21世纪是“知识化时代”、“信息化时代”，在这个时代里，我们正经历着一系列改变我们的生存、发展、交流和学习方式的革命——信息革命、知识革命、教育革命等，这一系列革命的本质是人类思维的革命。思维使人区别于动物；思维在知识经济社会中越来越显示出神奇的魔力。美国著名的哲学家与心理学家威廉·詹姆斯说：“我们这一代最伟大的发现是，人类可以通过改变自己的思想来改变自己的一生”。
当今社会是一个充满机遇和挑战的社会，把握机遇，应付挑战，主要靠的是思维能力：敏锐地发现问题的能力、及时高效地解决问题的能力、发散求异和收敛求同的能力、联合与迁移的能力等。对个体来说，思维能力不仅是生存的基本能力，也是发展和成功的利器。对于怎样才能取得成功这个问题，人们有不同的答案，但是有一点差不多是所有人的共识，就是成功不仅需要坚持不懈的努力，而且更需要掌握科学的、正确的思维方法。思维能力的发展是人的一切能力的基础和核心，培养学生的科学思维能力是化学教学中的根本任务。化学是一门基础学科，在发展过程中形成了自己独有的学科思维方法和策略体系，可以说，化学学科知识本身就是思维的载体，化学在培养学生的科学思维能力方面具有不可替代的作用。
化学实验设计能力是化学实验能力的重要内容也是一种高层次的能力。化学实验设计可充分发挥学生在实验教学中的主体作用，促使学生做实验的主人，避免被动地进行实验；其次，设计实验需要学生灵活地、创造性地运用所学的化学基础知识和基本技能，因而实验设计一方面可以帮助学生巩固化学基础知识和基本技能，另一方面还能培养他们分析问题、解决问题的能力；再有，化学实验设计的过程，是各种科学方法（如实验、测定、条件控制、假设等）的运用过程，因而有利于学生科学方法的训练和培养；此外，化学实验设计是学生亲自动手解决问题，可以培养学生学习化学的兴趣。
科学思维能力的提高不是通过简单的灌输，而是个体在自主学习和实践过程中不断内化和升华的过程。激发兴趣是培养科学思维能力的前奏，而化学实验以其丰富多彩的实验现象以及趣味性、奇妙性能激发学生的兴趣和求知的欲望，这为科学思维能力的培养提供了良好的环境。科学思维能力培养以一定的学科知识为基础，大三学生已经具备了比较扎实的化学基础知识，化学实验设计给他们提供了一个将理论知识应用于实际的平台。化学实验设计是一项创造性的学习活动，是一个从未知到已知的过程，在这个过程中学生从一开始的查阅资料到实验设计再到设计方案可行性验证，最后进行设计方案的改进，以上的各个环节中，学生的逻辑思维能力、辩证思维能力、发散性思维能力、迁移思维能力等科学思维能力都会得到提高。
本研究具有以下几个特点：
（1）将化学实验设计和科学思维能力培养结合起来，充分利用化学实验的开放性、设计性、探究性等特点培养学生的科学思维能力；
（2）在化学与环境科学学院师范类本科生中开设了“化学实验设计”选修课，并从培养学生科学思维能力的角度精心组织教学内容，选择合适的教学模式和教学策略；
（3）学生进行了以小组为单位的合作探究式课题研究；
（4）在评价方面，采用了过程性评价与终结性评价相结合，师评、自评、他评相结合，以及实验小结、结题报告、汇报演示等多种形式相结合的评价；
我们从理论和实践两个层面对本课题进行了研究，认为化学实验设计是培养学生科学思维能力的一种行之有效的方式。从理论方面分析，实验是化学教学的基础，通过实验教学，不仅可以使学生学习系统的化学知识，还能掌握科学的认识方法和思维策略。实验教学中可以抓住某些侧重点展开思维训练，引导学生从某些典型的实验探索入手，再上升到一般性、规律性的认识，逐步提高学生思维品质的层次。化学实验是学生掌握化学知识的入门向导和手段，学生从实验事实出发形成化学概念，上升为化学规律，进而编织知识网络，构筑知识框架，经过一个由表及里，由此及彼，去粗取精，去伪存真的思维过程。教师有目的地设计一些实验课题，指导学生按照实验目的和要求，根据已学过的实验原理和方法，设计出实验方案，并通过实验对拟定的实验方案不断地修正和完善。这是对学生进行科学训练，培养实事求是、独立思考、开拓创新的一种途径。化学实验的教学过程，自始至终都充满着培养和锻炼学生科学思维能力的契机。
理论必须要经过实践的检验，化学实验设计能否培养学生的科学思维能力还需通过实证研究进行分析。我们在化学与环境科学学院师范类本科生中开设了“化学实验设计”选修课进行实证研究。实证工作主要包括：
（1）通过前测调查问卷，了解学生的一些基本情况；
（2）编写了化学实验设计选修课用的讲义；
（3）精心组织教学内容，教学内容在广度上覆盖了微型化学实验、趣味化学实验、探究性化学实验等，在组织形式上以“同一实验原理可以用多种实验形式来表现”为主要思路安排教学内容。
（4）选择了30个实验设计课题作为学生的备选课题，同时也鼓励学生自主选择实验设计课题；
（5）组织课堂教学，在课堂教学中渗透实验设计的基本思路、理念、技巧；组织学生以小组为单位进行自主实验探究；
（6）对教学实施的情况采用过程性评价与终结性相结合，师评、自评、他评相结合，以及实验小结、结题报告、汇报演示等多种形式相结合的评价；
选修课实施的时间为：2005年9月1日——2005年12月20日，理论课的时间为每周一下午第6-8节，实验课的时间为每周五下午第6-9节。实施的对象为：2003级化学教育专业的30名学生；实施的地点为：理论课在J2-306教室，实验课在S4-502化学教育实验室。
实验设计过程是学生自主观察、思考和探索的过程。通过实验设计培养学生的科学思维能力，体现了让学生参与知识的形成过程，是改变重结果教学为既重结果又重知识形成过程教学的有效途径。实验设计是全方位训练人的科学思维能力的过程，从一开始的资料查阅到拟定实验方案、实施实验方案、完善实验方案、汇报总结，学生的逻辑思维能力、创造性思维能力、发散性思维能力、批判性思维能力得到了发展和提高。拟定初步的实验方案阶段，要求学生对实验器材、方法和现象进行自主思考和推测，这有助于学生发散思维能力的培养。初步拟定实验方案时，学生根据查阅的资料和已有的经验以及实验课题对实验仪器和药品、实验方法、实验过程进行构想和规划，使学生超越课本的局限，从多种角度、多个方位来寻求解决问题的方法，达到培养学生发散思维的目的。通过实验设计的创新和改进，有助于培养学生的创造思维能力。通过对实验现象的观察和分析，往往能使学生头脑中建立起与化学知识相应的图象，构筑起与化学知识相应的情景，有利于形象思维能力的培养。对实验设计方案的改进和完善，有利于学生批判性思维能力的培养。对实验现象以及数据的分析处理，有利于学生综合思维能力的培养。
在实验设计过程中，学生的各种科学思维能力都得到了一定程度的提高，同时我们也深深地体会到科学思维能力的培养是一个循序渐进的过程，应该渗透于日常的化学教学中。
下面仅举出几个例子用以说明：
1. 熵变的简易实验展示
2. 一些常见无机盐中未成对电子数多少的比较
3. 线状高分子链间化学键生成和断裂的实验展示
作者： 周志华 刘斌 吴江华（南京师范大学 化学与环境科学学院）
来源：中国化学课程网