在實(shí)驗(yàn)評(píng)析和改進(jìn)中培養(yǎng)學(xué)生的批判質(zhì)疑和創(chuàng)新能力

陳允任

摘要：批判質(zhì)疑和創(chuàng)新能力是科學(xué)精神的重要組成部分，也是高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，批判質(zhì)疑和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)必將成為新一輪課程改革的重要目標(biāo)并加以落實(shí)。文章探討在高中化學(xué)教學(xué)中如何充分挖掘教材中的素材資源培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑和創(chuàng)新意識(shí)，以人教版高中化學(xué)教材“鈉與氯氣反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的評(píng)析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)為例，通過(guò)學(xué)生分析評(píng)價(jià)、體驗(yàn)課本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑原實(shí)驗(yàn)方案的不足，并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)“鈉與氯氣反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生批判質(zhì)疑和創(chuàng)新能力的發(fā)展，培育學(xué)生的科學(xué)精神。

關(guān)鍵詞：科學(xué)精神;批判質(zhì)疑;實(shí)驗(yàn)評(píng)析;創(chuàng)新設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2019）03-0078-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.024

一、問(wèn)題的提出

1.基于學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的探討

2016年9月中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果正式發(fā)布，指出：科學(xué)精神主要是指學(xué)生在學(xué)習(xí)、理解、運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和技能等方面所形成的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)、思維方式和行為表現(xiàn)。具體包括“理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究”等基本要點(diǎn)，這一操作性的解釋是我們對(duì)科學(xué)精神進(jìn)行理解的文本基礎(chǔ)，也是指導(dǎo)一線教師將宏觀教育理念與具體教育教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，在具體實(shí)施的過(guò)程中，這三大“基本要點(diǎn)”究竟應(yīng)該如何在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)？需要深入探討與研究。本文對(duì)科學(xué)精神培養(yǎng)的討論采用《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的描述和界定，即理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究，并基于人教版高中化學(xué)教材“科學(xué)探究”欄目教學(xué)素材資源功能和價(jià)值的挖掘，探討如何在高中化學(xué)教育中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神。

2.基于目前高中化學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

科學(xué)精神培養(yǎng)是科學(xué)教育的核心目標(biāo)之一，新修訂的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將“科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任”作為高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的五個(gè)維度之一，科學(xué)精神的培養(yǎng)必將成為未來(lái)化學(xué)課程改革的重要目標(biāo)并加以落實(shí)。但是，在長(zhǎng)期的高中化學(xué)教育教學(xué)實(shí)踐中，不難發(fā)現(xiàn)，科學(xué)精神的培養(yǎng)，尤其是批判質(zhì)疑素養(yǎng)的培養(yǎng)，在高中化學(xué)課程和教學(xué)中是嚴(yán)重缺失的。筆者以化學(xué)學(xué)科為例，通過(guò)檢索中國(guó)知網(wǎng)、維普網(wǎng)等國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)論文數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)現(xiàn)目前已有較多的研究者和一線教師對(duì)“科學(xué)探究”課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)策略進(jìn)行論述，但關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生“理性思維”和“批判質(zhì)疑”的相關(guān)教學(xué)實(shí)踐的研究論文不多。綜觀目前學(xué)校里的教學(xué)現(xiàn)狀，普遍存在過(guò)多的強(qiáng)調(diào)教師、教材的“權(quán)威”的思想，它不但束縛了學(xué)生的思維的發(fā)展，制約了學(xué)生的批判、創(chuàng)新能力的發(fā)展，也影響到學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。因此，糾正教學(xué)中“權(quán)威”思想的影響，打破思維定勢(shì)，對(duì)學(xué)生的科學(xué)精神的培養(yǎng)有著特殊意義。

3.基于高中教材化學(xué)實(shí)驗(yàn)素材資源的挖掘

科學(xué)精神的培養(yǎng)需要基于高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確的目標(biāo)規(guī)定、內(nèi)容要求、教材編寫中豐富的素材資源和教師創(chuàng)造性的實(shí)踐才能實(shí)現(xiàn)。在高中化學(xué)教材中，通常有普通實(shí)驗(yàn)（演示或分組）、科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)兩大類，無(wú)論是哪種類型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，基本上是按教材給定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往是已經(jīng)知曉的，缺乏創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)生積極性不強(qiáng)。在教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)教材安排的實(shí)驗(yàn)中有的很難利用已有的實(shí)驗(yàn)條件在課堂上完成，而且大部分都是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生感到枯燥乏味失去學(xué)習(xí)的興趣，不僅如些，常規(guī)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂往往是由老師先進(jìn)行演示，學(xué)生再重復(fù)老師的步驟，考查的是看學(xué)生是否能在不出錯(cuò)的情況下完成此類實(shí)驗(yàn)。所以，我認(rèn)為改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與探究學(xué)習(xí)融合起來(lái)，進(jìn)一步充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的探究功能，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)保持持久的探究興趣和創(chuàng)造興趣，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

二、“鈉與氯氣反應(yīng)”教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.教材內(nèi)容的評(píng)析與整合

人教版、魯科版和蘇教版分別在必修1和必修2氧化還原和離子鍵的內(nèi)容中均以“鈉與氯氣反應(yīng)”為例，揭示氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，從微觀的角度認(rèn)識(shí)電子轉(zhuǎn)移與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，以及分析離子鍵的形成，體現(xiàn)活潑金屬與活潑非金屬化合形成離子化合物的過(guò)程。

鈉與氯氣反應(yīng)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中是一個(gè)很重要的反應(yīng)，在學(xué)習(xí)氧化還原和離子鍵時(shí)，無(wú)論是教材還是教師課堂教學(xué)必以此反應(yīng)作為例子來(lái)分析。人教版必修2還設(shè)計(jì)了“鈉與氯氣反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)，由于該實(shí)驗(yàn)存在一定的污染，在實(shí)際教學(xué)中很少教師會(huì)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

（1）教材演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

①人教版高中化學(xué)必修2中第一章第三節(jié)P21實(shí)驗(yàn)1-2介紹了“鈉與氯氣反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)：

取一塊綠豆大的金屬鈉（切去氧化層），用濾紙吸凈煤油，放在石棉網(wǎng)上，用酒精燈微熱。待鈉熔成球狀時(shí)，將盛有氯氣的集氣瓶迅速倒扣在鈉的上方（圖1），觀察現(xiàn)象。

②魯科版高中化學(xué)必修1中第二章第3節(jié)P50圖2-3-4金屬鈉在氯氣中燃燒（圖2）。

（2）教材演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足

①將盛有氯氣的集氣瓶倒扣住熔成球狀的鈉塊過(guò)程中，會(huì)有較多的氯氣泄漏，并且在把握倒扣的時(shí)機(jī)和操作上有一定的難度。

②由于實(shí)驗(yàn)裝置沒(méi)有密封，在反應(yīng)過(guò)程中放出大量的熱使氯氣大量泄漏，造成環(huán)境污染。

③由于實(shí)驗(yàn)存在對(duì)環(huán)境較大的污染和一定的安全隱患，在課堂教學(xué)中不宜分組實(shí)驗(yàn)，一般在通風(fēng)櫥中演示實(shí)驗(yàn)，全體同學(xué)難以觀察清楚實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

④氯氣的用量較大，增加了制備氯氣的量和消耗的藥品，同時(shí)也增加了氯氣對(duì)環(huán)境的污染。

⑤鈉和氯氣都是很活潑的金屬和非金屬的代表，理論上它倆很容易反應(yīng)，但本實(shí)驗(yàn)中卻需要把鈉加熱至熔化，這與原理上分析鈉和氯氣很容易反應(yīng)有些沖突。

2.教學(xué)活動(dòng)、設(shè)計(jì)意圖和素養(yǎng)目標(biāo)的提出

筆者整合本課時(shí)教學(xué)內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系，基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論和化學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為學(xué)生設(shè)計(jì)了一定開(kāi)放性的10個(gè)進(jìn)階任務(wù)及學(xué)習(xí)小結(jié)的綜合性總?cè)蝿?wù)，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的發(fā)展方向、路徑設(shè)計(jì)和每個(gè)階段的具體素養(yǎng)要求（表1）。

三、“鈉與氯氣反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及效果

1.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案

取一支硬質(zhì)玻璃試管（25mL）收集滿干燥的氯氣（圖3），取一塊綠豆大小、已經(jīng)切掉表面氧化層的金屬鈉，用小刀壓扁;然后拔開(kāi)裝氯氣試管的膠塞，迅速把鈉塊投入其中，塞上膠塞（圖4）。

2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)效果

可以看到，鈉塊表面很快有白煙慢慢冒出（圖5），接著就燃燒起來(lái)，產(chǎn)生黃色火焰（圖6、7），燃燒完后，試管內(nèi)壁附著一層白色的固體（圖8）

3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

首先，本實(shí)驗(yàn)是在常溫條件下進(jìn)行，更能反映鈉和氯氣作為活潑金屬與活潑非金屬的化學(xué)性質(zhì)特點(diǎn);其次，實(shí)驗(yàn)中鈉和氯氣的用量少，實(shí)驗(yàn)裝置、操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氯氣泄漏量少，對(duì)環(huán)境污染少;還有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，可近距離觀察，既可以教師課堂演示實(shí)驗(yàn)，也可以是學(xué)生自行實(shí)驗(yàn)。

四、教學(xué)效果與啟示

1.教學(xué)效果與分析

本課程以鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為載體，通過(guò)復(fù)習(xí)兩種典型的活潑金屬鈉和非金屬氯的原子結(jié)構(gòu)，判斷鈉和氯氣之間在常溫下就可能反應(yīng)，但教材的實(shí)驗(yàn)是需要加熱，利用這個(gè)認(rèn)知沖突，鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑，并通過(guò)觀察教材的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中氯氣泄漏對(duì)環(huán)境的影響，激發(fā)他們改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的欲望。借助這一實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的開(kāi)展，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)精神的發(fā)展，尤其是在探究過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、敢于批判質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)出具有“操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，體現(xiàn)本質(zhì)，環(huán)保安全”特點(diǎn)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)既能用于教師課堂演示，亦可用于學(xué)生分組探究。

2.教學(xué)啟示與展望

國(guó)家教育部已將“科學(xué)精神”作為學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)重要組成要素之一，也是高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，作為一線高中化學(xué)教師，應(yīng)該著力加強(qiáng)自身對(duì)科學(xué)精神的認(rèn)識(shí)和理解，強(qiáng)化自身科學(xué)精神教育的責(zé)任意識(shí)，充分挖掘高中化學(xué)教材中素材資源，引領(lǐng)學(xué)生參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置、研制實(shí)驗(yàn)用品等，通過(guò)靈活多樣的形式或途徑，幫助學(xué)生感知、領(lǐng)悟、體驗(yàn)科學(xué)精神的核心要義，在化學(xué)教學(xué)的細(xì)節(jié)中培養(yǎng)學(xué)生的理性思維、批判質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。