例析初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)培育的視角

摘要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生通過化學(xué)課程學(xué)習(xí)形成的關(guān)鍵能力和必備品格。通過“探究二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)”課例為載體，從思想的滲透、藥品或裝置的選擇、裝置的改進(jìn)、技術(shù)的運(yùn)用、原理的遷移五個(gè)方面分析初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)培育的視角。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究;實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;培育視角;二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)

文章編號(hào)：1008-0546（2018）12-0073-03中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.024

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生通過初中化學(xué)課程學(xué)習(xí)形成的關(guān)鍵能力。筆者通過“探究二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)”一節(jié)公開課課例為載體，分析初中學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)培育的五個(gè)視角。

一、思想的滲透

思想的滲透是指以實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新素養(yǎng)培育為目標(biāo)，整體設(shè)計(jì)一節(jié)課的活動(dòng)或任務(wù)，整節(jié)課的學(xué)習(xí)活動(dòng)過程體現(xiàn)“提出問題—作出猜想—設(shè)計(jì)方案—完成實(shí)驗(yàn)—收集證據(jù)—得出結(jié)論—反思評(píng)價(jià)—拓展提升”完整的實(shí)驗(yàn)探究過程，將實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的思想有機(jī)地融入課堂學(xué)習(xí)的過程中。

“探究二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)”一節(jié)課整體設(shè)計(jì)如下：

（展示工業(yè)用氫氧化鈉包裝袋說明書）工業(yè)用氫氧化鈉中碳酸鈉的含量≤1.20%。為什么氫氧化鈉中會(huì)有碳酸鈉？請(qǐng)寫出該過程中發(fā)生的化學(xué)方程式。

學(xué)生活動(dòng)1：根據(jù)二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式，思考可以從哪幾個(gè)角度來探究該反應(yīng)的發(fā)生？

學(xué)生活動(dòng)2：交流各自的猜想：檢驗(yàn)生成物Na2CO3產(chǎn)生的角度、檢驗(yàn)反應(yīng)物NaOH、CO2減少的角度……

學(xué)生活動(dòng)3：根據(jù)猜想設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)方案，并交流討論。

學(xué)生活動(dòng)4：根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生活動(dòng)5：小組間交流和分享實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。

學(xué)生活動(dòng)6：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析得出結(jié)論。

學(xué)生活動(dòng)7：思考并歸納驗(yàn)證“無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)”發(fā)生的視角。

學(xué)生活動(dòng)8：思考：若Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3，那么向氫氧化鈉溶液中通入一定量的二氧化碳，產(chǎn)物是什么？

通過教師對(duì)一節(jié)課的整體把握和有效實(shí)施，潛移默化地滲透了實(shí)驗(yàn)探究的思想，讓學(xué)生不知不覺中學(xué)習(xí)了實(shí)驗(yàn)探究的基本方法。學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)了探究的過程，在今后的學(xué)習(xí)中就會(huì)善于發(fā)現(xiàn)和提出問題，并有解決問題的興趣和熱情，同時(shí)會(huì)嘗試依據(jù)特定情境和具體條件，選擇制訂合理的解決方案，創(chuàng)新自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用已有的知識(shí)自主開展實(shí)驗(yàn)探究，創(chuàng)造性地去獨(dú)立解決問題。

二、藥品（或裝置）的選擇

清華大學(xué)宋心琦教授講過“一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不論是演示實(shí)驗(yàn)還是教學(xué)實(shí)驗(yàn)，都可以歸納為作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的物質(zhì)體系、適當(dāng)?shù)膬x器裝置和必要的安全措施、合理的實(shí)驗(yàn)步驟和規(guī)范的操作技術(shù)。雖然三者不可或缺，但是從學(xué)科教育的角度來評(píng)價(jià)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為它們的重要性是不等同的，而且是依次遞減的。”由此可見，選擇適合的藥品和適當(dāng)?shù)难b置是實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)際課堂教學(xué)中，我們經(jīng)?？吹嚼蠋熃o定藥品讓學(xué)生進(jìn)行探究，這無疑是一種暗示，學(xué)生很容易實(shí)現(xiàn)探究的目標(biāo)。這種不需要深入思考的探究其實(shí)是“偽探究”，一種形式主義的探究。藥品或裝置的選擇實(shí)質(zhì)是對(duì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，是不斷地否定再肯定的過程，是深度思維的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

“探究二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)”這節(jié)課在“學(xué)生活動(dòng)3：根據(jù)猜想設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)方案，并交流討論”其中有一個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下：

（教師）請(qǐng)根據(jù)需要選擇實(shí)驗(yàn)所需的藥品和儀器，組裝出“驗(yàn)證二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)”的裝置，說出裝置中的試劑。（所提供的藥品和儀器既有需要的藥品和儀器，也有干擾的藥品和儀器，既可以完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，又可以完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)。）

（學(xué)生）先獨(dú)立思考，再小組內(nèi)交流各自的方案，再利用儀器組裝裝置。同學(xué)們各抒己見，各顯其能，有的組組裝出一套裝置，有的組組裝出幾套裝置。

在這節(jié)課的學(xué)習(xí)過程中，教師在引導(dǎo)學(xué)生探究時(shí)充分相信學(xué)生，給學(xué)生提供了適度的探究時(shí)空，由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置、選用相關(guān)儀器、最后操作求證。這種探究抓住了實(shí)驗(yàn)探究的本質(zhì)，將藥品和儀器的選用權(quán)交給學(xué)生，給學(xué)生提供了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，提升了學(xué)生的能力與素養(yǎng)。

三、裝置的改進(jìn)

裝置的改進(jìn)是目前初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中最常見的視角，是指針對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的不足或缺陷，根據(jù)自己的需要對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新，使實(shí)驗(yàn)裝置更加簡潔、科學(xué)、完美。

“探究二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)”這節(jié)課在“學(xué)生活動(dòng)5：小組間交流和分享實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象”環(huán)節(jié)中，某組同學(xué)分享了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，這時(shí)教師及時(shí)抓住生成資源，向該組同學(xué)追問：U型管內(nèi)液面差是否明顯？有液面差是否一定是二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)造成的？

通過追問引導(dǎo)學(xué)生深入思考，氫氧化鈉溶液中含有水，水也可以吸收一些二氧化碳?xì)怏w，導(dǎo)致壓強(qiáng)減小。在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生對(duì)裝置進(jìn)行改進(jìn)，同學(xué)們根據(jù)剛才列舉的缺點(diǎn)，為了讓現(xiàn)象更明顯，將粗U型管改成口徑較小的自制U型細(xì)玻璃管，同時(shí)為了排除水的干擾，利用對(duì)照實(shí)驗(yàn)的思想在U型管另一側(cè)設(shè)計(jì)了對(duì)照裝置，具體裝置如圖2所示。

其他小組同學(xué)受該組實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)的啟發(fā)，紛紛對(duì)自己的裝置進(jìn)行了改進(jìn)，例如設(shè)計(jì)噴泉實(shí)驗(yàn)的小組進(jìn)行了如圖3所示的改進(jìn)，一是將滴管改成了針筒，增加與二氧化碳反應(yīng)的氫氧化鈉溶液或水的量，二是設(shè)計(jì)了二氧化碳與水反應(yīng)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

通過學(xué)習(xí)過程中教師及時(shí)引領(lǐng)學(xué)生多方位、多角度地思考裝置的改進(jìn)，培育了學(xué)生質(zhì)疑的態(tài)度和創(chuàng)新的勇氣，培養(yǎng)了學(xué)生追求設(shè)計(jì)的科學(xué)和裝置的美觀，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提升了學(xué)生的創(chuàng)造技巧。

四、技術(shù)的運(yùn)用

中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中“實(shí)踐創(chuàng)新”素養(yǎng)的主要表現(xiàn)之一為“技術(shù)運(yùn)用”，其重點(diǎn)是理解技術(shù)與人類文明的有機(jī)聯(lián)系，具有學(xué)習(xí)掌握技術(shù)的興趣和意愿;具有工程思維，能將創(chuàng)意和方案轉(zhuǎn)化為有形物品或?qū)σ延形锲愤M(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化等。在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中，技術(shù)的運(yùn)用主要表現(xiàn)在對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步改進(jìn)與優(yōu)化，運(yùn)用現(xiàn)代檢測儀器（例如傳感器、光譜儀等）采集數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的定量化、可視化、簡潔化。

“探究二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)”這節(jié)課在“學(xué)生活動(dòng)4：根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)，教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上補(bǔ)充介紹了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，演示了利用壓強(qiáng)傳感器、二氧化碳濃度傳感器和溫度傳感器探究二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4、5。

通過教師將數(shù)字化技術(shù)引入課堂實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了觀察氣壓、二氧化碳濃度、溫度三者同步的可視化變化，讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)從傳統(tǒng)走向了現(xiàn)代，為實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)拓展了創(chuàng)新的視角。通過用傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)代替了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器中用眼、手、紙和筆記錄數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)記錄的連續(xù)性，為無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)設(shè)計(jì)“可視化”過程的實(shí)驗(yàn)打開了方便之門。通過用計(jì)算機(jī)軟件代替人腦對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單統(tǒng)計(jì)、處理和分析，擺脫了繁瑣的計(jì)算過程，為更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、探究和分析給予了時(shí)間和空間的保證。數(shù)據(jù)采集器能同時(shí)接入四個(gè)相同的傳感器或四個(gè)不同的傳感器，能同時(shí)采集多個(gè)相同或不同類型的物理量，實(shí)現(xiàn)同一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)過程的同步、不同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步并行采集，為對(duì)照實(shí)驗(yàn)同步化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。利用傳感器測量的各種物理量都是在系統(tǒng)內(nèi)部完成，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器由于估讀時(shí)人為引進(jìn)的各種測量誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確、可靠，為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器無法完成的定量實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了有力保障。

五、原理的遷移

所謂遷移是指將一種學(xué)習(xí)中習(xí)得的一般原理、方法、策略和態(tài)度等遷移到另一種學(xué)習(xí)中去。初中化學(xué)學(xué)習(xí)中原理的遷移指將本節(jié)課習(xí)得的基本化學(xué)原理遷移到其它課堂學(xué)習(xí)中去或者將本節(jié)課習(xí)得的學(xué)習(xí)某種物質(zhì)的方法遷移到學(xué)習(xí)其它物質(zhì)中去。

“探究二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)”這節(jié)課在“學(xué)生活動(dòng)7：思考并歸納驗(yàn)證無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)發(fā)生的視角”環(huán)節(jié)，教師的設(shè)計(jì)如下：

（師）通過前面交流討論、自主實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象分享，請(qǐng)你總結(jié)一下有哪些方法可以證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)？（學(xué)生分別回答各自的一些方法，同伴補(bǔ)充。）

（師）證明的方法很多，請(qǐng)大家對(duì)這些方法進(jìn)行分類，可以從哪些視角來證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)？

（生1）從檢驗(yàn)產(chǎn)物碳酸鈉的視角。

（生2）從檢驗(yàn)反應(yīng)物二氧化碳或氫氧化鈉的視角。

（生3）從能量變化的視角。

（師）同學(xué)們總結(jié)的很好，二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)是無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)中的一種，那么對(duì)于其它無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)我們?nèi)绾巫C明這些反應(yīng)發(fā)生呢？

從課堂學(xué)習(xí)過程可以看出，教師引導(dǎo)學(xué)生從一個(gè)具體的驗(yàn)證方法遷移到一類具體的驗(yàn)證視角，從一種物質(zhì)遷移到一類物質(zhì)，從一種視角遷移到其它視角，最后又由二氧化碳與氫氧化鈉一個(gè)特殊反應(yīng)遷移到普遍反應(yīng)，促進(jìn)了對(duì)其它課堂學(xué)習(xí)的深度理解。

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