張克龍

摘要 理解實(shí)驗(yàn)探究精神的本義要求學(xué)生從“玩化學(xué)”的角度接納化學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究精神的原態(tài)思維要求釋放學(xué)生的創(chuàng)造潛力，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究精神的核心學(xué)力要求學(xué)生形成研究問題的學(xué)術(shù)思路，建構(gòu)實(shí)驗(yàn)探究精神的生活趣理則是化學(xué)科學(xué)社會(huì)價(jià)值的延伸，圍繞這四個(gè)方面層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣地設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，能更好培育學(xué)生的探究精神。

關(guān)鍵詞 探究精神 原態(tài)思維 核心學(xué)力 生活趣理

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究精神是指在科學(xué)認(rèn)識(shí)論的指導(dǎo)下，以實(shí)驗(yàn)為手段學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的具有穩(wěn)定、持久的心智活動(dòng)和情緒狀態(tài)。筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)探究精神進(jìn)行解讀和培育，使之成為學(xué)生修習(xí)化學(xué)的物化媒介，真正通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究培育學(xué)生的探究精神。

一、在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中解讀探究精神的本義

化學(xué)科學(xué)誕生于人們的生產(chǎn)生活實(shí)踐，“點(diǎn)石成金”“長(zhǎng)生不老”的訴求反映了人類追求健康和財(cái)富的天性，這也是化學(xué)科學(xué)發(fā)展的社會(huì)心理原動(dòng)力，歐洲煉金術(shù)和中國煉丹術(shù)因而推動(dòng)化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的傳播?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是人類追求真理、改造自然的天性行為，經(jīng)歷了從散亂到控制、從粗糙到精確、從低級(jí)到高級(jí)的文化變遷。

[課例1]講授蘇教版《化學(xué)1》“氯氣生產(chǎn)原理”，很多教師先講授氯氣工業(yè)制法，然后過渡：“好，下面我們學(xué)習(xí)氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法?！倍P者講完氯氣的工業(yè)制法后提了兩個(gè)問題：①電解食鹽水能否用于實(shí)驗(yàn)室制氯氣？②1774年瑞典化學(xué)家舍勒在實(shí)驗(yàn)室能否用電解食鹽水制氯氣？學(xué)生議論紛紛，師生討論后形成共識(shí)：現(xiàn)代氯堿工業(yè)是為了獲得重要化工原料C12和NaOH，當(dāng)然可以用于實(shí)驗(yàn)室制少量C12；在沒有電的背景下（1774年人類還沒有發(fā)電機(jī)，1831年法拉第制造第一臺(tái)發(fā)電機(jī)標(biāo)志進(jìn)入電時(shí)代），人們只能試探性地用化學(xué)物質(zhì)氧化含氯物質(zhì)制氯氣。這兩個(gè)問題啟發(fā)學(xué)生從社會(huì)技術(shù)條件辨析工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室制備物質(zhì)的區(qū)別，這使單純的知識(shí)教學(xué)充滿厚重的歷史味。

后續(xù)評(píng)說再介紹：大氣、海洋、土壤是生活中最常見事物，它們也是化學(xué)家最早“玩”的對(duì)象，化學(xué)家玩“土（礦物）”產(chǎn)生了水煮、酸浸、堿熔、研磨、焙燒、過濾等實(shí)驗(yàn)操作，還發(fā)現(xiàn)了許多新的物質(zhì)性質(zhì)；舍勒就把他家附近礦石（軟錳礦）和鹽酸放在一起煮出“黃綠色氣體”（當(dāng)時(shí)稱之為海酸減燃素或氧化鹽酸）；戴維則利用電解裝置證明氯元素（氯單質(zhì)），氯氣的無意識(shí)制備和有目的確認(rèn)過程推動(dòng)了元素和化合物概念的發(fā)展。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究精神的本義就是“玩”東西，這種觀點(diǎn)令學(xué)生感到親切而欣喜，學(xué)生會(huì)想：“我可以玩身邊什么東西，會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？”“玩中學(xué)”對(duì)學(xué)生產(chǎn)生有意味的“文化影響”，有助于學(xué)生形成正確的化學(xué)史觀——化學(xué)學(xué)科是一種人類努力，其所扮演的角色和化學(xué)觀念是隨時(shí)間而發(fā)展的，是以解決社會(huì)生活問題為己任而產(chǎn)生的。理性的實(shí)驗(yàn)探究技術(shù)被賦予社會(huì)共同文化內(nèi)涵，凸顯了人的個(gè)性精神，這種實(shí)驗(yàn)觀將深刻影響學(xué)生的認(rèn)知行為。

二、在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)探究精神的原態(tài)思維

培育化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究精神應(yīng)大力培養(yǎng)學(xué)生的原態(tài)思維。原態(tài)思維是指在沒有外界植入觀點(diǎn)的影響下，人們思考問題的最初方向和原始軌跡，原態(tài)思維是最具個(gè)性創(chuàng)造力和價(jià)值的思維形態(tài)，是衡量個(gè)體探究精神的重要指標(biāo)。

[課例2]蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》專題四第一單元介紹鹵代烴的取代反應(yīng)，教材直接安排“溴丙烷與KOH的水溶液反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)，理論依據(jù)是伯鹵代烴與堿的水溶液發(fā)生SN2反應(yīng)，演示難度不大，但顯得突兀而生硬。學(xué)生心中有疑惑：怎么就想到做這個(gè)實(shí)驗(yàn)？教師可這樣組織教學(xué)，師問：“丙烷能與水反應(yīng)嗎？為什么？”生答：“不能，因烷烴性質(zhì)穩(wěn)定?！睅熝a(bǔ)充信息：“碳和氫的電負(fù)性差別小，C-C鍵、C-H鍵能相差不大，烷烴分子中電子分布均勻，不易與酸堿氧化劑反應(yīng)；當(dāng)H原子被Br取代后，C-Br鍵極性增強(qiáng)，外加試劑影響C-Br斷鍵生成Br-，你想找什么試劑破壞C-Br鍵？如何檢驗(yàn)Br-？學(xué)生議論紛紛：“常見試劑有水、酸、堿，用它們?cè)囋嚕坑孟跛?、硝酸銀檢驗(yàn)Br-?！庇谑菍W(xué)生有了如下探究：

實(shí)驗(yàn)①取lmLl一溴丙烷于試管，加入2mLH20振蕩，取半滴管水層液加硝酸酸化的硝酸銀，無現(xiàn)象。結(jié)論：H20分子不能破壞C-Br鍵。

實(shí)驗(yàn)②取lmLl一溴丙烷于試管，加入2mL20%KOH振蕩，取半滴管水層液，加入硝酸銀，有棕褐色沉淀生成。結(jié)論：生成Ag20沉淀，KOH不能破壞C-Br鍵。

實(shí)驗(yàn)③取lmLl一溴丙烷于試管，加入2mL20%KOH振蕩，取半滴管水層液，加入足量稀硝酸和硝酸銀，有淡黃色沉淀！結(jié)論：KOH破壞C-Br鍵，生成Br-！

實(shí)驗(yàn)④向?qū)嶒?yàn)②棕褐色的物質(zhì)再加入足量的稀硝酸，黑色消失，可見淡黃色沉淀。結(jié)論：KOH破壞C-Br鍵，生成Br-；說明Ag20能與稀硝酸反應(yīng)。

師再問：“如何增加AgBr的量使現(xiàn)象更明顯？”學(xué)生想到加熱，但1-溴丙烷易揮發(fā)（沸點(diǎn)），有學(xué)生想到用水浴加熱控制溫度（低于1-溴丙烷沸點(diǎn)72℃），再接冷凝管平衡氣壓防揮發(fā)。

師追問：如何從斷鍵部位理解1一溴丙烷生成Br-，鹵代烴水解反應(yīng)實(shí)質(zhì)是什么？

學(xué)生總結(jié)鹵代烴水解反應(yīng)實(shí)質(zhì)（負(fù)性基團(tuán)取代Br-），書寫出新方程式：CH3CH3Br+NaCN-；CH3I+CH3COONa-*，完成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的意義建構(gòu)。

培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究精神的原態(tài)思維要解放學(xué)生思想，鼓勵(lì)學(xué)生敢想、會(huì)想、敢批判、會(huì)反思，眼界開放程度越大，思維碰撞得越劇烈，知識(shí)理解就越透徹。上述實(shí)驗(yàn)探究過程豐富學(xué)生認(rèn)知：H20中c（OH-）很小，不能與1一溴丙烷發(fā)生取代，用KOH試劑、水浴加熱加快反應(yīng)速率；③④實(shí)驗(yàn)說明用水解法檢驗(yàn)鹵代烴的鹵元素，稀硝酸最好先加，也可后加，但不能不加；改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置更嚴(yán)密更環(huán)保，這些認(rèn)知高于教材觀點(diǎn)。

培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究精神的原態(tài)思維要引導(dǎo)學(xué)生嘗試像科學(xué)家一樣思考：為什么想這個(gè)問題？怎么想到這個(gè)問題？如何解釋反常現(xiàn)象？怎樣優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置？學(xué)生用原態(tài)思維分析問題，用接近科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)心理重演知識(shí)的“動(dòng)態(tài)”進(jìn)化史，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)接受到主動(dòng)探究的精神嬗變，有利于學(xué)習(xí)素養(yǎng)的提高和創(chuàng)造精神的形成。

三、在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)展探究精神的核心學(xué)力

隸屬于自然學(xué)科群的化學(xué)科學(xué)承擔(dān)培養(yǎng)學(xué)力的職責(zé)。培育化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究精神應(yīng)該提高學(xué)生的核心學(xué)習(xí)能力，其一般步驟為：發(fā)現(xiàn)問題-文獻(xiàn)調(diào)研-設(shè)計(jì)方案-解決問題。

[課例3]如何制備白色Fe（OH）：一直是教學(xué)的難點(diǎn)，它的教學(xué)價(jià)值很大，筆者在一次化學(xué)興趣活動(dòng)課中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。

[發(fā)現(xiàn)問題]學(xué)生取新配制的1mol/LFeS04和Imol/LNaOH混合，立即出現(xiàn)灰綠色沉淀，久置變成紅褐色。教師提示，制備Fe（OH）：的要點(diǎn)是排除溶解氧，防止Fe2～被氧化，學(xué)生重新用煮沸蒸餾水新配制NaOH溶液，用過量鐵粉與稀硫酸反應(yīng)制備FeS04，采取圖1裝置反應(yīng)，仍然得到灰綠色沉淀。

[文獻(xiàn)調(diào)研]學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，互相討論，演示圖2、圖3裝置發(fā)現(xiàn)：圖2很難將A中的溶液壓入B中反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)操作失??；圖3電解時(shí)間長(zhǎng)還是出現(xiàn)了灰綠色沉淀。

[設(shè)計(jì)方案]學(xué)生很疑惑，圖1、圖2、圖3都是制備Fe（OH）2的經(jīng)典裝置，為何實(shí)驗(yàn)還是失??？實(shí)驗(yàn)中一定生成了Fe（OH）2，溶液中的氧氣含量不多，F(xiàn)e（OH）2不可能迅速、全部被氧化，它去哪兒了？一個(gè)學(xué)過美術(shù)的同學(xué)提出新想法，灰綠色沉淀可能含有Fe（OH）2，白色被掩蔽了？于是學(xué)生將圖1灰綠色沉淀傾析出，置于50℃水浴加熱，灰綠色沉淀竟然變成白色沉淀！驚喜之余，師生討論認(rèn)為，氫氧化亞鐵在溶液里形成膠體，膠粒表面積巨大，吸附Fe2+呈灰綠色，加熱Fe（OH）2膠體吸附能力減弱釋放Fe2+顯示白色。若此推理成立，那么減少Fe2+能生成白色Fe（OH）2。學(xué)生采取圖1裝置，向新配制5ml、4mol/LNaOH溶液加入2mL、lmol/LFeSO4溶液，果然得到白色沉淀。

[解決問題]NaOH過量，用常規(guī)儀器“滴管加試管”就可成功制白色Fe（OH）2。

發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究精神的核心學(xué)力要培養(yǎng)學(xué)生改變認(rèn)知的精神，改變從批判開始，批判在實(shí)踐中完善，學(xué)生實(shí)踐發(fā)現(xiàn)經(jīng)典制備Fe（OH）2裝置的缺點(diǎn)，依靠收斂思維改變研究方向——尋找Fe（OH）2，實(shí)驗(yàn)輕易成功。學(xué)生又發(fā)揮發(fā)散思維的魅力，設(shè)計(jì)制備Fe（H）2的簡(jiǎn)單方法，解決困擾教學(xué)已久的疑難。

發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究精神的核心學(xué)力要培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)研究的方式：做做實(shí)驗(yàn)，看看實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?？調(diào)研文獻(xiàn)，學(xué)學(xué)別人是如何研究的？改變方向，查查實(shí)驗(yàn)癥結(jié)在哪里？分享觀點(diǎn)，聽聽同伴有何建議？這種研究事物的核心能力一旦形成，將使學(xué)生分析問題具有歷史的厚重感和現(xiàn)實(shí)的變革性，發(fā)現(xiàn)解決問題的新思路。

四、在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中建構(gòu)探究精神的生活趣理

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)可采用模型建構(gòu)的思路，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用化學(xué)視角和實(shí)驗(yàn)手段分析生活問題，挖掘出有情趣的生活現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的化學(xué)知識(shí)，為社會(huì)的和諧發(fā)展和人的健康生活提供科學(xué)證據(jù)和決策依據(jù)，這是培育實(shí)驗(yàn)探究精神的生活維度。

[課例4]筆者曾開設(shè)公開課“吃菠菜補(bǔ)鐵，這是真的嗎”，展示化學(xué)科學(xué)的生活之美。

[問題引入]動(dòng)畫片《大力水手》中大力水手吃菠菜補(bǔ)充力氣，百姓餐桌中流傳是菠菜補(bǔ)鐵，這是真的嗎？

[片段一：如何檢測(cè)菠菜中的鐵元素？]學(xué)生設(shè)計(jì)方案，分組實(shí)驗(yàn)。

（1）水煮檢驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加水煮沸菠菜，取濾液檢驗(yàn)Fe2～失敗，原因可能是新鮮菠菜中含有大量葉綠素等，加熱煮沸對(duì)有機(jī)色素破壞不徹底，有色物質(zhì)影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（2）灼燒檢驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，灼燒菠菜，將灰燼溶于水煮沸，取濾液檢驗(yàn)Fe2+，現(xiàn)象稍好于水煮沸法，原因可能是高溫灼燒能破壞菠菜中的有機(jī)物，但Fe2+浸出率不高。

（3）灼燒一酸浸檢驗(yàn)法：學(xué)生檢索文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，菠菜中鐵元素是以草酸亞鐵存在，草酸亞鐵的溶解度是0.022g/100g，于是再做實(shí)驗(yàn)。稱取30g晾曬菠菜，灼燒成灰燼，用25mL2mol/L的稀硫酸浸泡灰燼，加熱煮沸1分鐘，取2mL無色濾液加入1滴管6%H202、5滴KSCN溶液，溶液顯紅色！結(jié)論：灼燒一酸浸法是菠菜中鐵元素的理想方法。

[片段二：如何測(cè)定菠菜鐵元素含量？]

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：向處理液中加足量NaOH，測(cè)Fe（OH）：質(zhì)量？向處理液中加足量NaOH，過濾灼燒，測(cè)Fe2O3質(zhì)量？用滴定法、比色法測(cè)定鐵含量？學(xué)生測(cè)定發(fā)現(xiàn)，只有精確度高的滴定法、比色法較合理，測(cè)出100g菠菜含鐵元素約2mg，與文獻(xiàn)介紹的數(shù)值相近。

[片段三：如何科學(xué)食用菠菜補(bǔ)鐵？]

成人需要鐵元素20mg/天，100g菠菜含鐵元素是2mg，人體對(duì)鐵的吸收率0.05，計(jì)算成人一天需吃50斤菠菜才能足夠補(bǔ)鐵！醫(yī)生建議：菠菜中含有豐富營養(yǎng)物質(zhì)，含鐵質(zhì)對(duì)缺鐵性貧血有治療作用，但菠菜中草酸含量高，一次食用不宜過多，腎結(jié)石患者不宜多食。

[片段四：生活問題“化學(xué)化”模型建構(gòu)]

師生建構(gòu)“生活問題”的化學(xué)分析模型：發(fā)現(xiàn)生活問題-分析物質(zhì)形態(tài)-預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)-處理材質(zhì)（焙燒、酸浸、堿熔）-檢測(cè)元素含量-鞏固化學(xué)思想、建構(gòu)健康生活觀。

提高學(xué)生的“生存能力”是學(xué)科教學(xué)的終極目標(biāo)。建構(gòu)“實(shí)驗(yàn)探究”精神的生活趣理要求能夠?qū)W以致用、學(xué)能善用：“從生活走進(jìn)化學(xué)”要求實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)善于發(fā)現(xiàn)生活中的有趣現(xiàn)象，用化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)手段分析問題，鞏固學(xué)科知識(shí)；“從課堂走向社會(huì)”要求實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)應(yīng)用化學(xué)學(xué)科知識(shí)指導(dǎo)社會(huì)實(shí)踐，提高生活能力；生活與化學(xué)有機(jī)融合，充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的“有趣、有理”的特點(diǎn)。

基于培育化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究精神的教學(xué)是從文化傳承、科學(xué)探究和生活素養(yǎng)的云端設(shè)計(jì)課堂，所以我們會(huì)收獲更持久的學(xué)科教學(xué)價(jià)值、更深遠(yuǎn)的學(xué)科審美價(jià)值，也會(huì)培養(yǎng)出更多的既有人文情懷，又有科學(xué)素養(yǎng)，還有生活理趣的社會(huì)公民。

[責(zé)任編輯 郭振玲]