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关键词：元素化合物实验；科学思维；教学功能 元素化合物知识是化学1模块教学内容的主要组成部分，也是中学化学的重要内容。相对于化学概念及原理，元素知识显得具体而感性，因此教材中安排了大量实验，希望教师能充分运用实验，帮助学生形成对物质性质的认识，增强学生观察和分析问题的能力。鉴于中学生的知识背景和课时限制，这些实验少数是探究性，大量是验证性的。目前的普遍现状是，对于验证性实验，教师即使不是照方抓药，也较多关注在如何改进做法及用量使现象更明显，如何改进实验装置以减少污染，如何强调实验规范使学生更能应对考试等。这已在某种程度上偏离了实验教学的方向。“一个化学实验，不论是演示实验还是教学实验，都可以归纳为作为实验对象的物质体系（若目的在于探究化学变化过程，也可以称作化学体系）；适当的仪器装置和必要的安全措施；合理的实验步骤和规范的操作技术。虽然三者不可或缺，但是从学科教育的角度来评价，应当认为它们的重要性是不等同的，而且是依次递减的。” [1] 笔者认为，元素知识部分安排的实验，固然有着使学生获得感性认识的重要功能，但更重要的它是科学教育的重要组成部分，伴随着科学实验的科学思维过程是更有教育价值的教学内容。科学教育要帮助学生形成的是理性思维。这种思维有着明确的思维方向，有充分的思维依据，能对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括。因此充分展示元素知识实验（即使是验证性实验）的思维过程，才能充分体现元素化合物实验的教学功能。 一. 对实验目的的思考是体现实验教学功能的前提。 人教版必修1第四章第四节中有浓硫酸和蔗糖制成“黑面包”的经典实验。怎么做这个实验取决于为什么要做这个实验。这是一个能综合体现浓硫酸的吸水性、脱水性和强氧化性的好实验。我们对比一下苏教版必修1提供的做法：取 2g蔗糖，放入大试管中，加入约5mL浓硫酸，迅速搅拌，然后塞上带玻璃导管的橡皮塞，将玻璃导管的另一端插入盛有品红溶液的试管中，观察实验现象。这么做显然更在意产物SO2的检验及减少对环境的污染。但从借助实验增强学生对浓硫酸的感性认识、培养学生观察分析能力来看，前者因为有明显的“上涨”现象而具有强烈的视觉冲击力。因此教师愿意做“黑面包”实验，而且愿意研究改进配方以期待课堂的演示效果更好。但学生能理解教师的这番良苦用心吗？有冲击力的实验现象能引发学生对浓硫酸性质的深入思考吗？教师能否将自已试验最佳效果的过程展示给学生？因为这原本就是伴随着科学思维的科学过程。 表1
通常的做法是只做实验2，因为照实验2的药品配方做有着最震撼的效果。但这试出来的好效果是不是弱化了这个实验的教学功能呢？看看对比做3个实验的教学效果：先做实验1，学生关注到的是浓硫酸的脱水性。再做实验2，学生关注到了浓硫酸的强氧化性——与碳反应产生大量气体，并开始思考2mL水的作用——这引发了学生对浓硫酸吸水性的关注。加上实验3，学生心领神会：这一切都是“浓”硫酸的性质而不是“稀”硫酸的性质！ 教师在课堂上演示元素性质的实验，不单单是为加深学生对物质性质的印象，更不是为展示自己的实验才艺，科学实验是培养学生思维的良好机会。从这个目的出发，我们才能将实验做得更具科学性。 二、应围绕实验提出符合理性思维的问题。 理性思维是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式，它的特点就是“有据有理”，充满逻辑性。在真实的实验现象的基础上进行逻辑分析，得出结论原本是科学学习的正常过程，而在如今应试气息浓郁的大环境下，学生有时会为迎合书本与老师说出缺乏独立思考的结论。教师在实验教学中应积极追问，引发学生思考。 如钠与水的反应，因太多的教辅都喜好将实验现象小结为“浮、熔、游、红、响”等几个字，学生往往不假思索地附和。但钠变成小球是易于观察到的现象，要描述为“熔成小球”便是要经过理性思维的。课堂上曾和学生有过这样的对话： 师：钠为什么会变成小球？ 生：因为它与水反应，外面的钠被消耗了，均匀地被消耗。 师：（演示）切一块钠的小方块投入水中，迅速成小球在水面游动。 生1：是尖角处消耗的多，所以最后被“削”成小球了。 生2：好象不是被“削”出来的，似乎特别圆而且光滑。 师：不是被“削”出来的话，会不会是自己“撑”出来的？荷叶上的露珠为什么是个小球？ 生1：表面张力……难道钠成液体了？ 生2：是成液体啦！我用手指捏它了，又热又粘！ （学生都戴着医用乳胶手套做实验。） 希望学生观察钠在水中“熔成小球”从而认识到钠的熔点低，这往往是教师的一厢情愿。通过肉眼看到那个银白色的小球，就知道是“熔”出来的，这是需要理性思维的。如果课堂上不顾学生的认知与思维，将“熔”字轻易端出，则没有充分发挥实验的教学功能。 再如，人教必修1第三章第二节实验3-10：“在2支试管里分别加入5mLFeCl2和5mLFeCl3溶液，各滴入几滴KSCN溶液，观察现象并记录。”含有Fe3+的溶液遇KSCN溶液时变成红色，这无需质疑，但正如教材中图3-19中照片所示，一是颜色红黑难辨，二是状态是沉淀还是溶液难以观察。如果在未能观察清楚的情况下将“显红色”一笔带过，这样的实验教学就显得草率。因此，实验后要追问：是红色吗？还是黑色？是沉淀吗？还是溶液？引发学生再次动手，稀释后观察。在已经探明了是红色溶液的基础上，教师还可再补充演示：用试管取2mLFeCl3溶液，然后全部倒掉，加2mL水于试管中后，观察到近乎无色的溶液（说明Fe3+浓度已很小。）再滴加KSCN溶液，得到鲜明的红色。这些问题和操作就是一种科学态度和科学方法、科学过程的展示，它比知道“Fe3+遇KSCN显红色”这一知识点更有教育价值。 三、将简单试管实验进行整合，更能体现科学思维。 山东科技版必修1中关于硝酸的性质安排了3个实验：1观察浓硝酸 1．实验1中着重引导学生对久置浓硝酸呈黄色的观察。结合浓硝酸的受热分解实验，感受到NO2气体是可以溶解于浓硝酸中的，因为本来在学生的认识中，NO2遇水则会反应，不太敢想象还有“溶有NO2呈黄色的水”。对这一实验现象的观察一是引起对浓硝酸易产生NO2这一特性的关注，二是为后面理解铜与浓硝酸反应得绿色溶液埋下伏笔。 2．实验2引导学生对浓硝酸反应渐变性的观察。如图1所示，插有细铜丝的滴管吸入少量浓硝酸，观察到：①绿色溶液从铜丝上漫延开来，②滴管内产生了红棕色气体，③气体积累到一定量后，将绿色溶液压出滴管，铜丝与溶液分离，反应停止。这3个现象是按先后顺序逐一发生的。配合这些观察，教师应有序地提问和进一步实验，促进学生的理性思考：①绿色溶液是什么？红棕色气体是什么？②硝酸铜溶液是绿色的吗？（展示硝酸铜晶体与硝酸铜溶液）③NO2气体为何能溶解在硝酸铜溶液中？（说明溶液中还存在大量未反应的硝酸，使得NO2很快溶解达到饱和，然后才会逸出，先见到绿色溶液再见到红棕色气体也说明了这一点。）④演示：挤出绿色溶液后，加水，得蓝色硝酸铜溶液。这个蓝色溶液中除了有硝酸铜还有什么？（还有稀硝酸。）⑤演示：将蓝色溶液重新吸入滴管。可观察到平缓反应，不断产生无色气体。这里，在对浓硝酸实验现象的分析思考过程中，自然引发了稀硝酸与铜的反应，并能清晰对比出产物的不同，反应剧烈程度的不同。更重要的是，这个将浓、稀硝酸与铜反应整合在一起的系列实验让学生看到了反应的动态变化过程，比起孤立地做更能展示出科学思维过程。 3．实验3的主要目的是希望观察到浓硝酸能使铁钝化。铁比铜活泼，铜都能与浓硝酸如此剧烈地反应，那铁与浓硝酸反应岂不该有更壮观的现象？这是学生的心理预期。因此如果能先将铁置于硫酸铜溶液中表面置换出铜，然后将其放入盛有浓硝酸的试管，便能很好地对比观察这两种金属与浓硝酸反应的不同了。表面的铜会迅速和浓硝酸反应，溶液出现绿色，一旦银白色的铁全部暴露出后，反应便嘎然而止，形成鲜明对比。这样组合的目的是为了和学生的前认知形成认知冲突，这种认知冲突会极大引发学生深入思考的兴趣，这便是形成新认知的起点。 因此，将简单试管实验进行整合，重要的是思维的整合，而不是仪器装置的整合。元素知识部分有大量的试管实验，需要观察的可能就是物质A与物质B的反应，无需复杂的装置和复杂的操作，教师可能会因为简单而疏于思考，未能更好体现实验的教学功能。 总之，科学实验是科学教育的重要组成部分，也是科学思维的重要来源。然而实验现象往往是显性的，“肉体之眼”可以观察，但科学思维是隐性的，真正有洞察力的观察需要的是“心灵之眼”，教师应当明确科学实验需始终与理性的科学思维相伴。 参考文献 ［1］宋心琦.化学实验教学问题［J］.中学化学教学参考，2011，（11）. |
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