依托實(shí)驗(yàn)情境，助力學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的發(fā)展

許嘉

【摘 要】科學(xué)探究與創(chuàng)新意識是中學(xué)化學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識，探究化學(xué)問題的重要渠道，亦能有助于培養(yǎng)學(xué)生探究精神和創(chuàng)新品質(zhì)。借助于實(shí)驗(yàn)情境，從問題發(fā)現(xiàn)、問題分析、問題解決中，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐活動與認(rèn)知的統(tǒng)一、科學(xué)過程與方法的統(tǒng)一，啟發(fā)學(xué)生的問題意識，增進(jìn)化學(xué)證據(jù)意識與創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué);實(shí)驗(yàn)情境;科學(xué)品質(zhì);核心素養(yǎng)

高中化學(xué)課標(biāo)強(qiáng)調(diào)，教師要善于培養(yǎng)學(xué)生從宏觀和微觀兩個層面辨識和探析化學(xué)現(xiàn)象，使之具備探究精神和創(chuàng)新的意識、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度與強(qiáng)烈的責(zé)任心等核心素養(yǎng)。對化學(xué)理論的學(xué)習(xí)，少不了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)生的化學(xué)興趣，發(fā)散化學(xué)思維，從化學(xué)實(shí)踐活動中，發(fā)展科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，增進(jìn)學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的習(xí)得。從實(shí)驗(yàn)活動組織與設(shè)計上，要引領(lǐng)學(xué)生掌握基本的儀器使用、藥品取用、架構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷然灸芰?，要從?shí)驗(yàn)認(rèn)知與科學(xué)探究中發(fā)展問題意識、證據(jù)意識和創(chuàng)新精神。

一、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)觀察與宏觀分析，獲取化學(xué)科學(xué)認(rèn)知

科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，作為指導(dǎo)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要思想，教師要激勵學(xué)生主動去觀察化學(xué)實(shí)驗(yàn)，積極去動手獲取實(shí)驗(yàn)事實(shí)，從實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究中去分析、判斷和推理，建立化學(xué)邏輯關(guān)系?；瘜W(xué)學(xué)科離不開化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)，便于學(xué)生從實(shí)驗(yàn)觀察中獲取具體的事實(shí)、數(shù)據(jù)和證據(jù)，促進(jìn)學(xué)生得出結(jié)論和觀點(diǎn)。在“鈉與水的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中，我們通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動，讓學(xué)生從實(shí)踐中去增進(jìn)科學(xué)認(rèn)知。首先，鈉與水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，其基本過程是：在燒杯中加入大約一半高度的蒸餾水，再滴入數(shù)滴酚酞試液;靜置后，用鑷子取綠豆大小金屬鈉，并利用濾紙吸干金屬鈉表面的煤油;最后，利用鑷子，小心將金屬鈉，放入燒杯的水中，然后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，教師以旁站指導(dǎo)的方式，做好每一步的說明，并將安全置于第一位。關(guān)于“鈉與水的反應(yīng)”，其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是重點(diǎn)。金屬鈉浮在水面上，這一現(xiàn)象說明了什么？我們回顧物質(zhì)與液體密度的關(guān)系，分析其沉浮狀態(tài)，可以推測金屬鈉的密度，應(yīng)該比水的密度小，才會浮在表面。金屬鈉在和水反應(yīng)之后，熔化成閃亮的小球。從這一現(xiàn)象來看，物質(zhì)在熔化中，需要吸熱，才能得到熔點(diǎn)。說明金屬鈉與水反應(yīng)時，需要釋放熱使其達(dá)到熔點(diǎn)。再根據(jù)室溫條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以推測金屬鈉的熔點(diǎn)應(yīng)該很低。金屬鈉在水面上四處漂動，回顧物質(zhì)的運(yùn)動需要有力的作用，金屬鈉在水面上，與水反應(yīng)時所產(chǎn)生的氣體，才能推動其四處游動，說明鈉與水反應(yīng)有氣體產(chǎn)生。根據(jù)“嘶嘶”聲，說明金屬鈉在與水反應(yīng)時，因物質(zhì)之間的摩擦而產(chǎn)生聲音，氣體可能與水分子之間激烈摩擦，產(chǎn)生“嘶嘶”聲。觀察滴有酚酞試液的水溶液，發(fā)生變色，說明溶液有堿性物質(zhì)生成。對于金屬鈉與水之間，具有堿性的物質(zhì)有氧化鈉、過氧化鈉和氫氧化鈉，氧化鈉、過氧化鈉都與水反應(yīng)，生成氫氧化鈉，氫氧化鈉是堿性，說明金屬鈉與水反應(yīng)，生成了氫氧化鈉。最終推理得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：Na+H20→Na0H+H2。由此來看，除了讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)操作，還要結(jié)合實(shí)驗(yàn)活動及現(xiàn)象，讓學(xué)生從宏觀現(xiàn)象中去獲得化學(xué)感性認(rèn)識，并借助于抽象、分析、推理，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為化學(xué)認(rèn)知。

二、注重實(shí)驗(yàn)過程與方法銜接，獲取化學(xué)科學(xué)方法

在化學(xué)科學(xué)探究中，實(shí)驗(yàn)過程的參與是必不可少的。通過參與實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)中提出問題、引入猜想、制定實(shí)驗(yàn)計劃、獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、推理和解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)變量及條件，展開分析、比較、分類、歸納、抽象、判斷、推理，從而獲得科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。在認(rèn)識“分散系及其分類”時，引入硫酸銅溶液與氫氧化鐵膠體實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)對比中認(rèn)識丁達(dá)爾效應(yīng)。當(dāng)光束照射硫酸銅溶液時，沒有光亮通路，而照射過氧化鐵膠體時，卻出現(xiàn)光亮通路。為什么會出現(xiàn)這一現(xiàn)象？緣由是什么？由此引出分散系知識，根據(jù)分散質(zhì)微粒尺度的差異性，劃分為膠體、溶液、濁液三類，從實(shí)驗(yàn)對比中，讓學(xué)生推理得出科學(xué)結(jié)論。同樣，在二氧化硫漂白性實(shí)驗(yàn)中，我們結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生從中獲得科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。首先，提出問題，根據(jù)二氧化硫能夠讓品紅溶液褪色，說明二氧化硫具有漂白性。接著，請同學(xué)們猜想，二氧化硫與二氧化硫水溶液，兩者是誰具有漂白性？要想對二氧化硫與二氧化硫水溶液進(jìn)行判斷，需要我們分別從有水和無水環(huán)境下，觀察二氧化硫與品紅之間的反應(yīng)現(xiàn)象。具體過程如下：利用無水乙醇溶液放入品紅，再將干燥二氧化硫放入其中，來觀察品紅是否褪色。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，品紅并不褪色，由此可以推測，干燥二氧化硫，不具備漂白性。二氧化硫水溶液，具有漂白性。但問題產(chǎn)生：為什么二氧化硫水溶液具有漂白性？如何驗(yàn)證該結(jié)論？首先，對二氧化硫水溶液進(jìn)行分析，其成分較為復(fù)雜，有二氧化硫、亞硫酸，硫酸根離子、亞硫酸氫根離子、氫離子等。對于上述成分，哪一種具有漂白性？我們可以分別在將鹽酸、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、亞硫酸分別滴入品紅溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，收集相關(guān)證據(jù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鹽酸、亞硫酸鈉滴入品紅溶液后，不褪色;亞硫酸氫鈉、亞硫酸滴入品紅溶液后，褪色。借此可以進(jìn)行推理，對亞硫酸、亞硫酸氫根，可以讓品紅溶液褪色，也就是說，亞硫酸、亞硫酸氫根與品紅溶液發(fā)生反應(yīng)后，而使其褪色。最后，通過拓展學(xué)習(xí)，查閱相關(guān)資料，對亞硫酸、亞硫酸氫根與品紅溶液生成無色的物質(zhì)。由此，在問題提出、假設(shè)猜想、獲取證據(jù)、得出推論中，讓學(xué)生掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。

三、從實(shí)驗(yàn)中提出有價值問題，發(fā)展學(xué)生問題意識

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境中，問題的發(fā)現(xiàn)是關(guān)鍵?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)探究，要關(guān)注學(xué)生發(fā)現(xiàn)有價值的問題，根據(jù)問題展開假設(shè)、驗(yàn)證、推理，得出結(jié)論。胡適告誡廣大青年，要“時時尋一兩個值得研究的問題”;愛因斯坦曾說“提出一個問題，比解決一個問題更重要”。在化學(xué)領(lǐng)域，拉瓦錫提出燃燒的氧化學(xué)說，阿伏伽德羅提出分子假說，阿里尼烏斯提出電離說，玻爾提出原子結(jié)構(gòu)模型等等，這些理論的提出，都是基于對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的敏銳觀察，從問題中去想象得來的。以電解水實(shí)驗(yàn)為例，電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能有兩點(diǎn)，一是通過電解水，讓學(xué)生認(rèn)識到水是由氫氣、氧氣構(gòu)成的化合物;二是通過電解水實(shí)驗(yàn)，得到氫氣與氧氣的體積比為2：1，推導(dǎo)出水分子中氫原子與氧原子為2：1。在實(shí)驗(yàn)中，需要對氫氣、氧氣的體積進(jìn)行測定，但在一般條件下，氫氣體積與氧氣體積比會大于2：1，為什么？藉由該問題，鼓勵學(xué)生展開探究。通過查閱資料，開展電解水實(shí)驗(yàn)活動，就整個化學(xué)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)條件、反應(yīng)裝置及操作過程進(jìn)行分析，推測造成氫氣體積與氧氣體積大于2：1的原因。在整個實(shí)驗(yàn)中，電解水反應(yīng)速率快慢，與電解質(zhì)溶液中離子遷移速率、電解電壓、電極材質(zhì)、電極間距、超電勢、溶液酸堿性等條件有關(guān)。要想推測其具體原因，需要對各個因素進(jìn)行分析。在采用鉑電極、12%的氫氧化鈉溶液，15V電壓實(shí)驗(yàn)條件下，電解實(shí)驗(yàn)得出較快氫氧體積比2：1結(jié)果。由此，學(xué)生可以從化學(xué)本源分析中，通過類比、推理、變量控制、對比實(shí)驗(yàn)等方式，探究具體的實(shí)驗(yàn)方法。同樣，在鐵與水蒸氣的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究中，存在一些問題。如氫氣產(chǎn)量偏低，實(shí)驗(yàn)失敗率高。根據(jù)教材中實(shí)驗(yàn)條件分析，原實(shí)驗(yàn)是將鐵粉附著石棉絨上，石棉絨導(dǎo)熱性不強(qiáng)，反應(yīng)溫度不足;現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，將鐵粉堆在一起，與水蒸氣反應(yīng)，接觸面有限，鐵粉與水蒸氣無法充分接觸。由此，我們提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法。引入“鋼絲棉”，該物質(zhì)導(dǎo)熱性好，且蓬松的特點(diǎn)，便于鐵粉與水蒸氣廣泛接觸;利用濕潤的面巾紙包裹鋼絲棉，置于試管，對試管進(jìn)行加熱，產(chǎn)生氣體通過滴入洗潔精的溶液。借助于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，可以更好的獲取證據(jù)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出科學(xué)解釋。

四、注重學(xué)生的證據(jù)意識培養(yǎng)，發(fā)展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力

傅斯年提出：“有一份材料，說一份話，有十份材料，說十份話。沒有材料不說話”。對于所謂的“材料”，在科學(xué)領(lǐng)域就是“證據(jù)”。對于科學(xué)探究，要注重學(xué)生證據(jù)意識的培養(yǎng)，通過實(shí)驗(yàn)得出哪些證據(jù)，這些證據(jù)包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)事實(shí)等內(nèi)容。在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境中，分析實(shí)驗(yàn)條件，歸納實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推測實(shí)驗(yàn)結(jié)論，需要學(xué)生學(xué)會收集、整理、加工和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)證據(jù)，來獲得解釋實(shí)驗(yàn)問題的學(xué)科素養(yǎng)。如“氯化鈉在水中導(dǎo)電性”實(shí)驗(yàn)，我們通過設(shè)置“氯化鈉”導(dǎo)電裝置、“水”導(dǎo)電裝置、“氯化鈉加水”導(dǎo)電裝置，對其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對比，氯化鈉沒有自由移動的離子，所以不導(dǎo)電;水，沒有自由移動的離子，所以不導(dǎo)電;氯化鈉水溶液，有自由移動的離子，所以導(dǎo)電。同樣，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是實(shí)踐創(chuàng)新，創(chuàng)新品質(zhì)要貫穿于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)及全過程。通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過程，積累實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)“異常現(xiàn)象”中激活認(rèn)知沖突，生疑解惑，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，發(fā)展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

總之，科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，需要學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，從基礎(chǔ)知識、基本技能的學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)有的必備品格和關(guān)鍵能力。如實(shí)驗(yàn)儀器的辨識，實(shí)驗(yàn)藥品性質(zhì)、分類、存放方法，對實(shí)驗(yàn)中藥品的取用、物質(zhì)加熱、儀器裝置的連接、儀器的清洗等方法，都需要從實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中來鍛煉。教師要注重實(shí)驗(yàn)情境的搭設(shè)，激活學(xué)生實(shí)驗(yàn)主動性、參與性，讓學(xué)生從問題中啟發(fā)化學(xué)思維，從科學(xué)探究中發(fā)展創(chuàng)新精神，為落實(shí)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)創(chuàng)造條件。

【參考文獻(xiàn)】

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