核心素養(yǎng)觀照下的化學(xué)實驗復(fù)習(xí)教學(xué)研究

李宏春

摘要：以“無機(jī)化合物的制備”復(fù)習(xí)課教學(xué)為例，從實驗制備合成、分離提純、純度測定三個角度進(jìn)行探討，滲透了科學(xué)探究與創(chuàng)新意思、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)精神與社會責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；化學(xué)實驗；復(fù)習(xí)教學(xué)

文章編號：1008—0546（2017）11—0054—04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.018

一、設(shè)計背景

隨著《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架頒布推廣，一線教師需積極面對新一輪課堂教學(xué)改革。學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終生發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識是化學(xué)核心素養(yǎng)的實踐基礎(chǔ)，證據(jù)推理與模型認(rèn)知是科學(xué)探究的思維本質(zhì)與基礎(chǔ)，科學(xué)精神與社會責(zé)任是科學(xué)探究與創(chuàng)新的價值追求和價值立場?；瘜W(xué)實驗教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實驗?zāi)康脑O(shè)計并優(yōu)化實驗方案，分析操作步驟及細(xì)節(jié)緣由；在條件許可情況下動手操作并對實驗中一些反?，F(xiàn)象提出質(zhì)疑，提出實驗改進(jìn)設(shè)想；從而培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作和證據(jù)推理意識，在實驗探究中建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間邏輯關(guān)系。

實驗復(fù)習(xí)是化學(xué)選考總復(fù)習(xí)中的重要內(nèi)容之一，它既可以鞏固和強(qiáng)化實驗基本技能，又能對元素化合物知識、化學(xué)基本理論的掌握起到深化與提高，對于全面發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有極重要的作用。綜觀近年浙江省化學(xué)選考試題，實驗題是每次必考的題型，然而每次的答題情況不甚理想。表現(xiàn)問題如下：基礎(chǔ)知識不扎實、實驗探究能力缺失、問題回答表述不規(guī)范、信息現(xiàn)場遷移能力差、化學(xué)觀念不清等。學(xué)生在考試中暴露出的種種問題歸根結(jié)底是由于復(fù)習(xí)浮于表面、不深入不扎根，教師目光不夠長遠(yuǎn)，功利地直接瞄準(zhǔn)“考點”，停留在知識的淺層記憶，忽略思想方面的培養(yǎng)；學(xué)生缺乏化學(xué)基本觀念的支撐，思維品質(zhì)欠佳，面對新情境知識遷移能力和分析解決問題的能力差。

二、設(shè)計思路

物質(zhì)制備實驗的知識涉及面廣、能力綜合度高，能較好發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識等化學(xué)核心素養(yǎng)，能讓學(xué)生認(rèn)識科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實踐活動；能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題；能從問題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的，設(shè)計探究方案，進(jìn)行實驗探究；在探究中學(xué)會合作，面對“異?！爆F(xiàn)象敢于提出自己的見解?；谝陨戏治觯竟?jié)課教學(xué)價值如下：

從知識維度來看，通過無機(jī)化合物制備復(fù)習(xí)可以進(jìn)一步了解常見簡單無機(jī)化合物的制備原理和方法，鞏固儀器名稱實驗裝置及功能、操作步驟及原因分析、試劑選擇及作用、產(chǎn)品的雜質(zhì)分析、純度計算等化學(xué)核心知識。

從能力維度來看，無機(jī)化合物制備是體驗科學(xué)探究、創(chuàng)新意識等核心素養(yǎng)的有效平臺。通過復(fù)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生閱讀素材獲取信息能力、綜合運用能力、分析表達(dá)能力、遷移計算能力，提升思維的敏捷性和批判性。

從人文維度來看，無機(jī)化合物制備是培養(yǎng)創(chuàng)新意識、科學(xué)精神、社會責(zé)任的優(yōu)質(zhì)載體。

通過對學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)分析，本課時可能遇到的困難和問題如下：

（1）對制備物質(zhì)有關(guān)信息比較陌生；

（2）對一些大學(xué)儀器使用方法和測定原理不是很清楚。

依據(jù)《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》有關(guān)精神，結(jié)合考試說明和學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見有關(guān)要求，本節(jié)復(fù)習(xí)的重點是設(shè)計并優(yōu)化實驗方案，熟悉有關(guān)物質(zhì)制備的操作流程及注意事項，從而落實“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)精神與社會責(zé)任”等化學(xué)核心素養(yǎng)。具體教學(xué)實施如下圖1所示。

三、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入主題

【引入】展示硫酸銅晶體圖片

【教師】某化學(xué)興趣小組利用銅粉為原料制備少量的硫酸銅溶液，請利用實驗室常見的藥品，設(shè)計可行的制備方案。

【學(xué)生】分小組進(jìn)行交流與討論。

【教師】收集典型設(shè)計方案，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析評價優(yōu)缺點。

方案1：將銅粉在某儀器中反復(fù)灼燒，使銅粉與空氣充分反應(yīng)生成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應(yīng)。

【學(xué)生】思考：下列儀器（圖2）中，在灼燒固體物質(zhì)時必須用到的儀器名稱是什么？

【學(xué)生】評價灼燒固體物質(zhì)能耗大。

【教師】方案2：將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，加熱則能使之反應(yīng)完全，過濾可制得硫酸銅溶液。

【學(xué)生】思考：（1）寫出燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（2）把濃硝酸分多次加入銅粉與稀硫酸混合物中的目的？

【教師】方案2用圖3裝置進(jìn)行實驗是否科學(xué)？

【學(xué)生】評價銅粉與稀硫酸、硝酸混合液反應(yīng)產(chǎn)生NO不能被NaOH溶液吸收污染環(huán)境，氮氧化物直接通入NaOH溶液反應(yīng)易倒吸。

【教師】請你畫出反應(yīng)改進(jìn)裝置圖。

【學(xué)生】展示銅粉與硝酸硫酸混酸反應(yīng)改進(jìn)裝置圖（圖4）。

【教師】方案3：將3.2g銅粉放到45mL1.5mol·L^-1的稀硫酸中→緩慢滴加18mL10%的H₂O₂→水浴加熱（反應(yīng)溫度保持在40-50%）→反應(yīng)完全后（若有過量銅粉，補加稀H₂SO₄和H₂O₂）→加熱煮沸2分鐘→趁熱過濾（棄去不溶性雜質(zhì)）→得到硫酸銅溶液。

【學(xué)生】評價改方案能耗低，環(huán)境污染小。

【教師】思考：

（1）水浴加熱，需保持溫度在40-50℃，可能的原因？

（2）為什么要趁熱過濾（棄去不溶性雜質(zhì)）？

【學(xué)生】小組合作與交流

【小結(jié)】化學(xué)反應(yīng)條件（溫度）的控制endprint

設(shè)計意圖：通過硫酸銅晶體制備實驗方案設(shè)計討論，創(chuàng)設(shè)物質(zhì)制備實驗設(shè)計的認(rèn)知模型，知道化學(xué)變化需要一定的條件，并遵循一定規(guī)律，突出科學(xué)探究和創(chuàng)新意識核心素養(yǎng)。實驗方案設(shè)計討論過程中使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究、交流反饋等學(xué)習(xí)方式得以培養(yǎng)，知識應(yīng)用能力得以鍛煉。通過實驗裝置的創(chuàng)新優(yōu)化滲透可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學(xué)觀念，突出社會責(zé)任化學(xué)核心素養(yǎng)。通過生產(chǎn)中反應(yīng)條件（溫度）的選擇分析，突出嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

2.證據(jù)推理，定量設(shè)計

【教師】結(jié)合表1信息如何從硫酸銅溶液中得到純凈（干燥）的硫酸銅晶體？請說明選擇分離方法基本依據(jù)。

【教師】提出問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論。

【學(xué)生】思考：

（1）分離提純硫酸銅晶體操作流程。

（2）為什么不直接蒸干？為得到較大顆粒的硫酸銅晶體，冷卻結(jié)晶注意什么？

（3）如何洗滌？

（4）能否烘干？

【教師】展示減壓過濾裝置，引導(dǎo)學(xué)生回憶操作注意事項。

【學(xué)生】觀察思考。

【教師】如何測定硫酸銅晶體純度？

【學(xué)生】沉淀法：利用硫酸銅晶體中SO₄^2-形成BagO₄沉淀測定。

【學(xué)生】沉淀法步驟多，損失大從而造成測定結(jié)果誤差大。

【教師】研究硫酸銅晶體組成，發(fā)現(xiàn)還可以通過Cu²⁺進(jìn)行分析，同樣測定Cu²⁺用沉淀法不行。Cu²⁺具有氧化性配成溶液后可以進(jìn)行氧化還原滴定。引導(dǎo)學(xué)生閱讀學(xué)案中的“碘量法”。

（1）實驗原理：在以CH₃COOH為介質(zhì)的酸性溶液中（pH=3～4）Cu²⁺與過量的I^-作用生成不溶性的CuI沉淀并定量析出12：

生成的I₂用Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，根據(jù)Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，消耗的體積及試樣的重量，計算試樣中銅的含量。

【學(xué)生】思考：1.選何種物質(zhì)為指示劑？2.終點判斷？

【教師】投影：實驗步驟①銅鹽試樣的稱取、溶解和縮取

準(zhǔn)確稱取銅鹽試樣0.6000g于100mL燒杯中，用少量水溶解后，轉(zhuǎn)入100mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。再取10.00mL試液數(shù)份，分別放人100mL碘量瓶中。

【學(xué)生】思考：實驗步驟①操作時用到哪些精密計量儀器？

【教師】酸式滴定管如何用待裝液潤洗？

【學(xué)生】上臺演示具體操作。

【教師】投影：教材規(guī)范表述

【教師】投影：實驗步驟②測定

在上述放有試液的碘量瓶中，加入1mL2mol·L^-1H2S04和足量10%KI溶液，用少量純水吹洗瓶壁，立即用0.01mol·L^-1INa₂S₂O₃溶液滴定至紅棕色變成淺黃色，然后加入淀粉數(shù)滴，繼續(xù)滴定至淺藍(lán)色，……。記錄Na₂S₂O₃體積讀數(shù)，重復(fù)滴定2-3次。

【學(xué)生】思考：

1.滴定前溶液酸化，硫酸的作用？

2.滴定前溶液酸化，硫酸的量能否多加，為什么？

3.若實驗平均用去Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL，計算所得產(chǎn)品中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（假設(shè)雜質(zhì)不參加反應(yīng)）？

設(shè)計意圖：通過表1 CuSO₄在不同溫度下的溶解度分析，落實證據(jù)推理素養(yǎng)，建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。接著介紹蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、減壓過濾、洗滌干燥等基本操作，其目的是讓學(xué)生建立物質(zhì)分離提純的操作模型。展示減壓過濾裝置和碘量瓶實物，增強(qiáng)儀器實物教學(xué)的直觀性，追求課堂教學(xué)的本真，落實科學(xué)探究素養(yǎng)。最后產(chǎn)品中cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，提升學(xué)生計算能力以免考試時逢算必錯，有效數(shù)字問題討論主要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神素養(yǎng)?？傊经h(huán)節(jié)采用演繹判斷、科學(xué)探究、事實求證、證據(jù)推理等方法，著力引導(dǎo)學(xué)生多角度、辯證地分析硫酸銅晶體物質(zhì)分離提純與純度測定問題，從而訓(xùn)練思維的靈活性與縝密性，感悟化學(xué)定量實驗的獨特魅力。

3.華麗轉(zhuǎn)身，體驗應(yīng)用

【教師】引導(dǎo)學(xué)生我來當(dāng)命題專家，就物質(zhì)制備擬制一道實驗試題。

參考資料：

（1）三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀制備的微視頻

（2）文獻(xiàn)中三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀制備與測定實驗報告（節(jié)選）和綜合實驗的命題特點

我預(yù)設(shè)的考查點有________；

我針對這個實驗題，擬制的具體問題是____；

我的詳細(xì)解析是________。

【學(xué)生】閱讀文獻(xiàn)，課后自編試題。

設(shè)計緣由：通過觀看微課和閱讀文獻(xiàn)編制試題，培養(yǎng)學(xué)生信息的識別、處理、應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展。學(xué)生通過體驗實驗題的命制過程，了解試題考點分布，尋找知識共性，便于知識應(yīng)用。新課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人，授之以魚，不如授之以“漁”，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的。

4.系統(tǒng)歸納，升華認(rèn)知

【小結(jié)】本節(jié)課收獲

（1）核心知識：無機(jī)化合物物質(zhì)制備實驗題考查視角。

（2）核心素養(yǎng)：科學(xué)探究、創(chuàng)新意識、證據(jù)推理、科學(xué)精神、社會責(zé)任。endprint

【作業(yè)布置】浙江省化學(xué)選考加試實驗題真題重做及錯題整理。

設(shè)計緣由：通過系統(tǒng)歸納，升華認(rèn)知的方法引導(dǎo)學(xué)生自主歸納交流心得，了解考題知識點和能力點的分布，從高考真題節(jié)選典型案例，運用“思維模型”分析并解決問題，引導(dǎo)學(xué)生在問題解決的過程中，深化對思維模型的理解，增強(qiáng)解決問題的信心。

四、教學(xué)反思

1.在教學(xué)設(shè)計理念上滲透化學(xué)核心素養(yǎng)

發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，需要教師學(xué)會核心素養(yǎng)觀照下的化學(xué)主題教學(xué)設(shè)計。核心素養(yǎng)觀照下的化學(xué)主題教學(xué)設(shè)計具有結(jié)構(gòu)化的教學(xué)主題，承接著發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的任務(wù)。核心素養(yǎng)觀照下的化學(xué)主題教學(xué)設(shè)計就其教學(xué)內(nèi)容來說，一般包括以整合方式融為一體的三部分：科學(xué)認(rèn)知——理解、掌握化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)知識、基本技能與相關(guān)的研究和學(xué)習(xí)方法；化學(xué)實驗和科學(xué)探究——化學(xué)實驗（包括化學(xué)現(xiàn)象觀察）方法學(xué)習(xí)、科學(xué)意識和能力培養(yǎng)；科學(xué)與人文教育——認(rèn)識科學(xué)與社會、生產(chǎn)、環(huán)境的關(guān)系，科學(xué)價值和科學(xué)倫理教育。故化學(xué)實驗復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計應(yīng)從科學(xué)認(rèn)知、化學(xué)實驗和科學(xué)探究、科學(xué)與人文教育三個方面反映發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，突出科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的核心地位，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的獨特魅力。“硫酸銅晶體制備”這節(jié)主題教學(xué)設(shè)計不僅是為了讓學(xué)生學(xué)會設(shè)計物質(zhì)制備的一般方法，更主要的是讓學(xué)生以此實驗為探究基點，掌握實驗過程中的一些原理和基本思想，如物質(zhì)轉(zhuǎn)化思想，分離提純思想等，滲透科學(xué)探究、創(chuàng)新意識、證據(jù)推理、科學(xué)精神、社會責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)。

2.在教學(xué)素材選擇上突出化學(xué)核心素養(yǎng)

著名化學(xué)教育家戴安邦教授曾說過：化學(xué)實驗教學(xué)是實施全面化學(xué)教育的一種最有效的教學(xué)形式。學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，蘊含了學(xué)習(xí)方式和教學(xué)模式的改變。要采用一些基于問題的、基于項目的活動方式建構(gòu)學(xué)習(xí)。因此教師應(yīng)積極尋找最有價值的實驗復(fù)習(xí)教學(xué)素材，讓學(xué)生參與討論和交流，包括對疑點、假設(shè)及論點的提出與評價，通過交流、探索發(fā)展學(xué)生原先的認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)入高水平的認(rèn)知和素養(yǎng)的養(yǎng)成。

浙江省選考31題實驗一般以大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實驗中制備與合成的物質(zhì)為素材，考查學(xué)生制備方案設(shè)計、分離提純操作、純度測定等核心知識，從而使化學(xué)的具體知識逐漸化為化學(xué)學(xué)科的基本思想和基本觀念，充分體現(xiàn)了“化學(xué)學(xué)習(xí)的目的不在于要成為化學(xué)家，重要的是要善于用化學(xué)知識去分析、解決生產(chǎn)、生活中問題”這樣的教學(xué)理念，充分認(rèn)識和開發(fā)化學(xué)實驗的獨特價值。

3.在課堂教學(xué)實施上落實化學(xué)核心素養(yǎng)

落實化學(xué)核心素養(yǎng)的途徑是開展探究教學(xué)、解決問題、情景學(xué)習(xí)。本課教學(xué)設(shè)計依據(jù)新課程倡導(dǎo)的“從素材走進(jìn)化學(xué)探究”教學(xué)理念，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時又注意在復(fù)習(xí)課結(jié)尾讓學(xué)生華麗轉(zhuǎn)身命制高考試題，總結(jié)學(xué)習(xí)體會練習(xí)，高考真題案例走出課堂，從而掌握物質(zhì)制備實驗探究的一般思路（圖5）。在整個教學(xué)實施過程中，注意將實驗作為科學(xué)探究的重要手段，選擇與教學(xué)相適應(yīng)的實驗資源加以利用，如碘量法測定，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，提高學(xué)生解決問題的能力。這樣可以使學(xué)生在探究的過程中，獲取新知識的同時，理解科學(xué)實驗的意義，從而強(qiáng)化自身的實驗觀，對化學(xué)產(chǎn)生更好的情感，全面提升化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

總之，核心素養(yǎng)觀照下的化學(xué)實驗復(fù)習(xí)教學(xué)，在課堂教學(xué)實施上以點結(jié)網(wǎng)，在結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)中走向深度學(xué)習(xí)；以線連線，在互動交流中體現(xiàn)學(xué)為中心；拓展延伸，在歸納應(yīng)用中落實化學(xué)核心素養(yǎng)。但由于受時間和空間限制，無機(jī)化合物制備實驗缺少了學(xué)生分組操作實驗的環(huán)節(jié)，學(xué)生只能通過閱讀文獻(xiàn)，紙上獲得信息，課堂缺少了更多的實驗教學(xué)直觀性和體驗性。學(xué)生在課的結(jié)束華麗轉(zhuǎn)身學(xué)考試題編制，使得他們對知識理解得更加深入。endprint