化学深度实验的教学探索
一、缘起：由“兴趣”引起的思考
初中化学教师或许熟悉类似的经历：新学期开始，由于教材安排了大量的学生实验，前两周的化学课几乎都在实验室中度过，学生表现出了强烈的兴趣。在教师的指导下，学生好像掌握了所教的实验内容，但是又好像不会思考，只会按部就班进行实验，对实验的意义所知甚少。到了讲授物质构成的奥秘等理论部分时，很多学生觉得索然无味，畏难情绪开始生长，期中考试以后，更是两极分化开始。
思考一：学生对化学的兴趣是真是伪？
化学属于自然科学，通过几节课引起学生的兴趣还是比较简单的，特别是刚接触化学，只要几个简单的小实验就能让学生兴趣盎然，但是为什么学生的兴趣不能长久地保持下去？为什么会出现这样的情况？兴趣的消失是因为实验教学内容设计得不合理导致丧失信心？还是因为过多的肤浅体验最终导致了兴趣丧失？
思考二：教师对实验本身的内涵与功能理解是否到位？
尽管教材是对课程标准的一次再创造、再组织，教材编写也必须依据课程标准，但是你领会了教材的编排意图吗？对于教材中所选的实验内容尤其是那些经典实验，教师是否掌握其来龙去脉？我们在避免“教教材”的同时，是否注意到了又出现一种“去教材化”倾向？是不是认为教材是可有可无的教学资源，索性不研究教材，把过去的“以本为本”改为完全脱离教材，从一个极端走向另一个极端？我们认识到中学化学实验最主要的功能就是“让学生通过实验学习化学”了吗？
思考三：教学过程中除了考点，还应该让学生经历什么？
在实验教学中，我们除了考点，是否注重了科学思想、科学方法的教育？在一些重要的实验中我们能不能让学生重温科学家当年研究的历程？学生能否体验前人的经历、思想，学会科学的思维方法，在主动探求中掌握知识的重点？
在这些思考的背后，隐藏着同样的问题：我们如何理解实验教学的功能？如何通过合理的设计、恰当的体验让学生通过实验来学习化学？是否可以更纯粹地去探究化学，仅仅是为了获得思考的快乐、思维的提升？
《教育解释学》给出了部分启示：师生都应该是理解者。教师应该理解教材，理解实验，理解学生。由诊断者变为研究者，由知识管理者成为经验建构者，由技术行动者成为实践智慧拥有者。学生则应该通过实验去理解化学，从“空的容器”到具有不同经验的拥有者，从经验拥有者到经验建构者[1]，这就是深度实验该有的理解。
二、思索：深度实验的教学意蕴
把深度实验放在深度教学视阈下进行解释，它至少包含三个方面的意思。
（一）深度实验是关于理解深度的解释
深度理解是基于对实验的价值的认识。化学作为一门自然科学，实验教学是其进行教学的重要手段，是训练实验技能和培养科学素养的必要方法，是养成良好心理品质的重要途径，是化学学科教学内容的一个重要组成部分，它就是学生要学、教师要教的基本内容。化学实验是化学教学中概念、规律教学必不可少的基础。化学实验还是实现化学教学课程目标的基本方法。它是搞好教学的重要基础，学生通过实验进行体验，从而掌握化学知识，获得科学研究的方法，感悟其背后蕴藏的科学思想，培养学生的思维能力，发展其思维，让思维成为学生人格发育不可或缺的部分，从而促进人的完善。
只有在这种认识的牵引下，我们才能真正清楚“深度实验”意味着什么，“深度”在何处。所以作为一名化学教师，就必须认真研究，深入理解实验，尤其是经典实验。只有充分理解了每一个实验，在进行实验教学的时候，才会有的放矢，游刃有余，才会把学生引向科学的大门，否则，我们只会浮于表面只关注考点而忽视人的发展。
（二）深度实验是关于实验深度的解释
玻利亚说：“在教一个科学的分支（或一个理论、一个概念）时，我们应让孩子重蹈人类思想发展中那些最关键的步子。当然我们不应该让他们重蹈过去的无数个错误，而仅仅是重蹈关键性步子。”作为一名化学教师，在进行实验教学时，我们首先要做的，就是弄明白每一个实验的关键步子在哪里，深度理解实验所蕴含的价值，其次才是思考如何让学生重新走好这些关键的步子，最后让学生深度体验这一实验。这就是深度教学视阈下对实验教学的解释。即便是演示实验，也能说明这一问题。
例如，讲授二氧化锰是加热分解氯酸钾的催化剂时，老师演示实验，将氯酸钾和二氧化锰的混合物装入试管加热，学生观察发生的现象……过了几分钟，老师象征性地询问学生：你们发现了什么？学生说看到有气泡冒出，老师用带火星的木条检验，木条复燃，然后直接告诉学生“氯酸钾加热会生成氧气，向过氧化氢溶液分解一样，其中二氧化锰是催化剂”，然后写出反应的文字表达式，其实许多学生还没有明白为什么不是二氧化锰产生氧气，有的同学甚至认为二氧化锰就是专门的催化剂，催化剂就是二氧化锰，他们都没有得到真正的理解[2]。
学习建立都源自体验，体验是学生学习的权利。但在课堂上，有时并不是这样。在上述案例中，教师没有给学生留下获得体验的时间、空间和权利。之所以只是快速带过实验，原因就在于他更看重的是“传授知识、强调结果”。他以完成教学任务为目标，没有让学生体验实验的快乐，也就无法让学生发现惊奇的现象，并最终激发学生热爱化学的情感。因为学生没有体验，更谈不上深度实验，没有对所学知识进行加工，所以深度学习在这里没有发生。这一实验的关键步子在哪里？其实就是二氧化锰能改变氯酸钾分解的速度。在深度理解这一概念的基础上，在设计实验时，只需要在做这个实验的同时在旁边做一个直接加热氯酸钾的实验和加热二氧化锰的实验作对比，学生一看很容易就能明白。当对这一实验进行加工时，深度教学就发生了。 （三）深度实验是对教学关系的解释
《礼记?学记》说：“学然后知不足，教然后知困。知不足，然后能自反也；知困，然后能自强也。故曰教学相长也。”深度实验对于“教学相长”可以有两种理解。
1.“教”的主体是教师，“学”的主体也是教师，也就是说，教师的教学过程是自身专业化成长的过程，因为深度理解，深刻思考必定促使教师发展。
2.“教”的主体是教师，“学”的主体是学生，也就是教师的“教”和学生的“学”两方面相互影响，相互促进，共同得到提高，教师在教的过程中，不但关注了教，更关注到了学生的学，而学生在体验过程中掌握了化学知识，获得科学研究的方法，感悟到了蕴藏的科学思想，培养了思维能力，从而促进人的完善。最终，师生都得到了完善。
三、探寻：深度实验的教学实践
（一）理解的深度：从原点开始
课程标准是教学实施者进行学科教学设计与实施的唯一根据，各种版本的教材则是具体体现课程标准要求和内容的主要文本资源之一。从这个角度来讲，教师理解教材，应该是“一标多本”下的教材，这样才能取“为我所用”的态度，树立“尊重教材，而不拘泥于教材”的理念，灵活、创造性地使用好教材，从“教教材”向“用教材教”转变。
杨振宁教授在上海接受记者采访时，曾将他取得成功的奥秘归结为这样一句话：“要站在问题开始的地方，要面对原始的问题，而不要淹没在文献的海洋里。”这不仅道出了一位杰出科学家的治学之道，而且对于化学教学也有极大的启示：化学教学同样不能淹没在结论和题目的海洋里，而应将活生生的化学现象和化学过程，返璞归真地展现开来，多让学生面对原汁原味的化学问题，引导他们去亲历化学概念的形成过程、化学规律的发现过程以及化学问题的解决过程，等等。
教材中编排了许多经典的实验，比如蜡烛的燃烧、空气中氧气含量的测定等。作为教师，就必须要明白每一个经典实验所蕴含的价值，它体现了科学思想、科学方法，一个经典实验的教学，就是一段化学史的再现。作为教师，必须加以深度理解，然后在实践中继续感悟。
以空气组成的测定为例：教师在阅读教材时，是否想过S、C、Mg、Na、蜡烛等都可以满足和空气中的O2 发生燃烧反应的条件，为什么P 是最佳选择？ 对这个探究性实验来说，为什么以Hg 方案最为理想？（通过与Hg 方案的对比）实施磷方案时，最重要的前提假设是什么？（磷可以把空气中的O2 用尽）采用 磷 方案时，除去经典的体积测定法外，还能想到哪些方法？[3]
再如探究二氧化碳溶于水是否发生化学变化这一探究实验。看上去就是一个简单的对比实验，但是它的背后其实是科学探究中的变量控制思想。当二氧化碳、水、某种新物质都有可能使石蕊变色时，我们该如何设计一个实验，一一进行排除验证？这个实验对我们以后分析问题设计方案时会不会起到作用，首先取决于我们是否清楚地理解了该实验的意义。
当我们不惜花较多时间与精力去理解教材感悟经典之后，当我们追述当年科学家对某一规律的探究和思考的时候，我们才能把科学大师在重大发现中所显示的创造性的研究风格和独特的思维方法，在教学中体验得淋漓尽致。对于学生来说，这样学习的意义会更为深远。
（二）设计的角度：从学生出发
教师的教学设计必须从学生出发。奥苏伯尔说：“影响学习的唯一最重要的因素就是学生已经知道了什么，要探明这一点，并应据此进行教学。”苏霍姆林斯基也说，“学生就其天性来讲，是富有探索精神的探索者，是世界的发现者”。自由和探索是学生的天性和本义，教育就应顺应这种天性，坚守这一本义，从学生出发，坚守学生立场，引导并促进他们进一步去探索和发现。
选取一个公开课上经常出现的场面，它在我们的课堂上可能也曾经发生过。
“下面请同学们看大屏幕，根据素材，回答两个问题，然后设计一个方案，来验证我们的猜想。”说完，点出PPT，出示素材。
“给你们3分钟。同桌之间也可以相互讨论一下，好！现在开始。”
于是老师开始巡视，偶尔也和一些同学耳语一番。过了不久，老师看看时间，说：“好，时间到，现在开始交流。”于是就指名同学发言。开始时老师是和蔼可亲，满面微笑，可是接连几个学生的回答都不对，老师的脸色就有点挂不住了――于是就用殷切而期盼的目光，满怀希望地找到了一位以为一定能准确回答的同学：“某某同学，你来回答。”可是没有想到，这位同学也回答错了。老师终于失态：“某某，你怎么也回答错了？”下课以后如果说课，执教老师往往会说：“这节课本来在……试教时效果很好的，没有想到这个班级的同学不配合。”[4]
这个教学片段反映了许多教学理念和教学行为方面的问题，这里我们只从教学立场的角度略作分析。
有时候我们应该思考：阅读一个素材，或者思考两个问题，或者设计一个方案，用3分钟时间，你是根据什么确定的？如果不幸我们说课的时候有幸被其他老师问到这个问题，我们可能会含糊其辞。其实我们或者评委都知道：一堂课45分钟，一般有好几个环节，而某个环节只能给你3分钟。你想出来是3分钟，想不出也是3分钟，否则就是你不“配合”。有的老师如果发现时间紧张，还会“贪污掉”半分钟或一分钟。问题是，阅读这个素材，思考两个问题，设计一个方案，不仅学生看不完、回答不了，有时候即使教师自己也不行。作为听课老师，我也常常完成不了这些任务。
基于学生立场设计教学，就是教师改变设计教学的思维方式，做到从学生的立场出发设计教学，基于学生的视角去思考教学内容的演绎方式，使教学一开始就基于学生的认知发展层面。这就意味着教的过程其实是学生学习的过程，只有了解学生学习需求的教学，效果才能事半功倍，才能更好地为学生的发展服务，这就是我们所说的设计要有“度”，角度要对准学生，深度要瞄准目标，广度要指向未来。
（三）实验的厚度：从体验落脚 经典的实验往往具有典型的意义，但一个小实验或许更能体现一般意义。
《金属的化学性质》一课分为三个部分，金属与氧气的反应、金属与酸的反应、金属与盐溶液的反应。
在金属与氧气的反应这部分内容中，学生学习到了铝在常温下抗腐蚀性能比较好，知道了铝的抗腐蚀性能好是因为铝在常温下能与氧气反应，生成一层致密的氧化铝薄膜的缘故。
在进行到第三部分比较铝和铜的活动性时，书上要求将打磨过的铝丝浸入到硫酸铜溶液中，观察现象。老师不动声色，对学生说：“这样，我直接给你们每人一片铝箔，你们只要将硫酸铜溶液直接滴在铝箔上，就能看出现象了。”
学生照做了，没有明显现象，纷纷说，没有现象，说明铝的活动性在铜之后，但是他们又注意到了书上的彩图，两者明明是可以反应的。在思考一番之后，学生想起一上课就学到的，铝的表面有一层致密的氧化铝薄膜，老师给的铝箔没有打磨过。当他们问老师拿了砂纸打磨后再往上滴硫酸铜溶液时，他们发现立刻有红色物质生成了。他们不但知道了问题在哪里，而且还体验到了铝和氧气确实在常温下能生成一层致密的氧化铝薄膜，在打磨之后他们得到了正确的结论。
学习建立多源自体验，而不论刺激学习的外部因素是什么：教师、教材、有趣的实验。只有当学习者进行了体验，至少某种程度上进行了体验，学习才会发生。只有通过转化学习者的体验，这些外部影响因素才能起作用。因此，体验是学生学习的权利。
但在习以为常的灌输式教学中，教师没有给学生留下获得体验的时间、空间和权利。原因就在于教师更看重的是“传授知识、强调结果”。如王尚文先生所说：“学生，仿佛是教师的附属；教学，仿佛是一种入侵，一种心灵殖民行为。”体验学习是作为一个学习的过程，而不是结果。过程是通往结果的大道，结果是过程的自然到达。学习的旨趣不是先在于结果，而是先在于过程之中。后者的意义常常大于前者。正如保罗?弗莱雷指出，那种“强调结果”的思想，是一种教育“银行”式的观念：“教育因此成为一种存放的行为，学生是仓库，教师是存款人，教育中没有交流。 教师只是关注正式材料并实施存放，学生的学习是容纳、接受、记忆和重复。这种教育的银行观念，其允许学生行动的范围仅仅是接受、整理和保管存款。实际上，他们只是让学生有机会成为一个材料收集或者储存东西的目录者而已。”但是在将来的问题解决中，学生自身的能力被磨灭了。他们的改造力和创造力都缺失了。所以说，我们在学习的过程中，要提出或者设置有价值的问题，让学生有一个思考、体验的过程，学生只有通过质疑、实践才能真正成为学习的主人。
在体验过程中，教师不仅应该给学生学习提供时间、空间和条件，而且应该观察学生并给以真正的引导和帮助。要重视学生的“思维发展”，巧妙合理设置问题。没有问题的引领，学生就会丢失思维的方向；没有问题的解决，学生的思维就没有山的起伏、水的灵动。教师要善于启发学生进行思考和交流，提升学生的思维品质。所有教学的核心问题是思维品质的问题，有没有一种良好的思维习惯，取决于教师教学过程中能不能创造条件让学生多动脑筋，互相交流，运用自己的知识经验去解决未知的问题。这是一个激活、加工、组接、应用的过程，是一个深度学习的过程。
四、结语
深度实验不但指向学习的深度，实验的深度，更是指向教与学的发展过程，它同时建构师生的知识经验、思维习惯、情感投入的综合关系。当教师意识到深入理解教材时，意识到他所面对的是一个个具体的学生时，意识到他的教应该是从学的角度去教时，深度教学就发生了。当学生进入到兴奋的学习状态时，当学生的知识结构发生根本性改变时，深度学习的意义也就自然形成了。
深度实验还需要解决一个学习反思的问题，只有启发学生在学习之中自觉反思产生问题意识，面对新问题不再彷徨、不再退缩，而是勇敢面对，甚至能自觉分析并解决的话，深度学习就进入到一个更为显著的效果阶段了。好在，任何一个微小的进步，就是深度学习的一种反映。
