基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)，分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題及對策

劉斌

摘要：以“鈉的性質(zhì)及用途”教學(xué)為例，從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)養(yǎng)成的視角審視了當(dāng)前化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，并提出了解決的策略：讓學(xué)生的觀察更有效——設(shè)置觀察點(diǎn);讓學(xué)生的思維更深入——設(shè)置問題串;讓傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更有用——發(fā)掘?qū)嶒?yàn)的教學(xué)功能;讓危險實(shí)驗(yàn)更安全——培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神：讓實(shí)驗(yàn)順序更合理——遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng)：實(shí)驗(yàn)教學(xué)：觀察點(diǎn)：問題串;認(rèn)知規(guī)律

文章編號：1008-0546（2019）05-0072-03

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.05.022

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，從化學(xué)科學(xué)的建立和發(fā)展來看，實(shí)驗(yàn)起到了十分重要的作用?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)不但是化學(xué)科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，而且也是化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)對于提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，全面落實(shí)培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)，具有其他教學(xué)內(nèi)容和形式所不能替代的作用。化學(xué)新課標(biāo)提出的五個方面的化學(xué)核心素養(yǎng)：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)精神與社會責(zé)任。從其具體內(nèi)容來看，五大核心素養(yǎng)的養(yǎng)成離不開化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的支撐。因此，在倡導(dǎo)素養(yǎng)教學(xué)的今天，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價值不僅不應(yīng)該被弱化，反而應(yīng)該不斷挖掘、不斷深入研究，以期更好地用于化學(xué)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成教育。為此，我們必須審視當(dāng)前中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在的問題，積極探討提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效的策略。

一、如何讓學(xué)生的觀察更有效——設(shè)置觀察點(diǎn)

就化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，觀察是思維的起點(diǎn)，是化學(xué)核心素養(yǎng)“宏觀辨識”的直接表現(xiàn)形式，更是“證據(jù)推理”中“證據(jù)”的主要來源。如果對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沒有全面、細(xì)致、重點(diǎn)的觀察，就很難獲取真實(shí)、全面的證據(jù)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)習(xí)得知識、提升能力、養(yǎng)成素養(yǎng)就成為一句空話。

然而，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中往往會出現(xiàn)這樣的情況：學(xué)生的觀察能力本身較弱，實(shí)驗(yàn)過程中注意力又容易被實(shí)驗(yàn)本身吸引，很難做到對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有全面細(xì)致的觀察。在實(shí)驗(yàn)過程中如果出現(xiàn)一些特殊的、明顯的現(xiàn)象，如聲音、發(fā)光、爆炸等，更會沖淡學(xué)生對整個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象全面的觀察。最終的結(jié)果可能是學(xué)生盡管也觀察到一些現(xiàn)象，但是不夠具體全面，導(dǎo)致繼續(xù)學(xué)習(xí)所需的“證據(jù)”不足。

為了避免這個問題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，教師若在學(xué)生實(shí)驗(yàn)前有意識地設(shè)置一些具體明確的實(shí)驗(yàn)觀察點(diǎn)，則能夠引導(dǎo)學(xué)生的注意力，使觀察更集中更全面更有效。例如在“鈉的性質(zhì)及用途”一課中進(jìn)行的鈉的燃燒實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象很復(fù)雜，如果沒有任何引導(dǎo)，學(xué)生在觀察時可能就有目不暇接、顧此失彼的感覺。在實(shí)驗(yàn)前可設(shè)置如下觀察點(diǎn)：（1）加熱過程中，鈉在燃燒前形態(tài)有怎樣的變化？（2）鈉的燃燒火焰是什么顏色？（3）生成物的顏色和狀態(tài)怎樣？學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中將注意力主要集中在這三個觀察點(diǎn)上，獲得的證據(jù)就能夠滿足基本的繼續(xù)學(xué)習(xí)的需要，保證“證據(jù)推理”素養(yǎng)養(yǎng)成的順利進(jìn)行。

需要說明的是，設(shè)置觀察點(diǎn)的目的不是為了限制學(xué)生的觀察，而是為了引導(dǎo)學(xué)生的觀察，讓學(xué)生的注意力更加集中、獲得的“證據(jù)”更加有效。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中，如果還能觀察到一些教師觀察點(diǎn)要求之外的現(xiàn)象，不僅不應(yīng)該批評，反而需要鼓勵，因?yàn)橥褪沁@些反常、細(xì)微的現(xiàn)象更能生發(fā)出更多的教育教學(xué)契機(jī)。

為了鞏固、提升學(xué)生獲取“證據(jù)”的能力，當(dāng)學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)、描述過現(xiàn)象，經(jīng)過師生共同分析之后，可以要求學(xué)生就同一個實(shí)驗(yàn)再進(jìn)行一次甚至多次。這樣，學(xué)生再次實(shí)驗(yàn)時，能夠?qū)處熓孪仍O(shè)置的觀察點(diǎn)進(jìn)行更加認(rèn)真、細(xì)致的觀察，對實(shí)驗(yàn)本身及其展示的教學(xué)功能都會有更深刻的認(rèn)識。

二、如何讓學(xué)生的思維更深入——設(shè)置問題串

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，觀察到最主要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這就有了“推理”所需的“證據(jù)”。如何根據(jù)“證據(jù)”去進(jìn)行“推理”，進(jìn)而習(xí)得化學(xué)知識、提升思維能力、養(yǎng)成化學(xué)素養(yǎng)，這在很大程度上依賴教師的引導(dǎo)。在這個過程中，設(shè)置恰當(dāng)?shù)膯栴}串是一個非常有效的方法，通過問題串引導(dǎo)學(xué)生由淺入深、由表及里，層層深入思考，為實(shí)現(xiàn)化學(xué)核心素養(yǎng)養(yǎng)成搭建橋梁。

在鈉與水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過教師設(shè)置的觀察點(diǎn)觀察到“鈉浮在水面、熔化成小球、四處游動、發(fā)出嘶嘶的響聲、滴加酚酞溶液變成紅色”等現(xiàn)象。據(jù)此可以設(shè)置如下問題：（1）鈉浮在水面反映了鈉怎樣的物理性質(zhì)？（2）鈉在與水反應(yīng)的過程中熔化成小球，可能的原因是什么？（3）為什么鈉會四處游動并發(fā)出嘶嘶的響聲？（4）溶液為什么會變成紅色？引導(dǎo)學(xué)生思考上述問題，基于證據(jù)推理，透過現(xiàn)象，分析推理出鈉的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)，同時讓學(xué)生感受到化學(xué)變化過程中伴隨有能量的變化，形成化學(xué)反應(yīng)的“變化觀念”。

在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步提出以下問題引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）有氣體生成就一定會在液面上四處游動、發(fā)出響聲嗎？（2）生成的氣體可能是什么？如何從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面證明？對于第一個問題，引導(dǎo)學(xué)生思考?xì)怏w生成的位置、金屬鈉的受力情況，從微觀角度探析現(xiàn)象的產(chǎn)生及背后的原因，從而實(shí)現(xiàn)宏觀辨識與微觀探析的結(jié)合;對于第二個問題，引導(dǎo)學(xué)生理論上從氧化還原反應(yīng)化合價有升必有降的角度推知?dú)怏w是氫氣而不是氧氣，讓學(xué)生感受到氧化還原反應(yīng)原理在學(xué)習(xí)元素化合物知識中的指導(dǎo)作用，初步建立元素化合物知識的“認(rèn)知模型”。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)來證明產(chǎn)生的氣體是氫氣，以實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的養(yǎng)成。

三、如何讓傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更有用——發(fā)掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)功能

在中學(xué)化學(xué)教育的發(fā)展過程中，廣大中學(xué)教師開發(fā)了很多教材上沒有的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)最初出現(xiàn)在習(xí)題和試卷上，而后慢慢走進(jìn)課堂和實(shí)驗(yàn)室，時間一長，在教學(xué)過程中，演示甚至學(xué)生分組完成這些實(shí)驗(yàn)似乎成為了一種“傳統(tǒng)”。但是，很少有人去考慮其存在的合理性，亦不能充分利用其實(shí)驗(yàn)價值。

同時，隨著時代的發(fā)展、教育教學(xué)理念的不斷更新，有的教師認(rèn)為按照以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)顯得不合時宜，對于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成不僅沒有多大的作用，反而可能在一定程度上減弱學(xué)生對于主體知識的學(xué)習(xí)、核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。舍棄這些實(shí)驗(yàn)常常是這部分教師的處理方式，但是，深入思考這些實(shí)驗(yàn)的合理之處，發(fā)掘其新的教育教學(xué)功能，最大限度地為教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成服務(wù)不失為一種更加有效的處理方式。

以“鈉的性質(zhì)及用途”一課為例，鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)是教師們經(jīng)常在教授此課時會進(jìn)行的一個實(shí)驗(yàn)，但是這個實(shí)驗(yàn)的價值究竟在哪兒？由于這個實(shí)驗(yàn)中至少發(fā)生了兩個反應(yīng)，且在反應(yīng)過程中會相互影響，導(dǎo)致現(xiàn)象非常復(fù)雜，控制不好甚至發(fā)生爆炸，引起事故。對于初學(xué)鈉的性質(zhì)的學(xué)生來說，這確實(shí)不是一個太好的實(shí)驗(yàn)。但是，如果仔細(xì)分析，有以下兩點(diǎn)值得我們思考：（1）反應(yīng)劇烈正是鈉與我們印象中的其他金屬的不同之處，如初中階段的鐵與硫酸銅反應(yīng)就遠(yuǎn)沒有這么劇烈。如果將這個實(shí)驗(yàn)的功能定位為：通過這個實(shí)驗(yàn)的劇烈現(xiàn)象讓學(xué)生強(qiáng)烈感受到鈉與此前熟知的鐵、銅等金屬的性質(zhì)的不同，而不是就反應(yīng)現(xiàn)象去推知鈉的性質(zhì)，那么放在學(xué)習(xí)之初就可能會獲得更好的教學(xué)效果。（2）在學(xué)習(xí)了鈉與水反應(yīng)之后再來進(jìn)行這個實(shí)驗(yàn)，“浮”“熔”“游”“響”這些現(xiàn)象學(xué)生很容易觀察到，學(xué)生還可能觀察到鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)時極易燃燒、產(chǎn)物中有時有黑色物質(zhì)生成這些現(xiàn)象，此時可以將該實(shí)驗(yàn)的功能定位為：基于反?，F(xiàn)象推理，讓學(xué)生感受到化學(xué)變化需要條件、同一反應(yīng)器中進(jìn)行的若干個化學(xué)變化之間可能存在聯(lián)系，進(jìn)一步加強(qiáng)對“變化觀念”的認(rèn)識。

可見，對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)功能的定位不同，處理的方式也就不同，在教學(xué)過程中仔細(xì)思考傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的功能定位，盡可能地去發(fā)掘它的教育教學(xué)功能，基于最合適的功能去處理實(shí)驗(yàn)，才是最有效的方式。

四、如何讓危險實(shí)驗(yàn)更安全——培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神

中學(xué)階段一些危險性大的實(shí)驗(yàn)到底能不能讓學(xué)生分組進(jìn)行是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個繞不開的話題。很多時候，考慮到安全因素，老師們寧可放棄這些實(shí)驗(yàn)的教育教學(xué)功能，也不愿意“冒險”。但是從學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展來看，學(xué)生總有需要自己動手獨(dú)立完成某些具有危險性的實(shí)驗(yàn)的時候，過多的保護(hù)同樣可能會帶來傷害。如何避免這些“危險”實(shí)驗(yàn)給學(xué)生帶來的人身傷害呢？其中一個非常重要的途徑，就是在日常實(shí)驗(yàn)中有意識地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，同時，科學(xué)精神養(yǎng)成后又會反過來避免危險性實(shí)驗(yàn)給學(xué)生帶來的傷害。

筆者在進(jìn)行“鈉的性質(zhì)及用途”教學(xué)過程中，安排了鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的分組實(shí)驗(yàn)，一組學(xué)生沒有按照實(shí)驗(yàn)前強(qiáng)調(diào)的要求，取的鈉塊較大，在實(shí)驗(yàn)過程中鈉塊燃燒，發(fā)生輕微爆炸，并且伴有液體飛濺現(xiàn)象，把大家嚇得不輕。筆者當(dāng)即讓學(xué)生停止實(shí)驗(yàn)，組織討論：（1）為什么別的組沒有發(fā)生爆炸現(xiàn)象，是什么原因?qū)е铝溯p微爆炸現(xiàn)象？（2）從這個實(shí)驗(yàn)事故中我們能夠得到哪些啟示？（3）如果要確保該實(shí)驗(yàn)的安全性，可以進(jìn)行哪些改進(jìn)設(shè)計？通過對（1）（2）問題的討論，學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是隨隨便便進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)操作流程、試劑取用方式與用量都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行，科學(xué)探究來不得半點(diǎn)馬虎和隨意，必須要有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。通過討論問題（3），學(xué)生提出了很多改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)、確保安全的辦法，思維得到訓(xùn)練和拓展，創(chuàng)新能力得到提升。

其實(shí)，科學(xué)精神往往就是在對這些意外的處理過程中得到培養(yǎng)與提升的。作為化學(xué)教師，不應(yīng)刻意回避這些帶有危險性的意外，抓住契機(jī)，順勢引導(dǎo)，往往更能在學(xué)生心中埋下科學(xué)的種子。當(dāng)然，為了保證學(xué)生的人身安全，在實(shí)驗(yàn)前教師進(jìn)行反復(fù)嘗試，將危險控制在一定的范圍內(nèi)也是十分必要的。

五、如何讓實(shí)驗(yàn)順序更合理——遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有時為了達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)需要完成若干個彼此之間相互獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)。對于這些實(shí)驗(yàn)的順序的安排，教師們很少考慮，大多數(shù)情況下都認(rèn)為先做哪個后做哪個好像沒有太大的區(qū)別。其實(shí)細(xì)細(xì)研究，這若干個實(shí)驗(yàn)往往具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，在安排實(shí)驗(yàn)時，需要合理安排其順序，其中需要考慮的一個非常重要的依據(jù)就是是否能很好地符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

以“鈉的性質(zhì)及用途”教學(xué)為例，在教學(xué)過程至少要安排學(xué)生完成鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)、鈉與氧氣加熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。這兩個實(shí)驗(yàn)均體現(xiàn)鈉的還原性，在實(shí)驗(yàn)的過程中似乎可以不用考慮先后順序。仔細(xì)思考我們可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生更易接受鈉與氧氣的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槌踔谢瘜W(xué)涉及到的金屬，更多的是與氧氣的反應(yīng)，很少有與水反應(yīng)的。因此首先研究鈉與氧氣的反應(yīng)符合認(rèn)識事物從一般規(guī)律到特殊規(guī)律，符合學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)、認(rèn)知規(guī)律。此外，在進(jìn)行鈉與氧氣加熱條件下反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時，由于鈉塊是固定不動的，受熱情況下熔成一個銀白色的小球的現(xiàn)象易于觀察到，這種觀察很容易遷移到鈉在與水反應(yīng)時熔成小球的現(xiàn)象上，而如果首先做鈉與水的反應(yīng)，熔成小球的這個現(xiàn)象對學(xué)生來說是很難把握和準(zhǔn)確描述的，從這個角度上來說，鈉與氧氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的完成有助于學(xué)生對鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的觀察與分析，體現(xiàn)了學(xué)生的觀察與理解由易到難的認(rèn)知規(guī)律。

事實(shí)證明，在長期的化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)教學(xué)的重要手段，不論是最初為學(xué)生雙基目標(biāo)的達(dá)成，還是后來對三維目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，都已發(fā)揮了不可磨滅的作用。如今，在倡導(dǎo)素養(yǎng)教育的新課改背景下，廣大化學(xué)教師只有進(jìn)一步潛心研究，正視化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，基于學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)養(yǎng)成，積極探索，才能讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在素養(yǎng)養(yǎng)成教育中發(fā)揮更大的作用。