從一道高考題談科學探究實驗對培養(yǎng)學生的化學素養(yǎng)的重要性

師姚妮

摘要：新課改對于高中學生化學實驗應用能力要求更高，高考中化學實驗試題占有舉足輕重的地位。通過2018年理綜化學實驗綜合題的分析發(fā)現(xiàn)高考化學試卷中關于實驗考題的得分比較薄弱，本文淺談科學探究實驗在化學教學中培養(yǎng)學生化學學科素養(yǎng)的重要性和意義。

關鍵詞：高中新課改化學實驗科學探究化學學科素養(yǎng)

新課改背景下，高中化學教學模式在不斷地進行著優(yōu)化與創(chuàng)新。高中化學教學既要求學生掌握一些主要的化學基礎知識，還要了解諸多化學知識在實際生活中的應用。化學綜合實驗，作為高考全國卷必考題型，一般作為理綜化學的第一道大題，包括基礎的儀器的辨識與使用方法，物質(zhì)檢驗、分離和提純的操作，實驗現(xiàn)象的描述，實驗方案的設計與評價等。因此，高中化學教師應在化學實驗教學過程中，重視學生實踐操作能力、自主探究能力的培養(yǎng)，在提升學生化學核心素養(yǎng)的同時，也能夠?qū)崿F(xiàn)提高教學有效性的目的。下面根據(jù)2018年高考理綜I卷化學實驗綜合題進行分析，從高考角度闡述高中化學實驗教學中通過科學探究實驗培養(yǎng)學生的化學學科素養(yǎng)的重要性。

【2018年高考理綜I卷】26.醋酸亞鉻[（CH3COO）2Cr·H2O]為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析 中用作氧氣吸收劑。一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻；二價鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實驗裝置如圖所示，回答下列問題：

（1）實驗中所用蒸餾水均需經(jīng)煮沸后迅速冷卻，目的是_________，儀器a的名稱是_______。

（2）將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中，加入少量蒸餾水，按圖連接好裝置，打開K1、K2，關閉K3。

①c中溶液由綠色逐漸變?yōu)榱了{色，該反應的離子方程式為________。

②同時c中有氣體產(chǎn)生，該氣體的作用是_____________。

（3）打開K3，關閉K1和K2。c中亮藍色溶液流入d，其原因是________ ；d中析出磚紅色沉淀，為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是___________ 、_________、洗滌、干燥。

（4）指出裝置d可能存在的缺點 ______________。

第（1）小題中“蒸餾水經(jīng)煮沸后迅速冷卻”出自人教版化學課本選修1《化學與生活》科學探究實驗“不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕”。得分點為“除氧”，答“除去水中的溶解氧”，“降低氧氣的溶解度”，“除去氧氣”等得2分；“除去水中的空氣”，“防止Cr2+被氧化”，“防止空氣中的氧氣溶于水”等不完整表示得1分；“除去水中的雜質(zhì)”等不相關表述不得分。改卷當中發(fā)現(xiàn)學生的主要錯誤在于去分析“煮沸”對氣體溶解度的影響，以及回答“除去空氣”。反映出學生對課本科學探究實驗不熟悉，不清楚實驗目的是什么。第（2）小題②c中產(chǎn)生的氣體的作用，得分點為“排空氣（氧氣）”2分；答卷中有“排除裝置內(nèi)的氣體，防止Cr2+被氧化”等不完整表述；還有相當一部分“控制速率”，“增大壓強”，“防止空氣進入裝置”等不相關表述。第（3）小題中為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是___________ 、_________、洗滌、干燥。得分點為“冷卻”1分、“過濾”1分，順序不能顛倒。該空錯誤較多為“蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶”；“冷卻、結(jié)晶”；“結(jié)晶、過濾”等不完整答案。第（4）小題有兩個得分點，“敞開體系”1分，“與氧氣反應”1分，錯誤的學生很多，主要錯誤集中在“處理尾氣”“污染環(huán)境”、“發(fā)生倒吸”。

由以上分析可以看出，學生在實驗探究方面比較薄弱，答題過程中分析能力不強，容易根據(jù)慣性思維或固有模式給出自己熟悉的答案，反映出在化學教學中探究性實驗教學的弱化。

化學是一門以實驗為基礎的科學，新課程大幅度地增加了實驗探究活動，《考試說明》特地補充22個學生必做化學實驗內(nèi)容，以強調(diào)對實驗教學的重視。但由于部分教師對化學學科本質(zhì)及實驗對化學學習與研究的價值等認識不到位，多數(shù)學校以實驗條件不足、課時緊張等為理由，盲目削減化學實驗教學，學生少做甚至不做實驗，“視頻播實驗”、“黑板畫實驗”、“耳朵聽實驗”、“考前背實驗”的現(xiàn)象普遍存在，導致學生化學實驗基本技能與探究能力普遍低下，而“科學探究”實驗更加不被重視。在《新課程標準》中，科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一。將科學探究列入內(nèi)容標準，旨在將學習重心從過分強調(diào)知識的傳承和積累向知識的探究過程轉(zhuǎn)化，從學生被動接受知識向主動獲取知識轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學生的科學探究能力、實事求是的科學態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神。[1]

在化學教學中如何通過科學探究實驗培養(yǎng)學生的化學學科素養(yǎng)？

一、設計探究性的課堂學習模式

1.課本探究實驗的實施。課堂是師生進行探究性學習的主陣地。課堂上教師將有些化學問題學習的主動權(quán)交給學生，讓學生自己選擇自己的研究課題，由學生利用課余時間查閱資料，獨立或小組合作設計初步方案，再交由教師審閱，教師從中選出具有代表性的方案，集中在課堂上由設計者進行演示、交流，介紹自己設計的實驗原理、方法和步驟，由學生評定優(yōu)劣，共同探討實驗成敗的原因。這樣既激發(fā)了學生的興趣，調(diào)動了學生的學習積極性，又有利于培養(yǎng)學生的化學素養(yǎng)。[2]

案例：探究不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕

在分組學習活動中，各小組同學對不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕進行了實驗，設計出以下幾種實驗方案進行對比。

實驗內(nèi)容一周后進行觀察并回答問題：（1）鐵釘被腐蝕程度最大的是______（填實驗序號）。（2）實驗？中主要發(fā)生的是______（填“化學腐蝕”或“電化學腐蝕”）.（3）鐵發(fā)生電化學腐蝕的負極反應式為：______.（4）根據(jù)上述實驗，你認為鐵發(fā)生電化學腐蝕的條件是______.

根據(jù)已經(jīng)學過的知識，小組討論并分析上述裝置中鐵生銹的條件，并根據(jù)實驗現(xiàn)象的觀察和對比，得出鐵的腐蝕速率的影響因素。從而讓學生對金屬的腐蝕和防護形成系統(tǒng)的認識，加深了基本概念和實驗環(huán)節(jié)的理解。這樣既能激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)動學生的學習積極性，又能激發(fā)學生踴躍參與問題討論和敢于探索的創(chuàng)新意識。

二、讓探究式實驗取代原來的驗證性實驗

課本探究實驗的改進。在教學過程中我們發(fā)現(xiàn)，教材中的個別實驗內(nèi)容存在設計不嚴密、過程不環(huán)保等缺陷。因此，我們鼓勵學生敢于質(zhì)疑、大膽創(chuàng)新，自行設計了有關實驗的改進方案。

案例：鐵的氫氧化物的制備

在教材設計的實驗步驟中“在2支試管里分別加入少量氯化鐵和硫酸亞鐵溶液，然后滴入氫氧化鈉溶液。觀察并描述發(fā)生的現(xiàn)象?！痹谠搶嶒炛泻茈y觀察到氫氧化亞鐵的白色絮狀沉淀，與課本上的描述不相符，學生在此產(chǎn)生了疑惑。因為空氣的干擾，使得實驗過程不夠嚴謹。針對這一情況讓同學們進行探究并改進。

在此可以讓學生設計“如何避免生成的氫氧化亞鐵接觸空氣，從而觀察到課本中描述的氫氧化亞鐵白色絮狀沉淀”。可以畫出裝置圖，也可以組裝實驗裝置。學生通過查閱資料，實驗室改裝實驗，得出了很多種制備氫氧化亞鐵的方法。在探究實驗中提高了學生分析問題解決問題的能力，增強了學生的動手能力。

三、課外探究性學習

作為化學課堂教學的延伸，課外探究實驗的開展有助于延續(xù)學生學習化學的興趣。如讓學生測量家中一些物品的pH；研究土壤的酸堿性，將一定體積的蒸餾水加入一定質(zhì)量的土壤中，充分攪拌后，過濾并留取濾液，測濾液的pH后向濾液中滴加氨水，每加入2mL氨水就攪拌均勻并測量溶液的pH，記錄實驗數(shù)據(jù)，并以加入的氨水體積為橫坐標，pH為縱坐標繪制曲線圖。在習題中有很多類似的學生可以在生活中完成的探究性實驗，教師可以在布置習題中的作業(yè)的同時，提供少量實驗器材和藥品讓學生進行實驗探究，其他的儀器和藥品，需要學生從生活中尋找。例如過濾實驗，生活中用什么替代漏斗和濾紙？有的學生用廢棄飲料瓶剪去一半，將上半部倒轉(zhuǎn)過來，就是一個簡易的漏斗，有的學生用多層醫(yī)藥紗布扎住瓶口充當濾紙，有的學生想到用化妝棉做濾紙。用什么替代燒杯、量筒和玻璃棒？有的學生用一次性醫(yī)藥針筒替代量筒；有的學生用筷子替代玻璃棒；有的學生用玻璃杯替代燒杯；有些學生從食品袋中找出干燥劑配制成澄清石灰水，有的食品袋里裝有一小袋鐵粉作保鮮劑，還可以用吸管代替導氣管......實驗替代品的收集，讓學生成為生活中的有心人，還培養(yǎng)了學生變廢為寶、勤儉節(jié)約的好習慣。在課外探究實驗中，每位學生找到的材料以及對實驗的方案設計可能都不一樣。有時，同一實驗會因?qū)嶒灄l件各異，而產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象有所不同，這就會激發(fā)學生的求知欲；而有些現(xiàn)象書本未提及，老師也未提及，卻在實驗中出現(xiàn)了，為了弄個明白，他們查閱資料，請教老師，不斷尋找答案。自己發(fā)現(xiàn)的問題，又由自己找到了答案，成功的體驗，使學生更加堅定了學好化學的信心，良好的不斷探索的科學品質(zhì)也得到了培養(yǎng)。[3]

四、復習中再創(chuàng)探究情景

近幾年高考化學試題命題中突出了實驗能力的考查。在化學復習教學中，要帶領學生重新走進實驗室，重做典型的動手實驗。實驗教學中，不應滿足于實驗基本操作的訓練，更應作為物質(zhì)及其變化研究的方法與手段，從而充分發(fā)揮實驗的認知功能、方法論和教學論功能。應再創(chuàng)設適宜的探究情境，引導學生經(jīng)歷“提出問題-作出猜想-設計方案-得出結(jié)論-反思評價”等過程；要求學生對比、歸納、總結(jié)常見儀器裝置的使用原理、用途特點和規(guī)律；領會實驗操作的實質(zhì)與內(nèi)涵：對操作原理的認識（解決實驗操作理論依據(jù)的問題），對操作方法的認識（解決如何操作的問題），對操作目的的認識（解決為何要安排這樣操作的問題），對錯誤操作造成后果的認識（解決為何要這樣操作的問題），掌握科學規(guī)范地進行實驗操作的技能；加強實驗目的、步驟和原理分析，學會控制條件、使用儀器、觀察分析、得出結(jié)論、解釋結(jié)果、設計或評價或改進簡單的實驗方案。多問“怎樣做”“為什么這樣做”“還可以如何做”，培養(yǎng)與發(fā)展學生的實驗探究能力。[4]

在高三復習階段，化學實驗綜合題型研究環(huán)節(jié)中應盡量開放實驗室給學生，創(chuàng)造更加有利的條件讓學生進行化學實驗探究。在做實驗綜合題過程當中會遇到不同類型的實驗流程圖，如果有條件可以讓學生進入實驗室組裝流程。根據(jù)題型進行實驗組裝或?qū)嶒炋骄?，不僅可以激發(fā)學生化學研究的興趣，提升學生的實驗操作技能、探究能力、分析問題的思路，而且以實驗來突破知識的疑難點，可以更好地提高高考復習效率。

例如（2017·廈門第2次質(zhì)檢）（1）利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）制取硫酸亞鐵晶體用下圖所示過程進行實驗。

（2）探究硫酸亞鐵分解產(chǎn)物，按下圖所示裝置進行實驗。

我們可以讓學生利用課余時間到實驗室進行裝置的組裝，學生能夠更好地理解實驗裝置中每個環(huán)節(jié)的作用，能力較強的同學可以進一步進行探究。學生的學習效率得以提高，學生能根據(jù)自己不同的情況進行不同程度的探究，為每個學生都創(chuàng)造了化學能力提升的機會。

在近幾年的化學教學活動中充分驗證了在化學學習過程中設置合理的問題，為學生創(chuàng)設良好的實驗探究環(huán)境，在實驗探究活動中培養(yǎng)學生主動探究的意識，不僅提高了學生學習化學的興趣，增強了學生的動手能力，提升了學習質(zhì)量，更重要的是使學生真正體驗獲取知識的樂趣，學習和探索成了學生積極的內(nèi)心需要，進一步培養(yǎng)了學生的化學學科素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]2018年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明[M]. 高等教育出版社 ， 教育部考試中心， 2017

[2]新課程標準下化學探究性學習的實踐與探索.張傳英.《教育學文摘》2014年3月總第114期

[3]在化學實驗教學中培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的研究[J].尚曉峰.中學課程輔導·教師教育.2018年9期

[4]2018高考化學大綱解析：強化實驗與探究能力