新時代化學(xué)實(shí)驗(yàn)育人的探索

何兆銘

教學(xué)改革走進(jìn)核心素養(yǎng)新時代，教學(xué)肩負(fù)落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建議者和接班人，教學(xué)指向全面育人?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是重要的化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要發(fā)掘育人功能，實(shí)施素質(zhì)教育。

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，“化學(xué)實(shí)驗(yàn)對促進(jìn)全面發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有重要的作用”?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)對培育學(xué)生的必備品格、關(guān)鍵能力、正確價(jià)值觀念具有獨(dú)特價(jià)值，創(chuàng)設(shè)生動活潑的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境，幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識和技能，認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維，培養(yǎng)學(xué)會解決問題學(xué)生的方法，培養(yǎng)學(xué)生處理問題科學(xué)的態(tài)度與正確的價(jià)值觀念，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

下面以探究乙酸的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，探討化學(xué)實(shí)驗(yàn)育人的教學(xué)落地策略。

一、聯(lián)系化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在學(xué)習(xí)乙酸的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了乙醇的相關(guān)性質(zhì)，對于烴的含氧衍生物官能團(tuán)有了初步的了解。本實(shí)驗(yàn)不僅能夠復(fù)習(xí)醇的相關(guān)知識，而且是學(xué)習(xí)酯類物質(zhì)的基礎(chǔ)。教師通過創(chuàng)設(shè)情境，提出問題：為什么酒越陳越香？為什么生活中用食醋和酒精作為調(diào)味品來提高食物的香味？這些問題從生活實(shí)際中來，引導(dǎo)學(xué)生從生活問題走進(jìn)化學(xué)學(xué)科知識，感受化學(xué)知識在現(xiàn)實(shí)生活中有廣泛的用途，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。興趣是最好的老師，它是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力，是學(xué)生學(xué)習(xí)的源泉。聯(lián)系化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)際，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的形成與發(fā)展，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生好奇心，這對于學(xué)生認(rèn)識化學(xué)物質(zhì)在日常生活用途及創(chuàng)造新物質(zhì)有重要的作用。

二、開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動，發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

1.發(fā)展宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)

在乙酸的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，乙醇、乙酸可以從宏觀觀察到顏色、狀態(tài)、溶解性等。從微觀視角引導(dǎo)學(xué)生從有機(jī)物官能團(tuán)分類的角度去認(rèn)識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，讓學(xué)生形成“物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)”的觀念。通過宏微結(jié)合從產(chǎn)生有香味的酯類物質(zhì)的現(xiàn)象，到用化學(xué)反應(yīng)方程式用符號表征反應(yīng)過程，以及能從原子間的斷鍵和成鍵的微觀角度去分析酯化反應(yīng)的原理分析，宏微結(jié)合促進(jìn)學(xué)生形成學(xué)習(xí)有機(jī)化合物的一般思路和方法，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)。

2.發(fā)展變化觀念與平衡思想素養(yǎng)

分析酯化反應(yīng)原理：CH3COOH+CH3CH2OH濃H2SO4△CH3COOCH2CH3+H2O，讓學(xué)生認(rèn)識酯化反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，通過對實(shí)驗(yàn)中乙醇的用量、濃硫酸作催化劑和吸水劑，加熱作為反應(yīng)的條件，從不同的角度去改變條件，促使反應(yīng)從有利于酯化反應(yīng)正方向移動，提高乙酸乙酯產(chǎn)率，讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)速率有快有慢、有限度，化學(xué)反應(yīng)速率、反應(yīng)限度是可以調(diào)控的。指導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)酯化反應(yīng)的平衡移動原理，能遷移應(yīng)用到實(shí)際生活中，在今后學(xué)習(xí)生活中，能運(yùn)用變化觀念、平衡移動思想去解決實(shí)際問題。

3.發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)

通過對酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，當(dāng)觀察到用于收集的試管中液體上層浮有油狀物時，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會基于這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為證據(jù)，對產(chǎn)物乙酸乙酯的物理性質(zhì)進(jìn)行分析推理?；谏晌锱c飽和碳酸鈉溶液分層現(xiàn)象和飽和碳酸鈉溶液中有少量氣泡產(chǎn)生現(xiàn)象，作為證據(jù)分析推理飽和碳酸鈉的作用。通過乙醇、乙酸、乙酸乙酯的分子球棍模型的建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生能夠從官能團(tuán)斷鍵的角度去分析酯化反應(yīng)的機(jī)理，培養(yǎng)學(xué)生從分子模型到分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。通過利用同位素的示蹤原子研究反應(yīng)過程，學(xué)會用科學(xué)方法、科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對研究問題的猜想假設(shè)加以證實(shí)或證偽，學(xué)會分析解決問題基于事實(shí)與證據(jù)。學(xué)會歸納總結(jié)，從問題的本質(zhì)、規(guī)律去建構(gòu)認(rèn)知模型，培育模型認(rèn)知素養(yǎng)。

4.發(fā)展科學(xué)探究與創(chuàng)新意識素養(yǎng)

乙酸的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件的探究、分子模型的搭建、反應(yīng)機(jī)理的分析都是科學(xué)探究，在科學(xué)探究實(shí)踐活動中，通過提出問題、進(jìn)行猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)、進(jìn)行解釋，歸納結(jié)論等過程，培育學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。通過反思與評價(jià)、表達(dá)與交流等過程，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，能夠從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程以及從物質(zhì)結(jié)構(gòu)角度研究分析問題，發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，獨(dú)立發(fā)表自己的見解，培育學(xué)生敢想、善思、質(zhì)疑的創(chuàng)新意識素養(yǎng)。

5.發(fā)展科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任素養(yǎng)

指導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣認(rèn)真探究乙酸的分子結(jié)構(gòu)，結(jié)合乙酸的化學(xué)性質(zhì)取決于乙酸的分子結(jié)構(gòu)，向?qū)W生滲透辯證唯物主義教育：結(jié)構(gòu)是化學(xué)變化內(nèi)因，條件是化學(xué)變化的外因，物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和認(rèn)真對待探究活動的良好習(xí)慣。通過學(xué)習(xí)研究酯化反應(yīng)機(jī)理的驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)條件的探討，激發(fā)學(xué)生認(rèn)真學(xué)好基礎(chǔ)知識，養(yǎng)成實(shí)事求是的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度。通過三種試劑的混合順序、碎瓷片的使用、以及接收導(dǎo)管口放置位置等分析論證，讓學(xué)生深度參與分析討論，讓學(xué)生進(jìn)一步領(lǐng)會安全操作的重要性，從而培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感。

三、開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神

深度學(xué)習(xí)是指“在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與，體驗(yàn)成功，獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程”。在這個過程中，學(xué)生學(xué)會掌握學(xué)科的核心知識，同時在參與學(xué)習(xí)的過程中，掌握學(xué)科的本質(zhì)、思想方法，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，培養(yǎng)高階思維，培養(yǎng)關(guān)鍵能力，形成正確的價(jià)值觀念。

在深度學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)乙酸的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)項(xiàng)目活動，通過設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)與幫助下，發(fā)揮學(xué)生主體作用，圍繞乙酸的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)項(xiàng)目這個活動中心，教師提供相關(guān)學(xué)習(xí)資源，搭建學(xué)習(xí)腳手架，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生“跳一跳摘到果子”，從而完成實(shí)驗(yàn)改進(jìn)任務(wù)的設(shè)計(jì)。

以乙醇和乙酸為原料，濃硫酸作為催化劑來制備乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)，有些不足之處。例如：由于濃硫酸具有強(qiáng)氧化性和脫水性，容易發(fā)生副反應(yīng)，有SO2、CO2雜質(zhì)排放出來。另外，濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性，學(xué)生實(shí)驗(yàn)有一定危險(xiǎn)性。反應(yīng)沒有回流裝置，造成反應(yīng)物乙酸和乙醇揮發(fā)損失，降低了乙酸乙酯的產(chǎn)率。接收導(dǎo)管容易插入飽和碳酸鈉溶液中，會產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象。

乙酸的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為：用三氯化鐵固體作為催化劑，沒有腐蝕性，沒有毒害，不會污染環(huán)境，符合綠色化學(xué)的要求，能讓學(xué)生了解綠色化學(xué)的理念，改進(jìn)催化劑有利于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的安全性。因此，可以用三氯化鐵固體代替濃硫酸用于乙酸乙酯的制備。設(shè)計(jì)一條長導(dǎo)管的簡單回流裝置，學(xué)生動手組裝儀器，同時能夠使乙醇和乙酸反應(yīng)充分，提高乙酸乙酯的產(chǎn)率。在接收乙酸乙酯端連接一個干燥管，有效防止倒吸現(xiàn)象。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，收集到乙酸乙酯多，容易聞到香味，實(shí)驗(yàn)效果好。

在乙酸的酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐中，通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)問題情境，設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，深入思考，在實(shí)驗(yàn)問題的解決過程中，大膽假設(shè)，大膽質(zhì)疑，大膽發(fā)表見解，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識。通過親身參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)活動中，進(jìn)行動手操作實(shí)踐，認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題與分析問題，形成獨(dú)立思考，學(xué)會收斂思維、發(fā)散思維等創(chuàng)新思維方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的綜合實(shí)踐活動，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，讓學(xué)生學(xué)會交流與合作，學(xué)會感知與體驗(yàn)，學(xué)會分析問題與解決問題，學(xué)會科學(xué)推理，歸納總結(jié)結(jié)論，學(xué)會遷移應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)實(shí)踐活動中，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新的必備品格，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。

責(zé)任編輯 龍建剛