基于核心素養(yǎng)的初中化學實驗教學探究

李際霞

《義務教育化學課程標準（2022年版）》指出化學課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，主要包括化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態(tài)度與責任，是學生發(fā)展核心素養(yǎng)在化學課程中的具體化?；瘜W實驗教學充分體現(xiàn)了化學課程的育人功能，展現(xiàn)了化學課程學習對學生發(fā)展的重要價值。這就需要化學教師在教學中結(jié)合學科特點，精心設(shè)計實驗，鼓勵學生探究，在“做實驗”中“學化學”。

一、開發(fā)家庭小實驗，激發(fā)學生的探究興趣

家庭小實驗一定要緊扣教材，與課堂教學相輔相成，作為課堂教學的有效拓展和延伸，內(nèi)容的選擇要注意時效性、可行性、安全性、綠色化。

蠟燭燃燒是生活中常見的現(xiàn)象，你了解蠟燭嗎？魯教版五四制化學教材第一單元第二節(jié)“體驗化學探究”就是以學生熟悉的蠟燭燃燒為載體，通過學生的合作探究，讓其經(jīng)歷從發(fā)現(xiàn)問題到猜想與假設(shè)，再到設(shè)計并親自動手實驗，最后得出結(jié)論，進一步反思交流，直到改進實驗不足的全過程。通過實驗激發(fā)學生的探究興趣，在好奇心的驅(qū)使下，學生還提出了更多在課堂上沒有時間解決的問題。作為課堂內(nèi)容的補充，教師可以安排家庭小實驗，鼓勵學生從不同的角度，對蠟燭繼續(xù)展開探究。

探究1：如何證明蠟燭的燃燒產(chǎn)物是水和二氧化碳？通過探究，學生不但得出了證明蠟燭燃燒產(chǎn)物的方法，而且根據(jù)質(zhì)量守恒定律得出蠟燭的組成元素中一定含有碳、氫元素，并且拓展延伸，發(fā)現(xiàn)用同樣的方法可以證明酒精、紙張等也含有碳、氫元素。

探究2：讓蠟燭熄滅的方法有哪些？學生的辦法有很多，如用嘴吹滅、剪掉燈芯、金屬勺子蓋滅等。除了這些方法，還有哪些方法不用接觸蠟燭也能讓它熄滅呢？通過嘗試，可以用燒杯扣在燃燒的蠟燭上或者將燃燒的蠟燭放在燒杯里，燒杯中加入碳酸鈉粉末，倒入適量稀鹽酸，過一會蠟燭也可以熄滅。通過探究，學生不但對滅火的原理有了深刻的理解，而且能在熟練二氧化碳性質(zhì)的基礎(chǔ)上，靈活運用碳酸鹽和酸反應放出二氧化碳的原理解決問題。

探究3：蠟燭熄滅后，白煙的主要成分是什么？能否隔空點蠟燭？通過探究，學生運用學過的知識揭開了隔空點蠟燭的奧秘，成就感倍增。

探究4：用大燒杯扣在兩根高低不同的燃燒的蠟燭上，哪根蠟燭先熄滅？學生探究的結(jié)論是上面的蠟燭先熄滅。由此得到啟示，即火災時應該低姿逃生，生命安全教育滲透其中。

干電池、鉛蓄電池、鋰電池、氫氧燃料電池等已走進人們的生活，你了解電池嗎？魯教版五四制化學教材第六單元第一節(jié)“化學與能源開發(fā)”中的探究實驗：化學反應能否產(chǎn)生電能，幫助學生解開電池的奧秘。學生通過探究才知道，原來電池都是由化學反應轉(zhuǎn)化成電能的，這種發(fā)現(xiàn)讓學生感到化學的神奇，很想自己驗證。教師及時安排了家庭小實驗“自制果蔬電池”。實驗方案：把一塊鋅片和一塊銅片平行插入一個成熟的檸檬中，用導線把鋅片和銅片連接起來，并在導線中間接入音樂賀卡上的小喇叭，聽一聽是否發(fā)出聲音；或者改進裝置，導線之間連接小燈泡或二極管，觀察是否發(fā)光。學生在實驗中，還把檸檬換成了其他酸性的物質(zhì)，如蘋果、橙子、土豆、甜瓜、西紅柿等，分別進行嘗試，樂在其中。該實驗安全可靠，學生便于操作，效果顯著。

為了進一步激勵學生，學校舉行了化學家庭小實驗大賽。教師先根據(jù)課堂教學內(nèi)容引導學生在多個實驗題目中選擇自己喜歡的實驗，展開探究，鼓勵學生寫出探究報告并錄制實驗視頻（邊做邊解說，包括對實驗儀器和藥品、實驗步驟、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)論、反思評價等進行解說），從中選出優(yōu)秀作品頒獎并展播，鼓勵其他同學進行評價等。通過家庭小實驗讓學生對物質(zhì)世界產(chǎn)生好奇心、想象力和探究欲，點燃學生的思維火花，保持學生對化學學習和科學探究的濃厚興趣。

二、挖掘教材實驗，發(fā)展創(chuàng)新思維

新課程標準要求學生要形成科學的態(tài)度，敢于提出并堅持自己的見解、勇于修正和放棄錯誤觀點，在解決真實問題的過程中形成質(zhì)疑能力、批判能力和創(chuàng)新意識。

（一）改進教材實驗

化學教材中的實驗編排只是為教學提供一種范例或思路，但不一定是最佳，甚至有的實驗還有一定的缺陷。教師應鼓勵學生勇于創(chuàng)新或大膽質(zhì)疑，運用學過的知識積極地去改進教材中的實驗，以獲得最佳的效果。比如，魯教版五四制九年級化學第89頁的實驗探究“工業(yè)煉鐵的化學原理”，對于尾氣的處理，從環(huán)境、能源等方面考慮可以有多種方法進行改進。圖1采用了點燃的方法除去剩余的CO，防止污染空氣。教師引導學生評價該實驗，發(fā)現(xiàn)CO沒有得到充分的利用，同時還浪費了酒精燃料。學生通過改進，設(shè)計用圖1b裝置代替圖1a中的A裝置，并進行評價。改進后的優(yōu)點是既除去了CO2，又用排氫氧化鈉溶液的方法收集CO再利用，丙裝置還可防倒吸，缺點是氫氧化鈉溶液雖然吸收CO2的效果好，卻不能檢驗生成物CO2，若換成澄清石灰水，吸收效果欠佳，但可以檢驗生成物CO2。學生每一次對裝置優(yōu)缺點的評價都是一次能力的提升，在改進過程中，學生又提出：能不能直接點燃尾氣做熱源呢？學生進一步設(shè)計圖1c裝置，改進后的優(yōu)點是將CO點燃給玻璃管加熱，既節(jié)約能源，又防止空氣污染，裝置也更加簡單。

（二）拓展教材實驗

教材實驗的安排具有針對性或代表性，學生通過探究實驗掌握科學探究的思想和方法，從而達到運用學過的知識解決問題的實踐能力。教師不僅鼓勵學生改進課本實驗，還激發(fā)學生通過課本實驗，發(fā)展思維，觸類旁通，完成更多類似實驗。在探究金屬鐵生銹的條件時，學生充分利用了變量控制的思想進行實驗設(shè)計。如圖2，通過①②對比，得出鐵生銹必須有氧氣參加；通過②③對比，得出鐵生銹必須有水參加。通過控制變量，進行對比實驗，得出鐵生銹的條件是鐵與氧氣和水蒸氣共同作用。在此探究基礎(chǔ)上，激發(fā)學生探究銅在空氣中生銹的條件。同理，如圖3，通過甲乙對比，得出銅生銹必須有氧氣參加；通過甲丙對比，得出銅生銹必須有水參加；通過甲丁對比，得出銅生銹必須有二氧化碳參加。通過控制變量進行對比實驗，得出銅生銹的條件是銅與氧氣、水蒸氣和二氧化碳共同作用。

如此，利用控制變量的思想，學生還可以設(shè)計實驗比較金屬的活動性、比較物質(zhì)的溶解性、探究燃燒的條件等。

在教學中，教師要引導學生依托教材的學習，但不要拘泥于教材，激勵學生敢于嘗試創(chuàng)新和改進，發(fā)展科學思維。

三、設(shè)計探究實驗，提升實踐能力

新課程改革注重培養(yǎng)學生的探究意識和實踐能力。要求學生能獨立或與同學合作完成簡單的實驗任務，能主動提出有探究價值的問題。因此，教師要注重問題的生成過程，不要為了探究而設(shè)計探究問題，應激發(fā)學生探究的欲望，給學生充分的探究時間和空間，引導學生探究式學習。

情境一：實驗室盛有氫氧化鈉溶液的試劑瓶沒有蓋好瓶塞。學生提出質(zhì)疑：氫氧化鈉溶液是否已經(jīng)變質(zhì)？教師順勢引導學生通過已有知識判斷變質(zhì)的原因，并引導學生設(shè)計實驗方案證明自己的猜想。經(jīng)分析，證明氫氧化鈉變質(zhì)的關(guān)鍵就是檢驗碳酸根離子的存在。怎樣證明呢？結(jié)合CO32-遇到H+會產(chǎn)生氣泡，遇到Ca2+、Ba2+會產(chǎn)生白色沉淀的性質(zhì)，引導學生分別選取三種類別不同的物質(zhì)，設(shè)計實驗。

方法一：加入稀鹽酸或稀硫酸，觀察是否有氣泡產(chǎn)生。

方法二：加入氫氧化鈣溶液或氫氧化鋇溶液，觀察是否有白色沉淀生成。

方法三：加入氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，觀察是否有白色沉淀生成。

若通過上述的方法證明氫氧化鈉已變質(zhì)，則進一步引導學生探究是部分變質(zhì)還是全部變質(zhì)？若部分變質(zhì)，溶液中應有NaOH和Na2CO3兩種溶質(zhì)，若全部變質(zhì)，溶液中應只有Na2CO3一種溶質(zhì)。比較兩種猜想，其實就是檢驗OH-是否存在，但要排除CO32-對OH-的檢驗造成的干擾。學生設(shè)計先加入足量CaCl2溶液或BaCl2溶液除去NaOH溶液中的Na2CO3。過濾后，往濾液中加入無色酚酞溶液，檢驗OH-是否存在。除了往濾液中加入無色酚酞溶液，還有哪些方法可以證明溶液否有NaOH？學生依據(jù)OH-的性質(zhì)又找到了更多方法，如加入硝酸銅溶液、氯化鐵溶液、紫色的石蕊溶液、紅色石蕊試紙、測pH等。學生在選取藥品的同時也對OH-的性質(zhì)有了更深刻的理解。反思評價階段，學生又提出新的問題：能否用Ca（OH）2溶液或Ba（OH）2溶液代替CaCl2溶液或BaCl2溶液除去溶液中的Na2CO3？通過書寫化學方程式，得出Ca（OH）2溶液或Ba（OH）2溶液又引入新的OH-，對氫氧化鈉的檢驗造成干擾。為了讓學生更好地厘清探究實驗的設(shè)計思路和方法，教師將整個探究過程制成微課，讓學生反復觀看。

利用類似的思路和方法，學生進一步設(shè)計實驗，探究暴露在空氣中氫氧化鈣的變質(zhì)情況，鼓勵學生探索多種解決問題的途徑，培養(yǎng)學生在真實情境中運用學過的知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新實踐的能力。

情境二：學生在學習氫氧化鈉的性質(zhì)時，氫氧化鈉與二氧化碳反應沒有明顯現(xiàn)象，怎樣變不可見為可見呢？利用壓強差的原理，向盛有二氧化碳氣體的軟塑料瓶里加入少量氫氧化鈉溶液，立即蓋緊瓶蓋，振蕩，觀察現(xiàn)象。學生觀察到塑料瓶變癟。有的學生認為：通過塑料瓶變癟能證明二氧化碳跟氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應；有的學生認為：該實驗不足以證明二氧化碳跟氫氧化鈉溶液反應，因為二氧化碳溶解在水中也會產(chǎn)生類似的想象。學生的分歧很大，爭論很激烈，教師因勢利導，趁機激發(fā)學生，怎樣設(shè)計實驗進一步驗證呢？采取分組合作探究的方式，展開討論，并設(shè)計實驗方案。

方案一：對比實驗法。取相同體積的軟塑料瓶，充入等體積的二氧化碳氣體，倒入等體積的水，立即蓋緊瓶蓋，振蕩，觀察塑料瓶變癟的程度。

方案二：化學方法。取少量反應后的溶液放于試管中，加入適量的稀鹽酸，若有氣泡冒出，證明生成了碳酸鈉，從而證明兩者已反應。

同樣，在學酸和堿的反應時，氫氧化鈉溶液與稀鹽酸反應也沒有明顯現(xiàn)象。教學中怎樣引導學生設(shè)計實驗變不可見為可見呢？需要借助酸堿指示劑、無色酚酞溶液或紫色的石蕊溶液。

方案一：在盛有氫氧化鈉溶液的試管中，加入少量酚酞溶液，振蕩，溶液變紅色。然后，逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，直至溶液變無色。

方案二：在盛有氫氧化鈉溶液的試管中，加入少量石蕊溶液，振蕩，溶液變藍色。然后，逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，直至溶液變紫色或紅色。

學生通過實驗對比，發(fā)現(xiàn)借助酚酞溶液變色更明顯。本實驗是借助酸堿指示劑，通過證明氫氧根離子的消失，證明兩者能反應。情境二中，學生遇到的問題不一樣，可是解決問題的思路大同小異，只有學生通過科學探究掌握了方法和思路，才能提升實踐能力。

實驗教學作為化學教學的重要組成部分，通過自主與開放的實驗活動，從不同視角設(shè)計、改進實驗方案，不但能夠深化學生對實驗過程及其原理的理解，促進學生在探究過程中構(gòu)建化學的基本觀念，而且能提升學生的動手實踐能力，提升學生的化學學科素養(yǎng)，真正實現(xiàn)科學育人的目的。

（作者單位：東營市勝利第一初級中學）

編輯：趙文靜