蠟燭燃燒照亮學生的思維

邱惠芬

【摘要】基于思維外顯的教學是素養為本的課堂教學的需求。本文以蠟燭燃燒為載體的一系列探究實驗，闡述教學中教師如何演繹學生思維外顯過程，使學生循著化學學科思維方法進行學習，使學生思維外顯讓過程可刻畫、可測量、可調控。

【關鍵詞】蠟燭燃燒;思維外顯

以素養為本的課程改革下，課堂上教師不僅僅關注學生是否記住某個知識點或者能完成什么樣的題型，更要關注學生對于知識形成過程的理解。很多專家提出學科知識應從碎片化轉向整體化、結構化;知識的結論為本轉向思維外顯……相繼而來的是有關思維或高階思維的研究應運而生，如思維評價指標體系、思維外顯特征、思維行為特征和行為動詞……思維是內隱的，如何使學生的思維外顯出來？這些研究無疑對我們研究學生的思維外顯提供很好的理論基礎，但每個學科的思維外顯教學都有各自學科的特征。教師外顯的學科思維必須從學科的角度，融合學科的核心素養、基本觀念和基本思維方式，讓學生循著可視化的學科思維進行學習?；谒季S外顯的教學，教師要通過語言表達方式或借助思維描述工具將自己的思維過程呈現出來，將化學學科思維如何應用在學習的過程中，使其內隱轉為外顯，讓學生意識到自己與他人的思維方式的差異，了解自己的思維方式，取長補短，培養學生化學學科思維能力。本文以蠟燭燃燒為載體的一系列探究實驗，闡述教學中教師如何演繹學生思維外顯過程，使學生循著化學學科思維方法進行學習，打破學生的思維黑箱，強化對學生思維的診斷和修正，達到真正意義上的學生思維外顯。

一、蠟燭燃燒，外顯學生研究學習化學的思維

義務教育人教版教科書《化學》九年級第一單元課題2“化學是一門以實驗為基礎的科學”中有“對蠟燭及其燃燒的探究實驗”，設計這一探究實驗的目標是：突出實驗探究過程中的觀察和描述，重點培養學生觀察實驗、記錄實驗現象的方法;學習物質的性質、物質的變化、物質變化過程以及對結果的解釋和討論，對化學學習方法進行指導。觀察時運用除味覺以外的所有感官，對蠟燭在點燃前、燃著時和熄滅后的三個階段進行有序觀察，外顯思維實驗探究過程如下圖1，讓學生體會研究物質性質的幾個維度，研究物質變化的幾個維度，形成研究物質及其變化的思維而不是零散的知識碎片。

【探究實驗1】對蠟燭及其燃燒的探究實驗

這也是初中教材第一次出現探究實驗且在探究實驗完成后，書寫實驗報告，讓學生初步學習觀察和描述化學實驗的方法，明晰在研究物理變化時的思維怎樣？在研究化學變化時的兩個階段：變化時的觀察點是什么？變化后的觀察點是什么？關注描述的科學規范，并通過觀察和分析得出結論，學習填寫探究（或實驗）報告，從而了解關注物質性質及其變化過程等思維外顯。

二、蠟燭燃燒，外顯宏觀辨識與微觀探析思維

《普通高中化學課程標準》明確提出：化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”5個維度，這5個維度在學習中各有側重，相輔相成。在化學教學過程中如何外顯核心素養思維，使素養思維可描述、可測量、可調控？以人教版《化學》九年級第三單元課題1“分子與原子”中分子的概念為例，以科學探究為教學活動主線，外顯分子模型在分析化學問題的作用，在探究過程中外顯宏觀辨識與微觀探析思維。

在“分子與原子”這一課題中學生將從化學的視角認識物質，對微觀世界進行一系列的探究活動，但在分子概念形成中只是通過簡單實例分析：由分子構成的物質，分子是保持其化學性質的最小微粒。這在一定程度上學生是記住分子的概念，使概念結論化，并沒有形成宏觀辨識與微觀探析思維。若借助“蠟燭燃燒與熄滅的探究實驗”，對宏觀現象進行微觀分析，幫助學生理解“由分子構成的物質，分子是保持物質化學性質的最小粒子，真正落實核心素養的學習思維。外顯思維實驗探究過程如下圖2：

【探究實驗2】蠟燭燃燒與熄滅的探究實驗

實驗過程：1.點燃桌面的蠟燭，待安靜燃燒之后用燒杯緩緩罩上去，觀察火焰情況;2.待蠟燭即將熄滅的時候，迅速提起燒杯，觀察火焰變化情況;3.待蠟燭恢復安靜燃燒之后再用燒杯緩緩罩上去，直至其熄滅。

從實驗步驟→宏觀實驗現象→微觀探析→模型圖析→結論的宏觀辨識與微觀探析如下表1：

宏觀辨識與微觀探析讓學生能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化，上述實驗用簡單直觀的實驗證明分子的概念，并用淺顯的模型圖解析分子的性質，在讓學生畫圖析過程中，明顯可以觀察學生的思維過程在圖中的展現，從宏觀和微觀相結合的視角分析概念、習得概念。而在物質的性質和變化教學中也要不斷外顯宏觀辨識與微觀思維，以人教版《化學》九年級第六單元課題3“二氧化碳和一氧化碳”中二氧化碳的物理性質為例，外顯思維實驗探究過程如下圖3：

【實驗探究3】探究二氧化碳的密度：將二氧化碳氣體慢慢倒入燒杯

從實驗步驟→宏觀實驗現象→微觀探析→模型圖析→結論的宏觀辨識與微觀探析思維如下表2：

三、蠟燭燃燒，外顯證據推理與模型認知思維

外顯證據推理與模型認知思維，首先需要有大量的事實（實驗）證據，讓學生在事實（實驗）證據基礎上提出可能的假設，通過探究實驗，在實驗過程收集證據，并進行分析推理加以證實或證偽;建立觀點假設、證據和結論之間的先后邏輯關系;其次形成通過收集證據、實驗探究、分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立模型。能運用模型解釋化學現象和問題，揭示現象和問題內在的本質和規律。以人教版《化學》九年級第七單元課題3“實驗活動3 燃燒的條件”中利用蠟燭和燒杯（或選擇其他用品），設計一個簡單的實驗，說明燃燒的條件之一：需要有氧氣（或空氣）為例：

【實驗探究4】方案1：點燃蠟燭，片刻后將燒杯罩在蠟燭的火焰上方，由遠及近向火焰慢慢移動如圖4。觀察火焰逐漸熄滅的過程。說明燃燒需要氧氣（或空氣）。

【實驗探究5】方案2：點燃A、B、C三支蠟燭，在A蠟燭上扣一只燒杯，B、C兩只蠟燭分別放在燒杯中，然后在C蠟燭燒杯中加適量的碳酸鈉和稀鹽酸如圖5，觀察現象。

學生通過自己的實驗活動進一步構建燃燒條件的模型，在實驗過程中運用控制變量的思維方法，如方案2中A、B對比說明燃燒需要的條件是什么？若B、C同樣證明此條件，并且時間短現象明顯，可以向燒杯C中最好加入固體、液體是什么？探究實驗的思維就外顯了。通過收集實驗證據，進行分析推理進一步建構模型，并通過模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。同樣應用燃燒條件模型遷移構建滅火原理模型，并進行實驗設計，如人教版《化學》九年級第七單元課題1“燃燒與滅火”中滅火原理探究實驗，同樣是上圖5的實驗裝置，通過科學探究構建滅火原理的模型，接著也可以設計成“滅火大比拼”實驗活動：如何熄滅桌上的蠟燭呢？提供的物品：燒杯、細沙、濕布、碳酸鈉、噴壺、扇子、剪刀、稀鹽酸等，在探究中還可以引入生活中一些常見的現象，讓學生通過生活中的真實場景收集證據來理解推理化學原理，通過模型解釋化學現象。構建的燃燒條件模型如圖6，構建的滅火原理模型如圖7。

思維外顯教學對教師是一個新的挑戰，長久以來習慣于雙基的課堂教學，而素養為導向的課堂教學亟需“思維外顯”。這就需要教師轉變教學觀念，意識到化學教學不再是對化學知識的記憶和重現，而在于化學學科思維外顯，怎樣更好地與學生進行思維交流，循著學生的認知特點發展學生的思維，實現化學學科教育價值，體現核心素養為導向的化學教與學。