利用學生實驗培養學生的化學素養與科學探究能力

朱姣來

摘 要：學生在設計實驗方案、進行實驗操作、觀察記錄現象、進行數據處理、獲取實驗結論的過程中，不僅能獲取知識、技能和方法，提高探究能力，還能形成良好的情感態度與價值觀。化學實驗是很生動、很直觀的，實驗中千變萬化的現象最能激發學生的興趣。

關鍵詞：學生實驗；化學素養；實驗課；科學探究

化學素養是指對化學這門學科的學習態度、學習方法、學習技巧、喜好程度等。2009年1月溫家寶同志在國家科技教育領導小組會議上所做的重要講話中，把教育改革作為制定《國家中長期教育改革和發展規則綱要》需要研究解決的重大問題之一，并指出：“我一直信奉這樣一句話：教是為了不教。不在于老師是一個多么偉大的數學家或文學家，而是老師能給學生以啟蒙教育，教他們學會思考問題，然后用他們自己的創造性思維去學習，終身去學習。”這就要求學生能夠通過對實驗現象的觀察主動獲取知識，通過實驗的操作培養學生嚴謹的習慣，具有進行數據的處理以獲得信息，并對信息進行處理得出結論的能力，學生能夠思考實驗中的矛盾，在自主探究、合作學習的過程中，培養探究技能、反思能力、與人交流的能力、搜集和整理信息的能力。

一、利用學生實驗，培養學生的化學素養

1.通過實驗中的問題，培養學生“嚴謹求學”的學習態度

化學是一門以實驗為基礎的學科，通過實驗可以幫助學生獲得感知、真知。實驗可以更好地培養學生的實踐能力、“嚴謹求學”的學習態度和“學以致用”的學習習慣。

【實驗1】乙醇與金屬鈉的反應：通過鈉分別與乙醇、水反應的對照實驗幫助學生了解（1）乙醇與鈉反應的實驗現象得出什么結論？（2）該對照實驗現象的不同說明了乙醇具有哪些性質？（3）乙醇、水以及酸分別與相同大小的鈉反應的速率怎樣？考慮到學生的知識遷移能力和概括能力還不是很強，讓學生回答第一個問題。至于第（2）（3）問，讓學生運用以前所學的基礎知識，通過預測，觀察實驗，對比現象，分析原因，歸納知識，得出結論。

學生在做實驗的過程中很認真、很有興趣，并且能由現象得出一些結論。如，對比實驗中試管壁手感都熱，說明鈉與乙醇或水反應都是放熱反應；水與鈉反應速度比乙醇與鈉的反應速度快。但在實驗中也存在著一些問題。

[呈現的問題]

（問題1）實驗前，學生習慣性地先用水清洗試管與燒杯，在清洗過的兩只試管中分別加入相同量的水、乙醇，然后在這兩只試管中加入相同大小的鈉。結果實驗現象區別不大。

（問題2）實驗過程中，不能很好地描述實驗現象以及解釋原因。如，為什么有的學生實驗中鈉與乙醇的反應，鈉沉在底部？有些學生的試管中鈉卻有些上下浮動？

（問題3）在實驗結束后，有個別學生發現鈉與水的反應已經結束，沒有觀察另一試管中鈉與乙醇反應到什么程度，就直接將試管中的藥品倒入下水池里，因為剩余的鈉與水池中的水反應，產生了爆鳴聲，引起了學生的恐慌。

本實驗要求學生通過實驗掌握基礎知識。它要求學生有較好的觀察能力、動手能力以及靈活運用知識的能力，并且有通過實驗找出反應實質的能力即發現問題、解決問題的能力。學生受“舊”習慣的影響，沒有真正明白該實驗的目的以致忽略了實驗步驟中的關鍵詞“無水乙醇”，因為信息點的短缺或偏差從而導致實驗失敗。該實驗能夠讓學生通過自己實驗的失敗，思考實驗中（問題1）與（問題3），為什么會出現這種失誤？在學生心中形成一個深刻的印象：對待學習與實驗要“嚴謹”，對待生活要“嚴謹”，對待工作也要“嚴謹”。否則極容易因為自己的不嚴謹導致失敗甚至更嚴重的后果。

學生不能解釋（問題2）“為什么有的學生實驗中鈉與乙醇的反應，鈉沉在底部？有些學生的試管中鈉卻有些上下浮動？”說明學生只是單純地學習新知識，不能習慣性地將所學知識運用到自己的學習中，當學生離開校園就不能很好地“學會思考問題，然后用自己的創造性思維去學習，終身去學習”。

2.通過實驗中的問題，培養學生“學以致用”的學習習慣

對比實驗是化學學科研究的重要方法之一，是以正確的實驗操作和觀察的方法為基礎，以實驗現象為依據，在實驗過程中通過人為控制所產生的兩個類似現象之間的差異進行對比分析的一種實驗教學過程。俄國心理學家謝切諾夫說：“比較是人類最珍貴的寶藏。”

【實驗2】在亞鐵鹽的學習中要求學生做下面的對比實驗：

[呈現問題分析]

該實驗序號1中溶液呈現血紅色，學生很有興趣，學生對實驗結果的描述也很準確，但是卻有一部分學生拿著自己的試管提出了問題：為什么自己的亞鐵鹽與KSCN混合一段時間后會出現三層顏色——上層血紅色，中層粉紅色，下層無色？

做溶液實驗時，我們為了縮短實驗時間，普遍存在震蕩試管使試劑的混合速度加快這一操作，有一些學生自動將本實驗調整為三組：①氯化鐵、KSCN，震蕩；②氯化亞鐵、KSCN，震蕩；③氯化亞鐵、KSCN，不震蕩。馬上就有學生運用從氫氧化亞鐵處學習到的知識解釋了這一現象：沒有震蕩的那組實驗露置在空氣中，因為最上面的Fe2+被空氣中的氧氣氧化成Fe3+，使上層顯血紅色，越接近試管底部，接觸的空氣越少，Fe3+越少，所以溶液顏色越淺。學生的這次自動自發的調整將“對比實驗”運用得更加淋漓盡致，同時還復習了上節課的內容。對于學生能自覺進行“對比實驗”，并運用已有知識解釋實驗現象，這是我沒有想到的，我為此感到驚喜。我被學生的這一行為深深地觸動了：我們往往只注重學生是否學習了理論知識，而不注重學生是否真正掌握并會運用這些理論知識；只注重怎樣讓學生更快地掌握知識，而不舍得把時間還給學生，讓學生能夠運用所學的理論知識、所掌握的實驗技巧去學習、思考。長此以往，我們培養的學生將缺乏應有的化學素養，只會是一個死讀書的學生。

二、利用學生實驗，培養學生的科學探究能力

1.通過實驗中的問題，培養學生“分析問題、解決問題”的能力

在化學教學中，教師要能夠有意識地引領學生關注實驗過程中所表現的形態變化，通過想象理解物質的反應實質，這對于學生在學習化學的過程中感受想象的樂趣、體驗化學知識和概念產生的真實背景，從而促進其長遠發展具有十分重要的意義。

【實驗3】金屬的化學性質：Na與水反應（提供實驗藥品與儀器：Na、CuSO4溶液、大燒杯、酚酞試劑）。Na與水反應的現象以及該現象體現出Na的什么性質，學生都能較準確地回答。

[探究一]

（1）書寫Na與水反應的化學方程式與離子方程式，預測Na與水反應的實質。

（2）Na排在金屬活動順序表的前面，預測Na與CuSO4溶液反應有什么現象。

個別學生能很快地回答出“Na與水反應的實質”，給學生時間慢慢書寫，一段時間后有更多的學生理解了Na與水反應的實質。在“預測Na與CuSO4溶液反應有什么現象”時，幾乎所有學生都回答：溶液顏色變淺、有紅色固體析出。

[探究二]

利用提供的藥品與儀器，完成Na與CuSO4溶液反應的實驗，準確描述實驗現象，用化學方程式描述Na與CuSO4溶液反應的實驗過程（提供實驗藥品與儀器：Na、CuSO4溶液、大燒杯、酚酞試劑）。

學生完成實驗，發現實驗現象與預測現象有很大區別：Na浮在液面上，發出嘶嘶的響聲，熔成小球，游來游去，Na的附近溶液變紅后消失，燒杯中有藍色沉淀，部分學生的燒杯底部有黑色沉淀。這時教師只需要幫助學生歸納實驗現象，但是為什么有這些現象則仍然留給學生時間思考：①Na與CuSO4溶液反應的現象和Na與水反應的實驗現象有何異同？②用化學方程式描述Na與CuSO4溶液反應的實驗過程。部分學生只用了5分鐘時間就明白了整個反應過程，并用化學方程式準確描述出Na與CuSO4溶液反應的實驗過程。

這一節課幾乎都是在學生的思考與實驗操作中結束的。這是一節教師參與很少，學生學得很快樂，知識掌握很迅速的一節課。這節課不僅告訴學生遇到問題時，需要運用所學知識分析問題、提出猜測、驗證猜測、最后得出結論的學習過程，同時也提醒我：學生在求學過程中教師需要有耐心，給學生足夠的時間去分析所學知識，慢慢思考、反復猜測、實驗求證、真正理解，這樣所得的知識才能真正屬于學生，才能在高中階段達到培養學生“分析問題、解決問題”的能力這一目的。

2.通過實驗中的問題，培養學生“合作學習、探究學習”的能力

美國國家理科教育標準指出：“科學探究是發展其他標準所要求的理解力和能力的基礎。”化學實驗不僅要求學生掌握化學的基本理論知識，更重要的是讓學生在實際實驗操作中鞏固在課堂上學到的理論知識，讓學生在實驗中發現問題，提出問題并解決問題，提高學生的綜合素質。高考考試大綱對“化學實驗基礎”的要求提到能根據實驗試題做到：（1）設計、評價或改進實驗方案。（2）了解控制實驗條件的方法。（3）分析或處理實驗數據，得到合理結論。

【實驗4】已知：Fe（OH）3紅褐色沉淀，Fe（OH）2白色沉淀。鐵的氫氧化物有兩種：Fe（OH）3與Fe（OH）2。試完成下列表格，并解釋原因（提供實驗藥品與儀器：鐵架臺、鐵圈、酒精燈、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、FeSO4溶液、NaOH溶液、CCl4、植物油）。

該實驗簡單易操作，學生制取Fe（OH）3時很輕松，預測現象與實驗現象一致。但是制取Fe（OH）2時發現了預測現象與實驗現象有很大的區別。

[探究一]

（1）什么因素引起預測現象與實驗現象有這么大的區別？

（2）如何控制實驗條件使預測現象與實驗現象一致？

（3）小組討論，利用桌面上提供的藥品，設計一個較完善的實驗方案。

有一部分學生從鐵元素的化合價以及氧化還原的角度分析得出亞鐵離子不穩定，易被空氣中的氧氣氧化成+3價鐵離子。為了能使實驗成功，必須控制該實驗在隔氧的環境下完成。

[學生的解決方案]

（1）用膠頭滴管吸取NaOH溶液，插入裝有FeSO4溶液的試管，在液面下再滴加。

（2）因為CO2的密度比空氣大，在裝有FeSO4溶液的試管上空緩緩充入CO2氣體。

（3）抽取試管中的空氣。

（4）不停地充入N2，然后反應。

（5）在裝有FeSO4溶液的試管中加入CCl4以隔絕空氣。

（6）在裝有FeSO4溶液的試管中加入植物油以隔絕空氣。

[探究二]

（1）同學們提出的方案有許多，但是哪一種最好？其他的方案有哪些不足呢？

（2）FeSO4溶液中溶解的少量空氣對實驗會不會有影響？怎樣除去FeSO4溶液中溶解的少量空氣？

學生通過小組討論、思考發現，方案（2）（3）（4）沒有對應的儀器與藥品支持，且操作復雜。小組通過實驗操作，發現方案1不能得到白色沉淀Fe（OH）2，方案（5）中CCl4密度大，在液面下層，不能達到隔絕空氣的作用，方案（6）是最佳方案。“[探究二]”中第2問的提出，使學生意識到實驗過程中漏了考慮溶液中的空氣，不過學生很快就知道需要用加熱的方式趕出FeSO4溶液中的空氣。

葉圣陶曾說過：“所謂幫助，主要不在于傳授知識，而在于引導學生自己去求得知識，也就是引導學生自己發現問題，自己去解決問題。”開展以實驗為主的探究式學習，培養學生探究未知世界的能力。學生在實驗過程中能夠獲取知識，有利于培養學生自主、合作、交流、活動、探究等學習能力。通過這些實驗探究與實驗操作，引起學生分析、理解并進行反思、批判，最終幫助學生建構自己的知識體系，并在這一過程中領悟獲取知識的方法。化學是一門以實驗為基礎的學科，新課程標準要求：學生在設計實驗方案、進行實驗操作、觀察記錄現象、進行數據出爐、獲得實驗結論的過程中，不僅能獲取知識、技能和方法，提高探究能力，還能形成良好的情感態度與價值觀，通過學習基礎知識體驗科學探究活動，培養學生科學探究的能力，通過科學探究培養學生終身學習的能力。

參考文獻：

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[3]陸亞東.高中化學科學探究常態化教學的必要性.中學化學，2010（04）.

[4]曾國瓊.廣東高考化學實驗題命題分析及教學建議.教學研討會，2011（09）.

（作者單位 廣東第二師范學院番禺附屬中學）