基于學(xué)科核心素養(yǎng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力培養(yǎng)的實(shí)踐與思考

摘 要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究、學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的重要途徑，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，可以體驗(yàn)科學(xué)研究的一般過(guò)程，了解科學(xué)研究的常見(jiàn)方法，學(xué)習(xí)必要的實(shí)驗(yàn)技能，養(yǎng)成科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識(shí)。本文以高一教材第五章第三節(jié)《濃硫酸》中“蔗糖脫水實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”的探究教學(xué)為例，體驗(yàn)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究能力的發(fā)展途徑，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)探究能力;教學(xué)改進(jìn)

“倡導(dǎo)真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，開(kāi)展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”是2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》理念之一?！渡虾Ｊ懈咧谢瘜W(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求》也明確指出化學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的重要途徑，也是學(xué)生需要不斷發(fā)展的一項(xiàng)能力?！翱茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”以及科學(xué)探究中必然經(jīng)歷的“證據(jù)推理”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的外延之一。在實(shí)際教學(xué)中我們可以通過(guò)開(kāi)展以實(shí)驗(yàn)探究為主題的教學(xué)改進(jìn)來(lái)提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。下面以高一教材第五章第三節(jié)《濃硫酸》中“蔗糖脫水實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”的探究教學(xué)為例，體驗(yàn)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究能力的發(fā)展途徑。

一、 基于教學(xué)內(nèi)容的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力發(fā)展空間分析

蔗糖脫水實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)探究活動(dòng)屬于化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)探究，在這個(gè)探究活動(dòng)中，學(xué)生從“綠色化學(xué)”的視角，基于實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性、安全性、可行性、簡(jiǎn)約性等方面研究蔗糖的脫水實(shí)驗(yàn)，形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本思路，了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則，發(fā)展多角度思考問(wèn)題以及創(chuàng)新思維的能力。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案設(shè)計(jì)探究的基本思路是明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理;根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和原理以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件，如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器和橡皮、反應(yīng)是否加熱及溫度是否控制在一定范圍內(nèi)等，選擇合理的化學(xué)儀器和藥品;從“綠色化學(xué)”的視角出發(fā)，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作步驟。這類(lèi)探究活動(dòng)的關(guān)鍵策略是路線優(yōu)化、發(fā)散性思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

二、 教學(xué)改進(jìn)過(guò)程展示

（一） 教師原始教學(xué)設(shè)計(jì)

蔗糖脫水實(shí)驗(yàn)是上海市教材高一第二學(xué)期第五章《§5.3節(jié)硫酸》這節(jié)的內(nèi)容，旨在通過(guò)該實(shí)驗(yàn)討論濃硫酸的脫水性。在以往的教學(xué)中，筆者按處方抓藥，先演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推斷濃硫酸在該實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)了什么特性。在原始教學(xué)設(shè)計(jì)中，教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：

1. 觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)濃硫酸的化學(xué)特性。

2. 能區(qū)別濃硫酸的吸水性和脫水性。

3. 通過(guò)“黑面包”實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升觀察事物、分析問(wèn)題的能力。

在以上教學(xué)設(shè)計(jì)中，“黑面包”演示實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的視覺(jué)沖擊比較大，能瞬間激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生能清晰地看到：蔗糖變黑，體積迅速膨脹;學(xué)生也能聞到：產(chǎn)生大量刺激性氣味的酸性氣體;學(xué)生用手觸摸：燒杯的外壁有發(fā)熱現(xiàn)象。通過(guò)以上現(xiàn)象，學(xué)生很容易分析出濃硫酸在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)出吸水性、脫水性和強(qiáng)氧化性。但是這份教學(xué)設(shè)計(jì)中，沒(méi)有全面、深入地挖掘高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的素材，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力沒(méi)有清晰的培養(yǎng)目標(biāo)。

（二） 基于化學(xué)學(xué)科實(shí)驗(yàn)探究能力研究的教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足之處有：該實(shí)驗(yàn)是一個(gè)開(kāi)放體系，蔗糖與濃硫酸的反應(yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有毒的二氧化硫氣體，污染室內(nèi)空氣，危害師生健康，不利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，也不能證明濃硫酸的強(qiáng)氧化性。但是，以上的不足之處正好是滲透綠色化學(xué)理念，播種實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)種子的良好時(shí)機(jī)。因此，本次教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)的不足進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)，優(yōu)化路線、利用實(shí)驗(yàn)室常用儀器進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)是重要任務(wù)。

通過(guò)以上分析，本次教學(xué)做出以下教學(xué)改進(jìn)：

實(shí)驗(yàn)探究能力發(fā)展的目標(biāo)設(shè)定為：

1. 能根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的常見(jiàn)儀器自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，既符合綠色環(huán)保的理念，又能證明濃硫酸的強(qiáng)氧化性。

2. 能通過(guò)合作討論的方式，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。

3. 能熟練地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的組裝。

（三） 試講片段展示

利用修改后的教學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)行試講，現(xiàn)展示一下實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)片段：

教師：針對(duì)實(shí)驗(yàn)方案中的不足之處，請(qǐng)大家根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中的常見(jiàn)儀器重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生：討論實(shí)驗(yàn)并展示實(shí)驗(yàn)方案（包括裝置圖）

學(xué)生1：方案：

闡述：我們組采用封閉式系統(tǒng)，用氫氧化鈉溶液吸收尾氣，解決了污染環(huán)境的問(wèn)題，用品紅和澄清的石灰水檢驗(yàn)SO2和CO2，由此證明濃硫酸的強(qiáng)氧化性。A裝置中的品紅檢驗(yàn)SO2，B裝置中的酸性高錳酸鉀溶液除SO2，C裝置中的品紅檢驗(yàn)SO2是否除盡。

學(xué)生2：1. 除SO2可不可以用溴水？2. 酸性高錳酸鉀溶液后面的品紅可不可以不要？

學(xué)生3：證明濃硫酸的強(qiáng)氧化性，是不是只需要證明SO2就可以了？

教師：這兩位同學(xué)，思維活躍，敢于思考。請(qǐng)大家討論一下。

學(xué)生討論后共同回答：可以用溴水吸收SO2氣體。

教師：如果去掉酸性高錳酸鉀溶液后面的品紅溶液，裝置相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，但是有什么現(xiàn)象可以說(shuō)明SO2被吸收完了？

三、 反思與建議

本次教學(xué)是基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)背景下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力的一堂課，與以往的常規(guī)教學(xué)相比，本次教學(xué)改進(jìn)更能體現(xiàn)：?jiǎn)栴}意識(shí)、探究意識(shí)、開(kāi)放意識(shí)、環(huán)保意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作能力。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力比較薄弱，所以在實(shí)驗(yàn)方案展示環(huán)節(jié)必須要給予充分的時(shí)間，放手讓學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)以及裝置的搭建;教師自己設(shè)計(jì)的方案，比如最后一個(gè)利用生活中的廢品制作的簡(jiǎn)易裝置可以不展示，留給學(xué)生課后自己設(shè)計(jì)，這樣既可體現(xiàn)課后的延伸，也能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)探究的興趣。

建議：教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重設(shè)計(jì)多類(lèi)型、有層次的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，讓學(xué)生真實(shí)、深度地參與實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，提升實(shí)驗(yàn)操作能力，升華化學(xué)核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王磊.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)學(xué)科能力研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2018.

[2]中華人民共和國(guó)教育部定制.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版），北京：人民教育出版社.

作者簡(jiǎn)介：

田麗，上海市，上海市崇明區(qū)崇明中學(xué)化學(xué)組。