基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)實驗創(chuàng)新實踐

杜世民

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，學(xué)生對化學(xué)知識的獲得、能力的形成都是在實驗的基礎(chǔ)上建立起來的。應(yīng)試教育思想根深蒂固、課程安排課時不足、以學(xué)生安全為由不開設(shè)或少開設(shè)實驗教學(xué)，是現(xiàn)階段高中化學(xué)實驗教學(xué)的普遍現(xiàn)象。這就造成微課視頻實驗多，現(xiàn)場操作實驗少;教師演示實驗多，學(xué)生分組實驗少;照本照做實驗多，創(chuàng)新探究實驗少;驗證性質(zhì)實驗多，探究應(yīng)用實驗少的不良局面。這與培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的教學(xué)目標(biāo)背道而馳。

筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，就如何提高學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識方面進行了一些實踐和思考。

一、化學(xué)實驗教學(xué)的重要意義

在化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實驗對于學(xué)生養(yǎng)成變化觀念、證據(jù)推理、實驗探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神起著重要的作用。筆者認(rèn)為，高中化學(xué)實驗按照開設(shè)目的不同，可以分為以下三種情況。

1.教師演示實驗

教師演示實驗有助于學(xué)生掌握相關(guān)知識點，驗證相關(guān)理論知識。如SO2對品紅溶液的漂白作用，其原理與氯水不一樣。通過實驗驗證可以很直觀的了解“SO2溶于水后生成的亞硫酸跟有色物質(zhì)直接結(jié)合成無色的暫時穩(wěn)定的化合物，加熱后能恢復(fù)原色”，從而掌握SO2漂白作用的“暫時性”;又如演示強酸與強堿的中和滴定實驗?zāi)苤庇^驗證滴定終點的判斷：“當(dāng)最后一滴液體滴下后，錐形瓶內(nèi)溶液顏色發(fā)生變化，且在半分鐘內(nèi)不變色”。通過實驗，學(xué)生有真切體驗感受，就會更加容易理解對應(yīng)的理論，甚至?xí)鲃由钊胩骄康犬?dāng)點和滴定終點的本質(zhì)區(qū)別。

2.學(xué)生分組實驗

分組實驗指的是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，在實驗室中自主進行的實驗。在分組實驗活動中，只要不涉及實驗安全問題，教師大可以放手讓學(xué)生“犯錯”，讓他們在“錯誤”中一步步成長。只有“誤入歧途”，才可能出現(xiàn)不同的實驗結(jié)果，才會和其他小組交流實驗結(jié)果，進而發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學(xué)問題。如鐵的氫氧化物制備實驗，有這么一段描述“因Fe（OH）2在空氣中迅速被氧化，變成灰綠色，最后變成棕紅色的Fe（OH）3”，問題是：“灰綠色物質(zhì)是什么？是Fe（OH）2和Fe（OH）3混合物？”學(xué)生在實驗過程中提出的種種問題，其實就是創(chuàng)新點，是“發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學(xué)問題”。

3.創(chuàng)新探究實驗

創(chuàng)新探究實驗是指學(xué)生在掌握基本實驗方法和相應(yīng)知識的基礎(chǔ)上，通過主動地發(fā)現(xiàn)問題、查閱資料、實踐操作、總結(jié)成果、表達交流等探究性活動，獲得知識和技能的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)過程。創(chuàng)新探究實驗的一個重要特征是開放性，包含選擇探究問題的開放性、探究過程的開放性和探究結(jié)果的開放性。學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”培養(yǎng)就應(yīng)該從學(xué)生打破書中常規(guī)實驗、勇于質(zhì)疑和自主探究實踐等方面著手抓起。在遇到課程之外的問題時，具有“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)生往往能夠以開放的思維角度，主動尋求解決方法，并在這樣的良性循環(huán)過程中，形成科學(xué)價值觀。

二、高中化學(xué)實驗教學(xué)創(chuàng)新實踐

1.新媒體融合高中化學(xué)實驗教學(xué)，將不可視變成可視

信息技術(shù)高速發(fā)展，新媒體推陳出新，促使高中化學(xué)實驗教學(xué)發(fā)生重大變革。PPT課件、可視光盤、微課慕課、VR仿真虛擬等新媒體素材，經(jīng)過教師的篩選、組合，可以形成優(yōu)秀的教學(xué)資源，融合到高中化學(xué)實驗教學(xué)，能夠創(chuàng)設(shè)開放性信息化學(xué)習(xí)環(huán)境。

微粒（如原子、分子、離子、膠粒等）的運動和相互作用，物質(zhì)的微觀組成和結(jié)構(gòu)、晶體的聚集狀態(tài)等微觀領(lǐng)域，一般顯微鏡都不能直接觀察。我們可以利用微課、3D視頻、VR仿真虛擬，變抽象不可視為形象可視，讓學(xué)生直觀形象地認(rèn)識微觀世界，理解化學(xué)反應(yīng)的原理。如在進行選修4化學(xué)反應(yīng)原理相關(guān)實驗時，引入“PH計”“電流計”“溫度傳感器”等數(shù)顯傳感器設(shè)備，能直觀檢測溶液PH值、導(dǎo)電性、溫度變化，變定性分析為定量監(jiān)測，學(xué)生更容易對實驗信息進行加工并獲得結(jié)論。

實驗教學(xué)充分發(fā)揮新媒體優(yōu)勢，就可以把學(xué)生的感知直接引導(dǎo)到看不見也摸不著的微觀世界里，讓學(xué)生感受到課本上的知識其實就在身邊發(fā)生著。

2.改進演示實驗、分組實驗，省時省事，節(jié)約環(huán)保

化學(xué)教材中編寫的實驗是結(jié)合化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，綜合考慮各方面需求所提供的范例實驗。但是范例實驗并不一定是最佳的實驗方案，教師可根據(jù)實際條件和需求對一些實驗進行優(yōu)化和改進。

教材部分演示實驗、分組實驗，對試劑的量、實驗環(huán)境等要求較高，微小的差別或者變化都會導(dǎo)致實驗結(jié)果發(fā)生偏差，實驗現(xiàn)象異常，甚至造成實驗失敗。如銀鏡反應(yīng)，氨水的使用量難以控制，很難得到明亮的銀鏡;由于Fe2+極易被氧化，F(xiàn)eSO4溶液滴加NaOH溶液，很難觀察到白色沉淀;焰色反應(yīng)實驗很難觀察到滿意的實驗現(xiàn)象，等等。

還有一些實驗使用的試劑、反應(yīng)的生成物會對環(huán)境造成污染，特別是某些實驗生成了有毒氣體，但沒有對這些氣體進行有效處理，在一定程度上影響學(xué)生的環(huán)保意識。

筆者經(jīng)實踐探究，改進了幾例演示實驗，節(jié)省操作時間，實驗現(xiàn)象更易觀察，教學(xué)效果更明顯。

（1）氨與氯化氫的反應(yīng)產(chǎn)生白煙，按照教材通常是將兩根分別沾有濃氨水與濃鹽酸的玻璃棒靠近，實驗現(xiàn)象受溫度、濕度、風(fēng)速、背景顏色等因素的影響，產(chǎn)生的白煙持續(xù)時間較短，而且難以看出是白色固體（到底是煙還是霧）。若改為使用兩團棉花分別蘸取濃氨水和濃鹽酸，置于大燒杯底部兩側(cè)，并用表面皿蓋住燒杯口。這樣改進后，學(xué)生非常容易觀察現(xiàn)象并確認(rèn)產(chǎn)物是白色的煙。

（2）在學(xué)習(xí)二氧化硫的性質(zhì)時，教材只是安排了演示實驗驗證SO2溶解性、酸性、漂白性，對于它的還原性、氧化性一般只能用化學(xué)反應(yīng)方程式來描述。教輔資料經(jīng)常出現(xiàn)圖1的裝置圖，倒是可以一次性完成SO2制備和性質(zhì)檢驗，但是實驗儀器多、操作復(fù)雜、反應(yīng)時間長，不利于教師演示操作。我們可以利用點滴板，如圖2所示，在Na2SO3固體里加入1∶1硫酸后，用另一個表面皿反蓋上，很快可以觀察到實驗現(xiàn)象。

（3）焰色反應(yīng)按照教材的做法，學(xué)生想看到和教材圖片上的鮮艷顏色幾乎不可能，只能機械地記憶課本上所提供的實驗結(jié)果，造成理解不深刻、記憶困難的情況，嚴(yán)重打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。我們可以把濾紙（或者宣紙）切成的紙條（類似紙槽），將紙條分別浸泡在待測鹽的飽和溶液里，片刻后取出，晾干;用坩堝鉗夾持含有不同待測鹽的紙條在燈焰上灼燒，燈焰就會呈現(xiàn)不同色彩。這樣操作簡單，現(xiàn)象非常明顯，學(xué)生意識到簡單的改變就可以改進實驗，進而學(xué)會獨立思考。

3.對教材的演示實驗，主動延伸探究、敢于提出質(zhì)疑

在進行教材的演示實驗后，教師可適度引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實驗的“異?！?，幫助學(xué)生提出有探究價值的化學(xué)問題，并探究形成進一步改進實驗的設(shè)想，或者驗證“異?！背霈F(xiàn)的原因，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神。

如選修4為了進一步驗證溫度對反應(yīng)速率的影響，在實驗23基礎(chǔ)上，又設(shè)計了一個科學(xué)探究：已知4H++4I-+O2=2I2+2H20，現(xiàn)有1mol/LKI溶液、01mol/LH2SO4溶液和淀粉溶液，請?zhí)骄咳芤撼霈F(xiàn)藍色的時間與溫度的關(guān)系。經(jīng)過必修2學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了升高溫度能加快反應(yīng)速率。但是，這個科學(xué)探究有可能出現(xiàn)的結(jié)果是溫度較高的熱水中的混合溶液反而變色慢，甚至不變色，與學(xué)過的知識恰好相反。

又如必修1設(shè)計了一個科學(xué)探究來驗證Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化。FeCl3溶液加入鐵粉充分反應(yīng)后，滴加KSCN溶液，不變紅色，即不含F(xiàn)e3+，F(xiàn)e3+被還原為Fe2+;把上層清液倒入另一個試管，再加入幾滴氯水，若變紅，則可以證明Fe2+又被氧化成Fe3+。但是實際操作過程中，若滴加的氯水過量，則會看到先變紅后褪色。

這些實驗的“異常”一經(jīng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，就是一個思維碰撞的火花，就是一個研究性課題。教師可以指導(dǎo)學(xué)生課后自行查閱資料，深入探究，并進行實踐驗證。只有這樣，才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。

4.開設(shè)校本化學(xué)創(chuàng)新實驗課程，培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識

要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，除了教材開設(shè)的分組實驗和科學(xué)探究實驗之外，新課標(biāo)要求將化學(xué)與生活、化學(xué)與社會、化學(xué)與科技作為化學(xué)教育教學(xué)的重要組成部分，實驗是化學(xué)中最容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的部分，開發(fā)校本化學(xué)創(chuàng)新實驗課程，已經(jīng)成為近幾年高中化學(xué)實驗教學(xué)的一個創(chuàng)新點。

“提出一個問題，往往比解決一個問題更重要”，我?；瘜W(xué)科組幾位教師將化學(xué)知識與實際生活聯(lián)系起來，設(shè)計了多門校本選修課程，并吸引了相當(dāng)一部分學(xué)生參加。該課程開放實驗室，學(xué)生分組后自主完成實驗方案設(shè)計，自行動手實踐并得出實驗產(chǎn)品。經(jīng)過校本課程學(xué)習(xí)，提高學(xué)生對化學(xué)實驗的興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手實驗的能力、解決問題的能力和創(chuàng)新設(shè)計的能力。摘錄部分課程計劃如下：自制手工肥皂、自制酸堿指示劑、手工唇膏、自制創(chuàng)意蠟燭、趣味變色實驗、固體酒精與焰色反應(yīng)、固體酒精與法老之蛇、自制熔巖燈、七彩熒光趣味實驗。

責(zé)任編輯 羅 峰