提升化學(xué)實驗?zāi)芰? 發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)

李明

摘? ? 要：探究性實驗由于具有不確定性，在實際高中化學(xué)實驗教學(xué)中開展不多。而探究性實驗可以有效提升學(xué)生的化學(xué)實驗?zāi)芰Γl(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。開展探究性實驗可以從以下幾個方面入手：先規(guī)范化學(xué)實驗基本操作能力，讓學(xué)生掌握化學(xué)實驗設(shè)計的基本方法;再通過強化建模、回歸實踐，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實驗科學(xué)探究能力，提升其化學(xué)實驗綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)探究性實驗;實驗?zāi)芰?/p>

高中化學(xué)實驗教學(xué)中，由于探究性實驗具有不確定性，教師對其開展不多，也很少在課堂中把演示實驗轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃詫嶒灐＿@不利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實驗?zāi)芰??；诖?，筆者開展了提升學(xué)生化學(xué)實驗?zāi)芰Φ膶嵺`探索。化學(xué)實驗?zāi)芰?，是指基于所學(xué)化學(xué)知識，根據(jù)一定的實驗?zāi)康?，順利完成化學(xué)實驗活動任務(wù)所需要的各種相關(guān)能力的總和。它是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)必不可少的組成部分，包含化學(xué)實驗基本操作能力、化學(xué)實驗設(shè)計的思想方法、化學(xué)實驗探究能力及化學(xué)實驗情感因素等方面。

一、夯實基礎(chǔ)，規(guī)范化學(xué)實驗基本操作能力

任何一個化學(xué)實驗都是由一個個基本實驗操作組成的，科學(xué)規(guī)范的基本實驗操作是學(xué)生在實驗中獲取準確數(shù)據(jù)、保障實驗順利完成的關(guān)鍵，是體會科學(xué)研究過程、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的第一步。

微課程作為教育信息化的新型教學(xué)資源形式，既可以作為正式學(xué)習(xí)的輔助教學(xué)資源，也可以作為非正式學(xué)習(xí)的自主學(xué)習(xí)資源，有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。早在 1993 年，美國北愛荷華大學(xué)的 LeRoy A. McGrew 就在化學(xué)教育中提出 60 秒課程的設(shè)計思想，它將概念、講解和舉例濃縮到60 秒內(nèi)，用于有機化學(xué)知識的普及[1]。

基于課標對化學(xué)實驗的要求以及教材實驗內(nèi)容，化學(xué)實驗基本操作能力包括儀器的使用和基本操作技能等。其中，儀器的使用要求了解實驗所用儀器的名稱、用途和使用中的注意事項，學(xué)會使用儀器的操作步驟和方法;基本操作技能要求明確實驗操作的注意事項，掌握實驗操作的關(guān)鍵。據(jù)此，本課題組成員錄制了22個《化學(xué)實驗儀器使用與基本操作》微課程，并制定了每個微課程的學(xué)習(xí)目標，旨在利用多媒體集文字、聲音、圖像、動畫于一體的優(yōu)點，讓學(xué)生重復(fù)模仿并固化步驟，提升化學(xué)實驗的基本操作能力。

利用微課程簡短靈活的特點，教師可以有針對性地在化學(xué)課堂上選擇一個或幾個視頻播放，或者在自習(xí)課上播放，學(xué)生也可以根據(jù)自己的需要，在節(jié)假日進行網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)并反復(fù)播放。觀看視頻時，針對一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)，教師應(yīng)精準設(shè)問，以引導(dǎo)學(xué)生思考;課上播放時，可請學(xué)生演示，其他人仔細觀察操作過程，教師應(yīng)及時糾正學(xué)生的典型性錯誤。線上觀看視頻后，學(xué)生可利用活動課等課余時間，組隊報名參加實驗操作，教師再總體統(tǒng)籌安排。因為時間錯開且相對自由，教師就可以更有效地利用緊缺的實驗設(shè)備，安排更多的學(xué)生進行實際操作;因為學(xué)生可以自由選擇實驗內(nèi)容，教師就可以有針對性地解決學(xué)生操作薄弱的問題。如此利用微課程，有助于學(xué)生將知識內(nèi)化為自己的基本實驗技能。

二、滲透思想，掌握化學(xué)實驗設(shè)計的基本方法

學(xué)習(xí)的結(jié)果之一是思維方式和思維品質(zhì)的變化。高中化學(xué)實驗教學(xué)中，分析問題、設(shè)計實驗方案的過程，既是整個實驗教學(xué)的精華，也是科學(xué)方法的具體體現(xiàn)。其中，化學(xué)實驗設(shè)計思想是高中化學(xué)實驗教學(xué)的靈魂，掌握這些實驗思想方法的過程比掌握知識本身更重要。學(xué)生只有真正掌握了方法，才能有效地解決實際問題，真正提高自己的創(chuàng)新意識和能力。

化學(xué)實驗設(shè)計的基本方法是科學(xué)思維方法在化學(xué)實驗中的具體表現(xiàn)，比如定性法、定量法、變量控制法、對照法、比較法、模擬法等。其中，變量控制在探究鐵生銹的條件、比較金屬活動性、影響固體物質(zhì)溶解速度的因素、影響化學(xué)反應(yīng)速率等方面有著重要的應(yīng)用?？刂谱兞渴侵匾目茖W(xué)研究方法，其基本思路是：在實驗研究中只改變一個因素（調(diào)節(jié)變量），觀察測定因調(diào)節(jié)變量而改變的因素（因變量），分析得到研究結(jié)論。其步驟如圖1。

下面以《碳酸鈉和碳酸氫鈉溶解性差異的創(chuàng)新實驗設(shè)計》為例加以詳細說明，見表1。

三、強化建模，培養(yǎng)化學(xué)實驗科學(xué)探究能力

實驗探究能力在化學(xué)實驗?zāi)芰Y(jié)構(gòu)中占據(jù)極其重要的位置，具體到實驗教學(xué)情境，它是指學(xué)生結(jié)合已有的知識經(jīng)驗，積極思考、提出設(shè)想，再尋找信息、設(shè)計方案驗證，最后給出合理的解釋說明的能力。通過師生、生生之間的溝通交流，學(xué)生可以提高邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。

在化學(xué)探究實驗教學(xué)中，教師基于教學(xué)目標選擇探究的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生探究實驗原理，討論設(shè)計方法，完成實驗驗證，最后得到結(jié)論。探究實驗教學(xué)設(shè)計流程如圖2。在教師有意識的引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)過不斷的實驗探究，逐步形成實驗探究的模型。這有利于學(xué)生掌握科學(xué)方法，提高分析、解決問題的能力。

下面以“過氧化鈉與水反應(yīng)實驗”的教學(xué)片段為例進行說明。

【教學(xué)片段】過氧化鈉與水反應(yīng)實驗

真實情境：實驗意外現(xiàn)象。

蘇教版普通高中課程標準實驗教科書《化學(xué)1》專題2“過氧化鈉與水反應(yīng)實驗”：在盛有過氧化鈉（約1g）的大試管中加入10.0mL蒸餾水，檢驗產(chǎn)生的氣體;反應(yīng)停止至溶液中無氣泡后，滴入2滴酚酞，觀察現(xiàn)象。Na2O2與水反應(yīng)：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑。預(yù)設(shè)的現(xiàn)象是溶液變紅，實際現(xiàn)象是變紅后馬上褪色。

提出問題：為什么酚酞滴入溶液后先變紅后褪色？

問題的探究解決：

[猜想假設(shè)1]酚酞的性質(zhì)影響。

[查閱資料驗證]NaOH濃度大于2mol/L時，酚酞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而褪色。

結(jié)論：經(jīng)計算，本實驗NaOH濃度達不到2mol/L，酚酞不是因為堿濃度過大而褪色。

[猜想假設(shè)2]O2使酚酞褪色。

[設(shè)計方案、實驗驗證]向試管中加0.01mol/ L NaOH溶液3mL，滴加2滴酚酞，然后將H2O2和MnO2混合后產(chǎn)生的O2通入紅色溶液中。

現(xiàn)象：溶液的紅色較長時間不褪去。

結(jié)論：生成的O2不是造成酚酞褪色的主要原因。

[猜想假設(shè)3]Na2O2與水反應(yīng)時生成了中間產(chǎn)物，根據(jù)元素守恒定律，推測可能是H2O2。

[設(shè)計方案、實驗驗證]取反應(yīng)后的溶液加入MnO2粉末，觀察是否產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生的氣體是否能使帶火星的木條復(fù)燃。

實驗現(xiàn)象：加入MnO2后產(chǎn)生大量氣泡，并使帶火星的木條復(fù)燃。

結(jié)論：Na2O2與水反應(yīng)的實質(zhì)：Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2? ?2H2O2=2H2O+O2↑。是H2O2使酚酞褪色。

在實驗探究過程中，教師不僅要從化學(xué)實驗知識和技能兩方面去評價學(xué)生的基本能力，還要把學(xué)生在實驗操作時的態(tài)度、方法、價值觀、習(xí)慣等納入評價范圍（如學(xué)生是否具有問題意識、質(zhì)疑精神，是否會提出新觀點、新方法、新設(shè)想等），以此評價學(xué)生的創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力等。采用自評、互評、師評相結(jié)合的方式，可以讓學(xué)生在現(xiàn)有基礎(chǔ)上謀求實實在在的發(fā)展，形成正確的自我認識，找到自我進步的方法，從而真正實現(xiàn)評價促進發(fā)展的功能。

四、回歸實踐，提升化學(xué)實驗綜合應(yīng)用能力

任何知識的學(xué)習(xí)、方法的提煉，最終都要回歸生活生產(chǎn)的應(yīng)用。新課程下的高中化學(xué)實驗，不僅是在實驗操作方式上發(fā)生改變，更重要的是以鼓勵參與、強調(diào)過程、突出開放的教學(xué)情境，促使學(xué)生積極融入、主動研究并聯(lián)系實際解決問題。在真實的情境中開展化學(xué)實驗，更能激發(fā)學(xué)生對化學(xué)實驗的興趣與學(xué)習(xí)欲望，更有利于化學(xué)實驗教學(xué)的開展。合理利用資源，根據(jù)化學(xué)知識在生活中的應(yīng)用，向?qū)W生展現(xiàn)化學(xué)實驗的發(fā)展，更有利于學(xué)生對化學(xué)知識的掌握，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

在教學(xué)中，教師要依據(jù)課程標準的要求，改變教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評價過于統(tǒng)一的傾向，要關(guān)注和尊重不同學(xué)生的發(fā)展需要，深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、已有的化學(xué)知識水平、能力發(fā)展水平以及興趣、愛好和潛能等，為他們創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，提供足夠的動手機會，增強其實踐能力，激發(fā)其從事科學(xué)探究的興趣。

以筆者所在課題組編寫的省級精品網(wǎng)絡(luò)課程“化學(xué)小制作”為例，課程中設(shè)計的內(nèi)容都很注重與化學(xué)必修模塊的銜接，是對必修知識的拓展和延伸，且大多來源于學(xué)生熟悉的素材，如制作豆腐花、消毒劑、葉脈書簽、冰袋與暖袋、水果電池、手工皂、甜酒釀等。這些素材具有較強的趣味性，構(gòu)建出實驗活動任務(wù)的生動情境，可以讓學(xué)生體驗到學(xué)以致用的快樂，激發(fā)他們學(xué)習(xí)化學(xué)、探究化學(xué)的興趣。[□][◢]

參考文獻：

[1]MCGREW L A. A 60-Second Course in Organic Chemistry[J].Journal of Chemistry Education，1993（7）：543-544.