張瑾 林月環(huán)
關(guān)鍵詞:化學(xué)實驗教學(xué);化學(xué)核心素養(yǎng)
一、問題的提出
《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》提出:高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”5個方面。普通高中化學(xué)課程的結(jié)構(gòu)分為必修、選擇性必修和選修三類。必修課程設(shè)置了5個主題,其中之一是“化學(xué)科學(xué)與實驗探究”。選修課程設(shè)置了3個系列,其中之一是“實驗化學(xué)”。在“課程內(nèi)容”的“內(nèi)容要求”中列出了“學(xué)生必做實驗”,在“教學(xué)提示”中專門提出了“實驗與探究活動”建議,在“實施建議”中提出,要“充分認識化學(xué)實驗的獨特價值,精心設(shè)計實驗活動”。
而筆者觀察發(fā)現(xiàn)越來越多的老師嫌實驗麻煩、化學(xué)課時少,選擇了“視頻實驗”“講實驗”“畫實驗”,讓學(xué)生“背實驗”。學(xué)生的實驗技能下降,對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣也越來越低?;瘜W(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,化學(xué)實驗對于全面發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)有著重要的作用。它能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,能幫助學(xué)生理解并掌握化學(xué)知識和基本技能,能啟迪學(xué)生的科學(xué)思維,能訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法,能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與價值觀。在化學(xué)教學(xué)中,如何強化教師的實驗教學(xué)觀念,充分發(fā)揮實驗的教學(xué)功能,讓實驗回歸課堂,與化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有機融合,是一線教師要關(guān)注的一個重要問題。
二、高一新生實驗技能現(xiàn)狀調(diào)查
為了了解學(xué)生化學(xué)實驗技能的掌握情況以及化學(xué)實驗教學(xué)的開展情況,筆者對自己所任教的剛?cè)雽W(xué)的高一3個班級的學(xué)生進行了一次問卷調(diào)查,參加問卷調(diào)查的共132名學(xué)生。
“化學(xué)老師在課堂上做演示實驗嗎?”選“經(jīng)?!庇?14人,占86.4%;選“偶爾"14人,占10.6%;選“難得”4人,占3%。“化學(xué)老師在課堂上放實驗錄像嗎?”選“經(jīng)?!?5人,占72%;選“偶爾"32人,占24.2%;選“難得”5人,占3.8%。
“老師的演示實驗?zāi)憧吹那鍐??”選“很清楚”有62人,占47%;選“還行”60人,占45.5%;選“不太清楚”8人,占6%;選“不清楚”2人,占1.5%。
由此推測,大部分老師對化學(xué)實驗?zāi)芴岣邔W(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,調(diào)動學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性,在獲得化學(xué)基礎(chǔ)知識、化學(xué)實驗基本技能,形成化學(xué)基本概念基本理論提供感性素材等方面的重要性有著清晰的認識,在課堂教學(xué)中重視做好演示實驗的同時,還會用實驗錄像和多媒體技術(shù)來彌補演示實驗現(xiàn)象觀察的局限性。
“初中你做過幾次實驗?”選“沒有做過”10人,占7.6%;選“1-3次”50人,占37.9%;選“3-5次”29人,占22%;選“5次以上”20人,占15.2%;選“經(jīng)?!?3人,占17.4%。
“做過粗鹽提純的實驗嗎?”選“做過”76人,占57.6%;選“沒做過”56人,占42.4%。
“知道怎么折濾紙并制作過濾器嗎?”選“知道”118人,占89.4%;選“不知道”14人,占10.6%。
“會用漏斗進行過濾嗎?”選“會”124人,占93.9%;選“不會”8人,占6.1%。
“知道過濾時的注意事項嗎?”選“知道”127人,占96.2%;選“不知道”5人,占3.8%。
“會使用蒸發(fā)皿加熱食鹽水,使氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶?!边x“會”119人,占90.2%;選“不會”13人,占9.8%。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),沒有做過粗鹽提純實驗,但認為自己會制作過濾器,會過濾操作,會蒸發(fā)結(jié)晶,只是學(xué)生認為看過老師做演示實驗,記住了老師說的實驗操作要領(lǐng),自己模仿一下總是可以的。整個初中階段學(xué)生自己動手做實驗少于5次的學(xué)生占67.4%。由此猜測,初中階段學(xué)生化學(xué)實驗的開展情況并不樂觀,學(xué)生的實驗技能多來自觀察,而非親身體驗。對實驗操作的認識來自于老師的演示實驗,或者就是老師的“講實驗”“講實驗操作”,自己的“背實驗”“背實驗操作”。
三、化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析
1.對實驗教學(xué)的重視程度不夠,有理念、少行動
筆者通過訪談身邊的一些化學(xué)老師,發(fā)現(xiàn)老師們對化學(xué)實驗的教學(xué)功能的認識、理解都很到位,認為實驗在化學(xué)教學(xué)和化學(xué)學(xué)習(xí)中有著無可替代的作用。但在實際教學(xué)中,卻由于“種種原因”“有理念、少行動”:課時少,教學(xué)進度來不及,沒有課時安排學(xué)生實驗;實驗藥品有毒,實驗準備麻煩,實驗操作繁瑣,實驗現(xiàn)象觀察范圍小,不如看實驗錄像清楚;做實驗費時,學(xué)生看看熱鬧啥也沒記住,不如在黑板上“畫實驗”,讓學(xué)生“背實驗”效益高。學(xué)生進實驗室做實驗的機會很少,實驗提供的感性材料不足,學(xué)生對實驗的感知只停留在課本或是多媒體上,更談不上實驗技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練。
2.實驗教學(xué)方式單一,重知識、輕素養(yǎng)
為了防止學(xué)生實驗過程中出現(xiàn)不必要的錯誤和事故,大多數(shù)老師采用的是演示實驗,邊做實驗邊指導(dǎo)學(xué)生觀察,“有沒有沉淀生成”“溶液顏色有沒有變化”“有沒有氣泡產(chǎn)生”等等。這種實驗教學(xué)方式雖然能讓學(xué)生清楚地觀察到實驗流程,記住實驗現(xiàn)象,但不能培養(yǎng)學(xué)生實驗操作能力、探究能力和創(chuàng)新能力。單一的實驗教學(xué)方式,重視的是化學(xué)知識的識記,忽略了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。
3.實驗藥品不足,重驗證、少探究
由于藥品管控,采購限制,實驗室藥品不足,老師只能在有限的實驗條件下進行實驗教學(xué)。實驗也往往是驗證性,而非探究性。教學(xué)中教師先介紹有關(guān)的知識,再用實驗進行驗證。就算是學(xué)生實驗,老師也會將實驗原理、操作步驟詳細地羅列出來,學(xué)生“照方抓藥”就可以。這種驗證性的實驗教學(xué),表面看著熱鬧,實驗結(jié)束時有的學(xué)生甚至連實驗原理都沒搞清楚,更談不上實驗的探究性和實驗的自主性。
4.實驗設(shè)備落后,多定性,少定量
整個中學(xué)階段涉及的大多數(shù)是定性實驗,定量實驗較少:配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液、中和熱的測定、酸堿中和滴定。如酸堿中和滴定實驗,利用傳感器和計算機,可以繪制酸堿中和滴定曲線,讓學(xué)生直觀地感知在滴定終點前后溶液pH的突變。但由于學(xué)校實驗設(shè)備的落后,尤其缺少先進的數(shù)字化教學(xué)設(shè)備,老師只好在課堂上引導(dǎo)學(xué)生通過計算分析“少加一滴氫氧化鈉溶液、多加一滴氫氧化鈉溶液,混合溶液的pH變化”,讓學(xué)生對比滴定終點前后溶液pH的突變,既繁瑣又費時,學(xué)生還不一定能完全理解,可謂吃力不討好。
5.缺少實驗教學(xué)評價,做與不做一個樣
目前的高中階段沒有對學(xué)生化學(xué)實驗操作技能的考核,有的只是試卷上有關(guān)實驗的“筆試題”。沒有了考核要求的化學(xué)實驗教學(xué)就被“看實驗”“聽實驗”“畫實驗”“背實驗”取代了,實驗的教學(xué)功能被弱化了。中考、高考的壓力又讓老師們更加重視“應(yīng)試教育”,化學(xué)教學(xué)變得只重視知識的傳授,重視知識的邏輯性和系統(tǒng)性,忽視了知識獲得、實驗過程蘊含的核心素養(yǎng)教育價值。
四、基于核心素養(yǎng)的化學(xué)實驗教學(xué)策略
為了改變化學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀,在具備必需的實驗設(shè)備和條件之后,提高化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵在于——教師要轉(zhuǎn)變觀念,重視并充分發(fā)揮化學(xué)實驗的教學(xué)功能。化學(xué)教師要重新認識化學(xué)實驗在學(xué)生認識化學(xué)物質(zhì)及其變化規(guī)律過程中的重要作用:學(xué)生可以從化學(xué)實驗中獲取感性知識,提高學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣;可以創(chuàng)設(shè)生動的教學(xué)情境,幫助學(xué)生理解化學(xué)知識和技能;可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、分析問題和解決問題的能力;可以啟迪學(xué)生的科學(xué)思維,訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價值觀,提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
1.轉(zhuǎn)變應(yīng)試教學(xué)觀念,強化實驗教學(xué)功能
為了應(yīng)對中考、高考,教學(xué)中重理論、輕實驗的現(xiàn)象普遍存在。有的老師認為做實驗不如“背實驗、背過程、背方法”實惠。化學(xué)實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識、研究化學(xué)問題的方法和途徑,是培養(yǎng)學(xué)生探究意識、提高探究能力的載體和手段。教師要轉(zhuǎn)變功利的應(yīng)試教學(xué)觀念,重視化學(xué)實驗,重視化學(xué)實驗的教學(xué)功能,以學(xué)生為主體進行化學(xué)實驗教學(xué),讓學(xué)生真正走進實驗、走進化學(xué),更好地認識化學(xué)、理解化學(xué),從而培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
例如,三個基本操作,學(xué)生總是描述不到位:怎樣判斷沉淀已經(jīng)完全?怎樣洗滌沉淀?怎樣證明沉淀已經(jīng)洗滌干凈?學(xué)生從沒見過老師過濾沉淀、洗滌沉淀,沒有自己做過,怎能描述到位?在必修1專題1的教學(xué)中,我給學(xué)生布置“粗鹽的提純”實驗課題,課前布置預(yù)習(xí):小明在實驗室分裝氯化鈉固體試劑的時候,不小心裝到了殘留硫酸鈉固體的試劑瓶中,請幫小明回收、制取純凈的氯化鈉固體。課堂上組織學(xué)生分組實驗,完成固體試劑的溶解、除雜、過濾、蒸發(fā)結(jié)晶等操作,學(xué)生練習(xí)了實驗基本操作,明確了操作的注意事項,對這三個基本操作的描述就不再是空對空了。
再如:經(jīng)常出現(xiàn)的實驗試題:下列實驗操作、現(xiàn)象及結(jié)論是否正確,(1)向淀粉溶液中加入少量稀硫酸,加熱幾分鐘,冷卻后再加入新制氫氧化銅,加熱,沒有看見磚紅色沉淀生成,證明淀粉沒有發(fā)生水解。(2)向某一鹵代烴中加入少量氫氧化鈉溶液并加熱幾分鐘,冷卻后向其中加入硝酸銀溶液,沒有得到淺黃色沉淀,證明不含溴元素。這些實驗操作和現(xiàn)象學(xué)生經(jīng)常混淆,如果能讓學(xué)生在實驗室中親自動手實驗,如果學(xué)生因為忘記了中和這一步驟,沒有得到預(yù)期的結(jié)果,相信學(xué)生會在改正錯誤操作的同時對這些實驗操作及現(xiàn)象有更深刻的認識。
2.優(yōu)化實驗教學(xué)方式,提高實驗教學(xué)效益
《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》在“課程內(nèi)容”的“內(nèi)容要求”中列出了“學(xué)生必做實驗”,在“教學(xué)提示”中提出了“實驗與探究活動”建議。在教學(xué)中,我將一些操作簡單、試劑無毒無害、現(xiàn)象明顯的實驗設(shè)計為學(xué)生分組實驗,如氯水中所含微粒的探究、金屬鈉與水的反應(yīng)、二氧化硫的性質(zhì)、Fe2+和Fe3+的轉(zhuǎn)化、物質(zhì)的檢驗、配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液、原電池工作原理等等,邊講邊實驗,邊實驗邊學(xué)習(xí),讓學(xué)生在實驗中習(xí)得化學(xué)知識,在實驗中提高實驗技能,在實驗中培養(yǎng)化學(xué)思維。
例如,物質(zhì)檢驗分組實驗的時候,學(xué)生發(fā)現(xiàn):向滴有酚酞的Ba(OH)2溶液(顯紅色)中分別滴加Na2S04、K2S04溶液,均有沉淀出現(xiàn),但溶液的紅色都沒有褪去。教師引導(dǎo)學(xué)生“宏觀辨識”實驗現(xiàn)象,進而引導(dǎo)學(xué)生進行“微觀探析”:溶液中的離子重新組合,Ba2+和SO2結(jié)合生成BaS04沉淀,OH-并沒有真正參加反應(yīng),從而更好地理解離子反應(yīng)的本質(zhì)。
教師要認真研究教學(xué)內(nèi)容,積極挖掘教材中的實驗內(nèi)容,選擇合適的方式,開展演示實驗、學(xué)生隨堂實驗、驗證性實驗、探究性實驗等多種形式的實驗教學(xué)。改進一些現(xiàn)象不明顯的實驗,設(shè)計一些貼近生活、有趣味的實驗,同時兼顧定性實驗和定量實驗。優(yōu)化實驗教學(xué)形式,提高學(xué)生在實驗中的參與度,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性,規(guī)范學(xué)生的實驗技能。還可以利用多媒體技術(shù)進行實驗教學(xué),用實物展臺放大細微的實驗現(xiàn)象,提高演示實驗的可視范圍。
3.體驗實驗探究過程,開展深度學(xué)習(xí)
如果學(xué)生只是按規(guī)定的實驗步驟照方抓藥,對實驗?zāi)芰Φ奶岣卟]有多大幫助。在教學(xué)中教師要大膽放手讓學(xué)生自主實驗、自主探究。
例如,在利用A1C13溶液、NaOH溶液制備A1(OH)3沉淀的分組實驗中,有的學(xué)生手腳麻利,向盛有AICl3溶液的試管中倒入NaOH溶液,發(fā)現(xiàn)有一點白色沉淀生成但馬上消失了,再倒試劑,還是沒有沉淀生成。有的學(xué)生小心翼翼地用膠頭滴管滴加NaOH溶液,看到了白色沉淀的生成就停止實驗。有的學(xué)生連試劑瓶上標簽都沒看,隨手拿起一個把試劑倒到試管中,再倒另一個,結(jié)果啥也沒看見。學(xué)生“隨意搭配”的實驗往往可以收獲“驚喜”,借助實驗中出現(xiàn)的“驚喜”,可以引導(dǎo)學(xué)生討論、分析原因,更好地認識化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和原理。
再如,在檢驗Na202與水生成的NaOH時,學(xué)生有了新的發(fā)現(xiàn):向反應(yīng)后的溶液中滴加酚酞試液,溶液變紅,振蕩試管,紅色褪去。再滴加幾滴酚酞試液,溶液又變紅,振蕩后又褪色。
面對學(xué)生產(chǎn)生的疑惑,教師引導(dǎo)學(xué)生建立思維模型:溶液顯紅色是氫氧化鈉和酚酞共同作用的結(jié)果,溶液紅色褪去應(yīng)該與兩個因素有關(guān):①氫氧化鈉;②酚酞。因此可以猜測:①紅色褪去與氫氧化鈉溶液有關(guān);②紅色褪去與酚酞失效有關(guān)。
老師提供“酚酞”資料:“酚酞在酸性和中性溶液中為無色,在堿性溶液中為紫紅色,極強堿性溶液中為無色”。于是學(xué)生有了猜想①:溶液變紅,振蕩后褪色可能是因為氫氧化鈉溶液濃度過大。
教師:怎樣設(shè)計實驗證明你的猜想?
學(xué)生:在褪色后的溶液中加水,如果溶液變稀后恢復(fù)紅色,證明溶液紅色褪去是由于生成的氫氧化鈉溶液濃度過大造成。
實驗驗證:在褪色后的溶液中加水稀釋,溶液并沒有恢復(fù)紅色。
猜想②:紅色溶液振蕩后褪色應(yīng)該與酚酞有關(guān)。
討論:反應(yīng)后的溶液中存在哪些物質(zhì)能與酚酞反應(yīng)。
學(xué)生:從元素組成看,也許過氧化鈉與水反應(yīng)生成了過氧化氫,將酚酞氧化了。
討論:怎樣證明反應(yīng)后的溶液中是否存在過氧化氫?
學(xué)生:加二氧化錳,使過氧化氫分解。
實驗驗證:向反應(yīng)后的溶液中加少量二氧化錳,有大量氣泡產(chǎn)生,產(chǎn)生的氣體可以使帶火星的木條復(fù)燃。等氣泡消失后,再向溶液中加入酚酞試液,溶液變紅色,振蕩后也不消失。
由此可以得出結(jié)論:在過氧化鈉與水反應(yīng)的溶液中,有過氧化氫存在,將酚酞氧化,紅色溶液褪色。
化學(xué)教學(xué)不僅僅是為了傳授化學(xué)知識,教師要主動開發(fā)實驗中具有探究價值的問題,引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究,開展深度學(xué)習(xí),提高學(xué)生的“科學(xué)探究和創(chuàng)新意識”。
4.結(jié)果與過程并重,形成化學(xué)思維
化學(xué)實驗教學(xué)不僅僅在于讓學(xué)生知道化學(xué)實驗的結(jié)果,更在于讓學(xué)生體驗化學(xué)實驗的過程,經(jīng)歷獲得實驗結(jié)果的過程,形成化學(xué)思維,養(yǎng)成科學(xué)方法。
例如,學(xué)生觀察老師演示實驗的時候發(fā)現(xiàn):銅和濃硝酸反應(yīng)后的溶液呈深綠色,銅和稀硝酸反應(yīng)后的溶液呈藍色。產(chǎn)生了疑問:都是硝酸銅溶液,為什么顏色會不同?
學(xué)生:也許是與濃硝酸反應(yīng)的銅多,生成的硝酸銅多,導(dǎo)致溶液濃度大,溶液顏色就深一些。
老師:怎樣設(shè)計實驗證明你的猜想?
學(xué)生:稱取相同質(zhì)量的銅,分別與足量濃硝酸、稀硝酸反應(yīng),等銅全部反應(yīng)完,看看溶液的顏色是否一樣。如果一樣,證明假設(shè)是正確的。
學(xué)生:直接利用實驗室里的硝酸銅固體,配制不同濃度的溶液,看看硝酸銅溶液濃度不同時溶液顏色有沒有區(qū)別。
老師:還有沒有別的原因?
學(xué)生:可能與生成的氣體有關(guān),銅和濃硝酸生成的是紅棕色的N02,它溶解在溶液里,對溶液顏色有影響。
老師:為什么你會有這樣的想法?
學(xué)生:藍色溶液+紅棕色氣體,會不會像藍色+黃色是綠色一樣。
老師:怎樣設(shè)計實驗證明你的猜想?
學(xué)生:往藍色的硝酸銅溶液中通N02氣體,看溶液顏色是否變成綠色,或者將綠色的溶液加熱,將N02排盡,看溶液顏色是否變藍。
課后,我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生在實驗室進行了實驗驗證:
(1)實驗室試劑瓶中倒出已經(jīng)部分潮解的硝酸銅,呈藍色。配成溶液,加水稀釋,溶液還是藍色。
(2)加熱反應(yīng)后的綠色溶液(在通風(fēng)櫥里進行),并將氣體通入藍色硝酸銅溶液中(注意防止倒吸)。加熱2分鐘后,試管中的紅棕色氣體變多,氣體顏色變深。加熱5分鐘后,溶液開始變藍色,溶液上方氣體變無色,停止加熱。試管內(nèi)溶液上方氣體又變?yōu)榧t棕色,溶液又顯綠色。將加熱后的試管在通風(fēng)櫥中放置一天后再觀察,溶液變藍色。得出結(jié)論,銅和濃硝酸反應(yīng)后的溶液呈綠色,是由于紅棕色的N02溶于藍色的硝酸銅溶液中造成的。
我國著名化學(xué)家戴安邦先生一貫重視實驗教學(xué),他認為“化學(xué)是一門實驗科學(xué),學(xué)習(xí)化學(xué)特別需要從實驗入手。只傳授化學(xué)知識和技術(shù)的化學(xué)教育是片面的,全面的化學(xué)教學(xué)要求既傳授化學(xué)知識和技術(shù),更訓(xùn)練科學(xué)方法和思維,還培養(yǎng)科學(xué)精神和品德。學(xué)生在化學(xué)實驗室中是學(xué)習(xí)的主體,在教師指導(dǎo)下進行實驗,訓(xùn)練由實驗解決化學(xué)問題,使各項智力因素皆得以發(fā)展,故化學(xué)實驗是實施全面化學(xué)教育的一種最有效的教學(xué)形式”。
作為一名化學(xué)教師,要充分認識化學(xué)實驗的獨特價值,精心設(shè)計實驗教學(xué)活動,認真組織好、開展好實驗教學(xué),提高實驗教學(xué)能力,讓實驗回歸課堂,回歸學(xué)生,在化學(xué)實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。