利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

沈玉紅

摘 要 “核心素養(yǎng)”是指學(xué)生通過(guò)校園教學(xué)而形成的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題進(jìn)而解決問(wèn)題的素質(zhì)和能力。它是在學(xué)生接受學(xué)校教育的過(guò)程中逐漸培養(yǎng)成的適用于個(gè)人終生學(xué)習(xí)及社會(huì)長(zhǎng)久發(fā)展的必備能力。它是一個(gè)時(shí)間與空間相統(tǒng)一的概念，是一個(gè)可培育可持續(xù)可發(fā)展的、在不同地域有不同內(nèi)涵與外延的、促成學(xué)生養(yǎng)成終生學(xué)習(xí)習(xí)慣的一種源動(dòng)力。核心素養(yǎng)主要體現(xiàn)在實(shí)際教學(xué)中的綠色力、學(xué)科力與探究力，本研究探討如何通過(guò)這三力的提升來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 核心素養(yǎng) 綠色 創(chuàng)新 探究

教育部于2014年3月頒發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的意見(jiàn)》中，多次提出“核心素養(yǎng)”的概念。此后，“核心素養(yǎng)”就成為我國(guó)教學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要關(guān)注點(diǎn)，也成為科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要組成部分。

“核心素養(yǎng)”是指學(xué)生通過(guò)校園教學(xué)而形成的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題進(jìn)而解決問(wèn)題的素質(zhì)和能力，它是在學(xué)生接受學(xué)校教育的過(guò)程中逐漸培養(yǎng)成的適用于個(gè)人終生學(xué)習(xí)及社會(huì)長(zhǎng)久發(fā)展的必備能力。它是一個(gè)時(shí)間與空間相統(tǒng)一的概念，是一個(gè)可培育可持續(xù)可發(fā)展的、在不同地域有不同內(nèi)涵與外延的、促成學(xué)生養(yǎng)成終生學(xué)習(xí)習(xí)慣的一種源動(dòng)力。核心素養(yǎng)主要體現(xiàn)在實(shí)際教學(xué)中的綠色性、創(chuàng)新性與探究性，本研究從教學(xué)中的綠色力、創(chuàng)新力與探究力出發(fā)，探討如何通過(guò)這三力的提升來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、綠色力的提升是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的前提

綠色力是指在教學(xué)過(guò)程中，要注重綠色環(huán)保的理念，盡量減少教學(xué)過(guò)程中的環(huán)境污染的一種素養(yǎng)。對(duì)于化學(xué)學(xué)科來(lái)說(shuō)，綠色力主要體現(xiàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上。

如在講“氨水的揮發(fā)性與堿性”時(shí)，大部分教師都會(huì)用圖1所示裝置來(lái)設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，用一個(gè)大燒杯套在a，b兩個(gè)小燒杯上面，一段時(shí)間后，可以看到小燒杯a變紅，此實(shí)驗(yàn)操作方便、現(xiàn)象明顯、時(shí)效性好，較適用于課堂演示。但是，因?yàn)榇鬅牟幻荛]性、濃氨水的強(qiáng)揮發(fā)性，以及完成實(shí)驗(yàn)后儀器回收整理，均導(dǎo)致大量氨氣的逸出，污染空氣，嚴(yán)重影響教師與學(xué)生的身體健康。針對(duì)這樣的環(huán)境污染問(wèn)題，我們可以借助一根Y型試管來(lái)重置實(shí)驗(yàn)，如圖2所示，在Y型試管的左側(cè)加入無(wú)色酚酞溶液，右側(cè)加入濃氨水溶液，在試管口套上一個(gè)小氣球，一段時(shí)間后，同樣可以觀察到無(wú)色酚酞變紅。同樣的實(shí)驗(yàn)，用圖2的裝置，既可以減少藥品的用量，又可以免除有毒有污染氣體的外逸，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保的理念。

圖2裝置還適用于很多涉及到環(huán)境污染的實(shí)驗(yàn)。如在“白磷與紅磷的燃燒”探究實(shí)驗(yàn)中，我們可以將教材中的外露實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)為同樣放在Y型試管中進(jìn)行。在Y型試管的一側(cè)放一小顆紅磷，另一側(cè)放與紅磷大小相近的一小顆白磷，上口用小氣球進(jìn)行密封，調(diào)節(jié)氣壓，并將Y型試管浸入裝有熱水的小燒杯中，觀察白磷的燃燒。這樣可以有效防止燃燒產(chǎn)物外逸入空氣中，又安全又綠色環(huán)保。

通過(guò)這樣綠色環(huán)保實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，不但可以讓學(xué)生體驗(yàn)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究與操作，更可以讓學(xué)生建立起節(jié)能環(huán)保的意識(shí)，讓學(xué)生體驗(yàn)到化學(xué)在社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中需要提供綠色力的情感態(tài)度與價(jià)值觀，增加學(xué)生的社會(huì)發(fā)展使命感。

二、學(xué)科力的提升是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)

學(xué)科力是學(xué)科生長(zhǎng)繁衍的力量，學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)不但要依靠各學(xué)科的重點(diǎn)知識(shí)、重要技能與核心情感態(tài)度，更要凌駕于本學(xué)科之上，形成一種學(xué)科間互融的素養(yǎng)，要將各學(xué)科的知識(shí)、技能融會(huì)貫通。

如在講“銅與稀硝酸反應(yīng)”時(shí)，大多數(shù)老師會(huì)使用圖3裝置來(lái)探究實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物。但在實(shí)際操作中，往往會(huì)因?yàn)樵嚬懿幻芊饣蛟嚬苤袣埩粲锌諝?，而使產(chǎn)生的氣體迅速變成紅棕色，從而影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與產(chǎn)物的判斷。如果整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用一氧化氮首先將裝置中的空氣排盡再觀察，那又需要生成大量的一氧化氮，耗時(shí)耗原料，并產(chǎn)生大量有毒氣體。

為此，有參考資料提出一種稍顯優(yōu)越性的改進(jìn)方案，如圖4所示，利用右端低左端高的U型管來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)。具體操作為：在U型管中加入適量稀硝酸，至右端液面與管口齊平，且左右兩側(cè)液面高度相同，在右端塞上一個(gè)插有銅絲的橡膠塞。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，右側(cè)產(chǎn)生氣體，且為無(wú)色，右側(cè)液面下降，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)銅絲的高度來(lái)控制反應(yīng)的開(kāi)始與停止。但在實(shí)際操作中卻發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)一段時(shí)間后，由于右側(cè)產(chǎn)生氣體，壓強(qiáng)增大，以及調(diào)節(jié)銅絲高度時(shí)對(duì)銅絲的拉動(dòng)，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致右側(cè)上面的橡膠塞松動(dòng)，而使得氣體迅速變?yōu)榧t棕色，并逸出U型管污染空氣，同時(shí)左側(cè)是聯(lián)通大氣的開(kāi)放端，稀硝酸也必將揮發(fā)入空氣中，因此實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果并沒(méi)有想象中的理想。這時(shí)，我們可以跨越學(xué)科的限制，將物理學(xué)中的一些核心知識(shí)帶入化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置出一種更利于觀察現(xiàn)象、更方便控制反應(yīng)進(jìn)程、也更安全的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置，如圖5所示。將原兩端開(kāi)放的U型管，改為用較低的一端為原始封閉的裝置，只有較高一側(cè)連通大氣；將插入橡膠塞的銅絲，改為用裝有鐵絲的封閉玻璃管，并在玻璃管外繞幾圈銅絲來(lái)代替，將其浸入U(xiǎn)型管的稀硝酸溶液中，并通過(guò)在U型管外側(cè)放磁鐵來(lái)控制此玻璃管的位置，從而控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與終止，這樣的實(shí)驗(yàn)裝置相對(duì)來(lái)說(shuō)更方便、更安全，而且右側(cè)可更長(zhǎng)久的觀察到氣體的顏色。這種改進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)，與物理學(xué)中的壓強(qiáng)、磁性等核心知識(shí)息息相關(guān)，實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科核心素養(yǎng)的有機(jī)整合。

為了更有效的培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科力素養(yǎng)，各學(xué)校還可以輔助設(shè)置不同的課程體系，對(duì)學(xué)科課程進(jìn)行分類(lèi)、分層教學(xué)。如可將課程分為專業(yè)學(xué)科課程、綜合學(xué)科課程、特別學(xué)科課程等類(lèi)別，也可將課程分為基礎(chǔ)類(lèi)學(xué)科課程、提升類(lèi)學(xué)科課程、研討類(lèi)學(xué)科課程等層次進(jìn)行開(kāi)展。

學(xué)科間融合的學(xué)科力的提升，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，有了跨學(xué)科的知識(shí)與技能的綜合運(yùn)用能力，才能真正實(shí)現(xiàn)新課程所提倡的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

三、創(chuàng)新力的提升是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的保障

創(chuàng)新力是指學(xué)生以現(xiàn)有的知識(shí)與思維方式為基礎(chǔ)，提出新的方法，或創(chuàng)造出新的思路，并且有一定的良好效益的一種素養(yǎng)。創(chuàng)新是新思路與新發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的源泉，是社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)力，也是現(xiàn)代學(xué)科核心素養(yǎng)中最重要的素養(yǎng)之一，新課程標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)“創(chuàng)新”提出了更高的要求。只有學(xué)生創(chuàng)新力的提升，才能為學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。

如在講“氨氣的尾氣處理”時(shí)，我們常用兩種形式的裝置：一種為用一個(gè)倒扣的漏斗置于裝有水的燒杯中；另一種是在燒杯中裝有四氯化碳與水的分層液體，將產(chǎn)生氨氣的導(dǎo)管伸入到四氯化碳層中。這兩種方式對(duì)于防倒吸來(lái)講效果還是不錯(cuò)的，但是一旦氨氣溶于水中形成氨水后，便會(huì)揮發(fā)出刺激性氣味的氨氣，污染空氣，而第二種方案中的四氯化碳本身就是有毒物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的處理也是一種負(fù)擔(dān)與浪費(fèi)。因此，我們可以利用常見(jiàn)的長(zhǎng)頸漏斗來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新性的氨氣處理方案設(shè)計(jì)，如圖6所示。

取一個(gè)雙孔橡膠塞，一個(gè)孔中塞入長(zhǎng)頸漏斗，另一個(gè)孔插入一根帶有橡膠管的直角玻璃彎管，向大試管中加入適量的水，將雙孔塞塞入大試管中，調(diào)節(jié)長(zhǎng)頸漏斗高度，使長(zhǎng)頸漏斗底端插入到液面下。繼續(xù)向長(zhǎng)頸漏斗中加水，使長(zhǎng)頸漏斗中的液體體積大約在它容量的2/3處。此時(shí)，可以將a處連通氨氣，不會(huì)發(fā)生倒吸過(guò)程。這種方法安全、簡(jiǎn)便、有效，同時(shí)也減少了氨氣的逸出對(duì)環(huán)境造成的污染。

若將a管連接一整套裝置的出口，則此裝置又變成一個(gè)很好的檢查氣密性的裝置。檢查時(shí)，首先將a連接所需檢查裝置的出口，然后在長(zhǎng)頸漏斗中加入適量水，則可通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗中的水柱高度是否有變化來(lái)檢驗(yàn)所連接裝置的氣密性。

若將a管與一有刻度的針筒相連接，大試管中放入鐵片，長(zhǎng)頸漏斗加入稀硫酸，此裝置又可改裝為一個(gè)很好的測(cè)定鐵與稀硫酸反應(yīng)速率的裝置。

通過(guò)這樣的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，不但可以提升學(xué)生對(duì)化學(xué)儀器與設(shè)備的深入思考，更可以培養(yǎng)學(xué)生積極思考，勇于實(shí)踐與創(chuàng)新的優(yōu)秀學(xué)習(xí)品質(zhì)。這些品質(zhì)在學(xué)生的學(xué)科學(xué)習(xí)中有著重要的地位與作用。因此，創(chuàng)新力的提升，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要保障。

學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的、復(fù)雜的、曲折的過(guò)程，需要教師與學(xué)生的不斷努力、不斷探索。相信通過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)中的綠色力、創(chuàng)新力與探究力的探索與提升，將對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。

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