通過課堂化學實驗促進高中生科學素養提高

李志飛 陸曄

摘要：實施課堂化學實驗可以促進學生科學素養的形成，但需要教師兼顧科學素養的內涵，恰當運用教學策略，在實驗前精心設計實驗步驟，關注實驗細節，在實驗過程中及時發現問題、解決問題。本文通過三節有學生分組實驗的研究課案例分析，淺淡了如何通過課堂化學實驗促進高中生科學素養的提高。

關鍵詞：課堂觀察；化學實驗；學生分組實驗；科學素養

文章編號：1008-0546（201２）０4-0026-0３中圖分類號：G６３２．４１文獻標識碼：Ｂ

doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１２．０4．０11

我國頒布的《２００１～２００５ 年中國青少年科學技術普及活動指導綱要》中認為科學素養的內涵應包括：科學態度、科學知識和技能、科學方法、科學行為習慣。高中生科學素養是主要指學生對科學的了解程度，包括科學知識和技能、對科學的理解、科學的思維方法、與自然有關的人文精神、價值觀以及運用科學知識和方法解決問題的意識和能力。其基本內涵應包括：科學意識、科學知識、科學能力、科學思維和方法以及科學人文品質。高中化學實驗教學是培養學生科學素養的主要陣地之一。通過對中國期刊網近２０年有關“化學實驗、科學素養”為題的論文檢索，有５０余篇相關的研究論文。研究的內容主要包括：強調化學實驗對培養學生科學素養的重要性；改進化學實驗教學，轉變教育理念，改進師生關系提高學生的科學素養；新課程理念下化學實驗與科學素養培養策略探討等［１－４］。相當一部分的論文內容以工作總結體會為主。結合具體教學案例分析探討如何進行高中生科學素養培養的論文很少。本文結合２０１１年南京市假期教師培訓班安排的三節有學生分組實驗的研究課案例分析淺淡如何通過課堂化學實驗促進高中生科學素養的提高。

案例一：《選修一：化學與生活》生命的基礎物質——糖類

本節課教師設計了兩個學生分組實驗。

實驗一：葡萄糖的銀鏡實驗，教師將課本上的教師演示實驗改成學生的分組實驗。

教師提供試劑為：氨水、硝酸銀溶液、葡萄糖溶液。

課堂實錄：

教師：（講授）葡萄糖可以和新制的銀氨試劑反應，這就是銀鏡實驗。

學生： 聽講（表情期待）。

教師：（講授）銀氨試劑容易分解，所以使用時要現配。配制方法是：在硝酸銀溶液中逐滴滴加氨水，直到最初產生的白色沉淀恰好溶解，這時配好的溶液就是銀氨溶液。（教師邊講邊示范）

學生：聽講（有部分學生開始交流討論并在裝試劑的提籃中尋找對應試劑）。

教師：（講授）現在就請你們自己配制銀氨試劑并滴加葡萄糖溶液，水浴加熱后觀察實驗現象。

學生：動手實驗（兩人一組，配合較好）。

教師：（講授）現在你們手中的試管里發生了什么變化？有銀生成的實驗小組請把試管舉起來。

學生：把手中試管舉起來（只有一組由于速度較慢，試管仍在水浴加熱，未能舉起，其余小組都將試管舉起）。

實驗二：①驗證淀粉的水解條件及水解產物。②驗證淀粉水解程度。教師同樣將課本上的教師演示實驗改成學生的分組實驗。

教師提供試劑為：硫酸、氫氧化鈉溶液、淀粉、硝酸銀溶液、氨水、碘水、蒸餾水。

課堂實錄：

教師：（講授）多糖可以在催化劑條件下進行水解，水解的最終產物為單糖。淀粉就是一種多糖，請自己設計實驗，驗證淀粉的水解條件及水解產物。現在可以開始。

學生：聽講后準備實驗。（一部分學生表現積極，表情興奮，開始在裝試劑的提籃中尋找實驗試劑；另一部分學生表情迷惑，四處觀望后也開始準備實驗；還有一部分學生完全沒動手實驗。）

教師：學生實驗時開始巡視。

學生：開始進行驗證淀粉的水解條件的實驗。（一部分學生在淀粉溶液中滴加硫酸后加熱；一部分學生在淀粉溶液中滴加氫氧化鈉溶液后加熱；一部分學生在淀粉溶液中不加任何試劑進行加熱；還有一部分學生以上三種情況都考慮到了所以做了三組對照實驗。）

教師：（邊巡視邊講解）現在需要驗證淀粉的水解產物，你們準備用什么試劑？

學生：銀氨試劑。（少數學生，大多數學生注意力仍集中在手中進行的實驗。）

教師回答：對，可以開始了。（沒有對學生的第一步操作進行點評并且沒有提醒學生加堿中和淀粉的水解液。）

學生：開始進行驗證淀粉水解產物的實驗。（一部分學生開始配制銀氨試劑，另一部分學生還在進行上一步驗證淀粉水解條件的實驗。）

學生：繼續實驗（沒有實驗小組的銀氨實驗成功）。

教師：邊巡視邊關注時間，由于實驗時間較長，教師停止了實驗。

教師：（提問）現在請實驗小組匯報實驗結論。

學生：匯報實驗。

教師：（講解淀粉水解條件以及如何檢驗淀粉水解產物，并提出此銀鏡實驗成功的關鍵是實驗進行前在淀粉水解溶液里滴加氫氧化鈉溶液將溶液性質調成堿性。）

學生：聽講（部分學生開始討論）。

教師：（講授）請回家思考如何驗證淀粉水解程度。（由于第一步實驗時間較長，原安排實驗沒有進行。）

課堂觀察反思：教師設計的兩個學生分組實驗取得了不同的實驗效果。實驗一取得了滿意的效果，學生通過葡萄糖的銀鏡實驗理解并掌握了葡萄糖有還原性這一知識點，實驗成功的關鍵是教師將實驗的關鍵步驟也是實驗操作的難點——銀氨試劑的配制，給學生做了示范，學生仔細觀察后進行模仿，實驗取得成功。準確的實驗觀察能力正是科學素養的組成部分，實驗一成功的鍛煉并培養了學生的觀察能力。實驗二的效果不理想，雖然教師在實驗結束后對實驗設計和實驗成功關鍵步驟進行了回顧總結，但實驗耗時過長并影響了全部實驗的實施。教師對本實驗的預設是一個全開放的實驗，即在教師不進行任何指導藥品試劑全部自選的情況下學生進行實驗。這樣一部分學生能根據教師提出的實驗目的很快設計出實驗操作步驟進行實驗（這其中也會有一部分學生的設計是錯誤的），另一部分基礎較弱的學生可能根本無法設計出實驗操作步驟。教師如果能更細致的設計此實驗，可以使學生在實驗時的目的性可操作性得到加強。例如，本實驗可以設計為先讓學生根據實驗目的寫出自己的實驗方案，教師請幾位學生讀出自己的實驗方案，全班交流討論選出最優方案。讓每個學生都明確實驗如何操作并了解實驗成功關鍵點之后再動手實驗，這樣可更有效的培養學生的思維能力、動手能力、小組合作能力，這些也是科學素養的組成部分。

案例二：《化學必修一》碳酸鈉與碳酸氫鈉

本節課教師設計了一組學生分組實驗對碳酸鈉與碳酸氫鈉的以下性質進行了對比①溶解性及水溶液的酸堿性，②與鹽酸反應生成二氧化碳的快慢。

教師提供試劑：固體碳酸鈉、固體碳酸氫鈉、蒸餾水、酚酞、鹽酸。

課堂實錄：

教師：（講授）大家猜想碳酸鈉、碳酸氫鈉能不能溶于水？請大家動手實驗驗證自己的猜想。注意：沒有講明藥品用量時，我們取用固體藥品只要蓋滿試管底部，液體水只要１～２mL。

學生：動手實驗。

教師：（講授）碳酸鈉與碳酸氫鈉的水溶液酸堿性如何？如何驗證？

學生：（齊聲回答）加酚酞。

教師：那么現在開始驗證。

學生：（滴加酚酞驗證溶液性質）

教師：你們認為碳酸鈉與碳酸氫鈉與鹽酸反應，哪一個會更快放出氣體？

學生：討論。

教師：究竟誰說得對，請動手實驗驗證，并請實驗結束后解釋你看到的現象。

學生：動手實驗并很快得出結論，最后由一名學生解釋了實驗現象。

課堂觀察反思：這是一個很成功的學生分組實驗。教師在實驗過程中起到了很好的引領作用。本實驗教師沒有動手，教師只是搭好臺階，通過自己設置的一組提問啟發了學生，使學生根據實驗目的一步步設計實驗步驟，最終通過實驗現象歸納出物質的化學性質。這組實驗很好的鍛煉了學生的實驗設計能力。

案例三：《化學必修一》氨 硝酸

本節課教師在講解氨氣極易溶于水的性質時，設計了一個學生分組實驗。每個實驗小組在課前都領到一個收集滿氨氣的小試管。在進行學生分組實驗之前，教師演示了氨氣溶于水的噴泉實驗。

課堂實錄：

教師：（講授）剛才大家看到了美麗的噴泉，你們想不想自己體驗一次？

學生：（齊聲回答）想。

教師：你們面前的小試管里已收集滿氨氣，現在請你們將小試管口向下插入水槽中，觀察現象。現在開始實驗。

學生：動手實驗。（一部分學生的小試管內液面上升直至充滿試管，一部分學生的小試管內液面未上升或上升不明顯。）

教師：邊巡視邊與學生交流。

教師：現在請一組匯報他們的實驗。（教師請一組實驗成功的小組進行匯報。）

學生：匯報實驗并解釋了試管內液面上升的原因。

教師：（結束學生實驗進入下一環節，沒有對實驗未成功的小組進行分析。）

課堂觀察反思：這是一個指導學生對實驗細節進行觀察分析的好機會，可惜被教師忽視了。我們觀察分析了本次實驗失敗學生的實驗操作，發現這些學生在領到教師分發的收集滿氨氣的小試管后，都將小試管口向上插在了試管架上。我們都知道氨氣的密度小于空氣，這樣的操作使氨氣極易外逸，到教師發布口令學生進行實驗時，小試管內的氨氣已所剩不多，實驗效果當然大打折扣。如果教師這樣處理實驗：在實驗結束后問一聲，是否有學生沒有看到預期的實驗現象，然后帶領學生分析實驗失敗原因。這樣的處理就不會讓學生帶著遺憾走出課堂，同時也能加深學生對本節課學到的氨氣密度小于空氣這一知識點的印象。因此，教師在實驗過程中要關注細節及時利用課堂生成的教學資源促進學生科學素養的形成。

本文通過三節有學生分組實驗的研究課案例分析，淺淡了如何通過課堂化學實驗促進高中生科學素養的提高。在教學實踐中，需要教師運用恰當的教學策略，根據學情細致地設計實驗；在實驗開始之前，要為學生鋪路搭橋；在學生動手實驗之時，及時發現問題，為學生解疑答惑。教學中把培養科學意識居于首位，培養其學習科學知識的興趣、愛科學，渴求科學知識的心理傾向和用科學的態度來認識客觀世界的敏銳感、思維習慣。科學知識是基礎，要充分發揮其載體作用，利用學生各學科中已經掌握的科學知識去掌握新知識。科學能力是科學素養的核心，要強化實踐操作能力，注意培養學生實施調查，設計步驟的能力；信息搜集、處理、使用能力；觀察實驗能力，以及科學思維能力。科學方法是人們揭示客觀世界奧秘、獲得新知識、探索真理的工具。思維方法是人們認識世界和改造世界的精神活動形式、方式和程序的總稱。高中階段學生尤其需要掌握觀察、操作與實驗的方法以及參與探究活動的方法、收集與利用信息的方法；需要培養逆向思維、側向思維、發散性思維方法、收斂性思維等。另外，不僅要培養嚴謹細致的科學作風，實事求是的科學態度，更應注重學生人文精神的培養。

參考文獻

［１］ 吳海建．從培育科學素養的角度看化學實驗教學［Ｊ］．化學教育，１９９９，（６）

［２］ 蔣小飛．在化學實驗教學中培養學生的科學素養［Ｊ］．教學與管理，２０１１，（３）

［３］ 武小剛，王麗萍．在高中化學實驗教學中如何培養學生的科學素養［Ｊ］．教學實踐，２０１１，（６）

［４］ 楊錦鳳．如何利用化學實驗提高學生的科學素養［Ｊ］．數理化學習，２０１０，（４）