基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”培養(yǎng)的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

古家欣

[摘 要]化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要手段。文章通過論述根據(jù)“提出探究問題—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案—優(yōu)選實(shí)驗(yàn)方案—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—遷移應(yīng)用”的思路進(jìn)行的“溴乙烷取代反應(yīng)和消去反應(yīng)產(chǎn)物的探究實(shí)驗(yàn)”線上教學(xué)，總結(jié)有效的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，以使教師能更好地挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究能力，并促進(jìn)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]線上實(shí)驗(yàn)教學(xué);科學(xué)探究;創(chuàng)新意識;核心素養(yǎng)

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）11-0071-03

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出，新課程應(yīng)以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[1]。“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，更是影響學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的必備技能和關(guān)鍵素質(zhì)。

疫情期間，線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到很大影響。為此，筆者積極嘗試線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，觀看實(shí)驗(yàn)視頻，讓學(xué)生掌握兩種實(shí)驗(yàn)技能：一是發(fā)現(xiàn)和提出有探究價(jià)值的問題，依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)適合的實(shí)驗(yàn)方案，描述或優(yōu)選良好的實(shí)驗(yàn)方案，對實(shí)驗(yàn)探究時(shí)需要使用的儀器、采取的操作程序等做出決策;二是根據(jù)實(shí)驗(yàn)視頻交流實(shí)驗(yàn)探究的成果，提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)的設(shè)想，勤于實(shí)踐、敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新。這能為學(xué)生形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的核心素養(yǎng)打下基礎(chǔ)。下面，筆者以人教版“溴乙烷取代反應(yīng)和消去反應(yīng)產(chǎn)物的探究實(shí)驗(yàn)”的線上教學(xué)為例，探究基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”培養(yǎng)的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。

一、基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”培養(yǎng)的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，高中化學(xué)教師可在創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境、遵循學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律的基礎(chǔ)上，按“提出探究問題—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案—優(yōu)選實(shí)驗(yàn)方案—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—遷移應(yīng)用”的思路，構(gòu)建基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”培養(yǎng)的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式（如圖1）。

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，構(gòu)筑情境線

科學(xué)探究的基本目的之一是解決問題，而發(fā)現(xiàn)和提出問題是科學(xué)探究的基礎(chǔ)[2]。因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和提出有價(jià)值的問題。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，化學(xué)教師可以基于生活現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或根據(jù)學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)學(xué)生以假設(shè)等形式提出探究問題。實(shí)驗(yàn)探究問題的提出是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的前提。

（二）遵循學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，形成知識線

實(shí)驗(yàn)原理是原理探究型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心。學(xué)生通過解析實(shí)驗(yàn)原理，尋找合適的實(shí)驗(yàn)對象，運(yùn)用已有的知識進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并針對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行交流討論，提出實(shí)驗(yàn)方案中存在的不足，進(jìn)而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案?；诨瘜W(xué)思維規(guī)律，結(jié)合化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，可以“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)—反應(yīng)原理—產(chǎn)物的檢驗(yàn)方法”來形成探究實(shí)驗(yàn)的知識線。

（三）以學(xué)生為探究的主體，設(shè)計(jì)活動(dòng)線

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，課堂教學(xué)要突出學(xué)生的主體地位。教師應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，學(xué)會(huì)分析有關(guān)信息和現(xiàn)象。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生解決問題的積極性，教師應(yīng)設(shè)計(jì)活動(dòng)來為學(xué)生提供參與的機(jī)會(huì)與條件，通過實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、展示、討論、評價(jià)，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的真正主人。

二、基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”培養(yǎng)的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

“鹵代烴”作為人教版高中化學(xué)選修5第二章“烴和鹵代烴”的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)后續(xù)各章節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)。鹵代烴是有機(jī)合成中常見的中間體，在整個(gè)有機(jī)合成中起著重要的橋梁作用，它的取代反應(yīng)和消去反應(yīng)是有機(jī)合成中從鹵代烴轉(zhuǎn)化為含羥基或不飽和鍵官能團(tuán)的有機(jī)物的兩個(gè)重要反應(yīng)。對于“烴的衍生物的性質(zhì)與應(yīng)用”這一專題內(nèi)容，課程標(biāo)準(zhǔn)要求“能寫出烴及其衍生物的官能團(tuán)、簡單代表物的結(jié)構(gòu)簡式、名稱;能夠列舉各類有機(jī)化合物的典型代表物的主要物理性質(zhì);能描述和分析各類有機(jī)化合物的典型代表物的重要反應(yīng);能基于官能團(tuán)、化學(xué)鍵的特點(diǎn)與反應(yīng)規(guī)律分析和推斷含有典型官能團(tuán)的有機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì)”[1]。 基于上述要求，選修階段鹵代烴的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是通過“溴乙烷取代反應(yīng)和消去反應(yīng)產(chǎn)物的探究實(shí)驗(yàn)”活動(dòng)，理解溴乙烷在不同條件下發(fā)生的不同反應(yīng)類型以及斷鍵、成鍵的特點(diǎn)，以掌握通過分析有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，反應(yīng)過程中官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化及斷鍵、成鍵的特點(diǎn)來概括反應(yīng)特征及規(guī)律的方法，進(jìn)而學(xué)會(huì)預(yù)測有機(jī)化合物的性質(zhì)。具體教學(xué)目標(biāo)如下：

1.知識與技能（必備知識）

（1）溴乙烷取代反應(yīng)和消去反應(yīng)的反應(yīng)原理。

（2）溴離子和乙烯的檢驗(yàn)方法。

（3）實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。

2.關(guān)鍵能力（核心素養(yǎng)）

（1）通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證溴乙烷取代反應(yīng)和消去反應(yīng)的產(chǎn)物，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力與創(chuàng)新意識。

（2）通過設(shè)計(jì)和評價(jià)實(shí)驗(yàn)方案，并提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)的設(shè)想，培養(yǎng)學(xué)生勤于實(shí)踐、敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的良好學(xué)習(xí)品質(zhì)。

在目標(biāo)的引領(lǐng)下，教師指導(dǎo)學(xué)生基于探究目的設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)方案，評價(jià)并選取良好的實(shí)驗(yàn)方案，依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案開展實(shí)驗(yàn)探究，了解鹵代烴在不同條件下發(fā)生的不同反應(yīng)以及斷鍵與成鍵的特點(diǎn)，驗(yàn)證關(guān)于鹵代烴化學(xué)性質(zhì)的猜想，從而學(xué)會(huì)預(yù)測有機(jī)化合物的性質(zhì)的方法，培養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。具體的教學(xué)設(shè)計(jì)如圖2所示。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生思考

本環(huán)節(jié)基于向溴乙烷中滴加硝酸銀溶液沒有產(chǎn)生淺黃色沉淀的實(shí)驗(yàn)情境（播放實(shí)驗(yàn)視頻），提出“如何檢驗(yàn)溴乙烷中的溴原子”的問題，并結(jié)合溴乙烷的取代反應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

（二）科學(xué)探究，構(gòu)建知識體系

教師引導(dǎo)學(xué)生先從溴乙烷的化學(xué)鍵的特點(diǎn)出發(fā)，猜想其可能具有的化學(xué)性質(zhì)，然后通過化學(xué)反應(yīng)將溴原子轉(zhuǎn)化為溴離子，最后用硝酸銀溶液進(jìn)行檢驗(yàn)。學(xué)生積極設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，勇于展示，勤于優(yōu)化，最終得出驗(yàn)證溴乙烷與氫氧化鈉溶液發(fā)生取代反應(yīng)的最佳實(shí)驗(yàn)方案（如圖3），并掌握實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵操作（先加入硝酸酸化，再加硝酸銀溶液）。在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步提出問題：“如何驗(yàn)證溴乙烷與氫氧化鈉乙醇溶液發(fā)生消去反應(yīng)？”學(xué)生積極設(shè)計(jì)不同形式的實(shí)驗(yàn)方案（包括流程圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖），再通過生生評價(jià)，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，得出驗(yàn)證溴乙烷與氫氧化鈉乙醇溶液發(fā)生消去反應(yīng)的最佳實(shí)驗(yàn)方案（如圖4），并掌握實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵操作（將生成的氣體直接通入溴水或溴的四氯化碳溶液，或者將生成的氣體先通入水除去乙醇，再通入高錳酸鉀酸性溶液）。這樣做能很好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的良好學(xué)習(xí)品質(zhì)。

（三）注重思想滲透，挖掘創(chuàng)新潛能

化學(xué)本身蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)思想。在中學(xué)化學(xué)中出現(xiàn)的化學(xué)思想有現(xiàn)象與本質(zhì)、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、一般與特殊、定性與定量、守恒思想等。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重滲透化學(xué)思想。例如，在講授完研究有機(jī)物的一般方法和溴乙烷取代反應(yīng)以及消去反應(yīng)的原理后，讓學(xué)生從本質(zhì)出發(fā)設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究和驗(yàn)證。這照應(yīng)了近年來高考實(shí)驗(yàn)題所蘊(yùn)含的思維方法，即從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)理解實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。在本?jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)不同形式的實(shí)驗(yàn)方案，并與學(xué)生討論交流優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用化學(xué)思想去思考、解決問題，從而挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（四）深度學(xué)習(xí)，提高學(xué)科素養(yǎng)

深度學(xué)習(xí)是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心投入，以體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。深度學(xué)習(xí)是學(xué)生的思維、感知、情感、意志和價(jià)值觀充分參與的活動(dòng)，其目的指向人的全面發(fā)展[3]。深度學(xué)習(xí)是課程改革的必然追求，是培育和發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基本途徑。在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生通過設(shè)計(jì)不同形式的實(shí)驗(yàn)方案以及對實(shí)驗(yàn)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)，提高了思維能力和靈活運(yùn)用知識的能力，掌握了研究有機(jī)化合物的一般方法。

三、教學(xué)思考

（一）呈現(xiàn)真實(shí)情境

真實(shí)、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺。近年來，高考考查的內(nèi)容主要聚焦能夠反映核心價(jià)值的生活實(shí)踐問題和學(xué)習(xí)探索問題，從而考查學(xué)生在分析與解決這些問題時(shí)所表現(xiàn)出的核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力的綜合水平和必備知識掌握程度?；瘜W(xué)是材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)和信息科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)?；瘜W(xué)與實(shí)際生活問題的結(jié)合，可有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣與動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)用知識的綜合能力。

（二）預(yù)測學(xué)生問題，補(bǔ)充相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻

線上教學(xué)與線下教學(xué)的很大區(qū)別是學(xué)生不能動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，不能現(xiàn)場觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，且沒有機(jī)會(huì)對異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出疑問。因此，教師備課時(shí)要認(rèn)真鉆研教材和教學(xué)內(nèi)容， 預(yù)測學(xué)生可能存在的問題，并基于這些可能存在的問題錄制相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻，彌補(bǔ)學(xué)生不能動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、直接觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的缺陷。

（三）增強(qiáng)學(xué)生主體意識，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識和實(shí)驗(yàn)基本操作技能的學(xué)習(xí)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)不僅要求學(xué)生掌握一定的理論知識與實(shí)驗(yàn)基本操作技能，還要求學(xué)生能夠靈活地、創(chuàng)造性地運(yùn)用這些知識，對學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力要求較高。為了有效培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，教師在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，還應(yīng)從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，全面加強(qiáng)對學(xué)生思維的引導(dǎo)，幫助學(xué)生不斷習(xí)得基礎(chǔ)知識和實(shí)驗(yàn)基本操作技能，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。同時(shí)，教師要從學(xué)生的角度出發(fā)，突出學(xué)生的主體地位，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得樂趣和啟發(fā)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 甕秀秀. 基于培養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的元素化合物教學(xué)策略研究：以人教版必修1為例[D].成都：四川師范大學(xué)，2018.

[3]? 楊雪萍，吳曉紅.深度學(xué)習(xí)理念下中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究綜述[J].新課程研究，2020（19）：46-48.

（責(zé)任編輯 羅 艷）