核心素養(yǎng)視域下化學(xué)實驗探究課的教學(xué)

俞桂飛

摘要：實驗是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑，素養(yǎng)為本的課堂教學(xué)是當前實驗課堂教學(xué)的應(yīng)然選擇。文章以“氧氣的制取”為例，提出基于核心素養(yǎng)視域下的初中化學(xué)實驗探究課的教學(xué)設(shè)計要以生為本：創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;開展實驗探究，發(fā)展核心素養(yǎng);促進深度學(xué)習(xí)，提升思維能力。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng);情境;實驗探究;深度學(xué)習(xí)

文章編號：1008-0546（2021）03-0068-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.03.016

一、問題的提出

化學(xué)是初三學(xué)生的啟蒙學(xué)科，化學(xué)課堂應(yīng)該有“化學(xué)味”，特別要讓學(xué)生感受到化學(xué)實驗獨特的魅力，讓學(xué)生愛上化學(xué)。初三學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的時間短，部分老師的化學(xué)課堂采用壓縮實驗探究的時間，強化向?qū)W生灌輸化學(xué)基本知識，忽略了學(xué)生的實驗技能的培養(yǎng)，學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)得不到提升。新課標要求教師開展“素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂教學(xué)，高中化學(xué)課改必然影響初中化學(xué)的課堂教學(xué)，“素養(yǎng)為本”的課堂教學(xué)也必將成為初中化學(xué)新課改的應(yīng)然選擇?！八仞B(yǎng)為本”化學(xué)課堂教學(xué)要以發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，將落腳點放在課堂教學(xué)設(shè)計和實施上[1]。下面筆者以“氧氣的制取”為例，談一談初中化學(xué)實驗探究課如何落實發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)理念與設(shè)計思路

課堂教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的能力。“氧氣的制取”是滬教版初中化學(xué)上冊第2章第1節(jié)“性質(zhì)活潑的氧氣”中的內(nèi)容，學(xué)生在第1課時學(xué)習(xí)了氧氣的性質(zhì)和用途，學(xué)生很想知道老師帶來的氧氣是怎么制取的。由于氧氣是學(xué)生在初中首次重點學(xué)習(xí)的氣體，通過氧氣的制取要使學(xué)生掌握氣體制取的一般思路。而氧氣的制法包含工業(yè)制法和實驗室制法，故把氧氣的制法分為2課時內(nèi)容，第2課時主要介紹氧氣的工業(yè)制法和實驗室用高錳酸鉀制取氧氣，并采用分組實驗的形式讓學(xué)生在實踐中增進理解，同時要求學(xué)生用自己制取的氧氣來進行鐵絲燃燒的實驗，以鞏固鐵絲燃燒的現(xiàn)象及操作要點。第3課時主要介紹雙氧水和二氧化錳制取氧氣以及用氯酸鉀和二氧化錳制取氧氣。本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容起著承上啟下的作用，同時為后面學(xué)習(xí)CO2和H2的制法打下基礎(chǔ)，對學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要作用。本節(jié)課的教學(xué)流程如圖1所示。

1.聯(lián)系生活，感知應(yīng)用

師：在淘寶上有各式便攜式氧氣呼吸器（如圖2），它方便了一些特殊人群，你們知道氧氣呼吸器中氧氣是怎么制取的呢？

生：不知道。

師：是植物的光合作用形成的嗎？為什么？

生：不是，光合作用產(chǎn)生的氧氣不便于收集。

師：此氧氣呼吸器中的氧氣是通過工業(yè)制法獲得的。對于氣體的制法，我們一般要研究其工業(yè)制法——即大量氣體的制取方法，還要研究其實驗室制法——即少量氣體的制取方法。圖2便攜式氧氣瓶呼吸器

設(shè)計意圖：淘寶是學(xué)生感興趣的購物平臺，以學(xué)生生活中可能要用到或見過的氧氣呼吸器來引入氧氣的制取，以此來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也體現(xiàn)學(xué)以致用的理念。

2.閱讀課本，提取信息

師：工業(yè)上如何獲得大量的氧氣呢？

師：我們周圍最容易得到含有氧氣的資源是什么？用什么方法可以得到氧氣呢？

生：空氣?！?/p>

師：好，請同學(xué)們閱讀課本P35“交流與討論”和正文的第一節(jié)內(nèi)容，并結(jié)合課本內(nèi)容和PPT上展示的圖片（如圖3），回答以下問題。

師：①工業(yè)制氧氣的方法叫什么？其原理是什么？

②工業(yè)制氧氣是物理變化，還是化學(xué)變化？為什么？

生1：分離液態(tài)空氣法;原理是利用氮氣、氧氣的沸點不同。

生2：是物理變化。因為變化過程中沒有新物質(zhì)生成。

師：分離液態(tài)空氣制取氧氣就是工業(yè)上獲取大量氧氣的方法。此方法原料易得，并且成本低。

設(shè)計意圖：通過文本的閱讀，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和信息提取能力，利用工業(yè)制取氧氣簡圖培養(yǎng)學(xué)生建模能力，進一步深化理解工業(yè)制取氧氣的原理，培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力。

3.教師演示，提升示范

師：如果想要制取少量的氧氣用于課堂實驗，該如何制取呢？

生：用實驗室制法。

師：對，前面一節(jié)課老師帶到班上實驗用到的氧氣就是在實驗室制得的。同學(xué)們想不想用實驗室制法來親手制一瓶氧氣呢？

生：（齊聲）想。

師：實驗室是通過化學(xué)變化制氧氣，那么選擇藥品的原則是什么呢？

[PPT提示]：一種物質(zhì)可以通過化學(xué)變化變成其他物質(zhì)，但反應(yīng)物與生成物含有同種元素[2]。

師：那么用于實驗室制氧氣的藥品在組成上應(yīng)具備什么條件呢？

生：原料要含有氧元素。

師：含氧元素的物質(zhì)是不是都可以用于實驗室制氧氣？

PPT提示：

師：加熱氧化汞和電解水適合實驗室制取氧氣嗎？為什么？

生：都不適合。加熱氧化汞生成汞，會造成空氣污染，而電解水會消耗大量電能，操作復(fù)雜。

師：對，上述方法不適合在實驗室制取氧氣，你們認為選擇制取氧氣的藥品時要考慮哪些因素呢？同學(xué)們可以討論一下，然后再回答。

生：選擇制取氧氣的藥品時要考慮這幾個原則：①藥品中含有氧元素;②環(huán)保;③操作簡單;④節(jié)能。

師：充分考慮上述因素，在實驗室制氧氣可選擇的藥品有：①高錳酸鉀;②過氧化氫;③氯酸鉀。

設(shè)計意圖：通過具體制取氧氣的原理介紹和討論，使學(xué)生掌握選擇藥品的方法，首先要考慮藥品要含有某種元素，即遵循元素守恒思想，同時要求產(chǎn)物要環(huán)保，操作要簡單、節(jié)能，以此來培養(yǎng)學(xué)生的元素觀、守恒觀、變化觀、綠色觀等。

師：好，這一節(jié)課我們先來學(xué)習(xí)用高錳酸鉀來制取氧氣。

師：同學(xué)們看一下，高錳酸鉀是一種紫黑色的固體。其制取氧氣的反應(yīng)原理是：

師：我們該選擇什么樣的裝置來制取氧氣呢？下面有3個裝置你們認為選用哪一個裝置？（PPT展示，如圖4）。

生：選擇裝置A。

師：為什么選裝置A，而不選擇裝置B或C呢？

生：反應(yīng)條件是加熱，反應(yīng)物高錳酸鉀是固體，而裝置B和C的反應(yīng)物中有液體。

師：哦，那氣體發(fā)生裝置的選擇要考慮什么呢？

生：要考慮反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)的條件。

師：制出的氣體該如何收集呢？我們來看一個資料。

【PPT提示】：氣體的收集方法

師：根據(jù)提供的信息，氧氣可以選擇哪些方法收集呢？

生：可以選擇排水集氣法或向上排空氣法。

師：你選擇氧氣的收集裝置的理由是什么？

生：因為氧氣不易溶于水，所以可用排水集氣法;同時氧氣的密度比空氣大，所以又可用向上排空氣法。

師：選擇一種氣體的收集方法需要考慮氣體的哪些性質(zhì)？

生：需要考慮氣體的密度和溶解性。

師：對，氣體的收集方法是由氣體的密度和溶解性決定的。

師：（PPT展示裝置圖，如圖5）這是制取氧氣的裝置圖，左邊是發(fā)生裝置，右邊是收集裝置。請同學(xué)們來說一說該實驗中用到哪些儀器？

生：有鐵架臺、酒精燈、試管、集氣瓶、水槽、導(dǎo)氣管……

設(shè)計意圖：通過呈現(xiàn)氣體收集資料卡，使學(xué)生了解氣體的一般收集方法，幫助學(xué)生建立模型，為后面將要學(xué)習(xí)的氣體莫定基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認知”的能力。

師：下面由老師給同學(xué)們演示一下用排水法和向上排空氣法各收集一瓶氧氣，請同學(xué)們注意觀察老師的操作，并總結(jié)出實驗步驟……

師：老師在試管口放塞一團棉花的作用是什么？

生：防止高錳酸鉀粉末進入導(dǎo)氣管。

師：如果水槽中的水變紅了，則在操作上有什么錯誤？

生：試管口沒有放一團棉花。

師：老師在排水法收集氧氣時，看到什么現(xiàn)象時，證明集氣瓶已滿？

生：有氣泡從瓶口向外冒出時，證明氧氣已滿。

師：老師現(xiàn)在用向上排空氣法收集氧氣，如何證明已集滿氧氣？

生：用一根帶火星的木條放在瓶口，若木條復(fù)燃，則氧氣已滿。

師：用排水法收集的氧氣是純凈的，但不干燥，而用向上排空氣法收集的氧氣是干燥的，但不純凈，它們各有利弊。

師：從老師剛才的實驗中，你能總結(jié)出用高錳酸鉀制取氧氣并用排水法收集的步驟是什么？請同學(xué)們思考并討論后回答。

生：①檢查氣密性→②裝藥品→③固定儀器→④點燃酒精燈→⑤收集氣體→⑥從水槽中移除導(dǎo)管→⑦熄滅酒精燈

師：這么多步驟很難記住吧，你們有什么更好的方法嗎？

生：……

師：我們知道我國的稅收取之于民，用之于民，這個步驟我們采用諧音記憶為：“連茶莊定點收利息”。這樣好記嗎？

生：太好記了……

設(shè)計意圖：通過教師演示實驗取代播放實驗視頻，進一步增強示范作用，讓學(xué)生感悟化學(xué)的真和美，培養(yǎng)學(xué)生建模能力。用諧音記憶使學(xué)生掌握制取氧氣的步驟，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。

4.學(xué)生分組，增強實踐

師：剛才老師示范了氧氣制取的整個操作，下面請同學(xué)們以小組為單位進行分組實驗，用高錳酸鉀制取2瓶氧氣，其中1瓶用排水法收集，另1瓶用向上排空氣法收集。用排水法收集的氧氣來進行鐵絲燃燒的實驗，藥品高錳酸鉀用量約4藥匙，請同學(xué)們協(xié)作完成。

師：（在各小組間指導(dǎo)學(xué)生操作）略。

生：（合作完成分組實驗）略。

師：好，請同學(xué)們放下手中的儀器。通過觀察，我發(fā)現(xiàn)共有6組鐵絲成功燃燒，你們觀察到鐵絲在氧氣中燃燒的主要現(xiàn)象有哪些呢？

生1：在氧氣中劇烈燃燒，產(chǎn)生火星四濺的現(xiàn)象，生成了黑色固體。

師：鐵絲在氧氣中燃燒現(xiàn)象很劇烈，但還有兩組中鐵絲未燃燒，請實驗未成功的小組分析下實驗未成功的原因并各派1名學(xué)生代表回答。

生2：可能收到的氧氣不純。

師：經(jīng)過怎樣的操作會導(dǎo)致收到的氧氣不純呢？

生3：導(dǎo)管口剛冒氣泡就開始收集氣體，導(dǎo)致收到氧氣不純。

師：是的，剛冒氣泡就收集，發(fā)生裝置中的空氣受熱膨脹進入集氣瓶中，因而氧氣濃度低，鐵絲無法燃燒。另外1小組你們失敗的原因找到了嗎？

生4：我們在收集滿氧氣時，先將集氣瓶移離出水面，然后再蓋上玻璃片的，氧氣逸出了一部分。

師：有可能。用排水法收集氧氣時，集氣瓶要在水下蓋好才能取出并正放在桌面上，以避免氧氣逸出。請其它小組再來談?wù)勀銈兂晒Φ慕?jīng)驗。

生5：收集的氧氣要純凈，同時鐵絲要打磨光亮，要待火柴梗快燃盡時伸人氧氣瓶中。

生6：鐵絲伸人集氣瓶時，不能將玻璃片拿開，仍要蓋住一部分，避免過多氧氣逸出。

師：鐵絲燃燒的現(xiàn)象令人震撼，很精彩，這個實驗只要我們規(guī)范操作、注意細節(jié)就能成功。老師發(fā)現(xiàn)有兩組的大試管破裂了，你們這兩組的大試管破裂的原因是什么？請你們思考并討論一下原因，然后說明原因。其他組的同學(xué)聽聽他們說的是否合理。

生7：可能是大試管口未略向下傾斜，冷凝水倒流使試管炸裂。

生8：停止實驗時，我們是先撤導(dǎo)管，再滅酒精燈的，使水槽中的水倒流到大試管中了。

師：你們認為他們分析的原因合理嗎？其他組的同學(xué)，你們認為還有可能是什么原因造成的？

生9：他們的分析是合理的，還有可能是加熱試管時未充分預(yù)熱，或者試管外壁有水未擦干就直接加熱了。

師：是的，造成試管破裂的原因有很多，究竟是什么原因？我們要根據(jù)實際的實驗來分析原因。

師：實驗成功的6個小組集氣瓶有破裂的嗎？不要緊張，老師不要你們賠償，但要求你們能分析出原因即可。

生10：我們這組在操作時，有點緊張導(dǎo)致鐵絲碰到了集氣瓶壁，所以集氣瓶外壁炸裂了。

生11：我們這一組在收集氧氣時忘記在集氣瓶底留少量水，生成物掉人集氣瓶底導(dǎo)致瓶底炸裂了。

師：同學(xué)們分析得很好，實驗中造成儀器破損并不可怕，關(guān)鍵要能從實驗中獲取經(jīng)驗和教訓(xùn)，有時失敗的經(jīng)歷比成功的經(jīng)驗更具有價值。

設(shè)計意圖：通過學(xué)生分組實驗，培養(yǎng)學(xué)生實驗操作能力，用理論指導(dǎo)學(xué)生實踐，在實踐中培養(yǎng)學(xué)生的反思能力，要讓學(xué)生學(xué)會分析，特別是實驗失敗原因;通過師生深度對話，培養(yǎng)學(xué)生的“證據(jù)推理和模型認知”的能力。

5.鞏固總結(jié)，促進反思

練習(xí)：略。

師：同學(xué)們，你們學(xué)習(xí)了這節(jié)課，有哪些收獲？

生1：我收獲了如何選擇制取氣體的藥品、會選擇氣體的發(fā)生和收集裝置、掌握了高錳酸鉀制取氧氣的原理和操作。

生2：通過實驗我收獲了如何進行合作，知道實驗失敗并不可怕，關(guān)鍵要弄清楚失敗的原因。

師：你們能把本節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容構(gòu)建成一張思維導(dǎo)圖嗎？請每位同學(xué)在下面畫一畫。

投影：用希沃授課助手投影學(xué)生畫的思維導(dǎo)圖樣例，如圖6。

師：氧氣的制取是同學(xué)們在初中首次重點學(xué)習(xí)的氣體制取方法，我們要把研究和學(xué)習(xí)氧氣制法的方法用到今后將要遇到的其它氣體的學(xué)習(xí)和研究之中，讓這種含“氧”的學(xué)習(xí)力伴隨你們的一生。同時希望同學(xué)們在將來能研究出更簡易的氧氣制取方法，來造福我們的人類吧。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生在熟練掌握本課知識和技能的基礎(chǔ)之上，提煉和汲取學(xué)習(xí)化學(xué)的方法，幫助學(xué)生樹立正確的價值觀，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)精神與社會責(zé)任”，從而為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)莫定基礎(chǔ)。

三、總結(jié)與反思

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在學(xué)習(xí)過程中，如果學(xué)習(xí)者得到的是一個適當?shù)木趁}而不只是一個提議或一條信息，那么對知識的擁有就會變得很容易;實際上，在某些條件下，這個過程會因某個“教學(xué)環(huán)境”而變得簡單或加速進行L3]。富于情境的知識，就如同加了“佐料”的菜肴，吃起來更有味。許多老師在公開課教學(xué)中設(shè)計了特定的問題情境，在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)更有價值。通過問題情境來串聯(lián)與本課相關(guān)的零散的知識，引導(dǎo)學(xué)生思考并解決實際問題，使學(xué)生達到掌握知識和技能的同時，實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的提升。教學(xué)情境要想激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，其內(nèi)容要能與時俱進，而不是再現(xiàn)學(xué)生早已了解的內(nèi)容。情境素材的選擇既要源于學(xué)生生活，又要高于學(xué)生的認知，這樣才能激發(fā)學(xué)生的探究欲望。教學(xué)情境素材的應(yīng)用也要有連續(xù)性，一節(jié)課開頭的引入、中間和結(jié)尾要盡可能圍繞情境的系列問題而展開，這樣的情境應(yīng)用才更有效。情境教學(xué)固然好，但常常因“一境難求”，老師們在常態(tài)課中應(yīng)用不多。因此，初中化學(xué)老師平時要注重積累，要做一個有心人，有意識地收集一些跟教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的熱點事件和前沿科技信息，爭取把自己平時積累的素材和書本知識有機結(jié)合起來，為課堂教學(xué)添彩。

2.開展實驗探究，發(fā)展核心素養(yǎng)

實驗探究不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識的重要途徑，也是發(fā)展化學(xué)思維的行之有效的方法，其目的是讓學(xué)生在獲得結(jié)論的同時，體驗探究過程，了解探究方法[4]。意大利教育家蒙臺梭利曾說過：我看到了，我忘記了;我聽到了，我記住了;我做過了，我理解了[5]。教師的演示實驗給了學(xué)生最直觀的示范，但是學(xué)生的愿望還遠不滿足于看，學(xué)生們都想親自做一做實驗，哪怕自己在實驗中失敗。課堂上不僅需要學(xué)生觀察、思考，還需要給學(xué)生創(chuàng)造親自實驗探究的機會。學(xué)生能通過對實驗現(xiàn)象的分析、實驗裝置的認知等，逐步形成“證據(jù)推理和模型認知”的能力。只有學(xué)生親自經(jīng)歷實驗探究活動，學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”才能真正發(fā)生，在真實的實驗探究活動中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)價值觀。學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)也是一個循序漸進的過程，要落實到每一節(jié)課中。一節(jié)課雖也不能保證把所有化學(xué)核心素養(yǎng)都能培養(yǎng)到，但是要合理結(jié)合教學(xué)環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)學(xué)生一到兩個化學(xué)核心素養(yǎng)。落實發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的主要責(zé)任人是化學(xué)教師。因此化學(xué)教師每節(jié)課都要思考：這節(jié)課要培養(yǎng)學(xué)生哪些化學(xué)核心素養(yǎng)？這節(jié)課的教學(xué)活動究竟如何合理設(shè)計？……

3.促進深度學(xué)習(xí)，提升思維能力

教是為了不教，教育的本質(zhì)是培養(yǎng)全面發(fā)展的人，學(xué)生將來要適應(yīng)瞬息萬變的社會，要學(xué)會學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)是一種面向真實社會情境和復(fù)雜技術(shù)環(huán)境的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)理念，倡導(dǎo)通過深度加工知識信息、深度理解復(fù)雜概念、深度掌握內(nèi)在含義，主動建構(gòu)個人知識體系并遷移應(yīng)用到真實情境中解決復(fù)雜問題，最終促進全面學(xué)習(xí)目標的達成和高階思維能力的發(fā)展[6]。課堂上教師的言行要能激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，通過設(shè)計有價值的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上利用原有的認知來解決陌生的問題。促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的有效方式是進行反思，化學(xué)教師要給學(xué)生創(chuàng)造反思的機會，學(xué)生的思維能力需在不斷反思中成長。問題和習(xí)題是促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的重要手段，教師可通過追問、一題多變來訓(xùn)練學(xué)生的思維，使學(xué)生達到舉一反三、觸類旁通的學(xué)習(xí)效果，進一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力。

總之，實驗探究課的設(shè)計要以生為本，創(chuàng)設(shè)合理的教學(xué)情境，結(jié)合化學(xué)的學(xué)科特色，開展豐富多彩的實驗探究活動，同時注重學(xué)生思維能力的提升，培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的能力。

參考文獻

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*本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃重點課題“‘實踐取向的鄉(xiāng)村化學(xué)教師專業(yè)能力提升策略研究”（課題號：J-b/2020/10）;中國化學(xué)會“十三五”規(guī)劃課題“基于證據(jù)推理的初中化學(xué)實驗教學(xué)研究”（課題號：HJ2018-0045 ）階段性研究成果。