巧用實驗素材 培養(yǎng)核心素養(yǎng)

程文娟

【摘要】? 利用實驗素材，提供宏觀現象，通過從原子、分子層面學習物質組成、性質，學習化學本質特征，建立宏觀辨識和微觀辨析核心觀念;通過完成限定條件的實驗活動、實驗設計以及結果分析，掌握科學研究方法，突破教學重難點，落實化學核心任務——變化觀念與平衡思想，證據推理與模型認知，探究精神等核心觀念;通過完成主題性內容的科學探究活動，培養(yǎng)科學探究與創(chuàng)新意識，實事求是的科學精神等核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】? 實驗 探究 合作 交流 核心素養(yǎng)

【中圖分類號】? G633.7 ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711（2019）18-010-02

一、核心素養(yǎng)和化學學科核心素養(yǎng)的理解

高中課程標準專家修訂組經過深入研究，達成普遍共識，認為中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)指學生應具備的，能夠適應終生發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力。而化學學科核心素養(yǎng)是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學生通過高中化學的學習，在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度和價值觀等方面發(fā)展的綜合表現。

化學是在原子、分子層面研究物質組成、性質及其應用的自然科學，開展以化學實驗為主的活動，可以豐富化學知識與技能的認識，建立宏觀與微觀認識的思維方式，從而形成微粒觀、變化觀等核心觀念，通過科學探究等學習方式的體驗，了解科學探究過程，掌握科學研究方法，培養(yǎng)探究精神和實事求是的科學精神。

二、本校學生現狀調研

本校學生為廣州市B類生源，基礎不夠扎實、學習能力中等，學習習慣很傳統——以聽講為主。筆者在多年高中化學教學過程中，發(fā)現學生在學習化學知識時，尤其是對于實驗素材的作用認識不到位，很多學生做完實驗，感覺“玩了一場”，甚至到后期學習時完全不記得曾經做過的實驗。對此筆者做了一份調查，對于其中的一個問題：

“5、你認為化學實驗在化學學習中最大作用是什么（單選）

A提供實驗事實B突破概念理解C掌握實驗方法和操作D培養(yǎng)探究能力E培養(yǎng)科學精神”

筆者預期每個選項人數應該“平分秋色”，但是本校參加研究的786名學生，其中55%的人選擇C，而E選項選擇的比例極低為0.3%，其它幾個選項比較均等為15%左右。顯然他們對于實驗功能的認識還只停留在核心素養(yǎng)的“初級階段”——知識與技能的學習。未來我們教師在新改革要求下，很有必要改變自身觀念并提升教學水平。

三、教學實施過程

1.通過從原子分子離子角度學習化學學科本質特征，培養(yǎng)以宏觀辨識與微觀辨析為主的核心素養(yǎng)

案例一、初學“萃取分液”概念時，學生經?；煜举|原因，究竟是密度不同還是溶解性不同？必修1教材用四氯化碳萃取碘水中的碘單質過程中，由于學生對于新物質I2和CCl4性質不熟悉，又沒有見過兩種無色透明液體分層，因而不能理解萃取的內涵。所以筆者將實驗教材內容調整為以下步驟：

實驗步驟1：將5ml水和10mlCCl4分別倒入分液漏斗中，充分振蕩，靜置觀察現象。

設計意圖：①提供“分層”的宏觀現象，兩種無色透明溶劑互不相溶

②根據溶劑體積不同，很快發(fā)現上層是水，下層是CCl4

③類比沙子與水不相溶的原理，得出在下層的液體密度大

實驗步驟2：向上述混合液中緩緩加入5ml碘水溶液，靜置觀察。

設計意圖：提供碘水與水相溶而與CCl4不相溶宏觀現象，得出“相似相溶”結論，培養(yǎng)分析歸納能力

實驗步驟3：充分振蕩上混合液，再靜置觀察現象。

設計意圖：提供碘分子從水溶液中“跑入”CCl4中宏觀現象，能夠從微觀角度理解分子運動，培養(yǎng)微粒觀和變化觀

分析：通過上述過程，學生很快“觀察”到CCl4物理性質，能夠很好地宏觀辨識“分液現象”，也能微觀辨析“萃取”原理，很好地突破“萃取”概念的內涵，培養(yǎng)了學生宏觀辨識和微觀辨析的核心素養(yǎng)。

案例二、高一的學生初次接觸離子反應，很多學生一直搞不清楚“電解質”和“導電性”關系。所以筆者就學生的困惑設計實驗如下：

實驗步驟1：觀察硫酸銅晶體顏色，用發(fā)光二極管檢測上述晶體的導電性

設計意圖：提供電解質物理性質的宏觀現象

實驗步驟2：將上述晶體2g溶于10ml水中，配成溶液，觀察溶液顏色并畫出溶液中微粒運動情況

設計意圖：①提供電解質溶解、電離、導電宏觀辨識，②培養(yǎng)微粒觀和變化觀

實驗步驟3：用發(fā)光二極管檢測上述溶液的導電性

設計意圖：突破“電離”、“導電性”、“電解質”概念理解，培養(yǎng)微粒觀

實驗步驟4：向上述溶液分別加入鹽酸、NaCl溶液、NaOH溶液，都會反生化學反應嗎？如何驗證？

設計意圖：培養(yǎng)學生微粒觀以及邏輯思維能力，培養(yǎng)科學探究意識

分析：學生通過完成上述實驗，能夠清晰觀察到硫酸銅晶體溶解時溶液顏色的變化，“晶體消失，藍色從底部擴散到整份溶液中”，從而能想象到這就是銅離子的運動，培養(yǎng)了微粒觀，從“硫酸銅晶體不導電，其電解質溶液才能導電”的現象中認識到導電需要自由移動的離子，電解質只有在限定條件下“水溶液中或熔融狀態(tài)下”才能電離出離子從而導電。該過程從離子、分子層面學習了電解質以及電離概念的內涵，也為這些概念的外延“離子反應及其發(fā)生的條件”的學習做好理論鋪墊;也培養(yǎng)了學生宏觀辨識與微觀辨析的核心素養(yǎng)。

2.通過完成限定條件的實驗探究，分析實驗結果從而培養(yǎng)以變化觀念與平衡思想為主的核心素養(yǎng)

案例三、“重結晶”也是學生學習的一個難點，人教版選修5教材選用含有泥沙的苯甲酸為實驗藥品，該實驗過程中，沒有體現“在此溶劑中溶解度很大的雜質”，高三復習過程中出現的“蒸發(fā)結晶”和“冷卻結晶”，學生對于“需不需要趁熱過濾”思路不清晰;其次對于化學核心觀念的培養(yǎng)更沒有意識。所以筆者就這些問題改編了實驗素材：

實驗步驟1：任選（0.1g或0.3g或1g或2g）粗苯甲酸，將其加到100ml燒杯中，再加入50ml蒸餾水，在石棉網上邊攪拌邊加熱

設計意圖：通過查閱苯甲酸溶解度和苯甲酸溶解過程的觀察，培養(yǎng)學生變化觀和平衡觀，培養(yǎng)綠色化學價值觀

實驗步驟2：向配制好的50ml粗苯甲酸溶液中加入2g硫酸銅晶體

設計意圖：通過硫酸銅的溶解和溶液顏色變化，培養(yǎng)學生微粒觀和變化觀

實驗步驟3：趁熱過濾，觀察濾紙上物質狀態(tài);冷卻結晶，觀察燒杯中濾液現象

設計意圖：培養(yǎng)科學研究方法和實事求是科學精神

實驗步驟4：分析濾液中為什么沒有或有晶體？為什么沒有析出硫酸銅晶體？

設計意圖：培養(yǎng)學生探究意識，邏輯思維能力，合作交流能力

分析：學生考慮到后面還要“苯甲酸再結晶”，也就是形成過飽和溶液但又不能浪費藥品污染環(huán)境，就會在步驟①選擇到合適質量的粗苯甲酸，能夠培養(yǎng)學生的變化觀和平衡觀，以及環(huán)境保護責任感和價值觀;通過觀察“硫酸銅”的存在形式，很好地理解“重結晶”中溶解度很大的雜質除雜過程及原理，突破了教學重難點，學生可以很好地理解“趁熱過濾”的作用是除去溶解度小的雜質，其次通過分析“硫酸銅不能結晶”再一次強調培養(yǎng)學生的變化觀和平衡觀，培養(yǎng)學生合作交流能力，提高語言表達能力。

3.通過連續(xù)完成同類型的實驗活動，培養(yǎng)以證據推理與模型認知為主的核心素養(yǎng)

案例四、對照實驗是一種重要的科學研究方法，學生不僅要學會該研究方法的一般思路，還要就問題中具體細節(jié)進行更加嚴密地分析考慮，筆者以“影響化學反應速率的因素（對照實驗）”為例，談談對于學生“對照實驗思維模型認知”的培養(yǎng)：

首先，以人教版選修4實驗2-2為素材，考察“濃度”對反應速率的影響，建立“對照實驗思維模型”;其次，還是選用該素材，考察“溫度”對反應速率的影響，鞏固應用“對照實驗思維模型”;最后，通過利用人教版選修4第2節(jié)中實驗2-3以及第一個科學探究繼續(xù)分析試劑加入順序問題，鞏固提升“對照實驗思維模型”，而筆者就第一個科學探究中的“試劑加入順序及理由”展開討論：

試劑加入順序：①KI溶液+硫酸溶液+淀粉溶液②KI溶液+淀粉溶液+硫酸溶液

③硫酸溶液+KI溶液+淀粉溶液④硫酸溶液+淀粉溶液+KI溶液

⑤淀粉溶液+硫酸溶液+KI溶液⑥淀粉溶液+KI溶液+硫酸溶液

分析：該實驗過程中有三種試劑，進一步考察對照實驗的邏輯性和嚴謹性。學生通過分析反應原理及各試劑的作用，從而確定試劑加入先后順序以及用量，該過程同學之間交流合作，提高了語言表達能力，能夠欣賞“化學高手”嚴密邏輯思維，體現了化學學習科學思維方法，同時進一步培養(yǎng)了學生證據推理與模型認知的核心素養(yǎng)。

4.通過完成主題性的實驗設計及探究活動，培養(yǎng)以科學探究與創(chuàng)新意識為主的核心素養(yǎng)

案例五、必修1碳酸鈉和碳酸氫鈉物質性質研究過程中，很多學生在初中學習時的經驗“含有同種元素的物質相互間不反應”，以至于他們不能理解NaHCO3溶液和NaOH溶液反應，筆者設計主題“請設計實驗驗證NaHCO3溶液和NaOH溶液會發(fā)生反應”。

實驗步驟1：分別向A和B試管中加入2ml濃度為1mol/L的NaHCO3溶液和Na2CO3溶液，滴加1mol/L氯化鈣溶液

實驗步驟2：分別向A和B試管中加入2ml濃度為1mol/L的NaHCO3溶液和Na2CO3溶液，加入氫氧化鈣溶液

設計意圖：因為碳酸氫鹽都是可溶的，NaHCO3溶液加入氫氧化鈣溶液也有白色沉淀產生，說明有新的離子CO32-生成，也證明了NaHCO3溶液和NaOH溶液會發(fā)生反應

分析：通過這個實驗設計和探究活動，充分體現學生是學習的主體，不是形式上的“科學探究”，而是改變學習方式，學生利用已有知識、查閱相關資料，預測性質現象，實驗探究驗證，這個過程，學生感受了科學探究的程序，掌握了科學研究方法，當遇到異?，F象時，也尊重事實，重復試驗，找出原因。譬如學生甲在完成實驗探究時，實際現象跟預期不一致，兩份溶液的紅色基本一致，大家嘗試了很多種方法，改變試劑加入順序，改變反應物濃度等，都沒有達到預期猜想，后面通過查找資料，猜想可能是“該反應屬于動態(tài)平衡，里面有很多未反應完的NaOH，所以導致兩份溶液顏色接近”。譬如學生乙的實驗“向1mol/LNaHCO3溶液中滴加1mol/LCaCl2溶液時，也有白色沉淀”，師生共同討論，查閱資料，解決問題——改用低濃度的NaHCO3溶液、Na2CO3溶液和CaCl2溶液。這個過程學生不僅學習科學研究方法，更培養(yǎng)了學生創(chuàng)新意識、探究意識和實事求是的科學探究精神。

四、總結

筆者認為核心素養(yǎng)包括科學素養(yǎng)和人文素養(yǎng)，化學作為一門自然科學，強調科學素養(yǎng)為主，同時要提高人文素養(yǎng)。而我們將核心素養(yǎng)具體化為五個方面：宏觀辨識與微觀辨析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識、探究精神與科學精神。但它們之間不是完全獨立的，而是互相交融，絕大多數的實驗素材都是提供宏觀事實，學習化學的工具，為學生想象提供階梯，更快更好地進行微觀辨析;通過宏觀現象的變化，才能形成變化觀，從而更好地建立理論依據，建立模型;任何的實驗過程，尤其是學生自主探究實驗，都會體現科學探究方法和創(chuàng)新意識，在所有實驗活動或實驗設計中過程，大家相互交流合作，培養(yǎng)科學精神與社會責任，促進人文素養(yǎng)的培養(yǎng)。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]胡先錦.管窺高中化學學科核心素養(yǎng)[J].化學教與學，2017（3）26-28.

[2]楊梓生.研究學科核心素養(yǎng)內涵特性應有的三種基本視角——兼談對高中化學學科核心素養(yǎng)的認識[J].福建基礎教育研究，2016（8）68-70.