基于培養(yǎng)化學學科核心素養(yǎng)的實驗教學

王強

摘要：通過創(chuàng)設(shè)情境，問題驅(qū)動等方式引導(dǎo)學生結(jié)合已有經(jīng)驗和文獻信息，設(shè)計方案，實驗驗證，優(yōu)化方案，最終以甘油為分散介質(zhì)制備鹵化銀甘油溶膠，清晰呈現(xiàn)膠體的丁達爾效應(yīng)和鹵化銀的感光性，并比較光解速率的大小。知識遷移用家用洗潔精使鹵化銀光解實驗生活化，充分發(fā)揮實驗的教學功能，培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實驗教學;核心素養(yǎng);鹵化銀;感光性

文章編號：1008-0546（2021）09-0092-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.024

一、指導(dǎo)思想

化學實驗?zāi)氈瘜W學科特質(zhì)的學科思維與學科品質(zhì)，從實驗創(chuàng)新和探究視角引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)問題，通過實驗方案設(shè)計、實驗探究外顯思維方法，對發(fā)揮化學實驗的育人功能和化學學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)功能有著重要作用?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版）》提出“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”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”5個維度的化學學科核心素養(yǎng)?；瘜W實驗教學是踐行“素養(yǎng)為本”教學理念、轉(zhuǎn)變教學行為的學科教學關(guān)鍵領(lǐng)域。

將化學學科核心素養(yǎng)的培育真正落實于課堂教學，應(yīng)倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變[1]。在教學過程中充分發(fā)揮化學實驗的教學功能有助于學生理解和掌握化學知識和技能，啟迪學生的科學思維，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和價值觀[2]，使化學學科核心素養(yǎng)的培育與鮮活的知識、靈動的教學緊密結(jié)合。

以“鹵化銀感光分解創(chuàng)新實驗”為載體，實施基于學生化學學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的實驗教學。

二、教學背景分析

1.教材分析

蘇教版必修1專題2第一單元的資料卡，旨在介紹鹵素單質(zhì)的部分性質(zhì)、簡單鹵素陰離子（X-=Cl-、Br-、I-，下同）的檢驗和鹵化銀在實際生產(chǎn)、生活中的部分應(yīng)用[3]。然而教材并沒有關(guān)于鹵化銀感光性的演示實驗，學生無法直觀感受鹵化銀的感光性。

2.學情分析

授課對象為高二年級，將化學學科作為高考選考科目的學生。學生可進行簡單的實驗操作，結(jié)合生活情景，學生容易接受鹵化銀的物理性質(zhì)、感光性等化學性質(zhì)的相關(guān)學科知識。有迫切進行實驗直觀感受鹵化銀感光性的愿望。但是學生自主設(shè)計實驗?zāi)芰ζ?，在文獻研讀、創(chuàng)新思維和實施陌生的實驗探究活動等方面的能力有待提升，需要教師通過真實創(chuàng)新實驗情境教學提升學生思維能力和探究能力。

三、教學目標

1.知識層面：通過情境問題分析與實驗探究，了解鹵化銀的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)，并對化學變化進行符號表征。

2.技能層面：在鹵化銀感光分解創(chuàng)新實驗設(shè)計與實施過程中，增強學生文獻分析與概括能力，增強學生實驗設(shè)計能力、操作能力、觀察能力，體會科學探究的思路和方法。

3.素養(yǎng)層面：在鹵化銀相關(guān)學科知識體系構(gòu)建與感光性創(chuàng)新實驗設(shè)計與探究等各項能力提升的基礎(chǔ)上，以創(chuàng)新意識與科學探究為起點，增強宏微結(jié)合分析問題的能力，從各個維度培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)。

四、基于學生化學學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的實驗教學流程

通過創(chuàng)設(shè)情境，讓學生感知化學與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，體會化學學科價值，激發(fā)學生學習化學的興趣，通過問題驅(qū)動確立具有探究價值的化學問題，通過文獻研討和任務(wù)驅(qū)動引導(dǎo)學生獨立思考、合作交流、設(shè)計方案、實驗驗證、優(yōu)化方案、展示成果，從而達成實驗教學目標，促進知識體系的構(gòu)建，實驗技能的形成和化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。具體教學流程及素養(yǎng)培養(yǎng)目標如圖1所示。

通過實驗的設(shè)計和驗證，幫助學生建立用已知理論指導(dǎo)實踐，并通過實踐論證進一步加深對理論的認知，收獲解決問題的成就感，不僅可以充分發(fā)揮實驗的教育教學功能，加深學生對知識的理解和應(yīng)用，更能培養(yǎng)學生思考、探究、實踐的學科素養(yǎng)和問題解決能力。

五、教學實施

1.課前準備

藥品：甘油、AgNO，溶液、NaCl溶液、NaBr溶液、Nal溶液、稀氨水

儀器：試管、燒杯、玻璃棒、激光筆

文獻：利用甘油制備溶膠或乳液的相關(guān)文獻

2.實施過程

[創(chuàng)設(shè)情境]展示變色眼鏡鏡片在強光照射下顏色變深，在暗室中顏色變淡的過程，讓學生猜想鏡片中物質(zhì)可能具備的化學性質(zhì)，組織學生根據(jù)相關(guān)化學性質(zhì)討論預(yù)測物質(zhì)組成，得出結(jié)論。

學生根據(jù)宏觀可觀察的實驗現(xiàn)象，猜想變色眼鏡可能包含某種見光可分解的物質(zhì)。并根據(jù)自己的知識儲備討論該物質(zhì)可能的成分。隨后教師點評、揭秘：變色眼鏡變色的秘密在于鹵化銀的感光性，并要求學生對此變化過程進行化學符號表征。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)生活情境，激發(fā)學生探究興趣，實時問題驅(qū)動，引導(dǎo)學生根據(jù)宏觀現(xiàn)象，推測物質(zhì)的組成和可能具備的性質(zhì)。讓學生了解化學與生活密切的聯(lián)系，感受化學的學科價值，同時，讓學生觀察到化學不僅可以帶來神奇的現(xiàn)象，更重要的是通過化學學習可以感受科學思維的魅力。從而培養(yǎng)學生“宏觀辨識與微觀探析”“科學態(tài)度與社會責任”的化學學科核心素養(yǎng)。

[任務(wù)設(shè)置]在課本沒有演示實驗的情況下，怎樣利用實驗室現(xiàn)有的藥品與儀器展示鹵化銀的感光性？

學生已經(jīng)了解鹵化銀具有感光性，根據(jù)已有的經(jīng)驗，猜想用硝酸銀溶液與X-離子直接混合制備鹵化銀。然而在實驗過程中用此方法制備的鹵化銀形成沉淀，即使在光照強的室外也很難光解，從而形成認知沖突，教師可以借助認知沖突設(shè)置問題。

[問題驅(qū)動]鹵化銀具備感光分解的性質(zhì)，那么為什么我們制備的鹵化銀卻觀察不到感光性？原因是什么？怎么改進？并組織學生討論。

學生經(jīng)討論形成結(jié)論：由于變色眼鏡中的鹵化銀是均勻分布在鏡片中的，可充分吸收光的能量，而我們制備的鹵化銀是沉淀的形式，吸收光能量效果差。只要將鹵化銀均勻分布在溶液各個部分就可以滿足實驗需要了。

設(shè)計意圖：利用任務(wù)驅(qū)動和問題驅(qū)動，引導(dǎo)學生根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗，根據(jù)物質(zhì)的組成、性質(zhì)，獨立思考、提出猜想、合作交流，設(shè)計實驗方案，借助實驗結(jié)果驗證猜想的真?zhèn)巍Ｔ谡J知沖突的基礎(chǔ)上進行問題驅(qū)動，進一步引發(fā)學生思考，優(yōu)化實驗方案，從“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”等方面提升化學學科核心素養(yǎng)。同時感知接觸面積的大小可以影響化學反應(yīng)速率，深化變化觀念。

然而鹵化銀除了氟化銀外都是難溶的，很難將鹵化銀均勻地分散在水中。鑒于學生的認知水平，很難想到將鹵化銀均勻分布在液體中的方法，需要教師提供幫助，展示提前準備好的文獻[4-6]，供學生參考。

[文獻節(jié)選]節(jié)選“甘油分散含銀溶膠的制備及抑菌性能研究”部分內(nèi)容，為學生提供思路。節(jié)選內(nèi)容如下：

“可以設(shè)想，若能將納米銀的制備與無水甘油體系相結(jié)合，直接在無水甘油體系中，以甘油作為分散介質(zhì)，可能獲得穩(wěn)定無水甘油分散溶膠體系”。

設(shè)計意圖：當學生由于認知水平受限，使方案設(shè)計陷入困境時，教師及時提供相關(guān)文本資源，擴展學生認知水平，同時提升學生對文獻內(nèi)容進行分析、概括、點評的能力。通過知識和技能的遷移，優(yōu)化實驗方案，解決實際問題，增強學生實驗操作能力，強化學生創(chuàng)新意識。

經(jīng)過分析討論，制定方案，以甘油為分散介質(zhì)，以溴化銀甘油溶膠為例，制備鹵化銀甘油溶膠：

1.取一潔凈試管，倒人5mL甘油;另取適量0.05mol/L AgNO3溶液，配制銀氨溶液;向盛有甘油的試管中分別滴人3滴新制的銀氨溶液，振蕩，使之混合均勻，得到混合液。

2.向上述試管中滴入3滴0.05mol/L NaBr溶液振蕩，可以觀察到溴化銀甘油溶膠的生成。

3.采用類似方法制備氯化銀甘油溶膠、碘化銀甘油溶膠。

4.激光筆照射，觀察實驗現(xiàn)象。在紅光的照射下呈現(xiàn)明顯的丁達爾效應(yīng)（以溴化銀甘油溶膠為例），如圖2所示。

[實驗探究]用紅光照射鹵化銀甘油溶膠時，可以看到明顯的丁達爾效應(yīng)，但是移去光源，卻很難觀察到鹵化銀光解的現(xiàn)象，再次產(chǎn)生了認知沖突。教師引導(dǎo)學生從光的能量角度思考，并引導(dǎo)學生改用波長較短的藍光照射鹵化銀甘油溶膠。

實驗證明：用波長較短的藍光照射鹵化銀甘油溶膠時，可產(chǎn)生銀斑。照射數(shù)秒后移去光源，可清晰地觀察到光通過的地方，鹵化銀感光分解，產(chǎn)生黑色銀顆粒，記錄了光路信息，如圖3所示（以溴化銀甘油溶膠為例）。

激光筆照射鹵化銀甘油溶膠時，學生還會思考為什么在紅光的照射下容易觀察到丁達爾效應(yīng)，而藍光則容易使鹵化銀感光分解，進而促使學生探索光的顏色、波長與能量之間的關(guān)系、光的波長與丁達爾效應(yīng)之間的關(guān)系。

設(shè)計意圖：打破學科之間的壁壘，建立物理、化學學科之間的聯(lián)系，促進不同學科知識的融合，在解決新的問題過程中外顯思維方式，提升學生綜合探究能力，促進學生能力、思維進階，確立“提出問題——猜想假設(shè)一收集證據(jù)一制定方案一實驗驗證一得出結(jié)論一反思評價”的實驗探究思維模型。同時讓學生直觀感知化學變化需要一定的條件，培養(yǎng)學生變化觀念。

[問題驅(qū)動]氯化銀、溴化銀、碘化銀在相同條件下，感光分解速率大小關(guān)系如何？

學生根據(jù)已有經(jīng)驗：氯溴碘非金屬性逐漸減弱，鹵化氫的穩(wěn)定性對比關(guān)系為：HCl>HBr>HI，HI最不穩(wěn)定，最易分解。通過類比猜想，相同條件下感光分解速率大小關(guān)系為：AgI>AgBr>AgCl。

[實驗驗證]猜想是否正確？往往還需要實驗驗證。引導(dǎo)學生按照上述溶膠制備方法，控制變量，在相同的條件下，探究物質(zhì)種類對化學反應(yīng)的影響。結(jié)果表明：相同條件下感光分解速率大小關(guān)系為：AgBr>AgCl>Agl，與之前的猜想不符。然后進一步引導(dǎo)學生進行文獻研討，為實驗結(jié)論尋找證據(jù)支持。經(jīng)文獻研討，得知實驗結(jié)果與李群燕[7]的相關(guān)研究一致，可證明實驗探究過程和結(jié)論的科學性。

設(shè)計意圖：通過問題驅(qū)動強化學生對已有知識的記憶、理解與遷移應(yīng)用，但是需要學生明白，經(jīng)過類比進行知識遷移得出的結(jié)論，仍需要通過實驗進一步驗證，培養(yǎng)學生規(guī)范操作、合理控制變量的實驗技能與尊重事實、嚴謹求實的科學態(tài)度。

[知識遷移]從另一個角度提出問題，是否可以用其他的試劑替代甘油。經(jīng)猜想，設(shè)計方案和實驗探究，家用洗潔精等可替代甘油作為分散介質(zhì)，應(yīng)用于鹵化銀感光創(chuàng)新實驗，同樣實驗效果明顯，還可實現(xiàn)創(chuàng)新實驗的生活化。

設(shè)計意圖：通過知識遷移，進一步提升學生科學探究與創(chuàng)新意識的素養(yǎng)，強化建立思維模型，運用模型解決問題的能力。

六、教學反思

鹵化銀感光分解創(chuàng)新實驗操作簡便，現(xiàn)象明顯，重復(fù)率高，填補了教材缺乏演示實驗的空白，使學生直觀地感受到鹵化銀的感光性，加深了學生對知識的理解。同時，在實驗的設(shè)計與實施過程中，實現(xiàn)了知識、技能、素養(yǎng)有機結(jié)合，發(fā)揮了實驗的教學功能和素養(yǎng)培養(yǎng)價值。

化學學科核心素養(yǎng)內(nèi)隱在化學教學活動中，各有側(cè)重，相輔相成，不同的教學內(nèi)容對核心素養(yǎng)的培育側(cè)重點不同，切不可將這些教學內(nèi)容承擔的任務(wù)孤立、切割[8]。實驗教學過程中，始終貫穿著證據(jù)推理和創(chuàng)新意識等化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，需要從學科思想、實踐層面、價值追求整體全面地認識化學學科核心素養(yǎng)。

學生化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是自我構(gòu)建、循序漸進的過程，教師應(yīng)長期堅持“素養(yǎng)為本”的教學，倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展實驗探究活動，使學生在化學知識學習的過程中逐漸形成正確的價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：1-6

[2]肖中榮，周萍.再談碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)的實驗改進[J].化學教學，2019（10）：54-57

[3]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].南京：江蘇教育出版社，2007：47

[4]李群燕.關(guān)于鹵化銀化學分解實驗的設(shè)計[J].化學教育，2000（11）：41

[5]傅廣生，楊少鵬，李曉葦，等.鹵化銀感光材料光作用動力學研究進展[J].感光科學與光化學，2002，20（1）：66

[6]鄭寅，陳碩平，王蘇展，等.甘油分散含銀溶膠的制備及抑菌性能研究[J].材料導(dǎo)報B：研究篇，2017，31（6）：30-32

[7]李群燕.關(guān)于鹵化銀化學分解實驗的設(shè)計[J].化學教育，2000（11）：41

[8]陳進前.關(guān)于化學學科核心素養(yǎng)的三個建議[J].中學化學教學參考，2018（9）：3