二 化学实验操作中的理论思维

化学实验实施中的实验操作与实验观察一样，也是离不开相应理论的指导和积极思考的。

1. 化学实验操作要以相应的理论为指导

化学实验中的实验仪器、装置、设备和工具等是实现科学认识的以实物形态存在的物质手段(或认识工具)。作为实验中介的物质手段如果不通过实验者的使用和操作，实验者和实验对象就不能发生联系和相互作用，因而也

① 刘元亮等编著：科学认识论与方法论，清华大学出版社 1987 年版，第 171 页。

① 爱因斯坦：爱因斯坦文集·第 1 卷，商务印书馆 1976 年版，第 115 页。

② 马克思、恩格斯：马克思恩格斯选集·第 3 卷，人民出版社 1972 年版，第 549 页。

就不能从实验对象的变化中获得有意义的信息。化学实验必须由实验者进行必要的实验操作。

1. 化学实验操作。

化学实验操作就是指在化学实验的实施过程中，化学实验者按照一定的实验目的和制订的实验计划，运用实验物质手段，在控制一定的实验条件下， 使实验对象发生某种变化的一系列有序的动作活动。这一系列动作活动，主要表现为手和上肢的肌肉、骨骼的运动，以及与之相应的神经系统部分的活动。

1. 化学实验操作离不开理论的指导。

化学实验中的动作活动并不是任意的，也不是实验者先天就具有的，它是经过学习、练习形成和发展的。实验中的动作活动——做什么和怎么做都是以一定理论知识为基础的，要受实验者意识的支配和调节，并服从于一定的实验目的和实验任务。例如，化学实验中的常压过滤操作，就是由制作过滤器(由普通漏斗和滤纸构成)、把过滤器放在漏斗架(铁架台)上、调节漏斗架的高低、倾倒溶液和转移沉淀、洗涤沉淀(如果沉淀需要洗涤时)等一系列有序的实验动作组合起来的活动方式。而其中的每一步具体操作活动都有一定要求和理论依据。①

又如，用加热分解高锰酸钾的方法制取氧气的实验，是由安装制氧气的实验装置和检验其气密性、安装收集氧气的装置、给装有高锰酸钾的试管加热、收集氧气、把导管移出水面、停止加热、熄灭加热器的火焰等一系列有序的操作构成的。

其中每一步具体操作都必须在一定理论指导下按一定要求来进行。以加热来说，要求“使酒精灯在试管下来回移动，使试管均匀受热，然后再对高锰酸钾所在的部位加热”，之所以要这样操作，是为了防止试管因受热不均匀而损坏。又如在停止加热时，要先把导管移出水面，之后才熄灭火焰，这是为了避免停止加热后，试管内气压小于外大气压，而使冷水从导管流进热试管，使试管炸裂。由此可见，实验操作中忽视理论的指导，违反实验操作的客观规律和基本要求，将会导致实验的失败或造成仪器的损坏。因此，对于化学实验操作，不论是简单操作还是复杂操作，都必须做到对实验操作的基本原理有较充分的理解。

在化学实验的教学中，不仅要让学生知道要做什么和怎么做，还要让他们懂得为什么要这样做、为什么不能那样做的道理和理论依据。还要注意培养他们把实验操作(动手)、实验观察(动感觉器官)、积极思考(动脑)三者有机地结合起来统一于实验实施的全过程中。这样将会有助于提高学生实验操作的主动性和自觉性，以减少实验操作中的被动性和盲目性。这对提高化学实验的成功率和对学生科学素质的培养都是有益的。

1. 要综合考虑实验因素来选择操作方法

化学实验中的实验操作(如加热)，又可分为许多不同的实验操作方法(如直接加热和间接加热的操作方法)，每一种实验操作方法又有它所依据的实验操作的基本原理。化学实验操作中采用哪一种实验操作方法，必须在全面分析实验所涉及到的各种物质及各种因素的基础上来确定。例如，加热是化学实验中一项非常重要的实验操作，许多化学反应是在加热操作的情况下发生

① 刘知新主编：基础化学实验大全·上册，北京教育出版社 1991 年版，第 140—141 页。

和进行的。另外，还有些基本实验操作(如溶解、升华、蒸发、蒸馏等)也需要同时进行加热操作。从加热的基本原理看，加热是热源将热能传递给被加热的对象而使其变热的过程。实际上，加热时热能首先传递给实验容器(如试管、烧瓶、蒸发皿、烧杯等)使之变热，再传递给实验容器内的物质，以使物质发生化学反应或达到某种基本操作的目的(如蒸发)。根据热能的获得方式的不同，又可把加热操作分为直接加热和间接加热两种操作方法。直接加热方法是将热能直接加于被加热的对象。如加热分解高锰酸钾制取氧气，就是采用直接给试管加热的操作方法。间接加热方法是将热源的热能加于一个中间载热体(例如石棉网、热浴中的水、油、砂和空气等)，然后由中间载热体将热能再传给被加热的实验容器(如烧瓶)和被加热的物质。如实验室用乙醇制乙烯采用的就是间接加热的操作方法。

又如，干燥是化学实验中常用的一种基本实验操作。一般是指除去物质中水分(或溶剂)的过程。干燥可分为自然干燥和人工干燥。人工干燥又分为物理干燥方法和化学干燥方法。烘干、吸附、分馏、共沸蒸馏、分子筛吸附等属于物理干燥方法。化学干燥方法是用干燥剂除去水分的操作方法，根据干燥剂与水的作用又可分成两大类：一类是与水可逆地结合生成水合物，如氯化钙、硫酸镁等；另一类是与水发生不可逆的化学反应而生成一种新的化合物，如金属钠、五氧化二磷等。实验中采用哪种干燥操作方法，要根据被干燥物质的状态和性质，以及干燥剂的性质来做出选择。如果被干燥的是固体物质，可采用空气中晾干的自然干燥的方法，也可以采用烘干、滤纸吸干、干燥器中干燥等物理干燥的方法。如果被干燥的是液体物质，通常采用化学干燥的方法，这种方法是使被干燥的液体物质与干燥剂直接接触，因而在干燥剂的选择上必须注意：干燥剂不与被干燥的物质发生化学反应；不发生催化作用；不溶解于该液体中。此外，干燥剂的选择还要考虑它的吸水容量、干燥效能、干燥速度和价格等因素。

通过上面两个实例的探讨，使我们看到，化学实验操作方法的选用不是随意的，必须以某项实验操作方法的基本原理、实验仪器性能和实验设备功能、实验对象等方面的理论知识为基础，在对各种有关因素做出全面、具体分析之后才能确定。所以，实验操作方法的选择也同样需要理论思维。

1. 实验动作(操作)技能需要心智技能的调节

心理学认为，技能是通过练习而形成的顺利完成某种任务所必须的活动方式(或心智活动方式)。技能按性质和特点可分为动作(操作)技能和心智技能①。

化学实验中使用实验仪器、装置、工具和进行实验操作，都是顺利完成某项具体实验任务，由上肢和手一系列实际动作组合起来的、完善而合理的实验活动方式，我们把它叫做化学实验动作技能(也叫做化学实验操作技能)。化学实验动作技能和其他任何技能一样，总是表现为对一定知识的应用。化学实验动作(操作)技能具体表现为对元素化合物、实验仪器和装置、实验操作基本原理等方面知识的应用。化学实验动作(操作)技能的形成又是以一定的能力为前提的，它直接影响个人的实验动作技能。所以，化学实验动作(操作)技能的形成、掌握和调节，离不开与之相应的知识基础和能力水平。

① 杨清主编：简明心理学辞典，吉林人民出版社 1985 年版，第 153 页。

化学实验动作(操作)技能离不开化学实验的心智技能。化学实验的心智技能(又叫做化学实验的心智活动技能)是指实验主体(包括化学实验教学中作为实验观察者的学生)在化学实验过程中，把许多必要的感知、记忆、想像和思维等环节，按一定的程序方式组合起来所进行的心理活动。它表现为实验者(或实验观察者)借助内部语言在脑中所进行的认识活动。在化学实验的实施中，凡是把实验中特定的感知、记忆、想象和思维等心理活动按一定程序组合起来，并顺利完成某种活动的过程，都是化学实验心智技能的活动。化学实验的心智技能对化学实验的动作(操作)技能起着重要的调节作用。在现实的化学实验的实施中，实验动作技能和实验心智技能总是相辅相成、有机结合在一起的。这里，从心理学的角度为我们进一步论证了化学实验实施阶段离不开理论思维。