社會責任素養(yǎng)視角下的學科育人實踐
——以“實驗探究”為例

張靈麗

（蘇州市振華中學校 江蘇蘇州 215000）

一、問題的提出及對策

《義務教育化學課程標準（2022年版）》指出：執(zhí)行黨的教育方針，實現(xiàn)立德育人的根本任務，培養(yǎng)有理想、有能力、有責任的新人。［1］教育不僅只是傳授知識與技能的手段，更是鑄造德行，浸潤思想文化，培育價值觀念和個性化能力的過程。實驗教學是國家課程和課程標準的重要組成部分，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要渠道。中學化學實驗教學是讓學生獲得知識，培養(yǎng)技能和人格，提升綜合素養(yǎng)的手段。［2］筆者在初中化學教學中，嘗試以實驗為載體，浸潤社會責任，踐行學科育人理念。

1.弘揚愛國精神

模仿侯德榜制蘇打，培養(yǎng)學生的愛國情感，部分教學環(huán)節(jié)如下：

【教師】課前布置同學查閱資料，了解侯德榜制純堿的經(jīng)歷。

【學生】舊中國企業(yè)高價從國外購買純堿，民族化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展舉步維艱。經(jīng)過五年的探索，侯德邦和他的團隊對2000多個樣本分析，經(jīng)過500多個循環(huán)實驗，穩(wěn)定了具體的工藝流程。新工藝將鹽的回收率從70%提高到96%，并將沒有用的氯化鈣轉化為氯化銨。他還無私地向世界宣布了制堿技術，贏得了國際化學界的贊揚和尊重。

【教師】說說你聽完這段文字的感想。

【學生】侯氏制堿法提升了文化自信，增強了我們的家國情懷，侯德榜的事跡激勵我們砥礪前行，勇于創(chuàng)新，為國爭光。

【師生合作實驗】操作過程如下：配制飽和食鹽水，加熱濃氨水制備氨氣，向飽和食鹽水中通氨氣，一邊加熱濃氨水，一邊晃動平底燒瓶，讓氨氣和飽和食鹽水充分接觸，通氨氣過程中，為防止燒瓶里氣壓過大，間歇打開尾氣處理處的彈簧夾，釋放少量氣體到尾氣處理的燒杯里，以緩沖燒瓶內(nèi)的壓力。氨氣緩慢地進入飽和食鹽水中，大約半小時后，向飽和氨鹽水中通二氧化碳（用大理石和稀鹽酸制備二氧化碳），讓二氧化碳緩慢持續(xù)地通入氨鹽水中，大約半小時之后，看到燒瓶底部有固體析出，經(jīng)檢驗產(chǎn)物為碳酸氫鈉晶體。具體如圖1、圖2所示。

圖1 模擬侯德榜制純堿

圖2 燒瓶里的碳酸氫鈉晶體

設計意圖：首先，學生的愛國情愫、自豪感提升；其次，一名理科教師，堅守住對學科的熱愛，并把這種熱愛傳遞給學生，只有學生保持住學科興趣，才能保證學好這門課程的熱情和動力，將來才更有可能投入到化學的研究中，人類社會的進步，需要更多的化學工作者來改變；最后，該實驗的成功是經(jīng)歷多次失敗后，不斷總結改進的成果，磨煉不懼失敗的決心和行動，成為有責任、有擔當?shù)膶W生。

有很多愛國主義教育的經(jīng)典案例，適用于初中化學實驗教學。比如，在做蛋白質(zhì)性質(zhì)實驗中，引出我國科學家吳憲的事跡：我國于1965年合成的結晶牛胰島素，是世界上第一次、用人工的方法合成的、有生命活力的蛋白質(zhì)。吳憲早年就讀于麻省理工和哈佛大學，以優(yōu)異的成績獲得博士學位，他提出的血糖測定方法，被后人稱為“福林-吳”法，如果沒有這個方法，胰島素的發(fā)現(xiàn)就會受阻。［3］再比如，自從2019年底我國新冠肺炎暴發(fā)后，以鐘南山、張文宏為代表的我國醫(yī)學工作者為國為民的奉獻精神，鼓勵年輕人努力學習，報效祖國。

2.浸潤奉獻精神

科學研究是枯燥的，初次進實驗室，會新鮮好奇，但是當同一個過程要經(jīng)歷成千上萬次，就會枯燥氣餒，即便面臨無數(shù)次的失敗，仍有許多科研人員為了科學付出一切，這種不計名利的奉獻精神，永遠都是年輕人尊重和學習的楷模。

在學習從大豆中提取油脂的實驗中，通過己烷溶解豆油提取豆油的原理，引入屠呦呦提取青蒿素的教學。教學片斷如下：

【資料】青蒿素是針狀結晶，無色，幾乎不溶于水，可溶于乙醚、乙醇、微溶于冷石油醚等有機溶劑，易溶于丙酮、苯、氯仿和乙酸乙酯，熔點是156-157°C，受熱不穩(wěn)定。

【教師】可以選擇什么溶劑來提取青蒿素呢？

【學生】有機溶劑。

【教師】傳統(tǒng)的提取方法目前主要是有機溶劑提取。提取青蒿素的實驗條件：室溫下，浸提12天以上，能將青蒿素比較完全地提取出來，恒溫浸提條件為：溫度40°C，每天更換石油醚，接連提取5天，可以將青蒿素全部地浸提出。攪拌提取，轉速600 r/min，恒溫在45°C，提取3小時，得到最大收率，高達99%的提取率［4］。

【教師】查找文獻，尋找答案：為了提取青蒿素，屠呦呦團隊經(jīng)歷了怎樣的過程？

【學生分享資料】2015年，屠呦呦在85歲高齡時，獲得諾貝爾獎，因為她發(fā)現(xiàn)了青蒿素治療瘧疾的新方法。她的團隊成員李國橋，將瘧疾患者的血液注射到自己體內(nèi)感染瘧疾，只為測試針灸治療瘧疾的效果，連續(xù)使用針灸4天，陷入生命險境才停止。屠呦呦帶領團隊親自試藥，經(jīng)過190次失敗后，在第191次，采用乙醚低溫提取，通過改變提取溫度，獲得青蒿素。

【教師】說說你聽完上述文獻的感想。

【學生1】發(fā)現(xiàn)青蒿素，體現(xiàn)了屠呦呦團隊對科學探究的執(zhí)著、沉浸、頑強、不怕失敗的奉獻精神。

【學生2】屠呦呦是我們的榮耀，屠呦呦是首個我國教育體系下培養(yǎng)的諾貝爾科學類獲獎者，體現(xiàn)了我國教育的實力，也體現(xiàn)了我國人民的智慧和才能。

【學生3】中醫(yī)文化源遠流長、奧秘無窮，我們要盡力去探索和鉆研中醫(yī)藥的精華。

【學生4】屠呦呦的創(chuàng)新無畏精神，值得我們尊敬學習。

【學生6】屠呦呦團隊以身試藥，執(zhí)著奉獻的精神深深震撼了我。

【教師】對科學的執(zhí)著、勤奮、踏實和無私奉獻是屠呦呦成功的根本。

設計意圖：青蒿素的拓展教學，將愛國、奉獻、求真、創(chuàng)新等社會責任貫穿于教學中，塑造青少年的必備品質(zhì)。提煉鼓舞人心的科學內(nèi)涵和學科育人理念應當滲透在日常教學中。

3.提升文化自信

中國文化博大精深。我國古代的許多科學技術與化學有密切的關系，在世界上影響深遠，需要深入挖掘和傳授。

帶領學生做銅畫的實驗，進入金屬和鹽溶液置換反應的學習，引入中國化學史的教學。教學片斷如下：

【學生實驗】實驗操作：在培養(yǎng)皿里放一張濾紙，將硫酸銅飽和溶液和氯化鈉溶液倒在濾紙，浸濕濾紙，取一顆鋅粒放在濾紙上，用表面皿蓋上，靜置一段時間。［5］每位同學畫出來的銅畫都不一樣，如圖3-5所示。

圖3 “龍蝦”銅畫

圖4 “松樹”銅畫

圖5 “襯衫”銅畫

【教師】你知道實驗的原理嗎？

【學生】金屬和鹽溶液發(fā)生了置換反應。

【教師】不僅有鹽溶液和金屬的置換，還有平衡移動理論、氧化還原反應、鹽的水解、原電池、配合物等。［6］

【教師】查找文獻，了解中國古代的煉銅技術。

【學生1】殷商的青銅器。

【學生2】秦漢時期有：“白青得鐵，即化為銅。”

【學生3】三國、隋朝有：“石膽……燒至變白色者真”（硫酸銅晶體加熱分解。）

【學生4】唐宋有：“土綠紅銀法”（汞與少量水放入鐵釜中加熱沸騰，投入膽礬，鍋鐵將其置換出來，生成銅汞合金。［7］）

【教師】查文獻，挖掘中國古代的化學工藝。

【學生5】公元1075年，北宋偉大科學家沈括在《沈存中良方》中記載了“秋石”及制煉方法。從人的尿液中提取出雄激素，我國在11世紀，甚至更早的時候就做到了。［8］這是世界上最早關于提取性激素的記載。

【學生6】三國-隋朝時期，蒸餾膽礬制硫酸：“煉石膽取精華法?！蔽覈蛩猁}的發(fā)現(xiàn)與硫酸的制備早于西方至少1個世紀。［7］

【學生7】世界煉鋅的發(fā)源地是中國。

【學生8】在秦漢時期已經(jīng)使用草木灰，稱碳酸鈉為鹵堿。

【學生9】我國古代的絲綢、玉器、瓷器、金屬制品、牙雕、筆墨紙硯、釀酒技術名揚海內(nèi)外。大英博物館前十名的鎮(zhèn)館之寶中，其中三件是我國的陶瓷花瓶、敦煌壁畫、中國最早的絹畫《女士箴圖》。

【教師】聽完以上同學的介紹，你們有什么感想？

【學生】非常震驚！雖然化學這門科學是從西方引入到我國的，但中國古代的化學工藝也有很高的成就！好自豪啊！

【教師】查找文獻，了解我國古往今來的化學家及其貢獻。

【學生9】黑火藥是唐朝的孫思邈發(fā)明創(chuàng)造的，造紙術是東漢蔡倫發(fā)明的。

【學生10】在煉丹術、煉金術上葛洪造詣很深，《本草綱目》是明朝李時珍的杰作。

【學生11】范旭東是近代中國化工之父，我國第一家制堿廠、精鹽廠、制鋁廠、合成氨工廠、硫酸銨廠、化學肥料廠都是他創(chuàng)辦的。［7］

【學生12】中國放射化學之父楊承宗，分離出鏷233、錒227，手工合成原子彈鈾原料2.5噸。［7］

【教師】請同學們整理，畫出一張我國從古至今的化學工藝的思維導圖。學生畫的思維導圖如圖6所示。

圖6 我國化學史思維導圖

設計意圖：由實驗引入，學生查閱資料，分享中國化學史和化學家的杰出貢獻，學習科學家胸懷祖國、服務人民的愛國精神，提升化學學習興趣，加深理解化學知識，建立文化自信，增加民族自豪感。更重要的是，從古到今，默默付出的中國化學家應得到尊重和學習。

4.涵育堅毅品格

教育要承載兩個目的：求知和做人。在探究溶液的導電性時，和學生一起測溶液的電導率。教學片斷如下：

【教師】研究離子種類、濃度、溫度對電導率的影響因素。選用20種溶質(zhì)配制溶液，測溶液的電導率，每種溶質(zhì)配15種不同濃度的溶液（從0.1 mol·L-1遞增到1.5 mol·L-1），每種溶液測3次，另外，測Ba（OH）2溶液和H2SO4溶液反應的電導率的變化、H2SO4溶液和BaCl2溶液反應、CH3COOH溶液和NaOH溶液反應等的電導率變化。

【實驗經(jīng)歷】300次計算，300次精確稱量，300次溶解，900次洗容量瓶（兩次自來水沖洗，一次蒸餾水沖洗），300次測電導率，3000次數(shù)據(jù)記錄，1200次洗滌傳感器的探頭。

【實驗過程記錄】以上數(shù)據(jù)是第一部分的實驗，第二部分的實驗是測9組物質(zhì)反應過程中導電率的變化。50 mL的液體，必須要逐滴加（每毫升約20滴，50 mL的總滴數(shù)為1000），每組實驗耗時4-5小時。在實驗過程中，有4組數(shù)據(jù)有問題，重新配液返工。有的實驗甚至做十幾次，有的物質(zhì)溶解度很小，無法配出濃溶液，比如，常溫下Ba（OH）2的溶解度不大，多次嘗試后，0.025 mol/L的Ba（OH）2溶液才是澄清的，有的物質(zhì)常溫下溶解得很慢，要加熱才能慢慢溶解，比如硫酸鈉。師生寒暑假和平時的節(jié)假日基本都在實驗室做實驗，時間跨度一年半，部分實驗照片如圖7-12所示。

圖7 藥品和儀器

圖8 電爐加熱溶解

圖9 學生配制溶液

圖10 配制的15種不同濃度的硫酸銅溶液

圖11 0.1 mol·L-1不同溶液電導率隨溫度的變化

圖12 0.025 mol·L-1的B（aOH）2溶液和0.025 mol·L-1的HCl溶液反應的電導率曲線

【學生】為了一個數(shù)據(jù)，看一個結果，天天配溶液，好枯燥??！

【教師】實驗不僅是腦力勞動，更是體力勞動，為了探索一個結論或論點，科學家需要測成千上萬個數(shù)據(jù)，日復一日在實驗室里勞作，但是千萬次的操作，也不一定會有一絲希望的曙光。科研不易，科學家更不易，沒有一顆淡泊寧靜的心，沒有堅忍不拔的毅力和獻身科學的精神，是很難堅持的。但只要你一旦喜歡上它，專注于此，就不會覺得單調(diào)，反而是一種享受：享受在探索中帶來的不確定和挑戰(zhàn)。

設計意圖：學生通過親身體驗，認識到科研的艱難，新時代的年輕人勇于做時代先鋒，敢于質(zhì)疑，嚴謹求實、求真務實、不怕困難、不怕孤獨、淡泊名利、永遠攀登高峰、勇于爭先的創(chuàng)新精神。

5.質(zhì)疑批判精神

“科學地教學生真正的化學”。［9］在實驗研究中培養(yǎng)學生好奇心和批判性，提高思維深度。

關于金屬的習題中，金屬和酸反應產(chǎn)生H2的圖形題有很多，例如，質(zhì)量相同的鋁、鋅、鎂、鐵和足量的稀HCl反應，產(chǎn)生H2的總質(zhì)量隨時間變化的關系如圖13所示，則圖中a、b、c表示的金屬分別為：a 、b 、c 。

圖13 試題設計的曲線

這種題型的真實情況如何呢？帶領學生做實驗，教學片斷如下：

【教師】用相同質(zhì)量和形狀的鋁、鎂、鐵、銅、鋅和同樣濃度及體積的稀HCl反應，用壓強傳感器測壓強的變化。

【學生】實驗發(fā)現(xiàn)：如圖14和圖15所示，鋁、鋅、鐵真實的變化曲線和習題的圖形有很大的不同，只有鎂的反應曲線有相似處，特別是對于鋁片，反應開始緩慢，當從鋁片表面去除氧化膜時，反應速率迅速提高，鐵片的反應速度很慢，足夠的酸能完全溶解金屬，鎂帶被完全溶解耗時短，而鐵片被完全溶解耗時長。

圖14 Al和稀HCl反應的壓強曲線

圖15 不同金屬與稀HCl反應的壓強曲線

設計意圖：培養(yǎng)學生尊重事實的科學態(tài)度，激發(fā)學生的創(chuàng)造力和勇于追求科學真理的學科核心素養(yǎng)。［10］年輕人在學習中深思考，重探索，勇求知，堅守文化自信，提高創(chuàng)新能力。

二、結語

在化學教學中培養(yǎng)社會責任感，實施學科育人，既是為學生培根鑄魂提供基本保證，也是實現(xiàn)立德樹人的有力手段，充分發(fā)揮實驗“激發(fā)興趣、獲取知識、求真循理”等綜合育人功能。［11］知識和文化教育的應然狀態(tài)是將知識學習升華到理想和信仰培養(yǎng)的高層次。