核心素養(yǎng)背景下初中化學(xué)實驗功能的再挖掘

◎ 沈 健

化學(xué)實驗不僅是化學(xué)科學(xué)賴以形成和發(fā)展的基礎(chǔ)，更是化學(xué)教學(xué)中學(xué)生獲取化學(xué)經(jīng)驗知識、檢驗化學(xué)知識的重要媒介和手段。［1］作為化學(xué)教學(xué)的重要載體，化學(xué)實驗在落實課程標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其功能和價值是其他教學(xué)內(nèi)容和方法無法取代的。

課程改革以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，提倡化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)應(yīng)側(cè)重學(xué)科五大核心素養(yǎng)的構(gòu)建，即微觀辨識與宏觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。從呈現(xiàn)內(nèi)容上分析，五大核心素養(yǎng)的形成無法脫離化學(xué)實驗的支撐，對化學(xué)實驗功能的定位不同，處理方法也就不同。因此，如何進(jìn)一步充分利用化學(xué)實驗教學(xué)資源、深入挖掘和研究化學(xué)實驗價值，優(yōu)化課堂，落實學(xué)科核心素養(yǎng)是我們努力的新方向。

一、提升觀察能力

觀察是思維的原點、認(rèn)知的基礎(chǔ)和智慧的源泉，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。［2］觀察不到位就無法獲得有力證據(jù)，無法指向問題的關(guān)鍵所在，落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)就是空話。因此，對學(xué)生觀察能力的培養(yǎng)是化學(xué)教師的首要任務(wù)，而化學(xué)實驗則是提升學(xué)生觀察能力的重要載體。

九年級是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的啟蒙階段，學(xué)習(xí)一段時間后，總會聽到有學(xué)生埋怨化學(xué)要記背的內(nèi)容實在太多了，比如試劑的顏色、化學(xué)方程式、實驗現(xiàn)象等，即使教師當(dāng)堂進(jìn)行了演示實驗，學(xué)生描述現(xiàn)象和書寫化學(xué)方程式還是會有這樣或那樣的遺漏和錯誤。這是因為在實驗中，學(xué)生往往“漫無目的”“走馬觀花”，被個別現(xiàn)象或?qū)嶒灲Y(jié)果所吸引，不注重過程，沒有全面、細(xì)致、有效地進(jìn)行觀察，從而導(dǎo)致現(xiàn)象記錄不全面，更不用說在理解的基礎(chǔ)上深刻記憶學(xué)科知識。

為了解決這個問題，教師在進(jìn)行相應(yīng)實驗演示之前，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生明確實驗?zāi)康模凶⒁饬?，根?jù)實驗?zāi)康暮吞攸c進(jìn)行全面、有序的觀察，尋找到核心觀察點。例如，為了幫助學(xué)生理解堿式碳酸銅受熱分解的原理，準(zhǔn)確書寫化學(xué)方程式，教師可以引導(dǎo)學(xué)生按照從左至右的順序觀察儀器裝置、化學(xué)物質(zhì)的變化，尋找3 個觀察點（見表1）?；谟^察到的實驗現(xiàn)象，即“證據(jù)”對物質(zhì)產(chǎn)生的變化進(jìn)行“推理”，將現(xiàn)象和產(chǎn)物關(guān)聯(lián)起來協(xié)同記憶，從感性認(rèn)識過渡到理性認(rèn)識，從而提升觀察能力，習(xí)得學(xué)科知識。

表1 堿式碳酸銅受熱分解的3 個觀察點

學(xué)生在進(jìn)行化學(xué)實驗時，教師要加以適當(dāng)引導(dǎo)，針對不同類型實驗的觀察方法進(jìn)行匯總。比如上述堿式碳酸銅受熱分解的實驗屬于性質(zhì)及變化實驗，對于物質(zhì)狀態(tài)、氣味、沉淀、氣泡、顏色、發(fā)光、放熱、燃燒、酸堿性等現(xiàn)象進(jìn)行全面觀察，避免遺漏。

對于操作性實驗，應(yīng)當(dāng)關(guān)注儀器的部件構(gòu)造、連接，重點觀察核心部位。比如“用簡易啟普發(fā)生器制取二氧化碳?xì)怏w”的實驗，很多學(xué)生始終無法理解裝置原理。這是因為他們只關(guān)注到核心部位之一的止水夾關(guān)閉后能夠使得固液分離，從而控制反應(yīng)的發(fā)生與停止，卻不知其所以然。此時教師可以在全面觀察的基礎(chǔ)上，再次讓學(xué)生重復(fù)實驗，引導(dǎo)學(xué)生重點關(guān)注試管和長頸漏斗中液體的變化，并根據(jù)學(xué)生觀察到的現(xiàn)象提出“為何試管中的液體會流入長頸漏斗？”這一問題，以此為突破口指向該裝置的核心原理是利用氣壓差，另一個核心部位則是縫隙。

二、促進(jìn)思維發(fā)展

在初中化學(xué)學(xué)生實驗中，總有部分學(xué)生會觀察到一些和預(yù)期不相符、出乎意料的異?，F(xiàn)象。面對突如其來的異常現(xiàn)象，教師不應(yīng)該直接告訴學(xué)生可能的原因，更不該輕描淡寫、避而不談，壓抑學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。教師應(yīng)當(dāng)充分尊重實驗客觀事實，求真務(wù)實，鼓勵學(xué)生不要迷信課堂權(quán)威、不要唯書是從。從學(xué)生的學(xué)情出發(fā)，恰當(dāng)處理異?，F(xiàn)象，使其成為寶貴的教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。引導(dǎo)學(xué)生基于學(xué)科知識，提出合理的假設(shè)與猜想，并以此為突破口鼓勵學(xué)生設(shè)計出嚴(yán)謹(jǐn)、切實可行的實驗方案進(jìn)行驗證，以實現(xiàn)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的形成。

作為化學(xué)學(xué)習(xí)和化學(xué)研究的一種方式，科學(xué)探究有利于提升學(xué)生質(zhì)疑、猜想、分析、論證能力，是形成科學(xué)觀念、發(fā)展科學(xué)思維品質(zhì)、培養(yǎng)科學(xué)精神的重要手段和途徑。［3］例如，在“實驗室制取二氧化碳”的學(xué)生實驗中，就有個別小組向教師反映他們始終沒有觀察到石灰水變渾濁，此時其他小組也都陷入沉思，教師馬上順勢而為，鼓勵學(xué)生提出質(zhì)疑和猜想并互相討論，匯總觀點并對猜想進(jìn)行評估和設(shè)計實驗（見表2）。最后，教師讓該組學(xué)生根據(jù)設(shè)計方案當(dāng)場進(jìn)行驗證，得出實驗事實。

以學(xué)生最為熟悉的傳統(tǒng)實驗為切入點，不僅有利于從最近發(fā)展區(qū)展開教學(xué)，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角出發(fā)，運(yùn)用學(xué)科知識，通過親自實踐綜合解決實際問題的能力。學(xué)生在經(jīng)歷整個探究過程后，成功歸納出關(guān)于“異常”現(xiàn)象猜想的出發(fā)點：①試劑自身問題；②裝置和儀器的問題；③實驗所處環(huán)境，終于領(lǐng)悟到所謂的“異?！北举|(zhì)是特殊條件下的“正?！?。正如明代著名學(xué)者陳獻(xiàn)章說的，“學(xué)貴有疑，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)，疑者，覺悟之基也?！?/p>

除了“實驗室制取二氧化碳”實驗外，還有類似的異?，F(xiàn)象（見表3）分析也可以作為優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，教師應(yīng)當(dāng)做個有心人，進(jìn)行收集并匯總。但值得注意的是，課堂上異?，F(xiàn)象分析應(yīng)當(dāng)基于課程標(biāo)準(zhǔn)把握好度，不宜盲目深入，否則只會適得其反。比如表3 中的實驗②，學(xué)生只需要推斷出是氫氧化鈉濃度過高導(dǎo)致酚酞顏色又變回?zé)o色即可，至于進(jìn)一步的原因可以作為課后的拓展作業(yè)，讓學(xué)生查閱資料。

表2 “實驗室制取二氧化碳”的學(xué)生實驗設(shè)計方案驗證

表3 一些典型學(xué)生實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象

三、樹立環(huán)保意識

可持續(xù)發(fā)展觀念和綠色化學(xué)思想是學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任”的重要組成部分，而初中化學(xué)實驗教學(xué)是樹立學(xué)生環(huán)保意識的最佳時機(jī)。

但在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師充分利用實驗資源達(dá)成教學(xué)目標(biāo)后，實驗產(chǎn)物往往就失去了利用價值，隨之排放，造成污染。很少有學(xué)生關(guān)注這些“廢棄物”的去向，長此以往學(xué)生的環(huán)保意識也會逐漸淡化，綠色化學(xué)思想也就無法形成。而實驗中的“廢棄物”恰恰蘊(yùn)含著值得探索和挖掘的育人資源。例如，實驗室制取二氧化碳?xì)怏w后遺留下的廢液能否直接排放？如何除去過量的鹽酸，回收氯化鈣溶液？

教師匯總“除去氯化鈣溶液中的鹽酸”實驗設(shè)計方案，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析（見表4）。在廢液處理過程中，不僅喚起學(xué)生的環(huán)保意識，復(fù)習(xí)物質(zhì)的性質(zhì)，也考慮實際情境中經(jīng)濟(jì)性、可操作性、簡便性等原則，從而篩選出最佳試劑。教師充分調(diào)動學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識合理優(yōu)化處理“廢棄物”，鞏固環(huán)保意識、增強(qiáng)學(xué)科情懷，對培養(yǎng)學(xué)生珍愛生存環(huán)境的思維品質(zhì)起到了潛移默化的作用，最終內(nèi)化綠色思想。［4］

表4 “除去氯化鈣溶液中的鹽酸”實驗設(shè)計方案分析

又如，在完成“氯酸鉀加熱制氧氣”的教學(xué)內(nèi)容后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考如何設(shè)計實驗回收試管內(nèi)固體混合物中的二氧化錳和氯化鉀（方案舉例見圖1）以及分析在溶解過程中加適量水的原因。這兩個問題不僅是“粗鹽提純”實驗流程的靈活遷移，更滲透了回收利用、節(jié)約能源的綠色化學(xué)思想。貼近實際情境的設(shè)置，使“學(xué)科綜合知識”和“學(xué)科育人價值”兩條主線有機(jī)融合，既提升了學(xué)生的知識遷移和創(chuàng)新思維能力，又引導(dǎo)他們形成學(xué)以致用的思想，強(qiáng)化學(xué)科價值認(rèn)識，樹立正確的價值觀，充分彰顯了化學(xué)學(xué)科的育人功能。

“授人以魚，不如授人以漁”，只有充分讓學(xué)生認(rèn)識到綠色化學(xué)的價值所在，才能自覺改變他們的行為。［5］科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任素養(yǎng)的形成，不是一蹴而就的，需要化學(xué)教師捕捉每一個適合的時機(jī)，長期精心培養(yǎng)，才能使學(xué)生具備高位的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感，完成化學(xué)學(xué)科培養(yǎng)高素質(zhì)人才的使命。［6］

事實證明，化學(xué)實驗對優(yōu)化課堂教學(xué)意義重大，功不可沒?；诤诵乃仞B(yǎng)和中考改革的背景下，如何最大限度發(fā)揮實驗教學(xué)功能，增加學(xué)生的實驗操作體驗，將更多的演示實驗轉(zhuǎn)化為學(xué)生實驗，提升學(xué)生創(chuàng)造力，值得我們每一位化學(xué)教師深思。

圖1 實驗回收設(shè)計方案舉例