核心素養(yǎng)背景下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)生態(tài)性教學(xué)探究

李剛，湖北省襄陽(yáng)市第二十一中學(xué)教科室主任，化學(xué)高級(jí)教師，區(qū)級(jí)課改名師、優(yōu)秀教師。在“四優(yōu)”評(píng)選中多次獲得國(guó)家、省、市級(jí)一等獎(jiǎng)，提出化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究“三探五段”教學(xué)模式，并在區(qū)縣級(jí)學(xué)科教學(xué)中得到實(shí)施應(yīng)用;提出“兩策三動(dòng)、五家共贏”學(xué)校課堂模式（文化融合課堂），并獲市級(jí)交流推廣。

[摘 ? 要]化學(xué)教師應(yīng)積極探究并實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)生態(tài)性教學(xué)的優(yōu)化策略。可從實(shí)驗(yàn)設(shè)置的整體性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的環(huán)保性、實(shí)驗(yàn)方式的互動(dòng)性、實(shí)驗(yàn)效果的共生性及實(shí)驗(yàn)反思的建設(shè)性等多個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)或改進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);化學(xué)實(shí)驗(yàn);生態(tài);初中

《荀子·修身》中有這樣一句話：“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之。”英文中也有類似的說法：I hear， I forget. I see， I remember. I do， I understand（我聽過的會(huì)忘記。我看過的會(huì)記住。我做過的才會(huì)理解）?？梢?，實(shí)踐對(duì)于認(rèn)知發(fā)展起著重要的作用。在化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)活動(dòng)占有較大比例。很多教師都了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，但投入的時(shí)間和精力卻較少，這固然有為學(xué)生備考而導(dǎo)致的時(shí)間緊張的原因，但更重要的是教師缺乏實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略。以下，將從化學(xué)生態(tài)性教學(xué)的角度出發(fā)，討論實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略。

一、增補(bǔ)系列實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)置的整體性

1.緒言課增補(bǔ)趣味實(shí)驗(yàn)

如人教版九年級(jí)化學(xué)教材緒言中的課題“化學(xué)使世界變得更加絢麗多彩”，雖插入了10幅圖片，但酷似考古展覽和產(chǎn)品廣告，缺少通俗性和生活性，難以突出化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。特別是對(duì)分子、原子及元素的介紹，專業(yè)性強(qiáng)，學(xué)生理解起來困難。雖然很多教師利用多媒體技術(shù)使課堂變得生動(dòng)活潑，但仍然不能使學(xué)生身臨其境，因此不易使學(xué)生保持長(zhǎng)久的興趣。

針對(duì)這一情況，最有效的方法是增補(bǔ)趣味實(shí)驗(yàn)。教師可與學(xué)生代表一起完成一些有趣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如白紙噴霧顯字（酚酞遇稀氫氧化鈉變紅）、清水吹氣變牛奶（澄清石灰水遇二氧化碳變渾濁）、點(diǎn)火的氣泡（氧氣助燃帶火星的木棒）等，讓學(xué)生觀察思考，激發(fā)學(xué)生的興趣，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。此外，教師還可以通過一系列的問題逐步引導(dǎo)學(xué)生：以上現(xiàn)象體現(xiàn)了化學(xué)的“化”字，為什么會(huì)發(fā)生這樣的變化呢？引出這是由物質(zhì)的性質(zhì)決定的。為什么物質(zhì)會(huì)有這些性質(zhì)呢？引出這是由物質(zhì)的組成成分決定的。但是，雙氧水和水的組成成分相同，為什么性質(zhì)卻不同呢？由此引出這是由構(gòu)成物質(zhì)的微粒排列方式不同造成的。構(gòu)成物質(zhì)的微粒又是什么？引出分子和原子，歸納出：化學(xué)是在分子、原子的層次上研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律的科學(xué)。這樣，實(shí)驗(yàn)就成為思維的導(dǎo)火索，引導(dǎo)著學(xué)生從“看熱鬧”變成“看門道”。

2.概念課增補(bǔ)探究實(shí)驗(yàn)

如九年級(jí)“離子的形成”一課，教材以鈉與氯氣反應(yīng)生成氯化鈉為例，但是考慮到氯氣有毒，就用卡通圖片代替了實(shí)驗(yàn)，雖然很形象，但還終究不如實(shí)驗(yàn)來得生動(dòng)，不足以給學(xué)生留下深刻印象。所以，此處可以增補(bǔ)鎂帶在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)，并提示學(xué)生：實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生耀眼的白光，為了保護(hù)眼睛不可久視。實(shí)驗(yàn)后，教師提問：這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了鎂原子和氧原子的化學(xué)性質(zhì)是活潑的還是穩(wěn)定的？元素的化學(xué)性質(zhì)由原子結(jié)構(gòu)的哪一部分決定？實(shí)驗(yàn)中的白色粉末（氧化鎂）是怎樣形成的？通過討論分析，自然地引出鎂離子（Mg2+）和氧離子（O2-）的形成過程，并與鈉離子（Na+）和氯離子（Cl-）的形成進(jìn)行對(duì)比。這樣，學(xué)生就能更好地理解離子的概念了。

3.復(fù)習(xí)課增補(bǔ)綜合實(shí)驗(yàn)

復(fù)習(xí)課的重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生整體把握化學(xué)學(xué)科的認(rèn)知規(guī)律。教師可通過介紹一種元素，將所有與之相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)在一起，形成知識(shí)網(wǎng)。這時(shí)就可以借助綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)知識(shí)進(jìn)行拓展。如復(fù)習(xí)與“鐵”有關(guān)的知識(shí)時(shí)，可以增補(bǔ)觀察實(shí)驗(yàn)：將鐵絲繞成螺旋狀固定在試管底部，并將試管倒立在水中，用橡皮筋套在試管上以標(biāo)記水面位置（提前三天準(zhǔn)備好并放在教室窗臺(tái)上）。請(qǐng)學(xué)生觀察鐵絲有何變化（生出紅棕色鐵銹），試管中的液面有何變化（液面上升，大約占試管內(nèi)上方空氣容積的1/5）。接著，取出鐵絲，加入稀鹽酸，觀察現(xiàn)象（鐵銹消失，溶液變黃色）;繼續(xù)加入過量的稀鹽酸，觀察現(xiàn)象（有氣泡產(chǎn)生，溶液變?yōu)樗{(lán)綠色）;此后再取出鐵絲，用清水沖洗，插入硫酸銅溶液中，觀察現(xiàn)象（鐵絲表面覆蓋了一層紅色的物質(zhì)，溶液變?yōu)闇\綠色）。

通過以上與鐵有關(guān)的系列綜合實(shí)驗(yàn)，不僅可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，還可以將與鐵元素有關(guān)的一系列知識(shí)，如鐵的元素符號(hào)、鐵的構(gòu)成粒子、鐵的銹蝕與防銹、鐵的三種氧化物等串聯(lián)起來，幫助學(xué)生從多角度構(gòu)建“鐵”的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖，從而使零散的知識(shí)系統(tǒng)化，豐富復(fù)習(xí)的內(nèi)涵。

二、改進(jìn)部分實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的環(huán)保性

1.廢氣再實(shí)驗(yàn)，消除污染源

對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢氣，可利用其自身的化學(xué)性質(zhì)加以消除。如在一氧化碳還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)中，可以把排放一氧化碳的尾氣分成兩路，一路還原氧化銅，另一路通到氧化銅下方的酒精燈外焰處，利用一氧化碳燃燒放出的熱量，加快提高氧化銅的受熱溫度。這樣，既可完成一氧化碳的“還原性和可燃性”的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，又節(jié)省了酒精，同時(shí)也消除了污染源。

2.使用封閉實(shí)驗(yàn)裝置，控制污染源

可使用封閉實(shí)驗(yàn)裝置，把會(huì)產(chǎn)生有害氣體的反應(yīng)放在密閉的系統(tǒng)中完成，達(dá)到控制污染、保護(hù)環(huán)境的目的[1]。如“硫在氧氣中燃燒”的實(shí)驗(yàn)，一些教師認(rèn)為在集氣瓶底放一些水就可以了，但這與實(shí)驗(yàn)的生態(tài)性還相差甚遠(yuǎn)。更優(yōu)化的方法是，可以將酸雨的形成實(shí)驗(yàn)融合在硫的燃燒實(shí)驗(yàn)里。實(shí)驗(yàn)前，先在集氣瓶里放一片幼嫩的樹葉、一顆鋅粒、一小塊大理石，使它們浸沒在少量水中，用穿透密封硬紙片的燃燒匙做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)硫燃燒時(shí)，把紙片蓋緊（起到封閉作用），待燃燒結(jié)束時(shí)，連同燃燒匙一起振蕩集氣瓶，可觀察到樹葉微微變黃、鋅粒和大理石表面都有少量氣泡冒出。這樣，既完成了酸雨形成的實(shí)驗(yàn)，又控制了二氧化硫（SO2）污染源的產(chǎn)生。

3.推廣微型實(shí)驗(yàn)，減少染污源

對(duì)于不適合全封閉的某些有害氣體實(shí)驗(yàn)，應(yīng)推廣微型實(shí)驗(yàn)，減少染污源。如初中化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)“化學(xué)肥料”一節(jié)，在“檢驗(yàn)銨根離子”的分組實(shí)驗(yàn)中，可以選擇用點(diǎn)滴板（或廢膠囊錫紙板）配合膠頭滴管做銨鹽溶液與堿溶液的反應(yīng)。由于產(chǎn)生的氨氣很少，學(xué)生可以大膽地去聞一聞氨氣的刺激性氣味，還可以用一小片濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙直接覆蓋點(diǎn)滴板孔窩觀察試紙顏色的變化（很快變藍(lán)色）。這樣，既增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果，又達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，還減少了環(huán)境污染。

三、實(shí)時(shí)把控實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)方式的互動(dòng)性

1.演示實(shí)驗(yàn)注重師生互動(dòng)

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的演示實(shí)驗(yàn)較多，教師應(yīng)改進(jìn)“教師演示、學(xué)生觀看”的傳統(tǒng)方式，加強(qiáng)師生互動(dòng)，讓每一個(gè)學(xué)生都能將規(guī)范操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看清楚，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

如在做電解水實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以隨機(jī)找兩個(gè)學(xué)生上臺(tái)，幫助教師裝清水、加氫氧化鈉溶液（增強(qiáng)導(dǎo)電性）等。在接通電源后，組織學(xué)生順次繞著水電解器走動(dòng)觀察，教師則實(shí)時(shí)提示觀察兩極的接線柱（正與負(fù)）、兩極氣泡（多與少）、兩極收集氣體的體積（大與小），讓全體學(xué)生近距離地感受電解水的動(dòng)態(tài)過程。在教師指導(dǎo)下，再由學(xué)生代表對(duì)產(chǎn)生的氣體進(jìn)行檢驗(yàn)，并向全班同學(xué)匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生代表的實(shí)驗(yàn)操作能力，也會(huì)調(diào)動(dòng)其他學(xué)生積極參與的熱情;既增強(qiáng)了互動(dòng)，又提高了觀察實(shí)驗(yàn)的效果。

2.分組實(shí)驗(yàn)注重組內(nèi)和組間的互動(dòng)

在中學(xué)化學(xué)的眾多分組實(shí)驗(yàn)中，并非每一個(gè)都很有趣。有的實(shí)驗(yàn)很平淡，有的甚至操作不當(dāng)還會(huì)有危險(xiǎn)，但是這些實(shí)驗(yàn)都很重要。為了使學(xué)生能自覺并高效地完成分組實(shí)驗(yàn)，可以開展組內(nèi)和組間的互動(dòng)比賽。實(shí)驗(yàn)前，教師應(yīng)先對(duì)實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng)進(jìn)行輔導(dǎo)，使其充分發(fā)揮小組長(zhǎng)的引領(lǐng)作用，把握好實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)。實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)巡回指導(dǎo)，參與學(xué)生的互動(dòng)，隨機(jī)解答或提出實(shí)驗(yàn)中的疑難，并提醒學(xué)生注意安全和環(huán)保，最后作出總結(jié)點(diǎn)評(píng)。

如在做粗鹽提純的分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，可在組內(nèi)開展最規(guī)范、最認(rèn)真的“操作之星”評(píng)比，同時(shí)小組間開展“比紀(jì)律、比規(guī)范、比衛(wèi)生、比合作、比效果”的競(jìng)賽，最后展示精鹽的色澤和生產(chǎn)率，通過投票確定小組的達(dá)標(biāo)名次，評(píng)選出本實(shí)驗(yàn)的“優(yōu)勝小組”。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生們興致勃勃，既培養(yǎng)了合作意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，也達(dá)到了生態(tài)高效的預(yù)期效果。

3.家庭小實(shí)驗(yàn)注重學(xué)生與家長(zhǎng)的互動(dòng)

鼓勵(lì)學(xué)生在家中利用生活中的常見物品，與家長(zhǎng)共同完成家庭小實(shí)驗(yàn)，作為實(shí)驗(yàn)生態(tài)性教學(xué)的有益補(bǔ)充。如人教版初中九年級(jí)化學(xué)課外實(shí)驗(yàn)（家庭小實(shí)驗(yàn)）中的“淬火與回火”，就需要學(xué)生在家長(zhǎng)的陪同下完成操作。一是需要學(xué)生和家長(zhǎng)共同準(zhǔn)備材料，包括鑷子、兩根縫衣鋼針、打火機(jī)（或電子打火器、酒精火鍋爐）、一杯冷水、半杯爐灰（自然冷卻后使用），避免學(xué)生在接觸這些材料時(shí)發(fā)生扎傷、燒傷或燙傷的危險(xiǎn);二是在淬火操作中，需要家長(zhǎng)輔助控制好將燒紅的鋼針放入冷水的時(shí)機(jī)和防護(hù)，避免被驟然受熱的水可能造成的飛濺燙傷;三是需要家長(zhǎng)輔助檢驗(yàn)淬火與回火后鋼針的硬度、耐磨性、可塑性及韌性等性質(zhì);四是需要家長(zhǎng)參與交流和評(píng)價(jià)，如可以結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)或查閱資料，給學(xué)生講解淬火與回火的歷史故事、注意事項(xiàng)及用途等。這樣，既可增進(jìn)親子感情，又能使學(xué)生獲得有益提示，還保障了實(shí)驗(yàn)的安全。

做好家庭小實(shí)驗(yàn)也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生和家長(zhǎng)共同完成類似的小實(shí)驗(yàn)，在夯實(shí)學(xué)生文化基礎(chǔ)的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生的自主發(fā)展，鍛煉學(xué)生的社會(huì)參與能力[2]。

四、研討拓展實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果的共生性

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的靈魂，是化學(xué)的魅力和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的源泉，研討拓展實(shí)驗(yàn)，可通過開放探究、反向探究、替代探究得到諸多實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

如在測(cè)定“空氣中氧氣含量”的實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有誤差，氧氣含量低于1/5。經(jīng)過思考、分析和討論，學(xué)生總結(jié)了導(dǎo)致誤差的原因：紅磷量不足、裝置漏氣、打開止水夾時(shí)沒有恢復(fù)到室溫、兩邊的水位高低不等、瓶中的氧氣沒有耗盡等。此時(shí)，還可以引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果高于1/5，即出現(xiàn)正誤差的原因，并鼓勵(lì)學(xué)生在家中完成拓展實(shí)驗(yàn)：把酒精棉球或小紙片放在玻璃杯中燃燒，就像拔火罐一樣倒扣在水里，觀察水面上升的高度。很多學(xué)生回到學(xué)校匯報(bào)出現(xiàn)了正誤差。于是，師生在教室里再次演示實(shí)驗(yàn)，但與之前不同的是把止水夾松開，其他條件不變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入瓶?jī)?nèi)的水面高于1/5。這是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)時(shí)，有空氣從膠皮管逸出，導(dǎo)致進(jìn)入瓶中的水增加，由此找到誤差產(chǎn)生的原因。

接下來，教師提出問題：能否用木炭、硫磺、蠟燭、鐵絲、鎂帶、銅片等代替紅磷完成“空氣中氧氣含量”的實(shí)驗(yàn)測(cè)定？通過自主查找資料以及交流討論，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，如果生成物是氣體，就會(huì)形成較大的負(fù)誤差;鐵絲不能燃燒、鎂帶很活潑（會(huì)消耗氧氣和部分氮?dú)猓┒紩?huì)造成正誤差;銅片生成的氧化銅是固體，但需要持續(xù)加熱，若改進(jìn)裝置，只有銅片能代替紅磷。

可見，研討拓展實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果的共生性，不僅可以使學(xué)生收獲知識(shí)，還可以提升學(xué)生的觀察能力、思維能力和探究能力，并進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣。

五、交流評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)反思的建設(shè)性

對(duì)于實(shí)驗(yàn)，絕大多數(shù)學(xué)生一開始都會(huì)產(chǎn)生濃厚的興趣，但是只憑興趣或抱著玩的心理，還不足以做好實(shí)驗(yàn)。要真正做好實(shí)驗(yàn)，不僅要調(diào)動(dòng)多種感官（如眼、耳、鼻、舌），全心投入，集中注意力，用心觀察，反思實(shí)驗(yàn)得失，還要能提出改進(jìn)措施，這樣才能真正感受到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的魅力。

實(shí)驗(yàn)是研究化學(xué)的重要手段，也是學(xué)習(xí)化學(xué)的三維目標(biāo)之一[3]，教學(xué)中及時(shí)開展交流評(píng)價(jià)，可有效強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。如可交流實(shí)驗(yàn)體會(huì)，包括：化學(xué)反應(yīng)帶來的美妙感覺，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)步驟對(duì)學(xué)習(xí)態(tài)度和科學(xué)方法的影響等。

撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告（含問題討論）時(shí)，可要求學(xué)生從資源利用、節(jié)能環(huán)保、簡(jiǎn)便易行、效果明顯等方面提出反思改進(jìn)意見，經(jīng)過個(gè)人自評(píng)、小組討論、班級(jí)展示、板報(bào)公布、網(wǎng)絡(luò)傳播等方式，最后征求區(qū)教研室化學(xué)教研員的評(píng)定，請(qǐng)他們?yōu)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)生態(tài)性教學(xué)保駕護(hù)航。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要手段，它的功能是其他教學(xué)手段無法替代的。只有注重化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)置的整體性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的環(huán)保性、實(shí)驗(yàn)方式的互動(dòng)性、實(shí)驗(yàn)效果的共生性及實(shí)驗(yàn)反思的建設(shè)性，才能改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保教育，進(jìn)一步體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的人文價(jià)值，從而幫助學(xué)生形成持久的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)好化學(xué)的信心，實(shí)現(xiàn)培育化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)?？傊瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的生態(tài)發(fā)展與培養(yǎng)化學(xué)創(chuàng)新型人才息息相關(guān)，實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)生態(tài)性教學(xué)應(yīng)成為廣大化學(xué)教師必須認(rèn)真思考和研究踐行的重要課題。

參考文獻(xiàn)

[1]王瑞霞.改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)環(huán)保教育[J].內(nèi)蒙古教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999（4）：149-151，153.

[2]核心素養(yǎng)課題研究組.中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2016（10）：1-3.

[3]人民教育出版社課程教材研究所.化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書教師教學(xué)用書（化學(xué) 九年級(jí)上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2012.

（責(zé)任編輯 ? 郭向和）