核心素養(yǎng)視角下教材實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新應(yīng)用探索

胡衛(wèi)林 巫繼軍

摘要：實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中承載著多種功能。如何發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的作用是一個(gè)值得不斷思考和探討的問題。結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)際，利用教材實(shí)驗(yàn)素材，通過增設(shè)、優(yōu)化或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、幫助學(xué)生理解化學(xué)概念與原理、培養(yǎng)學(xué)生探究與創(chuàng)新思維能力和科學(xué)精神，促進(jìn)學(xué)生人文精神和學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2018）12-0076-03中圖分類號：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.025

沒有實(shí)驗(yàn)的化學(xué)就像沒有了靈魂的軀殼，永無進(jìn)步與創(chuàng)新。新“課程標(biāo)準(zhǔn)” [1]中有18個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，不同版本教材中也有較多的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，可見實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重要地位。然而，由于升學(xué)指揮棒的影響，老師用手在黑板上板演實(shí)驗(yàn)，用口復(fù)述實(shí)驗(yàn)已成為中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)的一種常態(tài)，使得實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的功能和價(jià)值逐步喪失。如何充分挖掘教材實(shí)驗(yàn)素材，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的作用呢？

一、提供感性素材，幫助學(xué)生理解概念和原理

化學(xué)概念和原理即是化學(xué)教學(xué)的主要內(nèi)容，也是實(shí)驗(yàn)探究的理論前提。在教學(xué)過程中，教師能從學(xué)生已有的認(rèn)知水平出發(fā)，將學(xué)生未知的化學(xué)概念和理論通過新的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)進(jìn)行總結(jié)、歸納，將化學(xué)知識以實(shí)驗(yàn)的形式表現(xiàn)出來，使學(xué)生通過對實(shí)驗(yàn)的觀察或親自探究實(shí)驗(yàn)獲得有關(guān)基本概念和基礎(chǔ)理論的知識，這有助于學(xué)生化學(xué)知識的有意義構(gòu)建 [2]。

如在氧化還原反應(yīng)的教學(xué)中，為便于學(xué)生更加直觀形象地了解氧化還原反應(yīng)實(shí)質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，增設(shè)了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，如圖1、2。

實(shí)驗(yàn)1：將已打磨過的鋅片插入盛有硫酸銅溶液的燒杯中，如圖1，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式并判斷是否為氧化還原反應(yīng)，若是，依據(jù)是什么？學(xué)生根據(jù)氧化還原反應(yīng)的概念可知鋅和硫酸銅之間發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，教師引導(dǎo)學(xué)生分析氧化還原反應(yīng)中元素價(jià)態(tài)變化是什么因素所致？并讓學(xué)生根據(jù)圖2組裝儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋅片溶解，銅片表面有銅析出（銅片表面增厚變亮），且電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，得出氧化還原反應(yīng)中伴隨著電流的產(chǎn)生。結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)有關(guān)物理知識，可歸納出：鋅片失去電子，價(jià)態(tài)升高，電子由鋅片經(jīng)導(dǎo)線定向移向銅片，銅離子在銅片表面得電子價(jià)態(tài)降低而析出，從而讓學(xué)生認(rèn)識到氧化還原反應(yīng)實(shí)質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移（得失或是偏移）。

在講解氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)時(shí)，教師并沒有直接將結(jié)論呈現(xiàn)給學(xué)生，而是根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知水平，將抽象的概念轉(zhuǎn)化為形象具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)，從可看得見的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，應(yīng)用從宏觀到微觀，從現(xiàn)象到本質(zhì)的思維方式，逐步分析得出氧化還原反應(yīng)實(shí)質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移。然后再從電子轉(zhuǎn)移的角度概括氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)的概念，并建立結(jié)構(gòu)化內(nèi)容體系，幫助學(xué)生加深對概念的理解與記憶，掌握氧化還原反應(yīng)的核心概念及實(shí)質(zhì)。

二、創(chuàng)設(shè)問題情景，開闊學(xué)生思維境界

學(xué)生積極的思維是基于原有認(rèn)知與新接收到的信息之間出現(xiàn)的非平衡情況產(chǎn)生沖突，迫切需要解決某個(gè)問題開始的。根據(jù)認(rèn)識沖突，通過問題啟發(fā)學(xué)生積極的思維活動(dòng)，拓展學(xué)生的思維空間，激發(fā)學(xué)生探究的欲望。

如在硝酸的氧化性教學(xué)中，根據(jù)教材 [3]裝置進(jìn)行銅與濃硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)溶液呈綠色、試管內(nèi)充滿紅棕色二氧化氮?dú)怏w，再用此裝置進(jìn)行銅與稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)溶液變藍(lán)，也產(chǎn)生紅棕色氣體，只是顏色較淺;但根據(jù)教材內(nèi)容可知銅與稀硝酸反應(yīng)的確是生成了硝酸銅與無色的一氧化氮?dú)怏w，為何會出現(xiàn)紅棕色氣體呢？課堂氣氛瞬間活躍起來，最開始學(xué)生認(rèn)為是由于硝酸的濃度所導(dǎo)致的，即前者硝酸濃度大，反應(yīng)快，氣體量多且濃度大，顏色深;而后者硝酸濃度小，反應(yīng)慢，氣體量少且濃度小，顏色淺。但查閱資料后發(fā)現(xiàn)，一定濃度的稀硝酸與銅反應(yīng)的確是只生成無色的一氧化氮?dú)怏w，否定了此猜想。結(jié)合一氧化氮的性質(zhì)：一氧化氮易與空氣中氧氣化合生成紅棕色的二氧化氮，學(xué)生提出了裝置中有氧氣的存在。據(jù)此猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，一是將裝置內(nèi)的空氣排出，二是防止氮氧化物對環(huán)境的影響。經(jīng)過討論優(yōu)化后畫出如下裝置圖，如圖3，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，先關(guān)閉a，打開b，將裝置B下移，使碳酸鈣與稀硝酸接觸產(chǎn)生氣體，當(dāng)C處產(chǎn)生白色沉淀時(shí)，立刻將裝置B上提，并關(guān)閉b。

（2）將銅絲下移，使之與稀硝酸接觸，可觀察到有無色氣體產(chǎn)生，A中溶液由無色變成藍(lán)色且有無色氣泡冒出，稍后將銅絲上拉，使之與稀硝酸分離。

（3）打開a，擠壓E，使少量空氣進(jìn)入A中，觀察現(xiàn)象，可觀察到A中液面上出現(xiàn)紅棕色氣體。

（4）打開b，交替擠壓E和F，至裝置內(nèi)氮氧化物氣體被氫氧化鈉溶液充分吸收。

將稀硝酸換成濃硝酸進(jìn)行同樣的操作，觀察現(xiàn)象。

通過銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生已有認(rèn)知與新接觸的信息產(chǎn)生沖突，進(jìn)而打開思維空間，激活學(xué)生思維活動(dòng)，通過討論分析，用優(yōu)化后的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生消除已有錯(cuò)誤認(rèn)知，加深對正確知識的理解，多個(gè)角度體驗(yàn)濃、稀硝酸的強(qiáng)氧化性及其差異性，滿足了學(xué)生內(nèi)在的探索欲望，開闊了學(xué)生的思維境界，深化了學(xué)生思維認(rèn)識。

三、實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維品質(zhì)

化學(xué)是無數(shù)科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)探索、分析推理、去偽存真發(fā)展起來的一門基礎(chǔ)學(xué)科，化學(xué)的學(xué)習(xí)過程離不開實(shí)驗(yàn)探究 [4]，而教材中一些實(shí)驗(yàn)安排的主要目的仍是驗(yàn)證物質(zhì)性質(zhì)，缺乏對學(xué)生邏輯思維形成的深入引導(dǎo)和培養(yǎng)，致使學(xué)生參與的積極性不高，阻礙了學(xué)生邏輯思維發(fā)展的形成和創(chuàng)造性思維的提升;因此，可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)增加或改進(jìn)一些實(shí)驗(yàn)，使其變成趣味化、綠色化的創(chuàng)新型的探索性實(shí)驗(yàn)。

如在濃硫酸性質(zhì)的教學(xué)中，將教材 [5]實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)化改進(jìn)，如圖4所示，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過以下兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)。

環(huán)節(jié)一：

（1）氣球變大，是什么原因所導(dǎo)致的呢？

學(xué)生提出了氣球變大是由于濃硫酸與蔗糖反應(yīng)放熱使空氣膨脹所致，但將裝置在空氣中放置一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)氣球基本沒有大的變化，說明不是主要原因。同學(xué)們通過資料查閱與分析，得出氣球膨脹主要原因是由于反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體所致。

通過此環(huán)節(jié)的教學(xué)，學(xué)生的分析問題和論證推理能力得到提升，由于實(shí)驗(yàn)的趣味性，課堂氣氛也比較活躍，對下面的探究教學(xué)起到積極的推動(dòng)作用。

環(huán)節(jié)二：

（2）反應(yīng)產(chǎn)生了什么氣體？怎樣證明你的推測？

學(xué)生發(fā)表不同觀點(diǎn)：有的說是一氧化碳、有的說是二氧化碳、有的說是二氧化硫、還有的說是它們的混合氣體。通過一系列推理論證，同學(xué)們最終得出反應(yīng)生成的是二氧化碳與二氧化硫的混合氣體，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。由于充分尊重學(xué)生的自主意識，所以在同學(xué)們所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中，儀器的選擇多樣化，氣體檢驗(yàn)試劑的選擇也是百花齊放，如二氧化硫氣體檢驗(yàn)，有用品紅的，高錳酸鉀的，還有用氯化鐵溶液的等。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并通過實(shí)驗(yàn)過程說出自己所發(fā)現(xiàn)的問題和所取得的成效！進(jìn)一步對自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行優(yōu)化。在同學(xué)們所設(shè)計(jì)的方案中，雖然有些方案還存在一定的缺陷與不足，但整個(gè)方案的設(shè)計(jì)和探究活動(dòng)過程，確實(shí)促進(jìn)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能及學(xué)科素養(yǎng)的提升。

此環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新性思維能力，通過對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的探究，對實(shí)驗(yàn)方案的再優(yōu)化等過程，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新思維能力得到培養(yǎng)！

以上幾個(gè)案例，均是在利用原有實(shí)驗(yàn)素材的基礎(chǔ)上或改進(jìn)、或優(yōu)化、或增加，生成新的探究學(xué)習(xí)內(nèi)容，變性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)教學(xué)為探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性，有效地促進(jìn)了學(xué)生的主動(dòng)探究意識的形成;不僅在學(xué)生理解化學(xué)概念和原理上有很大幫助，在學(xué)生創(chuàng)新性思維和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)中也起到了關(guān)鍵的作用。因此，平時(shí)教學(xué)中，教師要善于發(fā)現(xiàn)和挖掘教材實(shí)驗(yàn)資源，增設(shè)、改進(jìn)或優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，改變傳統(tǒng)單一的、填鴨式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式;讓實(shí)驗(yàn)真正成為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的好幫手，成為教師培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的得力助手，成為學(xué)生鍛煉能力的訓(xùn)練場;讓學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)操作能力、探究思維與創(chuàng)新思維能力、科學(xué)精神及社會責(zé)任得到真正的提升，讓化學(xué)教學(xué)完成新課程賦予的新使命，促進(jìn)學(xué)生人文精神和學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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