基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的化學(xué)課堂教學(xué)

雷周

[摘? ?要]根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出的“科學(xué)探究與實驗創(chuàng)新”的具體要求，以魯科版新教材必修1中“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”教學(xué)為例，通過教師引導(dǎo)，學(xué)生自主設(shè)計實驗方案、優(yōu)化實驗方案、創(chuàng)新實驗儀器的過程，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);物質(zhì)的量濃度;溶液配制;實驗創(chuàng)新

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）17-0068-02

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確提出要培養(yǎng)學(xué)生化學(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(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識和科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任五個維度。其中“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”要求學(xué)生認(rèn)識科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實踐活動;能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題;能從問題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計探究方案，運用化學(xué)實驗、調(diào)查等方法進(jìn)行實驗探究;要勤于實踐，善于合作，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新。

本文以培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)為目標(biāo)，以“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”為教學(xué)案例，通過實驗引導(dǎo)學(xué)生探究初中化學(xué)中以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為標(biāo)準(zhǔn)配制溶液的局限性，思考創(chuàng)新實驗的改進(jìn)方案，從而自主建構(gòu)“物質(zhì)的量濃度”這一重要概念和一定物質(zhì)的量濃度的溶液知識網(wǎng)絡(luò)。

二、教學(xué)過程

1.教材分析

“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”選自魯科版新教材必修1第一章第三節(jié)第三課時，本節(jié)課是對“物質(zhì)的量濃度”這一概念的具體應(yīng)用，是新課標(biāo)規(guī)定的學(xué)生必做實驗之一，同時也是中學(xué)化學(xué)中有關(guān)計算和實驗基本操作的重要內(nèi)容之一。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，既能鞏固學(xué)生對“物質(zhì)的量濃度”這一概念的理解，又能提高學(xué)生對表示溶液組成的方式的認(rèn)識。

學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的操作方法，對溶液粗略的配制流程和所用儀器有一定的認(rèn)知基礎(chǔ)，但是對于用物質(zhì)的量濃度來表示溶液組成，精確配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的原理和儀器缺乏認(rèn)識。傳統(tǒng)教學(xué)多以直接告訴學(xué)生實驗原理、羅列實驗步驟、講解實驗過程中的操作細(xì)節(jié)并進(jìn)行誤差分析為主，這種教學(xué)方式雖然能讓學(xué)生快速接受知識，節(jié)省課時，但是沒能使學(xué)生的實驗探究能力得到真正的發(fā)展。

教學(xué)應(yīng)建立在學(xué)生對初中原有量器的認(rèn)識基礎(chǔ)之上，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，通過實驗探究分析托盤天平和燒杯、量筒的局限性，進(jìn)而通過改進(jìn)儀器推出分析天平和容量瓶，完成托盤天平到分析天平、燒杯、量筒到容量瓶的認(rèn)識，構(gòu)建完整的實驗操作步驟。

2.稱量儀器創(chuàng)新

精確配制一定體積一定質(zhì)量的物質(zhì)的量濃度的溶液，關(guān)鍵在于一個“準(zhǔn)”字，這個“準(zhǔn)”字主要體現(xiàn)在溶質(zhì)質(zhì)量的精確稱量和溶液體積的精確量取。托盤天平的精確度只有0.1g，顯然不能實現(xiàn)精確稱量的目的，但是直接告訴學(xué)生結(jié)果，實驗的教學(xué)價值就會大打折扣。讓學(xué)生自主探究，發(fā)現(xiàn)問題，思考問題，教師再抓住教育時機(jī)適時引導(dǎo)，才更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力。

[教學(xué)片段一]

教師先拋出問題：如何配制0.1 L物質(zhì)的量為0.04 mol的NaCl溶液？通過計算，學(xué)生很容易得出需要稱量2.34 g NaCl，但是在使用托盤天平的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)托盤天平的精確度只到0.1 g，無法滿足實驗?zāi)康摹４藭r學(xué)生會產(chǎn)生不同的分歧，有的學(xué)生認(rèn)為可以四舍五入稱量2.3 g NaCl，有的學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該采用更為精確的稱量儀器。針對學(xué)生的分歧，教師應(yīng)抓住教育時機(jī)引導(dǎo)學(xué)生對實驗的原理進(jìn)行討論，從而認(rèn)識到溶質(zhì)的精確稱量對溶液濃度的影響，在此基礎(chǔ)上再講述托盤天平在稱量物質(zhì)質(zhì)量時的局限性，提出實驗稱量的改進(jìn)方案，引導(dǎo)學(xué)生提出實驗儀器的創(chuàng)新猜想，教師再對學(xué)生的討論進(jìn)行補充，讓學(xué)生在對托盤天平原有認(rèn)識的基礎(chǔ)上逐漸過渡到對分析天平的使用。

3.量取儀器創(chuàng)新

在配制一定物質(zhì)的量濃度的實驗中，容量瓶是保證精確量取溶液體積的核心儀器，如果直接把容量瓶展示給學(xué)生，并告訴學(xué)生使用的注意事項，也可以完成實驗教學(xué)的目標(biāo)，但就無法實現(xiàn)新課標(biāo)提倡的對學(xué)生實驗探究能力和實驗儀器創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。本節(jié)課在展示容量瓶之前，先讓學(xué)生自主選擇實驗儀器，在交流討論中發(fā)現(xiàn)量筒和燒杯的缺點和不足，從而引出創(chuàng)新儀器的需要，再一步步引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)裝置，慢慢接近實驗室中容量瓶的樣子。

[教學(xué)片段二]

在解決溶質(zhì)質(zhì)量的準(zhǔn)確稱量后，教師再引導(dǎo)學(xué)生思考如何保證溶液體積的準(zhǔn)確量取。實驗過程中學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康淖灾髟O(shè)計出了基于量筒或燒杯的變體。

此環(huán)節(jié)中，教師并沒有對學(xué)生設(shè)置的儀器進(jìn)行優(yōu)劣評價，而是讓學(xué)生運用自己設(shè)置的儀器進(jìn)行實驗，并提示學(xué)生在實驗過程中可以根據(jù)實際需求對實驗儀器進(jìn)行調(diào)整創(chuàng)新。在實驗探究過程中，學(xué)生可以感受到溶液量取的準(zhǔn)確性對溶液配制的影響，但是沒有關(guān)注到溶解、放熱等因素的影響。教師可以現(xiàn)場用燒杯溶解少量的氫氧化鈉固體，讓學(xué)生感受溶液溫度的變化，同時注意觀察溶液轉(zhuǎn)移時燒杯中液體殘留的現(xiàn)象。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生會自主思考實驗的改進(jìn)方案，并產(chǎn)生一系列生成性問題（如圖1）。

在學(xué)生自主探究發(fā)現(xiàn)上述問題后，教師再幫助學(xué)生分析實驗注意事項，這時學(xué)生就很容易理解為什么溶解后要冷卻，溶解和定容不能使用同一容器，要洗滌溶解用的容器，采用滴管進(jìn)行微操作等實驗細(xì)節(jié)。

在實驗方案的不斷改進(jìn)過程中，學(xué)生不斷調(diào)整自己設(shè)計的儀器，將量筒和容量瓶進(jìn)行組合，實驗儀器的創(chuàng)新一步一步接近容量瓶真實的樣子（如圖3）。

學(xué)生對實驗儀器的創(chuàng)新思維路徑如圖4所示，回顧整節(jié)課，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主探究實驗，對量器的認(rèn)識由量筒和燒杯發(fā)展到了容量瓶。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，本節(jié)課教師并沒有直接告訴學(xué)生什么是容量瓶，以及溶液配制過程中容量瓶使用的注意事項，而是通過引導(dǎo)，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗方案進(jìn)行實驗探究，并在實驗過程中不斷創(chuàng)新、完善實驗儀器，從而實現(xiàn)對容量瓶的認(rèn)識。這樣的教學(xué)方式，有利于學(xué)生高階思維的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的發(fā)展。

三、教學(xué)反思

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力與創(chuàng)新意識對于加強(qiáng)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的認(rèn)識和學(xué)好化學(xué)具有重要意義。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)觀上的三方面要素，即主動建構(gòu)、社會互動和情境創(chuàng)設(shè)。建構(gòu)主義也非常重視學(xué)習(xí)者已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，認(rèn)為學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)新知時需要基于原有經(jīng)驗，依靠認(rèn)知能力來建構(gòu)新知。因此，教學(xué)中教師既要傳遞知識和文化，又要培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。首先，要讓學(xué)生在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上“生長”出新的知識和經(jīng)驗;其次，要培養(yǎng)學(xué)生實驗的高階思維，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，不停留在接受、記憶事實性實驗知識的淺層學(xué)習(xí)上;最后，引導(dǎo)學(xué)生在實驗探究過程中不斷優(yōu)化實驗方案，創(chuàng)新實驗儀器，逐步提高自身的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。

（責(zé)任編輯 羅 艷）