北京師范大學附屬實驗中學/金從武
摘自：《課程.教材.教法》
一、培養學生的能力是素質教育的要求。
如何提高學生的化學能力，戴安邦先生曾經說過“化學實驗教學是實施全面化學教育的一種最有效的形式”。筆者認為，化學實驗是培養學生能力的重要渠道和最具有化學學科特色的方式。本文旨在運用理論的分析及豐富的事例探討如何在中學化學教學中通過實驗培養學生的能力。
如何通過化學實驗培養學生的能力，有兩個方面的含義：一是使學生學習科學知識所必需具備的能力得到提高；一是使學生在日常生活中能夠自覺地利用有關化學知識來解決實際問題的能力。
中學化學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展學生的能力各有側重，但都是本文“化學實驗”所指的范疇。如課堂實驗能夠高密度地圍繞化學知識點展開，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素質都得到充分發展；課外實驗的優點是時間充裕，能夠充分發揮每一個教育主體的自主性，做出較高質量的實驗，缺點是缺乏指導時會半途而廢。例如，濃硫酸與銅的反應，除了生成刺激性氣味的氣體外，通常還得到黑色固體物質。通過實驗討論黑色物質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。個人實驗能夠培養獨創精神；小組實驗則有利于協作精神的發展。應針對不同的能力發展目標和實驗內容采取不同的實驗形式。
二、如何通過實驗培養學生能力，關鍵在教師。
教師在教育觀念上重視學生能力的培養是解決該問題的首要條件，其次才是教育經驗、教育技術、教育方法的問題。
�。ㄒ唬┙處煈鹬貙W生，把學生當做教育的主體，而不僅僅是知識的接受體
�。保處煹淖饔檬侨绾螏椭�、引導每一位學生發展，與學生一起學習，而不是以榜樣自居，更不是學生的救世主。只有教師在思想上把自己與學生放在平等的位置上，教師才能夠具體了解學生的實際情況，體諒他們的難處，而不是規范、限制他們的發展，甚至一味地批評埋怨學生能力低。近幾年來，我發現越來越多的高中學生不會劃火柴。起初我以為是獨生子女問題的表現。后來經過走訪才知道，學生劃火柴的機會實在太少。大部分學生家里根本沒有火柴，可以說不少學生只有在化學實驗課上才有使用火柴的親身體驗。
�。玻處煵坏幏兜匮詡魃斫蹋�要講明道理，以理服人。新一代的年輕人是有理性的一代，他們的科學意識和民主意識較強。他們不盲從，因此命令只會使他們反感；他們更相信科學，自主意識較強，希望得到尊重。例如劃火柴，不少學生點燃酒精燈要用三四根火柴，有的學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。學生結合物理的杠桿原理等知識，通過討論、實驗，迅速掌握要領。教學生劃火柴事情雖小，但是我認為值得。因為通過這個實驗，不但使學生的動手能力有了提高，而且讓學生明白了理論聯系實際，不只是聯系工農業生產，其實對學生而言更應注意聯系自己身邊的具體事例。這樣學以致用才能落到實處。
（二）教師自身素質高，有較強的能力
從一定意義上說，教師的素質左右了學生素質的發展。很難想像一個故步自封、能力低下的教師能夠培養出具有創造能力的學生。要培養出有能力的學生，教師至少應該具備以下幾個要素。
�。保O熟教材。教師不但要科學完整地掌握中學化學教材的內容，熟悉教材的知識結構和編排體系，還應該明確各部分知識間的相互關系以及學生對各部分知識的難易反映。能夠依據教學內容，有針對性地選擇、設計符合學生發展規律的教學方法。中學化學是化學學習的起始階段，很多知識的學習、能力的發展不可能一步到位，需要循序漸進地螺旋式上升，對同一知識每一階段發展到什么程度的把握是一個十分重要的問題。同時應熟悉實驗，能夠把握課堂。通過實驗發展學生能力的主渠道在課堂，要在有限的時間內使每一位學生都得到發展，教師必須熟悉實驗的每一個環節，并盡量掌握各種可能出現的意外現象，盡量做到實驗的現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，學生往往會為此爭論不休。此時教師不能讓學生糾纏鋅板上是否有氣泡，也不應去解釋鋅板上產生氣泡的問題，而應強調銅板上有氫氣泡，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，更談不上突出教學重點。如果教師連實驗的現象都不能夠做到心中有數，如何能夠用實驗來培養學生的能力？
諳熟教材的另一層次的含義是盡可能地熟悉與中學化學相關學科的內容，尤其是物理、數學、生物等相關學科的知識體系及進度。
２．對實驗有正確的心態。教師對實驗的態度直接影響學生對實驗的看法。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，毫無疑問學生在做檢驗氫氣實驗時也會膽戰心驚。教師做實驗只是一味地“照方抓藥”，學生實驗時必然如此。
�。常陨砟芰^高。教師應該積極參加教育、教學科研。教師自身應是一個開放的系統，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化為自身知識能力體系的一部分，并恰當地運用到教育教學中。尤其要密切關注現代科技的發展和生活中的新知識、新科技，不斷更新自己的知識。教學中只有與學生學習、生活聯系緊密的化學實際，才能夠有效激發學生學習化學的興趣，提高學生的能力。例如，第一次講鋁熱反應，聯系實際講野外焊接鋼軌，盡管他們也知道該方法的優點，但大部分學生學習興趣不大。第二次再講鋁熱反應時，我聯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的高溫來熔斷大樓的沉重墻地基，從而實現定向爆破。不少學生對定向爆破十分感興趣，恍然大悟，原來鋁熱反應還有如此的用途。緊接著再讓學生討論鋁熱劑還有哪些用途。不少學生能夠從鋁熱反應的高溫，聯想到可以用來冶煉高熔點的金屬、野外焊接鋼軌等�？梢娭R離學生的遠近（時間和空間距離），直接影響學生學習該知識的興趣。
�。矗己玫纳鐣m應能力。能夠在較短的時間內與學生、家長、同事形成良好的人際關系。盡管這些關系不是培養學生成功的決定因素，但是至少是一個重要的因素。不少事例證明：有相當一部分學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，更談不上發展能力了。
�。ㄈ┙處煈匾晫W生能力的培養，而不僅僅是重視知識的傳授
知識是人類認識自然過程中一定階段上經驗的總結，因此知識在不斷地發展變化。隨著時間的推移，知識會蒙上時間的灰塵，原來認為是正確的知識就不那么正確了。因此，在傳授知識的同時，更應該傳授探求知識、認識真理的能力。例如，能夠復述氫氣燃燒火焰的顏色是淡藍色有多大意義？但是如果能仔細分析中學化學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，就會發現一個有意思的問題：在所有有關燃燒火焰的顏色敘述時，只強調玻璃中的鈉離子能夠干擾氫氣燃燒火焰的顏色，而不強調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，同樣得不到藍色火焰。也許學生會明白，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（不難發現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，發現問題、提出問題、猜想設計解決問題的思路、解決問題、實驗證明解決方案正確性的能力遠比記住知識本身重要得多。
（四）改驗證性實驗為探索性實驗
采用教師講授化學知識，然后通過實驗驗證其正確性，這種做法在學生的認識過程中有一定的局限性。如當教師先講二氧化碳比空氣重這個知識時，學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，讓學生觀察，然后提問學生，通過實驗可以得出二氧化碳的什么性質。這樣，二氧化碳比空氣重的性質是學生自己得出的，因此學生不會懷疑結論的正確性。盡管這只是順序的顛倒，但對學生發展能力的效果是截然不同的，從學生的角度看，學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造性，只是為了驗證所講知識的正確性，為了應付考試，那么教師有什么理由期望學生有較強的創造能力？化學實驗不能夠局限于驗證所講內容的正確性，而應該盡可能地模擬發現知識時的情景，讓學生通過自己的觀察、探索，分析實驗提供的素材，發現其中的知識、科學原理，進而內化為自身的素質。
（五）引入開放性實驗
必須正視人類認識的階段性、局限性和發展性。引入開放性實驗就是要明確目前的認識水平，這樣更有利于學生的發展。觀察磷在氯氣中燃燒的實驗讓學生得出生成物是煙還是霧的結論是極其困難的，教師硬塞，說這是白色的煙霧，學生難于接受。不如因勢利導調動學生的積極性，請學生設計實驗來證明到底是煙還是霧。
如同其他事物一樣，化學的發展是無止境的，而人類對化學問題的認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論，而在激發學生不斷地探索、追求的精神，在一定的條件下得到相對滿意的結論。這才是科學發展的規律。
（六）讓學生面對選擇，輔導學生學會選擇化學知識是豐富的，但又有其內在的有機聯系。
課本上每一節的內容有一定的獨立性，但是學生頭腦中的知識是相互聯系的，以多節點的網狀超媒體鏈結。學生學習新知識新技能時，新事物必然要與學生已有的知識體系發生作用，否則就是孤立的、僵死的、沒有生命力的、不可提取的。當學生面對一個具體的問題時，必然面臨多種選擇，代替學生選擇的做法盡管能夠節省寶貴的課堂時間，但是不客氣地說這對培養學生的能力是有害無益的。現在不少學生中存在這樣的現象，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生選擇的權力后，使得學生面對眾多選擇無所適從的因素。例如，初中化學有一節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能夠得到二氧化碳氣體，所以實驗室用它們來制備二氧化碳氣體或是進行碳酸鈣與硫酸、鹽酸反應的實驗，然后得出實驗室應該用碳酸鈣與鹽酸反應來制備二氧化碳。學生十分困惑。到這一章為止，學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，引導學生復習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；５．碳與空氣反應；６．蠟燭燃燒；７．煤的燃燒；８．汽油的燃燒；９．碳與氧化銅反應；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，又能夠解決學生的疑問。然后引導分析作為實驗室制法的條件，學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，但更重要的是學會判斷信息的價值，進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代傳媒技術的充分應用
當今世界科技的日益發展，信息呈幾何級數增加。如何利用這些技術和資源的問題已經擺到每一個人的面前。網絡、多媒體遠程傳媒等技術的普及，為發展學生的能力提供了新舞臺�；瘜W實驗的概念也在擴大，計算機技術已經滲透到化學實驗領域。模擬化學實驗室、靈境技術在發展學生解決問題的能力上有著傳統手段不可比擬的優勢。例如，隧道掃描顯微鏡的有關原子的照片本來就是在計算機上得到的，用其他手段來表現其效果遠不如計算機上的效果；操作類型的實驗，用計算機來練習既方便又經濟；利用計算機的靈境技術、網絡技術，虛擬現實、虛擬未來、虛擬科學家發現知識的各種環境，讓學生在這樣的環境中獲取知識、提高能力，將是實驗發展的一個重要方向。當然，利用計算機來發展實驗能力也有其不足之處，計算機替代不了實際操作，在味覺、嗅覺等方面計算機還有較大的局限。但這絲毫不影響利用計算機與實驗結合來發展能力的優勢。
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