基于“替代品”設(shè)計化學(xué)實驗的教學(xué)思考

摘要： 通過文獻調(diào)研，梳理基于“替代品”設(shè)計的優(yōu)秀的化學(xué)實驗方案。將這些實驗案例應(yīng)用到化學(xué)實驗教學(xué)中，有助于建立基于教材的知識驗證性實驗教學(xué)、基于“真實”問題的探究性實驗教學(xué)兩種教學(xué)模式，且有益于促進學(xué)生的知識學(xué)習(xí)和理解以及提升探究能力與創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞： 替代品； 化學(xué)實驗設(shè)計； 實驗教學(xué)案例； 教學(xué)模式

文章編號： 1005-6629（2023）04-0064-04

中圖分類號： G633.8

文獻標(biāo)識碼： B

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的課程理念中要求重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)［1，2］，倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，倡導(dǎo)做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)，開展項目式學(xué)習(xí)。在課標(biāo)教學(xué)建議中，對于條件有限的學(xué)校，可采取教師演示實驗或利用替代品進行實驗［3，4］。課標(biāo)中提到的“替代品”指的是實驗替代品。實驗替代品可以是試劑替代品也可以是實驗儀器替代品。試劑替代品主要是生活用品，如日常生活中的調(diào)味品、食材、醫(yī)藥、洗護用品、化肥、花肥等。實驗儀器替代品可以是生活中的容器、量器、熱源、電池、導(dǎo)線等。這類替代品在各類實體市場或線上商城中易得而且安全，不受各類政策限制，對于條件有限的學(xué)校開展實驗研究提供了方便，能提高學(xué)生實驗開出率與動手率，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力與科學(xué)精神。

1? 基于“替代品”的化學(xué)實驗設(shè)計方案

化學(xué)與生活密切相關(guān)，從生活走進化學(xué)，從生活中學(xué)習(xí)化學(xué)。用化學(xué)讀懂生活，將化學(xué)知識應(yīng)用到生活中去，讓化學(xué)科學(xué)與學(xué)生的生活世界融為一體?；谏鲜龅膶W(xué)習(xí)理念，化學(xué)教育工作者設(shè)計了很多基于替代品的化學(xué)實驗方案。在中國知網(wǎng)以“生活化學(xué)、實驗設(shè)計”為主題搜索，可以搜索到42條文獻記錄。很多都是在中學(xué)化學(xué)實驗基礎(chǔ)上采用替代品設(shè)計的創(chuàng)新實驗方案。這些實驗方案密切聯(lián)系生活，實驗藥品與儀器在生活中比較易得，便于激發(fā)學(xué)生興趣自己動手實踐，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。表1、表2列出部分文獻設(shè)計的方案以及部分作者的原創(chuàng)實驗方案。

表1實驗方案屬于知識驗證性的實驗，大多數(shù)是教材的演示實驗，或是學(xué)生分組實驗的延伸或改進。表2實驗方案是基于真實問題情境的項目化研究的探究性實驗。

2? 基于“替代品”設(shè)計化學(xué)實驗的教學(xué)模式

面對眾多的替代品化學(xué)實驗設(shè)計方案，如何將它們應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)實際而不是僅停留在文獻里，使其在實驗教學(xué)中激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神方面更好地發(fā)揮作用？經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，筆者認(rèn)為基于替代品實驗的化學(xué)實驗教學(xué)可以有以下兩種有效模式：一是基于教材知識驗證性實驗；二是基于“真實”問題項目化研究的探究性實驗。

2.1? 基于教材知識驗證性實驗教學(xué)模式

學(xué)生在完成一些章節(jié)的化學(xué)知識與實驗技能學(xué)習(xí)之后，教師用某些文獻中的替代品實驗方案，布置學(xué)生的實踐性作業(yè)。由學(xué)生準(zhǔn)備替代品開展化學(xué)實驗，實驗過程中進行視頻錄制，教師組織全班學(xué)生觀看，并進行評價。實驗者再根據(jù)大家的意見，改進設(shè)計與重新實驗。教師組織評分將分?jǐn)?shù)計入學(xué)生成績（見圖1）。

這類實驗每位學(xué)生都可開展探索與研究，拓寬了實驗參與人群。實驗過程基于真實情境，在設(shè)計以及進行實驗操作時，能加深化學(xué)知識的理解和記憶，促進化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，克服某些教材實驗“照方抓藥或只能遠觀不能動手”的缺陷。通過實驗準(zhǔn)備、實驗操作、實驗總結(jié)等，深入理解和應(yīng)用已有的化學(xué)知識。這種實驗教學(xué)方式，比較符合化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)要求，也與新課標(biāo)化學(xué)實驗教學(xué)要求相一致。這類實驗若布置為學(xué)生實踐性作業(yè)，還可以創(chuàng)新作業(yè)形式，符合國家“雙減”政策的要求。

2.2? 基于“真實”問題探究性實驗教學(xué)模式

對于化學(xué)學(xué)習(xí)者來說，用真實問題開展研究可以激發(fā)學(xué)生的感知，引起學(xué)生的挑戰(zhàn)欲望和學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生解決問題的動力，讓學(xué)生用好奇的眼光、審視性的思維，摸索出解決問題的方法［11］。當(dāng)學(xué)生有了一定的化學(xué)知識和實驗技能積累后，對文獻中描述的自己尚未學(xué)習(xí)過的實驗現(xiàn)象產(chǎn)生探究欲望，對生活中某些未知問題有了研究的沖動，此時可以引導(dǎo)他們進行真實問題的探究性實驗，讓學(xué)生“像科學(xué)家一樣去進行探究”。表2中列出了若干基于“真實”問題的探究性實驗方案，學(xué)?？梢岳帽碇杏嘘P(guān)的替代品，采用項目式學(xué)習(xí)的形式，指導(dǎo)學(xué)生開展研究?；谡鎸嵡榫?，先提出研究的問題，隨后獨立進行資料收集、整理、研究等工作，放在團隊中討論，最后付諸于實踐，解決問題尋求答案（見圖2）。

有三種類型的課程在學(xué)校教學(xué)中可以實施上述基于“真實”問題的探究性實驗教學(xué)模式，簡要闡釋如下。

2.2.1? 選修課程中實施

選修課指學(xué)校為培養(yǎng)學(xué)生個性，由學(xué)生自行安排選習(xí)的課程。選修課程由教師設(shè)計課程內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)興趣進行選擇。教師提出關(guān)于替代品的化學(xué)“真實”問題，在教學(xué)中與學(xué)生一起討論，引導(dǎo)他們經(jīng)過不斷猜想、設(shè)計、實驗失敗，再猜想再實驗，直至成功。

2.2.2? 社團課程中實施

社團是具有某些共同特征的人相聚而成的互益組織。對化學(xué)都感興趣和具有一定操作技能的學(xué)生組成化學(xué)社團?；瘜W(xué)社團給學(xué)生“真實”問題或者由他們自己提出“真實”問題。團隊經(jīng)討論研究，提出解決問題的方案，最后進行實證。由于學(xué)術(shù)性較高，合作意識更強，更能獲得探究的情感體驗。

2.2.3? 研究性學(xué)習(xí)中實施

研究性學(xué)習(xí)是綜合實踐活動板塊的一項內(nèi)容。作為高中生必修內(nèi)容計入高中學(xué)分。研究性學(xué)習(xí)是指從自身生活和社會生活實踐中選擇和確定研究專題，以類似科學(xué)研究的方式主動地獲取知識，應(yīng)用知識解決問題的學(xué)習(xí)活動。整個課題研究是由學(xué)生本人或團隊自主完成，教師進行適當(dāng)指導(dǎo)。

選修、社團、研究性學(xué)習(xí)這三種類型課程的實驗探究是由教師引領(lǐng)、學(xué)生團隊與學(xué)生個體共同研究的從低階到高階的過程。研究中引導(dǎo)學(xué)生圍繞“真實”問題，獨立進行實驗設(shè)計，敏銳地捕捉實驗的變化和差別，認(rèn)真分析實驗現(xiàn)象，進行實驗數(shù)據(jù)處理，得出實驗結(jié)論。

3? 基于“替代品”的化學(xué)實驗的教學(xué)價值

3.1? 把“知識”放置于“真實環(huán)境”中學(xué)習(xí)，提升知識理解力

實驗試劑和儀器有的全部基于替代品或部分基于替代品。這些替代品可以在生活中方便購買，選擇替代品過程中必然與學(xué)生累積化學(xué)知識相關(guān)聯(lián)。這種把“知識”放置于“真實環(huán)境”中的學(xué)習(xí)方式，可以培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)意識、社會責(zé)任感以及科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生化學(xué)知識的理解力。

3.2? 通過基于“真實”問題探究性實驗，提升探究能力與創(chuàng)新意識

基于“真實”問題的探究性實驗，學(xué)生用自身儲備的化學(xué)知識設(shè)計與控制實驗，能加深知識的理解與應(yīng)用。超出預(yù)期的實驗過程或在實驗失敗后的總結(jié)中，又能綜合應(yīng)用已學(xué)習(xí)過的知識分析，再設(shè)計和再探究，提升科學(xué)探究能力。在解決實際問題的過程中，能主動學(xué)習(xí)新的化學(xué)知識和科學(xué)實驗方法，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識。這種實驗方式使學(xué)生對事物進行全面觀察，抓住主要現(xiàn)象與特征，主動對于未知進行探索和實踐，提升了創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了創(chuàng)造才能。

3.3? 通過兩種模式實驗教學(xué)，轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)觀念，提升化學(xué)教學(xué)水平

教師的化學(xué)知識與經(jīng)驗大多數(shù)來自于教材。對于知識在生活中的應(yīng)用，有時也知之甚少。通過兩種模式的實驗教學(xué)，促進教師關(guān)注化學(xué)應(yīng)用意識和化學(xué)實際價值，對教材中的化學(xué)知識產(chǎn)生更深的認(rèn)識，也更有信心地去教授化學(xué)，通過這兩種模式的實驗教學(xué)，教師專業(yè)水平也會不斷提高。在條件有限的情況下，增強了教師創(chuàng)造條件進行化學(xué)實驗教學(xué)的意識和行動，以達到新課標(biāo)提升學(xué)生化學(xué)實驗?zāi)芰Φ囊蟆?/p>

4? 基于“替代品”的化學(xué)實驗教學(xué)的安全問題

安全問題是讀者和編輯十分關(guān)心的問題。筆者已經(jīng)開展了多年替代品實驗教學(xué)，沒有出現(xiàn)過一次安全事故。這是因為學(xué)生已經(jīng)基本掌握了化學(xué)操作技能以及一定的安全知識，會使用已儲備的安全知識思考與預(yù)期可能產(chǎn)生的問題風(fēng)險，做好了必要的防護，把危險扼殺在萌芽狀態(tài)，只要操作得當(dāng)，實驗前引導(dǎo)學(xué)生進行風(fēng)險評估，一般都不會出現(xiàn)問題，也就是說這類實驗是安全的。

基于替代品的實驗具有綠色安全、原料易得、實驗準(zhǔn)備工作量小和方便等優(yōu)勢，比較適合學(xué)校教師開展日常教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生開展探究實驗，更適合沒有專職實驗員的鄉(xiāng)村學(xué)?；驐l件薄弱學(xué)校，在振興鄉(xiāng)村教育的新時代背景下，這類實驗課程的應(yīng)用前景廣闊，未來可期。

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