提高科學探究能力，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)

紀璇

摘要：以“實驗室煉鐵產(chǎn)物的檢驗方法”一課為例，通過教師引導，學生提出質疑、自主設計實驗方案、優(yōu)化實驗方案、實施實驗、獲取證據(jù)、形成結論、建構模型等過程，培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”化學學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：核心素養(yǎng);鐵的冶煉;科學探究：教學設計

文章編號：1008-0546（2022）09x-0065-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.09x.018

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中指出：要充分認識化學實驗的獨特價值，精心設計實驗探究活動，以實驗為基礎是化學學科的重要特征之一，化學實驗對于全面發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)有著極其重要的作用。[1]還要引導學生綜合運用所學的化學知識和技能，進行實驗設計和實驗操作，分析和解決與化學有關的實際問題，使化學知識的學習、科學探究能力的形成與化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展有機結合起來。然而在實際教學中，教師往往忽略學生的探究欲望，只針對相關的重點和考點進行講解，使學生喪失了主體地位，也使學生喪失了對化學的興趣。

一、教學主題內容和教學現(xiàn)狀分析

1.教學主題內容

本節(jié)課選自滬教版九年級化學上冊第五章第二節(jié)“金屬礦物鐵的冶煉”。[2]通過新課學習，學生已經(jīng)初步掌握了鐵與氧氣、鹽酸（硫酸）、硫酸銅溶液等物質的反應和質量守恒定律的內涵。實驗室煉鐵實驗的產(chǎn)物復雜，溫度不同產(chǎn)物不同，產(chǎn)物有可能是四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵粉等混合物，在產(chǎn)物中如何檢驗鐵的存在？是這節(jié)課要解決的一個重要問題。

2.已有的教學設計及存在的問題

文獻中“驗證實驗室煉鐵產(chǎn)物中鐵的存在”的教學設計主要采用講述法、討論法、實驗探究法等方法，一般直接提問：如何驗證實驗室煉鐵產(chǎn)生的鐵？讓學生說出檢驗鐵的物理和化學方法;[3，4]把黑色固體的可能情況和驗證方法直接講述給學生;在學生根據(jù)現(xiàn)象提出對產(chǎn)物成分的質疑之后，通過生成物的驗證實驗來解答學生的問題，培養(yǎng)學生的證據(jù)推理的核心素養(yǎng)。

上述設計有幾個問題需要我們關注：（1）實驗室煉鐵的固體產(chǎn)物的檢驗是一個復雜的問題，如果只是講述檢驗方法，并不能使學生明白為什么選擇這種方法，而不能用磁鐵吸引的方法。光靠解釋與分析，學生很難對這個問題有深入的理解。在下一次遇到類似復雜混合物中驗證某種物質的存在問題.依然不得法。（2）忽視了產(chǎn)物的復雜性，直接利用鐵的物理性質或者化學性質驗證鐵的存在，存在科學性錯誤。（3）這些教學設計大多存在想當然，沒有站在學生的角度看待問題，解決學生的困惑，而是替代學生思考，違背了以學生為本的教學理念。（4）實驗活動名日“探究”，但整個過程中卻沒有源于問題的推理以及為問題解決尋求證據(jù)等過程，很難使學生體驗到問題探究的價值和意義。

二、教學設計思想和創(chuàng)新點

《普通高中化學課程標準（2017年版）》指出：化學學科核心素養(yǎng)包括“證據(jù)推理和模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”，這節(jié)課主要培養(yǎng)學生這兩個方面的核心素養(yǎng)。學生根據(jù)質量守恒思想對煉鐵產(chǎn)物提出質疑，并提出猜想，再根據(jù)原理去除錯誤猜想，最后整理猜想，感受煉鐵產(chǎn)物復雜性。接下來學生驗證產(chǎn)物中有鐵粉，通過查閱資料和互助合作，得出實驗方案和設計思路，然后通過實驗驗證，最后構建解決這類問題的思維模型。學生在質疑探討中解決實際問題，這是化學學科本質觀和價值觀的體現(xiàn)。

三、教學設計

1.教學目標

（1）通過思考與討論，認識到煉鐵產(chǎn)物的復雜性，增強證據(jù)意識，樹立嚴謹求實的科學態(tài)度;

（2）通過實驗探究，知道煉鐵產(chǎn)物中鐵的檢驗方法，掌握混合物中檢驗物質的方法，培養(yǎng)科學探究能力和建模解決復雜問題的能力。

2.教學實錄

探究1：生成的黑色固體一定是鐵嗎？

[師]思考生成的黑色物質一定是鐵嗎？如果你認為不是，談一談你的猜想？（提示：運用質量守恒定律）

[生1]化學變化前后元素種類不變，反應前有鐵元素、氧元素和碳元素，合理推測黑色固體也可能是鐵的氧化物，譬如四氧化三鐵。

[生2]可能是黑色的碳。

[師]根據(jù)表1中的信息（鐵的氧化物的顏色）思考還有哪些可能？

[生3]可能有氧化亞鐵。

[生4]還有可能是這些物質的混合物。

[師]這里有一種猜想并不合理，請小組討論，派代表發(fā)言。

[生]不會有碳粉，一氧化碳有奪取氧元素的能力，而不是失去氧元素變成碳單質。

[師]很好，我們來羅列一下對黑色固體成分的猜想。

[生]猜想一：鐵粉;猜想二：四氧化三鐵;猜想三：氧化亞鐵;猜想四：鐵粉和四氧化三鐵……

[小結]老師搜索資料得知：黑色物質確實不一定是鐵粉。我們的質疑是正確的。

探究2：如何驗證黑色物質中有鐵？

[師]今天我們的煉鐵實驗是否成功呢？你有沒有辦法驗證黑色物質中有鐵？小組討論設計實驗方案，同時把設計思路與大家分享。

提示：（1）氧化亞鐵無磁性;（2）金屬氧化物也能與稀鹽酸（或稀硫酸）反應，過程中無氣體生成;（3）四氧化三鐵與酸反應后的溶液為黃色;氧化亞鐵與酸反應后的溶液為淺綠色。

[生1]取樣，加入足量稀鹽酸，若有氣泡產(chǎn)生，則黑色固體中有鐵。

[師]你為什么只強調有氣泡這條現(xiàn)象，據(jù)我們所知，鐵與稀鹽酸反應后的溶液為淺綠色，你為什么不說這條現(xiàn)象？

[生1]因為如果有氧化亞鐵，也會呈現(xiàn)淺綠色，這條現(xiàn)象不是最關鍵的。

[師]你太敏銳了，你已經(jīng)體現(xiàn)出了你的設計思路。請其他同學來談談設計思路。

[生2]如果要證明鐵的存在，那就需要利用鐵區(qū)別于其他物質的特殊性質。如果用共同的性質去驗證，沒辦法說明就是鐵。

[師]總結得很好，這里體現(xiàn)的方法就是如果要從復雜混合物中驗證某種物質（A）的存在，需要利用這種物質（A）區(qū)別于混合物中其他物質的特殊性質（見圖1）?，F(xiàn)在，我們按照實驗方案來進行實驗，看看我們今天的實驗是否成功。

[生]完成實驗，并得出結論。

四、教學反思

1.教師首先要具有批判性思維

不少教師都積累了多年教學經(jīng)驗，但是這些經(jīng)驗大多來自于教材、教參、報紙雜志等。很多時候教師沒有深入思考這些內容是否適用于當下，是否已經(jīng)被更新的理論推翻……“拿來主義”使得教學停留在傳統(tǒng)的知識層面，缺少對學生方法的指導和能力的培養(yǎng)，這顯然與當下以學科核心素養(yǎng)和關鍵能力為導向的課堂教學理念格格不入。[5]教師應該與時俱進，了解最新教科研成果，積極參加教科研活動，批判性地看待問題，促使自己更接近真理。

2.著力培養(yǎng)學生實驗探究能力

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗是檢驗真理的唯一標準，所以引導學生進行實驗探究可以讓學生更接近學科的本質。本節(jié)課讓學生經(jīng)歷科學研究的一系列過程，對混合物中檢驗鐵粉有了更深入的認識，掌握了方法，建構了模型。布魯納曾說：“孩子們在教室里的所為和科學家在實驗室的所為只有程度不同，沒有本質區(qū)別。”開展實驗探究可以激發(fā)學生學習化學的興趣，強化科學探究的意識，促進學習方法的轉變，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。[6]

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.

[2] 中學化學國家課程標準研制組.義務教育教科書（化學九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2015：113-135.

[3] 王慧.“主線”與“暗線”融合讓化學課堂活起來——以滬教版“金屬礦物鐵的冶煉”教學為例[J].化學教與學，2014（11）：39-42.

[4] 王玲.《金屬礦物鐵的冶煉》教學設計[J].中學教學參考，2013（05）：84.

[5]徐小健，基于證據(jù)推理的化學生態(tài)課堂教學——以“無機非金屬材料的主角——硅”為例[J].化學教育（中英文），2019. 40（ 01）：7-9.

[6]王寶斌.核心素養(yǎng)：化學教學的應然追求——以“金屬礦物鐵的冶煉”為例[J].中學化學教學參考，2017（15）：27-30.