化學(xué)核心素養(yǎng)中“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”的培養(yǎng)
——以教學(xué)中“實(shí)驗(yàn)情境”創(chuàng)設(shè)為例

周 斌

(浙江省桐廬中學(xué) 311500)

《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)劃分為“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等五個(gè)維度.這些維度的內(nèi)涵雖不同，作用也有差異，但它們并非孤立存在，而是統(tǒng)一于化學(xué)活動(dòng)中.“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”作為其中之一，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的學(xué)科特色，直接影響其它幾個(gè)維度的達(dá)成，進(jìn)而影響學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成.筆者在教學(xué)中“實(shí)驗(yàn)情境”創(chuàng)設(shè)來培養(yǎng)“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”，塑造實(shí)驗(yàn)探究精神、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)研究的方式、豐富和開闊學(xué)生的探索視野等方面，做了一些探索與思考.

一、“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”與化學(xué)核心素養(yǎng)的內(nèi)在聯(lián)系

隨著新課程改革、招生制度的改革不斷地深化推進(jìn)，新的教育教學(xué)方式也在這種轉(zhuǎn)型中不斷發(fā)展，在新一輪課程改革發(fā)展中，學(xué)生核心素養(yǎng)的提出便是嘗試從頂層設(shè)計(jì)解決理念與落實(shí)的存在的問題.基于以生為本的教育教學(xué)理念，正在教學(xué)中不斷影響到教學(xué)行為的轉(zhuǎn)變，從而落實(shí)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)，真正使學(xué)生在課堂的教學(xué)過程中，潛移默化的形成發(fā)展自我、接軌社會(huì)應(yīng)具有的知識、技能與品質(zhì).

化學(xué)核心素養(yǎng)中的“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”的內(nèi)容，王云生教授指出，“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”要求學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出有探究價(jià)值的化學(xué)問題，能依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)操作，能對過程記錄的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論，能與同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究的成果，提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)設(shè)計(jì)的設(shè)想，能尊重事實(shí)和證據(jù)，不迷信權(quán)威，具有獨(dú)立思考，敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神.由此，作為“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”的內(nèi)涵，關(guān)鍵是里面的兩個(gè)關(guān)鍵詞“探究”、“創(chuàng)新”，“探究”是正確實(shí)驗(yàn)方法探究真實(shí)的化學(xué)反應(yīng)，“創(chuàng)新”是獨(dú)立思考、質(zhì)疑與批判.

唯有探究求真，質(zhì)疑創(chuàng)新，才彰顯核心素養(yǎng).核心素養(yǎng)要求學(xué)生形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和解決問題的素養(yǎng)與關(guān)鍵能力，立德樹人.在化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)中，在實(shí)驗(yàn)探究中，“立德”就是要樹立尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，尊重科學(xué)邏輯.鈉在石棉網(wǎng)上加熱，除了有淡黃色固體，往往還生成黑色固體；銅與濃硫酸加熱反應(yīng)，試管里溶液變綠色，底部有黑色物質(zhì)生成，銅片上逐漸產(chǎn)生大量氣泡，試管上部有白霧產(chǎn)生等豐富現(xiàn)象；鋅銅原電池，鋅片上往往有氣泡產(chǎn)生；乙醛的銀鏡反應(yīng)，得到的銀鏡不如想象中那么銀白光亮，等等，都要尊重事實(shí).“樹人”就是成為學(xué)會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，具備創(chuàng)新意識、科學(xué)精神的人.研究各因素對于化學(xué)反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)中，控制變量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法；酸堿中和滴定時(shí)，用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)反映整個(gè)滴定過程的創(chuàng)新方法；做SO2性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行的微型化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)(用培養(yǎng)皿罩住，氣體的發(fā)生、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)都在點(diǎn)滴板孔穴中進(jìn)行)等等，都可以幫助學(xué)生掌握科學(xué)方法，樹立創(chuàng)新意識.

化學(xué)課堂教學(xué)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，Brown等人在《情境認(rèn)知和學(xué)習(xí)文化》(1989)一文中首次提出情境認(rèn)知和情境學(xué)習(xí)的觀點(diǎn)，他們認(rèn)為，知識是具有情境性的，而且是被應(yīng)用于其中的文化、背景及活動(dòng)的副產(chǎn)品，知識是在情境中通過活動(dòng)與合作而產(chǎn)生的.創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，依然是化學(xué)科學(xué)及我們化學(xué)課堂之魅力所在，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展探索、分析、研究能力，提升思維水平的不可或缺的環(huán)節(jié).

二、基于“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”的實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)

課堂教學(xué)中，教師通過創(chuàng)設(shè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生帶

著真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象走近新知識的學(xué)習(xí)，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一系列的探究環(huán)境，課堂教學(xué)從學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題開始，到問題解決并形成新的學(xué)科認(rèn)知結(jié)構(gòu)結(jié)束.通過探究性課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力.

1.創(chuàng)設(shè)“意外”實(shí)驗(yàn)情境，誘發(fā)新知探究

課堂過程中，遇到實(shí)驗(yàn)的“意外”或“矛盾”，有些是預(yù)設(shè)到的，有些是臨時(shí)出現(xiàn)或?qū)W生提出的.課堂教學(xué)需要提倡少用試題、多用原始材料，以提升學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量.出現(xiàn)的“意外”情境正是提供實(shí)驗(yàn)探究的優(yōu)質(zhì)原始材料，不但不要回避，應(yīng)因勢利導(dǎo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化為教學(xué)利用.

情境片段：鈉的燃燒.

在石棉網(wǎng)上燃燒鈉時(shí)，最后往往得到黑色物質(zhì)，淡黃色物質(zhì)容易被遮蓋.這黑色物質(zhì)是什么呢？怎樣避免產(chǎn)生這些黑色物質(zhì)？不回避，讓學(xué)生猜測與探究.

學(xué)生回答：黑色物質(zhì)應(yīng)該是碳，因?yàn)槠渌镔|(zhì)都不符合顏色要求.

教師追問：碳元素哪里來的呢？

學(xué)生回答：空氣中的二氧化碳，煤油中有碳元素.

學(xué)生補(bǔ)充：酒精燈揮發(fā)的酒精中含碳元素，石棉網(wǎng)中可能有碳

教師：請同學(xué)們設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)?zāi)銈兊牟孪?/p>

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)序號實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1鈉與二氧化碳在玻璃管中加熱,觀察有沒有黑色物質(zhì).玻璃管中部產(chǎn)生大量黑色固體,鈉球滾落到玻璃管口處有淡黃色固體.2少量鈉與煤油、酒精分別在蒸發(fā)皿中燃燒,觀察有無黑色物質(zhì).黑色固體,幾乎無淡黃色物質(zhì).3酒精燈加熱新石棉網(wǎng),觀察石棉網(wǎng)朝上部分是否變黑.呈現(xiàn)灰色4除凈表面煤油的鈉,放置在蒸發(fā)皿中加熱.鈉塊表面變白,融成銀白色小球,劇烈燃燒,生成大量淡黃色固體(猶如很多桂花蕊)

在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究的的過程中，“意外”的實(shí)驗(yàn)情境讓學(xué)生更理解金屬Na的活潑性(與O2、CO2、有機(jī)物反應(yīng))，比簡單地識記Na與O2生成Na2O2豐富得多.學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作時(shí)會(huì)考慮反應(yīng)儀器的選擇：石棉網(wǎng)、玻璃管、蒸發(fā)皿，那么自然還會(huì)列舉其余的儀器及方法，比如在鐵片、銅片上加熱等，創(chuàng)新意識自然就萌發(fā).完成實(shí)驗(yàn)后，對于“基于問題、提出假設(shè)、選擇合適試劑和條件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、獲取證據(jù)并得出合理結(jié)論， 最后反思評價(jià)”的實(shí)驗(yàn)探究方法，就更能理解并運(yùn)用.

2.創(chuàng)”高階思維”實(shí)驗(yàn)情境溯知識本源

淺層學(xué)習(xí)和低階思維可以通過講授灌輸完成，但深度學(xué)習(xí)和高階思維必須在有意義的情境中完成，創(chuàng)設(shè)情境有利于學(xué)生進(jìn)入知識的意義領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)知識教學(xué)的發(fā)展價(jià)值.實(shí)驗(yàn)不能就是追求表面、流于膚淺，只注重形式，造成最后結(jié)果是正確的，過程卻缺乏邏輯，甚至不科學(xué).這就需要在常規(guī)課堂設(shè)置實(shí)驗(yàn)情境時(shí)，有梯度、有深度，讓學(xué)生即興的思考轉(zhuǎn)化為真實(shí)的探究，理性地思考，讓思考有序、深度.

情境片段：分離碘和CCl4的實(shí)驗(yàn).

新高一學(xué)生在學(xué)完有機(jī)溶劑萃取碘單質(zhì)內(nèi)容后，往往心存疑惑：用CCl4萃取碘水中的碘以后，還是沒有得到純凈的單質(zhì)碘?。恳玫郊儍魡钨|(zhì)碘，該如何繼續(xù)操作？在做海帶提取碘單質(zhì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，就補(bǔ)充一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，來解決這個(gè)疑惑.

有的學(xué)生提出用溶解性更好的溶劑(又自我否定了)，有的學(xué)生提出蒸餾法.教師出示CCl4和I2的沸點(diǎn)，CCl4沸點(diǎn)78℃，I2沸點(diǎn)184.35℃，沸點(diǎn)相差106.35℃，理論上可以蒸餾分離，用常規(guī)蒸餾裝置，水浴加熱.此時(shí)告訴學(xué)生實(shí)際效果不理想，大部分碘會(huì)和CCl4一起被蒸餾出，常壓蒸餾是不能有效分離它們的.繼續(xù)討論分離方法，教師提示這兩種物質(zhì)那么“形影不離”，能否使其中一種物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)后“跑”出來.學(xué)生逐漸進(jìn)入提取信息、分析應(yīng)用的高階思維，讓“誰”反應(yīng)呢？只有I2?。∽詈髱熒黄鸬贸鰧?shí)驗(yàn)方案：向碘的四氯化碳溶液中加入強(qiáng)堿，分液后，所得水溶液(可滴管吸取上層水溶液)加稀硫酸，利用碘在水中的溶解度很小(100g水在常溫下可溶解約0.02g碘)，沉淀過濾即可分離.完成實(shí)驗(yàn)操作，最后書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式:

學(xué)生完成從宏觀的現(xiàn)象到微觀的機(jī)理，再到符號表征的三重表征的建構(gòu)，該實(shí)驗(yàn)情境的展開中，也協(xié)助學(xué)生完成思維從低階的記憶、理解跨到高階的分析、綜合.

3.創(chuàng)”數(shù)字實(shí)驗(yàn)”情境，讓探究走向深入

數(shù)據(jù)也是引發(fā)更深度學(xué)習(xí)的一種輔助手段.英國人維克托在《大數(shù)據(jù)時(shí)代》中提出觀點(diǎn)：“世界的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)”.借助數(shù)字實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生接觸到數(shù)據(jù)的情境，將一些定性實(shí)驗(yàn)定量化、實(shí)驗(yàn)變化過程可視化，學(xué)生就可以關(guān)注實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的本質(zhì)，幫助學(xué)生想象微觀世界，理解化學(xué)核心概念.

情境片段：金屬的電化學(xué)腐蝕教學(xué)片段.

教師提問：鐵在水中被誰腐蝕了？

學(xué)生A：O2

學(xué)生B：水中還溶解有CO2，有弱酸性啊

繼續(xù)追問：什么證據(jù)說明是O2腐蝕了鐵？預(yù)測書本上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

探究實(shí)驗(yàn)：連接盛有鐵粉和碳粉混合物的潮濕密閉大試管，導(dǎo)管中紅墨水上升，說明空氣中某種成分被消耗，認(rèn)為是氧氣.追問：消耗的一定是氧氣嗎？

數(shù)字實(shí)驗(yàn)：氧氣傳感器測定腐蝕過程中氧氣含量.(將氧氣傳感器伸入裝有鐵粉、碳粉混合物的試劑瓶內(nèi)測定，裝置及測定數(shù)據(jù)如下圖)

教師總結(jié)：中性條件和弱酸性條件下，發(fā)生吸氧腐蝕為主.雖然水也微弱電離出H+，也有氧化性，實(shí)驗(yàn)證明最終是O2參與了反應(yīng)，發(fā)生了吸氧腐蝕.

讓數(shù)據(jù)說話，用科學(xué)思考，可以更深刻理解鐵在水中的腐蝕過程.

4.創(chuàng)”生活化”情境，讓學(xué)習(xí)更走心

化學(xué)歸根結(jié)底是要為人類服務(wù)，與生活要相結(jié)合.現(xiàn)在的高考命題也經(jīng)常出現(xiàn)鮮活的、與實(shí)際結(jié)合的情境，重視考查創(chuàng)新應(yīng)用.這就要求學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)要多與生活結(jié)合，多進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用活動(dòng)，探索新情境.

情境：《重力電池的制作與探究》.

這是筆者在2016年杭州市創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)比賽中參賽的項(xiàng)目，獲得一等獎(jiǎng)，可作為創(chuàng)新應(yīng)用的例子在教學(xué)中使用.在完成原電池的教學(xué)后，課堂引入重力電池，一則增加趣味性，二則檢驗(yàn)原電池的學(xué)習(xí).

實(shí)驗(yàn)：取一支試管，加10mL稀ZnSO4溶液，再用移液管將10mL飽和CuSO4溶液液體慢慢注入試管底部，請學(xué)生預(yù)測是分層還是混在一起.(學(xué)生都說混在一起)，結(jié)果出乎預(yù)料，分成較明晰的上下兩層，并且告訴學(xué)生：靜置幾天后分層界限依然沒有大的變化.將導(dǎo)線連接的鋅片、銅片依次慢慢放入上下兩層，簡單的鋅銅重力電池就做好了.電流計(jì)檢驗(yàn)，指針偏轉(zhuǎn)，串聯(lián)電池后能使發(fā)光二極管燈珠閃亮，用電壓、電流傳感器分別測電壓、電流，電壓、電流數(shù)據(jù)穩(wěn)定(如下圖)，并能穩(wěn)定使用幾星期(學(xué)生表示“驚異”).

繼續(xù)探究：還有沒有其它材料和試劑來做重力電池？(學(xué)生舉例：鎂、鋁、鐵與硫酸銅溶液，Cu與FeCl3溶液等)請畫出設(shè)計(jì)圖.學(xué)生甚至“腦洞大開”，提出氫氧燃料電池的重力電池.

教師講述：實(shí)際上，根據(jù)大家畫的設(shè)計(jì)圖，Cu與FeCl3溶液的重力電池在實(shí)驗(yàn)室制作時(shí)，往往會(huì)失敗，你覺得原因是什么？同時(shí)思考?xì)錃馀c氧氣混合在一起，真的也會(huì)分層嗎？

討論回答：實(shí)驗(yàn)容易失敗的原因是導(dǎo)線里面的銅絲與氯化鐵溶液直接反應(yīng)，導(dǎo)致斷路，還需要做好密封，銅絲避免與溶液接觸.氫氣與氧氣混合例子請注意考慮氣體分子運(yùn)動(dòng).

重力電池引入，并不為“新”而“新”.在雙液原電池中，鹽橋連接了“橫”著的兩種溶液，形成了閉合回路，而重力電池是將兩種液體“豎”了起來，提供重力電池這種新的實(shí)驗(yàn)載體，可以更好地理解原電池的原理，不會(huì)加重學(xué)生負(fù)擔(dān).學(xué)生可在選修課或者課外制作，動(dòng)手動(dòng)腦、創(chuàng)新應(yīng)用.

類似例子還有很多，學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用熱情也很高，所以我們專門組織學(xué)生舉辦化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)大賽，學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、完成有趣實(shí)驗(yàn)，并且讓優(yōu)秀節(jié)目上微信公眾號、參加元旦匯演，探究活動(dòng)由課內(nèi)走向課外，激發(fā)了學(xué)生的興趣，促進(jìn)了個(gè)性發(fā)展、能力提高.

總之，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)是社會(huì)發(fā)展的大勢所趨，課堂教學(xué)是落實(shí)核心素養(yǎng)的主陣地，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識是不可或缺的重要途徑！教師應(yīng)緊緊圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)開展教學(xué)，轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變，探究求真，質(zhì)疑創(chuàng)新，不斷促進(jìn)具有化學(xué)特質(zhì)的核心素養(yǎng)的發(fā)展，培育社會(huì)發(fā)展所需“全面發(fā)展的人”，任重而道遠(yuǎn)！.

參考文獻(xiàn)：

[1]陸軍.化學(xué)教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生模型認(rèn)知的思考與探索[J].化學(xué)教學(xué),2017(9)：19.

[2]王云生.基礎(chǔ)教育階段學(xué)科核心素養(yǎng)及其確定——以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為例[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2016(2)：7-9.

[3]林肅浩.創(chuàng)設(shè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2015(6)：33.

[4]陳進(jìn)前.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的化學(xué)教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2017(1，2)：1.

[5]陳進(jìn)前.基于發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2017(9)：17.