高中化學“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)下的實驗創(chuàng)新策略

彭紅英

(江蘇省包場高級中學,江蘇 南通 226001)

從高中化學學科核心素養(yǎng)視角來看,科學探究與創(chuàng)新意識是針對實驗教學環(huán)節(jié)提出的,指的是學生主動發(fā)現(xiàn)與提出具有探究價值的化學問題,根據(jù)探究目的設(shè)計和優(yōu)化實驗方案,完成實驗的操作,且結(jié)合觀察記錄與實驗數(shù)據(jù)進行加工后得到結(jié)論,學生之間可以相互交流探究成果,提出改進或者繼續(xù)探究的設(shè)想,他們要尊重證據(jù)與事實,不能迷信權(quán)威,需形成獨立思考、敢于批判與質(zhì)疑的創(chuàng)新精神.高中化學教師應(yīng)以此為基本導向創(chuàng)新實驗教學策略,帶領(lǐng)學生積極參與到實驗活動中,促進他們科學探究與創(chuàng)新意識素養(yǎng)的提高.

1 善于聯(lián)系生活,創(chuàng)新化學實驗內(nèi)容

1.1 巧妙引入生活素材,精心設(shè)計生活實驗

我國著名教育學家陶行知先生曾說過“教育即生活”的名言,化學正是源自于前人對自然與生活的歸納,又經(jīng)過系統(tǒng)的學習讓化學更好地服務(wù)于日常生活.在高中化學“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)下,教師可巧妙引入生活素材,精心設(shè)計生活化實驗,由此創(chuàng)新實驗內(nèi)容,輔助學生更好地學習化學知識[1].

例如,在進行“氧化還原反應(yīng)”教學時,教師事先準備好生活化素材,即比較常見的一杯茶水,現(xiàn)場演示實驗:先往這杯茶水中加入少量的硫酸亞鐵溶液,再往里面加入適量的草酸晶體,要求學生認真觀察茶水顏色的變化情況,討論茶水在加入不同物質(zhì)后出現(xiàn)什么變化?他們結(jié)合看到的實驗現(xiàn)象指出加入硫酸亞鐵后茶水變成黑色,而加入草酸晶體后茶水又恢復至原來的顏色,借機設(shè)疑:大家知道茶水顏色為什么會出現(xiàn)變化嗎?由此引出新課主題——氧化還原反應(yīng),激發(fā)學生對氧化還原反應(yīng)的好奇之心,讓學生在接下來的課堂教學中進一步集中注意力,確保課堂教學效果.之后,教師詢問:你們在初中時期都學過氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)嗎?由學生結(jié)合學過的知識羅列出氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)的化學方程式,引出話題:這兩類反應(yīng)是否是獨立進行的?組織他們自由討論和舉例說明,明確這兩個反應(yīng)會同時發(fā)生,使其順利得出氧化還原反應(yīng)的概念.

1.2 開設(shè)課下探究活動,拓展學生實驗空間

針對高中化學“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)下的實驗教學來說,教師除在課堂上演示一些生活化實驗以外,還要開始課下探究活動,帶領(lǐng)學生深入到生活中,拓展他們的實驗空間,使其擁有更多進行科學探究與創(chuàng)新的機會,改善自身的化學素養(yǎng).

比如,在開展“有機合成”教學時,本節(jié)課要學到“油脂”這一常見的生活用品,學生知道家中做飯用的動物油與植物油均屬于油脂,在堿性條件下通過水解生成的高級脂肪酸鹽是肥皂的主要成分.學習完課本知識后,教師可以安排一些課下實驗任務(wù),如:調(diào)查家中是否放有過期的植物油?抽油煙機收集到的油是如何處理的?使用這些油脂與堿(或者用廚房中的食用堿代替堿)、食鹽等物品自主動手制作肥皂;且給予提示:家中做飯用的鍋可以當作實驗儀器.步驟如下:先把廢油脂與堿在加熱情況下進行水解,再加入適量的食鹽進行鹽析,然后將收集到高級脂肪酸鹽進行洗滌,最后壓制成型.同時,學生在實驗操作中,要思考以下問題:加熱油脂時溫度應(yīng)控制在多高?油脂同堿或者食用堿按照什么比例配制反應(yīng)的較為徹底?怎么檢驗水解反應(yīng)是否徹底?加入多少食用鹽進行鹽析等,進一步拓展他們的科學探究空間,使其收獲豐富的學習體驗.

2 明確學生主體地位,創(chuàng)新化學實驗形式

2.1 制造更多實驗機會,鼓勵學生創(chuàng)新實驗

高中化學教師在平常教學中需要明確學生的主體地位,制造出更多的實驗機會.將實驗當作學習化學的一門常用手段,鼓勵他們對以往的實驗進行創(chuàng)新設(shè)計與操作.當然要以安全為前提,使其科學探究與創(chuàng)新意識得到發(fā)展[2].

以“有機化合物”教學為例,當學習到“苯酚”這一物質(zhì)時,教師可出示苯酚軟膏使用說明書,說明中指出“不能和堿性藥物同時使用”,引導學生提出猜測“苯酚具有酸性”,以此為基礎(chǔ)產(chǎn)生疑問:苯酚是否屬于酸?酸性是弱還是強?假如是弱酸性,與碳酸相比是弱還是強?鼓勵他們自主設(shè)計與操作實驗,使其根據(jù)實驗現(xiàn)象展開分析與推理.接著,學生可能設(shè)計出如下實驗:(1)分別使用pH試紙與紫色石蕊試液來檢測苯酚溶液的pH與酸堿性;(2)將大小一樣的鎂條分別同等量的苯酚溶液與蒸餾水反應(yīng),比較反應(yīng)速率;(3)將適量的苯酚分別同氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液反應(yīng),結(jié)合實驗現(xiàn)象推測結(jié)論;(4)向同氫氧化鈉溶液反應(yīng)后的澄清液中通入二氧化碳,結(jié)合現(xiàn)象推測結(jié)論.學生通過一系列實驗突破常規(guī)思維的束縛,培養(yǎng)他們的科學探究與創(chuàng)新意識,使其思維向縱深處發(fā)展,提升思維能力.

2.2 引入小組學習模式,學生進行合作實驗

高中化學知識對學生的綜合化學能力有著更高的要求,有時他們僅僅依靠個人能力很難獨立完成實驗的設(shè)計與操作,極易陷入到思維障礙與困境之中.這時高中化學教師可基于“科學探究與創(chuàng)新意識”視角切入,適時引入小組合作學習模式,除指導學生操作一些常規(guī)的驗證性實驗以外,還要指導他們進行深入探究,多操作一些探究性的化學實驗,借此發(fā)展其科學探究與創(chuàng)新意識[3].

例如,在“鐵及其化合物”教學中,當學習氧化亞鐵這一鐵的化合物時,課本中并沒有過多介紹氧化亞鐵的性質(zhì),教師可以先引領(lǐng)學生結(jié)合元素化合價的特征嘗試推測氧化亞鐵的化學性質(zhì),使其根據(jù)所學的氧化還原反應(yīng)原理推導出含有+2價鐵的化合物同時具備氧化性與還原性,讓他們初步認識氧化亞鐵.接著,教師以上述結(jié)論為切入點設(shè)置問題:鐵能夠同水蒸氣發(fā)生反應(yīng),那么氧化亞鐵是否可以表現(xiàn)出同鐵相似的性質(zhì)同水蒸氣發(fā)生反應(yīng)?判斷依據(jù)是什么?怎么證明出來?組織學生分小組進行合作分析與討論,得出氧化亞鐵和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)的可行性:FeO能夠同H2O(g)發(fā)生反應(yīng);能使用鐵與水蒸氣反應(yīng)的反應(yīng)裝置;通過驗證反應(yīng)產(chǎn)物有氫氣即可獲得肯定結(jié)論.之后,教師指導學生在小組內(nèi)按照方案進行合作實驗,使其在相互幫助下一起完成實驗探究任務(wù),將學習內(nèi)容同小組實驗相結(jié)合,讓他們在合作中增強科學探究與創(chuàng)新意識.

3 積極接軌時代發(fā)展,創(chuàng)新化學實驗教學

3.1 借助現(xiàn)代教育技術(shù),優(yōu)化實驗教學流程

對于高中化學“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)下的實驗教學而言,教師應(yīng)積極同時代發(fā)展相接軌,借助現(xiàn)代教育技術(shù)將一些不易操作、存在安全隱患的實驗以信息技術(shù)手段模擬出來,不影響對學生科學探究與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[4].

比如,在“電解池”教學過程中,本節(jié)課主要學習電解原理及其應(yīng)用,課本中通過“電解氯化銅溶液實驗”引出電解原理,該實驗操作起來難度較大,不易把控,容易出現(xiàn)失誤,影響結(jié)果的準確性.課堂上,教師談話導入:大家知道化學能會轉(zhuǎn)變成熱能,也可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?要用到原電池裝置,今天就帶領(lǐng)你們學習電能是如何轉(zhuǎn)化為化學能的.以此激起學生的好奇心與求知欲,使其對新課的學習充滿期待.接著,在實驗環(huán)節(jié),教師可以利用多媒體設(shè)備播放“電解氯化銅溶液實驗”的視頻,并給予點撥:電解時為什么會有銅和氯氣生成?通電前溶液中有哪些微粒?離子是如何運動的?通電后離子的運動情況有什么變化?電解氯化銅溶液時怎么形成閉合回路?為什么陰極上是銅離子得電子,而不是氫離子?陽極上是氯離子失電子而不是氫氧根離子?這與什么因素有關(guān)?使學生根據(jù)實驗視頻展開討論,讓他們認識電解池的原理.

3.2 滲透綠色化學理念,創(chuàng)新實驗教學觀念

高中化學教師創(chuàng)新實驗教學時,應(yīng)當積極滲透綠色化學理念,根據(jù)具體教學要求與目標操作一些微型化學實驗,盡量減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生,將產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣給處理掉,培養(yǎng)學生的科學探究意識、創(chuàng)新意識與環(huán)保意識[5].

例如,在實施“氯及其化合物”教學時,當學習到“制取氯氣”這一實驗時,教材中介紹氯氣實驗室制取方法,最常見的是使用濃鹽酸和二氧化錳反應(yīng).當鹽酸濃度較稀時,反應(yīng)就停止,而氯氣是有毒的刺激性氣體,在該反應(yīng)中采用向上排空氣法收集氯氣時,很難控制氯氣不逸出,導致環(huán)境污染.考慮到綠色環(huán)保問題,教師可指導學生改進實驗方法,利用氯酸鉀和濃鹽酸反應(yīng)來制取氯氣,在氯離子+氧化劑+酸性環(huán)境下,用氧化性較強的氯酸鉀,只需3 g左右的氯酸鉀粉末與2 mL左右的濃鹽酸即可,用到的藥品較少,還無需加熱就能夠直接發(fā)生反應(yīng),而且整個實驗裝置處于一個全封閉的空間內(nèi),尾氣處理得較為完全,操作起來比較簡便,還不會對環(huán)境產(chǎn)生污染,整個實驗過程安全可控制,能夠得到更好的實驗結(jié)果.這樣通過滲透綠色化學理念培養(yǎng)學生科學探究與創(chuàng)新意識素養(yǎng),增強他們的環(huán)保觀念.