基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)

彭毅

【摘 要】初中化學(xué)老師在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，通過實(shí)驗(yàn)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行探究，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法，同學(xué)積極參與思考、討論和實(shí)驗(yàn)，能有效鍛煉和提升學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，對(duì)于中學(xué)化學(xué)的教學(xué)具有很好的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】探究實(shí)驗(yàn);學(xué)科核心素養(yǎng);教學(xué)

2017版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出，高中化學(xué)課程以發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨。初中化學(xué)老師理應(yīng)順應(yīng)學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的要求，在教學(xué)中著力于對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過教師引導(dǎo)學(xué)生基于基礎(chǔ)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究和拓展，無疑對(duì)提升學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)這一學(xué)科素養(yǎng)大有裨益。

2018年蘇州市初三化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考查的實(shí)驗(yàn)題目之一是探究“碳酸氫鈉、碳酸鈉分別與稀鹽酸的反應(yīng)”，實(shí)驗(yàn)考查的內(nèi)容和步驟為：用鑰匙的柄端分別取少量碳酸氫鈉、碳酸鈉粉末加到2支試管底部，再各倒入約1ml稀鹽酸，振蕩片刻，對(duì)比觀察現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)題目涉及到的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)基礎(chǔ)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)題目主要是考查學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握情況。筆者基于該實(shí)驗(yàn)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行了適度的探究，收到了良好的教學(xué)效果。

一、引導(dǎo)學(xué)生挖掘?qū)嶒?yàn)中蘊(yùn)藏的問題資源，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力

能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問題是科學(xué)探究素養(yǎng)的重要方面。愛因斯坦曾經(jīng)說過：提出一個(gè)問題比解決一個(gè)問題更重要。所以，我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)要敏銳地抓住可以利用的教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、過程或結(jié)果中可能蘊(yùn)藏的問題進(jìn)行挖掘和探究，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力。

上述實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以清楚地觀察到碳酸氫鈉、碳酸鈉與稀鹽酸都能進(jìn)行劇烈的反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，筆者引導(dǎo)學(xué)生去挖掘關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)是否還有需要研究的問題。同學(xué)們經(jīng)過思考和交流，提出了這兩個(gè)反應(yīng)哪個(gè)更加快速？這個(gè)反應(yīng)速度的快慢是否能通過實(shí)驗(yàn)加以研究？反應(yīng)速度的快慢受到哪些因素的影響？等一系列問題。

通過這個(gè)教學(xué)過程，學(xué)生認(rèn)識(shí)到在觀察和分析實(shí)驗(yàn)時(shí)不能僅僅停留在描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象這個(gè)水平上，還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果進(jìn)行深層次的研究。這樣不僅學(xué)生的問題意識(shí)能得到培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力也能得到鍛煉和提升。

二、安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案的能力

能從問題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的，設(shè)計(jì)探究方案也是科學(xué)探究素養(yǎng)的重要組成部分。在學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)提出問題后，教師就需要因勢(shì)利導(dǎo)組織他們?cè)O(shè)計(jì)并完善探究方案。教師通過將學(xué)生分為幾個(gè)探究小組，根據(jù)已經(jīng)提出的問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并就實(shí)驗(yàn)中每一步的操作要點(diǎn)和要求進(jìn)行細(xì)化研究，能使自己設(shè)計(jì)的方案更具合理性和可操作性。

通過討論，同學(xué)們確立的探究問題是比較碳酸氫鈉、碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)的速率哪一個(gè)更快速。圍繞這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的目的，學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)習(xí)的知識(shí)，并經(jīng)獨(dú)立思考和小組合作確定了基本的探究方法：通過控制單一變量來進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的唯一自變量是反應(yīng)物之一的種類不同，分別是碳酸氫鈉、碳酸鈉，另一種反應(yīng)物鹽酸是相同的。從控制單一變量的要求來看，實(shí)驗(yàn)條件是要保證除了碳酸氫鈉和碳酸鈉兩反應(yīng)物不同外，其他條件都相同，包括碳酸氫鈉和碳酸鈉的量相同，固體顆粒粗細(xì)大小相同，鹽酸的濃度和量相同等等各種條件。

在確定總體實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，學(xué)生又對(duì)實(shí)驗(yàn)中的一些具體問題進(jìn)行了分析和探討。例如學(xué)生們研究了加入鹽酸的量多少合適？要保證加入的碳酸鈉和碳酸氫鈉完全反應(yīng)，則應(yīng)根據(jù)哪一種反應(yīng)物來計(jì)算鹽酸的合適用量？選擇什么濃度范圍內(nèi)的鹽酸濃度比較合適？運(yùn)用什么辦法能比較直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果？等等一系列問題。隨著這些細(xì)節(jié)問題的逐漸明晰，各學(xué)習(xí)小組就基本能夠形成比較合理的實(shí)驗(yàn)探究方案。

學(xué)生通過對(duì)真實(shí)的有探究?jī)r(jià)值的問題的研究和分析，在自己的獨(dú)立思考和小組合作的基礎(chǔ)上，能夠提出一個(gè)比較完整而且合理的探究方案。學(xué)生通過參與和感悟這個(gè)過程，他們就能真切而具體地體會(huì)到構(gòu)建探究方案的基本步驟和方法。古人說：“夫耳聞之，不如目見之;目見之，不如足踐之”，要提高學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，就需要讓學(xué)生圍繞真實(shí)問題進(jìn)行身體力行的實(shí)踐。

三、啟發(fā)學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力

在當(dāng)今世界，創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力越來越成為一個(gè)國家國際競(jìng)爭(zhēng)力的決定因素。創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力就屬于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。我們?cè)谶M(jìn)行化學(xué)教學(xué)時(shí)要努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。在進(jìn)行問題探究和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)生可以圍繞需要研究的問題進(jìn)行合理而多樣的創(chuàng)新性的思考和設(shè)計(jì)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。

學(xué)生在討論上述實(shí)驗(yàn)方案的細(xì)節(jié)時(shí)，對(duì)于反應(yīng)物碳酸鈉與碳酸氫鈉固體顆粒的大小和用量進(jìn)行了分析。首先關(guān)于兩種反應(yīng)物的用量，幾乎所有同學(xué)都認(rèn)為只要碳酸鈉和碳酸氫鈉固體等質(zhì)量就可以，于是我啟發(fā)同學(xué)思考下列問題：本實(shí)驗(yàn)要研究的問題是什么？我們通過觀察什么現(xiàn)象來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比？等質(zhì)量的碳酸鈉和碳酸氫鈉與足量的鹽酸完全反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳是否相等？同學(xué)們經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)通過觀察單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣體量來比較反應(yīng)速率，而等質(zhì)量的碳酸鈉和碳酸氫鈉與足量的鹽酸完全反應(yīng)產(chǎn)生的氣體（二氧化碳）量是不同的，不利于比較。在此基礎(chǔ)上，我再啟發(fā)學(xué)生思考如何解決這一問題？學(xué)生們能夠分析出：由碳酸鈉和碳酸氫鈉與過量鹽酸反應(yīng)能夠產(chǎn)生等量二氧化碳來確定碳酸鈉和碳酸氫鈉的應(yīng)該用的質(zhì)量或質(zhì)量比。理論上假設(shè)與足量鹽酸都產(chǎn)生0.44g二氧化碳，則碳酸鈉應(yīng)該用1.06g，碳酸氫鈉應(yīng)該用0.84g，即碳酸鈉和碳酸氫鈉的質(zhì)量比應(yīng)該是106：84（即53：42）。由計(jì)算來看碳酸氫鈉所用質(zhì)量比碳酸鈉的少，如果所用固體質(zhì)量少在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生二氧化碳多，就更能說明碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)速率快。由于固體顆粒物的大小影響了反應(yīng)物之間的接觸面積從而影響了反應(yīng)速率，我向同學(xué)們提出如何使反應(yīng)物的顆粒大小基本一致呢？學(xué)生討論方案多種多樣，最有代表的是：①手工挑選較大的、顆粒大小程度相同的兩種固體顆粒;②有同學(xué)想到都研磨成粉末狀;③極少數(shù)同學(xué)提出用粗一點(diǎn)的篩子先篩下固體顆粒，留在粗篩子上的固體棄用;再用稍細(xì)一點(diǎn)的篩子篩選粗篩子漏下的固體顆粒，取用留在細(xì)篩子上的固體顆粒（棄用細(xì)篩子漏下去的顆粒），這樣取用的固體顆粒就是能漏得下大一點(diǎn)的篩子而漏不下小一點(diǎn)篩子的顆粒，能基本保證固體顆粒粗細(xì)大小基本相同。

在這個(gè)教學(xué)過程中，教師通過啟發(fā)學(xué)生思考和討論，對(duì)反應(yīng)物的用量進(jìn)行深入地分析，破除了在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)物用量一定等質(zhì)量這樣的思維定式，而是從產(chǎn)物量的角度來分析反應(yīng)物的用量。對(duì)于固體反應(yīng)物顆粒大小的研究，少數(shù)同學(xué)提出的上述第三種解決方案非常具有創(chuàng)造性。這樣的探究過程中無疑對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力是具有很好的促進(jìn)作用。

四、組織學(xué)生進(jìn)行小組合作，培養(yǎng)學(xué)生在探究學(xué)習(xí)中的合作能力

合作學(xué)習(xí)是一種中重要的學(xué)習(xí)方式。學(xué)生能夠很好的參與合作學(xué)習(xí)，在合作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出很好的合作精神和合作能力也是作為人的重要的核心素養(yǎng)之一。在解決探究性問題時(shí)，這些探究性的問題往往具有一定的復(fù)雜性，從問題的提出、方案的設(shè)計(jì)、細(xì)節(jié)的考慮、到最終進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可能還需要對(duì)探究過程中出現(xiàn)的新問題進(jìn)行進(jìn)一步的研究。這個(gè)復(fù)雜的學(xué)習(xí)和探究過程就需要教師組織學(xué)生建立學(xué)習(xí)小組通過相互合作的方式來推進(jìn)。

學(xué)生在研究通過什么辦法來觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)候，各學(xué)習(xí)小組展開了熱烈而充分的討論，每個(gè)學(xué)習(xí)小組都提出了各自的方案。有些小組通過合作探究提出同時(shí)用相同型號(hào)的氣球收集產(chǎn)生的氣體，看它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間內(nèi)脹大的速率的方案。而通過這個(gè)方案來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的對(duì)比，就需要兩組實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，還需要有同學(xué)及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。顯然這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程需要學(xué)習(xí)小組內(nèi)的同學(xué)進(jìn)行合理的分工和合作，保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們將等量的適宜濃度的鹽酸注入試管，將碳酸鈉和碳酸氫鈉顆粒放在相同的氣球中，然后通過小組同學(xué)的配合同時(shí)將碳酸鈉和碳酸氫鈉顆粒加入到鹽酸中，另外的同學(xué)負(fù)責(zé)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果和拍照。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖：

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果非常好的說明了相同條件下，碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)速率更快，同學(xué)的探究實(shí)驗(yàn)取得了成功。在該教學(xué)過程中，小組合作學(xué)習(xí)得到了比較好的體現(xiàn)，各學(xué)習(xí)小組的同學(xué)積極參與思考、討論和實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力得到了有效的鍛煉和提升。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。在初中化學(xué)教學(xué)中，我們會(huì)接觸到很多的實(shí)驗(yàn)，如果我們初中化學(xué)教師都能做一個(gè)有心人，帶領(lǐng)學(xué)生圍繞一些具有探究?jī)r(jià)值的基礎(chǔ)性化學(xué)實(shí)驗(yàn)展開適當(dāng)?shù)耐卣购吞骄?，引?dǎo)學(xué)生提出問題、設(shè)計(jì)方案、適度創(chuàng)新、加強(qiáng)合作，就能為培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)提供了一條切實(shí)可行的路徑。