“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略

張向榮

[摘? ?要]目前學(xué)生實(shí)驗(yàn)中存在 “三多三少”現(xiàn)象，不利于學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。以二氧化碳制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)為例，提出引導(dǎo)學(xué)生“像科學(xué)家一樣探索思考”的三個(gè)策略，以促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)方法和技能來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而規(guī)范實(shí)驗(yàn)探究流程，養(yǎng)成良好的科學(xué)研究習(xí)慣。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)探究;創(chuàng)新意識(shí);學(xué)生實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號(hào)]? ?G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ?A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ?1674-6058（2018）35-0062-02

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)習(xí)的靈魂，通過實(shí)驗(yàn)，特別是學(xué)生實(shí)驗(yàn)，可以促使學(xué)生主動(dòng)積極地獲取化學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)并解決化學(xué)問題，利用化學(xué)知識(shí)更理智地思考生活中碰到的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意”核心素養(yǎng)。

一、問題的提出

與課程改革之前相比，學(xué)生實(shí)驗(yàn)在大多數(shù)學(xué)校已經(jīng)得到了應(yīng)有的重視，但是審視目前的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，仍然存在一些欠缺，而欠缺的這些方面直接關(guān)系到學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.事前預(yù)設(shè)多，實(shí)驗(yàn)生成少

初中化學(xué)有八個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，在做基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)前，常會(huì)看到，教師和學(xué)生一起對(duì)于即將開展的實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行地毯式研究后，學(xué)生才開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。特別是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)于結(jié)果已經(jīng)了然于胸，實(shí)驗(yàn)過程不過是照方抓藥。過多信息的提前獲知抑制了學(xué)生的好奇心，實(shí)驗(yàn)假設(shè)往往就是實(shí)驗(yàn)結(jié)論，即使在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象，也會(huì)被打上“不小心失誤”的標(biāo)簽一帶而過。

2.感性認(rèn)知多，理性思考少

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生化學(xué)知識(shí)的驗(yàn)證和應(yīng)用，是學(xué)生認(rèn)知的第二次飛躍。“探究”其實(shí)就是“探個(gè)究竟”的意思，實(shí)驗(yàn)是“探”的手段，“究”是對(duì)結(jié)果的分析，而在實(shí)際教學(xué)中，感性認(rèn)知多，理性思考少，也就是探得多，究得少，有時(shí)究的內(nèi)容其實(shí)學(xué)生已經(jīng)有所了解，因此不能提升學(xué)生思維的廣度和深度。

3.事實(shí)性知識(shí)多，技能性知識(shí)少

化學(xué)事實(shí)性知識(shí)是指反映物質(zhì)的性質(zhì)、存在、制法和用途等多方面的元素化合物知識(shí)及化學(xué)與社會(huì)、生產(chǎn)和生活實(shí)際相聯(lián)系的知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為了讓學(xué)生多快好省地掌握實(shí)驗(yàn)要求，教師往往會(huì)把實(shí)驗(yàn)細(xì)分成若干知識(shí)點(diǎn)，甚至是實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一些問題一股腦地告訴學(xué)生，表面看上去，豐富了學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，但是這些都是通過教師直接傳授，充其量只是增加了一些事實(shí)性知識(shí)，而觀察、對(duì)比、抽象、概括、自我學(xué)習(xí)等用于解決問題的實(shí)驗(yàn)技能性知識(shí)仍嚴(yán)重欠缺，具體表現(xiàn)為沒有形成科學(xué)觀念，當(dāng)要求獨(dú)自設(shè)計(jì)和完成綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)往往無從下手。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)是在與周圍環(huán)境的相互作用中自主建構(gòu)起來的。因此，教師要為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)，使學(xué)生在“用知識(shí)學(xué)習(xí)”的過程中不斷加深對(duì)化學(xué)的認(rèn)識(shí)，不斷提高自己運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決問題的綜合能力。而目前學(xué)生實(shí)驗(yàn)中存在上述“三多三少”的現(xiàn)象，沒有很好地體現(xiàn)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，不利于學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

鑒于此，我對(duì)“實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳分組實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行了一些探究與嘗試，在數(shù)據(jù)分析、裝置改進(jìn)、異?，F(xiàn)象探討等方面，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)方法和技能來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)。

二、“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

根據(jù)教材的編排，“實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳分組實(shí)驗(yàn)”是學(xué)生遇到的第二個(gè)分組實(shí)驗(yàn)，做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生有高錳酸鉀制取氧氣的分組實(shí)驗(yàn)做鋪墊，且已經(jīng)掌握了基本的化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)于化學(xué)分組實(shí)驗(yàn)也有初步的認(rèn)識(shí)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要圍繞驗(yàn)證二氧化碳化學(xué)性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的操作技能和觀察能力來設(shè)計(jì)，探究性不強(qiáng)，思維容量較小，易設(shè)計(jì)成“照方抓藥”式驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。一般20～25分鐘就可以完成，本身難度不大，而關(guān)于二氧化碳的內(nèi)容無論是課內(nèi)知識(shí)還是課外知識(shí)，都有很多的相關(guān)內(nèi)容，有較大的二次開發(fā)的空間。

教材中關(guān)于“實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳”的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，被公認(rèn)為經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在繼承與發(fā)揚(yáng)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我根據(jù)自己的教學(xué)特長以及任教班級(jí)學(xué)生的特點(diǎn)，在教學(xué)過程、實(shí)驗(yàn)手段、思維探究、知識(shí)遷移、科學(xué)交流等方面進(jìn)行了一些探索，提出了“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)的幾點(diǎn)培養(yǎng)策略。

1.關(guān)注實(shí)驗(yàn)生成，拓展研究范圍

化學(xué)實(shí)驗(yàn)之所以讓人愛，是因?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)變化多端，實(shí)驗(yàn)中聲、光、色不同凡響，引人入勝;化學(xué)實(shí)驗(yàn)之所以讓人恨，也是因?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)變化多端，可能會(huì)出現(xiàn)一些與預(yù)設(shè)不同的變化，不易操作。預(yù)設(shè)與生成的不同，就會(huì)引出一些新的值得探究的問題。

著名教育學(xué)家蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。而在兒童的精神世界中，這種需要特別強(qiáng)烈?！?/p>

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)一些“異?！爆F(xiàn)象，這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作或藥品等方面的問題，如二氧化碳通入澄清石灰水中的時(shí)間太長，石灰水由渾濁又變澄清，這是由于發(fā)生了其他化學(xué)反應(yīng)所致，是實(shí)驗(yàn)操作的問題;若二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水不變渾濁，則可能是鹽酸太濃，也可能是石灰水變質(zhì)所致;若二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水渾濁不明顯，則可能是石灰水太稀，也可能是石灰水有部分變質(zhì)，或是通入二氧化碳的時(shí)間太短，等等。對(duì)于這些異?，F(xiàn)象，有時(shí)需要照原樣重復(fù)實(shí)驗(yàn)，看看是不是偶然原因;有時(shí)需要從藥品的種類、用量上考慮;有時(shí)需要借助工具書，在浩如煙海的知識(shí)中尋找信息;有時(shí)需要和老師一起探討，才能查明原因，解決問題。而這樣的解決問題的方式正是科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)必須經(jīng)歷的過程。

2. 結(jié)合定量研究，掌握探究手段

滬教版教科書中寫道：“在通常狀況下，二氧化碳的密度比空氣大，因而常用向上排空氣集氣法收集二氧化碳?！睍袇s沒有關(guān)于排水法收集二氧化碳的研究，為了讓學(xué)生比較兩種收集方法的效果，我把24個(gè)實(shí)驗(yàn)小組分成兩大組，12小組學(xué)生先用排水法收集2瓶二氧化碳，然后再用向上排空氣法收集，另外12小組學(xué)生的收集順序則相反，每組分別用秒表記錄收集滿一瓶二氧化碳所用的時(shí)間，并用描點(diǎn)作圖法在一個(gè)坐標(biāo)系里畫出折線圖，比較收集氣體的速率。再將澄清石灰水分別倒入集氣瓶中，用定性的方法比較石灰水的渾濁程度。通過比較，發(fā)現(xiàn)排水法得到的氣體純度更高。

用排稀酸法收集不同體積分?jǐn)?shù)的二氧化碳和空氣的混合氣體，再用燃著的木條測試，測得當(dāng)20%體積的CO2與80%體積的空氣混合時(shí)，木條時(shí)燃時(shí)熄，得出：當(dāng)二氧化碳在空氣中的體積分?jǐn)?shù)高于20%時(shí)，燃著的木條就會(huì)熄滅。再利用二氧化碳傳感器測出排空氣法得到的二氧化碳的濃度是58%，而排水法得到的二氧化碳濃度高達(dá)86%。通過定性、定量實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，讓學(xué)生比較不同收集方法的優(yōu)缺點(diǎn)，客觀看待不同收集方法。

通過這樣從定性到定量的細(xì)致研究，使學(xué)生了解到，科學(xué)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模M(jìn)行科學(xué)探究的技術(shù)手段是多樣的，技術(shù)對(duì)科學(xué)探究的影響可以從多個(gè)角度來考慮，而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果要通過分析推理來進(jìn)行證實(shí)或證偽。

3.推進(jìn)思維深度，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)

二氧化碳的發(fā)生裝置有很多種，我們可以用生活用品代替實(shí)驗(yàn)儀器，如用注射器代替分液漏斗，用吸管代替導(dǎo)管，用礦泉水瓶代替錐形瓶。這些生活用品的使用拉近了學(xué)生與化學(xué)的距離，活躍了學(xué)生的思維，使學(xué)生能關(guān)注生活，關(guān)注身邊的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，這對(duì)于化學(xué)知識(shí)的普及大有裨益。

初三是化學(xué)的啟蒙教育，既然是“學(xué)科教育”，那么不僅要注重思維的發(fā)散性，更要注重思維的深刻性，以培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，使學(xué)生意識(shí)到探究是科學(xué)家運(yùn)用邏輯進(jìn)行思考和解決問題的方式。

如本實(shí)驗(yàn)的發(fā)生裝置按“簡易裝置→可控制反應(yīng)速率的裝置→可控制反應(yīng)的發(fā)生與停止的裝置”逐步改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系物理知識(shí)，通過改變氣體壓強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)固氣分離;收集氣體的方法從向上排空氣法到排水法再到多功能瓶排空氣法、排水法。所有的改進(jìn)與創(chuàng)新都是在分析前一個(gè)裝置或一種方法的缺點(diǎn)的前提下，提出改進(jìn)方向，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)裝置或方法。在這樣一個(gè)逐步推進(jìn)的過程中，學(xué)生的認(rèn)知獲得了飛躍式的發(fā)展。

另外實(shí)驗(yàn)時(shí)，還可先給出不同實(shí)驗(yàn)儀器的圖片，讓學(xué)生選擇合適的儀器進(jìn)行組合，然后再將儀器連接在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期。這樣先抽象再具體的過程，使學(xué)生能專注于裝置的設(shè)計(jì)上，體驗(yàn)工程師先進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，再進(jìn)行設(shè)備安裝的工作狀態(tài)。

三、實(shí)驗(yàn)啟示

1.規(guī)范實(shí)驗(yàn)探究流程，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣

這些年，雖然各種培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的論文不斷涌現(xiàn)，但文章中鮮見強(qiáng)調(diào)探究的整體性，即“像科學(xué)家那樣思考探索”，基本實(shí)驗(yàn)流程也慢慢淡出學(xué)生的視野。而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的養(yǎng)成至關(guān)重要，實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)，完成預(yù)習(xí)作業(yè);實(shí)驗(yàn)中，填寫基本實(shí)驗(yàn)報(bào)告;實(shí)驗(yàn)后，整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告，撰寫實(shí)驗(yàn)論文。只有這樣，才能使學(xué)生既能專注于學(xué)習(xí)探究過程中的各個(gè)零散的部分，又能從整體上把握實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度，而在實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行總結(jié)，可以升華思想?？茖W(xué)寫作，盡可能詳細(xì)地描述操作步驟和程序，與他人分享自己的觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)成果，這也是科學(xué)探究的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

2.合理設(shè)置探究環(huán)節(jié)，保護(hù)化學(xué)學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生初三才開始學(xué)習(xí)化學(xué)，有趣的事實(shí)性知識(shí)，讓學(xué)生感到化學(xué)可親可敬，對(duì)化學(xué)充滿了興趣，對(duì)學(xué)好化學(xué)充滿了信心。在培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)的過程中，不能操之過急，在分組實(shí)驗(yàn)的安排上，要注意疏密有致，探究、討論整理的環(huán)節(jié)要適當(dāng)，調(diào)控好課堂的節(jié)奏，靈活地處理和把握實(shí)驗(yàn)探究步驟，最大限度地保護(hù)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。

愛因斯坦曾經(jīng)說過：“教育就是學(xué)生忘記了學(xué)校所學(xué)的一切后剩下的東西?！被瘜W(xué)核心素養(yǎng)就是化學(xué)學(xué)科留在學(xué)生內(nèi)心深處的那一抹綠。

[? 參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ]

[1]? 成尚榮.回到教學(xué)的基本問題上去[J].課程·教材·教法，2015（1）：21-28.

[2]? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[3]? 王國崢.從教材結(jié)構(gòu)向教學(xué)結(jié)構(gòu)“轉(zhuǎn)化”的研究[J] .中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（3）：42-44.

[4]? 鄧文勇.基于交互教學(xué)系統(tǒng)的多維參與式學(xué)習(xí)研究：以“二氧化碳制取的研究”教學(xué)為例[J] .中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（5）：8-11.

（責(zé)任編輯 羅 艷）