探究。下面我们就以双氧水的分解反应为例,通过实验探究温度、催化剂对化学反应速率的影响。
  学生活动:(1)阅读实验2-5和实验2-6,明确实验目的,思考为了达到实验目的,都采用了什么方法?要注意什么问题?(对比实验,注意控制变量);(2)你是采用什么定性观察法判断反应快慢的?(观察气泡产生的快慢)
  小组探究实验,记录实验现象,得出实验结论,填写课本第48页表格。
  【实验2-6】催化剂对化学反应速率的影响   教师:(1)在实验2-6中MnO2粉末和FeCl3溶液的作用是什么?
  (2)在实验2-6不加任何试剂的实验的目的是什么?
  学生:(1)在实验2-6中MnO2粉末和FeCl3溶液的作用是加快H2O2的分解速率。
  (2)在实验2-6不加任何试剂的实验的目的是空白对照实验
  【实验2-5】温度对化学反应速率的影响(学生填空)
  现 象 结 论
  热水中
  常温
  冷水中
  教师:上面的实验可以看出,催化剂、温度都可以影响化学反应速率,生活中和化学实验中人们还有很多措施调控反应速率。请大家思考P49《思考与交流》。
  学生:学生分小组讨论并回答。
  小结:从上面的实验和事例可以看出,温度、固体表面积、反应物的状态、溶液的浓度、催化剂等都可以影响化学反应的速率,人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。
  教师:催化剂在工业生产中的重要应用。生活中的催化剂你知道有哪些?催化剂有什么特点呢?请同学们阅读教材49-50页《科学视野》,让我们一起来认识神奇的催化剂吧。
  總结:总结本节课所学内容。
  在上述实验中,学生首先分析内因和外因两个主要影响因素。然后再对各个外界条件进行分析,最后逐个考察它们和化学反应速率之间的关系。整个过程中,分析思维的发挥与运用,对于辨析能力的培养具有重要意义。
  四、培养演绎思维、发展学生的推理能力
  推理能力在学习生活中占有重要位置,即运用逻辑推理活动进行思维的能力。它是学生智力发展的核心部分,也是个体创造力的基础。而演绎思维是一种重要推理形式,它是以一般的知识结论为前提来推导出个别事物的属性。简单地说就是由一般到个别,由抽象到具体的逻辑推理过程。因此在实验教学中,教师可通过演绎思维的训练来发展学生的推理能力。
  案例4:以人教版必修2“卤素单质间能发生置换反应”实验为例
  学生实验:将少量氯水分别加入盛有NaBr溶液和KI溶液的试管中,用力振荡后加入少量四氯化碳,振荡,静置。
  结论:氯气能把溴单质和碘单质置换出来。
  教师:这两个反应属于什么类型?
  学生:氧化还原反应。
  教师:该反应体现了氯气的什么性质?
  学生:氯气具有强氧化性,
  教师:具体如何?
  学生:氯气的氧化性强于溴和碘。
  教师:能否参考上述过程,利用氧化还原反应原理设计实验比较溴和碘单质的氧化性相对强弱呢?
  学生:将少量溴水加入盛有KI溶液的试管中,看溴能否把碘单质置换出来。
  教师:如何判断该反应有没有发生呢?
  学生:加入少量四氯化碳,振荡,静置。观察四氯化碳层颜色变化。
  学生依照氧化还原反应原理,进行演绎思维就能通过逻辑推理,推断溴能把碘单质从其化合物中置换出来,并设计实验检验。该过程对于发展学生的逻辑能力是很有意义的。
  五、培养联想思维,激发学生的想象能力
  想象能力是人们在头脑中对已有的事物的表象进行加工、创造新形象的能力。想象不是表象的简单再现,而是对表象的夸张、拓宽和升华,是对表象理想化的改造;它可以脱离现象,但却以现象为基础,想象具有直观性、形象性、整体性、概括性等特征。对许多化学实验都要拥有足够的想象能力才能获得成功。而联想作为想象的一个重要切入点,并深化想象。因此,培养学生的联想思维有助于激发学生的想象能力。在实验教学中,教师要挖掘实验教材,鼓励学生发挥联想思维,提高想象能力。
  案例5:以人教版高中“同分异构体”教学为例(本课采取模型实验法)
  教师:丁烷的分子式为C4H10,请同学们思考一下该分子中的四个碳原子有哪些连接方式,C4H10的结构唯一吗?请尝试把你认为可能的结构简式写出来。
  学生:可能写出的结构简式如下:
  教师:根据上述大家写出的结构简式,请大家判断分子式为C4H10的丁烷真的有上述五种不同的结构吗?
  (学生纷纷讨论,各抒己见)
  教师:请同学们用球棍模型组装上述结构,验证你们的猜想!
  在模型的制作中学生们发现丁烷有且只有两种结构。教师顺势引导学生得出“同分异构现象和同分异构体”的概念。
  通过用球棍模型对分子结构进行组装,学生从中深刻体会到碳碳单键是可以进行转、翻、折等操作的。对分子的空间构型有了更深刻的认识。在实验中,学生体验了运用联想思维、激发想象能力,最终强化了对烷烃立体构型的认识。
  六、培养批判思维,增进学生的质疑能力
  质疑是一种促使学生不断发现问题、提出问题,从而自主探究新知的学习过程。它提供了学习的无尽动力。因此,教师须重视对学生质疑能力的培养。而拥有良好的批判性思维对质疑能力的强弱具有决定性作用。批判性思维是指通过个体的主动思考,对所学知识的真实性、精确性、过程、理论、方法、背景、论据和评价等进行个人的判断,从而对做什么和相信什么作出合理决策的思维认知过程。这也是一个质疑的过程,从看似不可更改的事物中找出不合理因素提出疑问,敢于持批判的眼光去看待事物。因此,在实验教学中要引导和发挥学生批判性思维,对具体实验的原理、材料、方法等进行理性思考,从而提出质疑,再经过实践检验来改进与完善实验。
  案例6:以“探究氯气漂白性实验”为例
  (本节课前已经初步学习了氯气与水、氯气与碱的反应)
  演示:将湿润的红色纸条放入盛满氯气的集气瓶,盖好玻璃片。
  (片刻,红色纸条颜色逐渐褪去)
  教师:从上述实验可得出什么结论?
  学生:氯气具有漂白性
  教师:很好,这说明大家对漂白性的认识很深刻。有没有不同见解的?
  (学生讨论,结合学生的回答,可提示:集气瓶中除了氯气就只有纸条吗)
  学生:起漂白作用的应该是氯水。
  教师:氯水和氯气有什么不同?你如何证明起漂白作用的是氯水呢?
  学生:用干燥的红色纸条重新做一次实验。
  学生实验:将干燥的红色纸条放入盛满干燥氯气的集气瓶中,盖上玻璃片。观察现象。
  小结:通过两个实验的对比,很显然起漂白作用的不是Cl2分子。大家不能忽略了体系当中的水。当氯气遇到湿润的红色纸条迅速反应生成氢氯酸和次氯酸。对于起漂白作用的物质要结合反应原理Cl2 H2O=HCl HClO进行科学的探讨分析……
  上述案例通过对实验材料观察、分析来激发学生的批判性思维。分析发现实验关键环节——红色纸条是湿润的。湿润的氯气已经发生反应生成新的物质,对于这里面的水是不可忽略的因素。贸然得出“氯气具有漂白性”这一结论是不科学的。引导学生善于提出质疑,设计实验,通过进一步探究,验证起漂白作用的是不是氯气。如此围绕质疑,教师引导学生结合所学知识进一步探究,最终找出完善的验证方法。从而通过批判性思维的运用,提升了质疑能力。
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