高中化學“科學探究與創新意識”素養下的實驗創新策略

彭紅英

(江蘇省包場高級中學,江蘇 南通 226001)

從高中化學學科核心素養視角來看,科學探究與創新意識是針對實驗教學環節提出的,指的是學生主動發現與提出具有探究價值的化學問題,根據探究目的設計和優化實驗方案,完成實驗的操作,且結合觀察記錄與實驗數據進行加工后得到結論,學生之間可以相互交流探究成果,提出改進或者繼續探究的設想,他們要尊重證據與事實,不能迷信權威,需形成獨立思考、敢于批判與質疑的創新精神.高中化學教師應以此為基本導向創新實驗教學策略,帶領學生積極參與到實驗活動中,促進他們科學探究與創新意識素養的提高.

1 善于聯系生活,創新化學實驗內容

1.1 巧妙引入生活素材,精心設計生活實驗

我國著名教育學家陶行知先生曾說過“教育即生活”的名言,化學正是源自于前人對自然與生活的歸納,又經過系統的學習讓化學更好地服務于日常生活.在高中化學“科學探究與創新意識”素養下,教師可巧妙引入生活素材,精心設計生活化實驗,由此創新實驗內容,輔助學生更好地學習化學知識[1].

例如,在進行“氧化還原反應”教學時,教師事先準備好生活化素材,即比較常見的一杯茶水,現場演示實驗:先往這杯茶水中加入少量的硫酸亞鐵溶液,再往里面加入適量的草酸晶體,要求學生認真觀察茶水顏色的變化情況,討論茶水在加入不同物質后出現什么變化?他們結合看到的實驗現象指出加入硫酸亞鐵后茶水變成黑色,而加入草酸晶體后茶水又恢復至原來的顏色,借機設疑:大家知道茶水顏色為什么會出現變化嗎?由此引出新課主題——氧化還原反應,激發學生對氧化還原反應的好奇之心,讓學生在接下來的課堂教學中進一步集中注意力,確保課堂教學效果.之后,教師詢問:你們在初中時期都學過氧化反應與還原反應嗎?由學生結合學過的知識羅列出氧化反應與還原反應的化學方程式,引出話題:這兩類反應是否是獨立進行的?組織他們自由討論和舉例說明,明確這兩個反應會同時發生,使其順利得出氧化還原反應的概念.

1.2 開設課下探究活動,拓展學生實驗空間

針對高中化學“科學探究與創新意識”素養下的實驗教學來說,教師除在課堂上演示一些生活化實驗以外,還要開始課下探究活動,帶領學生深入到生活中,拓展他們的實驗空間,使其擁有更多進行科學探究與創新的機會,改善自身的化學素養.

比如,在開展“有機合成”教學時,本節課要學到“油脂”這一常見的生活用品,學生知道家中做飯用的動物油與植物油均屬于油脂,在堿性條件下通過水解生成的高級脂肪酸鹽是肥皂的主要成分.學習完課本知識后,教師可以安排一些課下實驗任務,如:調查家中是否放有過期的植物油?抽油煙機收集到的油是如何處理的?使用這些油脂與堿(或者用廚房中的食用堿代替堿)、食鹽等物品自主動手制作肥皂;且給予提示:家中做飯用的鍋可以當作實驗儀器.步驟如下:先把廢油脂與堿在加熱情況下進行水解,再加入適量的食鹽進行鹽析,然后將收集到高級脂肪酸鹽進行洗滌,最后壓制成型.同時,學生在實驗操作中,要思考以下問題:加熱油脂時溫度應控制在多高?油脂同堿或者食用堿按照什么比例配制反應的較為徹底?怎么檢驗水解反應是否徹底?加入多少食用鹽進行鹽析等,進一步拓展他們的科學探究空間,使其收獲豐富的學習體驗.

2 明確學生主體地位,創新化學實驗形式

2.1 制造更多實驗機會,鼓勵學生創新實驗

高中化學教師在平常教學中需要明確學生的主體地位,制造出更多的實驗機會.將實驗當作學習化學的一門常用手段,鼓勵他們對以往的實驗進行創新設計與操作.當然要以安全為前提,使其科學探究與創新意識得到發展[2].

以“有機化合物”教學為例,當學習到“苯酚”這一物質時,教師可出示苯酚軟膏使用說明書,說明中指出“不能和堿性藥物同時使用”,引導學生提出猜測“苯酚具有酸性”,以此為基礎產生疑問:苯酚是否屬于酸?酸性是弱還是強?假如是弱酸性,與碳酸相比是弱還是強?鼓勵他們自主設計與操作實驗,使其根據實驗現象展開分析與推理.接著,學生可能設計出如下實驗:(1)分別使用pH試紙與紫色石蕊試液來檢測苯酚溶液的pH與酸堿性;(2)將大小一樣的鎂條分別同等量的苯酚溶液與蒸餾水反應,比較反應速率;(3)將適量的苯酚分別同氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液反應,結合實驗現象推測結論;(4)向同氫氧化鈉溶液反應后的澄清液中通入二氧化碳,結合現象推測結論.學生通過一系列實驗突破常規思維的束縛,培養他們的科學探究與創新意識,使其思維向縱深處發展,提升思維能力.

2.2 引入小組學習模式,學生進行合作實驗

高中化學知識對學生的綜合化學能力有著更高的要求,有時他們僅僅依靠個人能力很難獨立完成實驗的設計與操作,極易陷入到思維障礙與困境之中.這時高中化學教師可基于“科學探究與創新意識”視角切入,適時引入小組合作學習模式,除指導學生操作一些常規的驗證性實驗以外,還要指導他們進行深入探究,多操作一些探究性的化學實驗,借此發展其科學探究與創新意識[3].

例如,在“鐵及其化合物”教學中,當學習氧化亞鐵這一鐵的化合物時,課本中并沒有過多介紹氧化亞鐵的性質,教師可以先引領學生結合元素化合價的特征嘗試推測氧化亞鐵的化學性質,使其根據所學的氧化還原反應原理推導出含有+2價鐵的化合物同時具備氧化性與還原性,讓他們初步認識氧化亞鐵.接著,教師以上述結論為切入點設置問題:鐵能夠同水蒸氣發生反應,那么氧化亞鐵是否可以表現出同鐵相似的性質同水蒸氣發生反應?判斷依據是什么?怎么證明出來?組織學生分小組進行合作分析與討論,得出氧化亞鐵和水蒸氣發生反應的可行性:FeO能夠同H2O(g)發生反應;能使用鐵與水蒸氣反應的反應裝置;通過驗證反應產物有氫氣即可獲得肯定結論.之后,教師指導學生在小組內按照方案進行合作實驗,使其在相互幫助下一起完成實驗探究任務,將學習內容同小組實驗相結合,讓他們在合作中增強科學探究與創新意識.

3 積極接軌時代發展,創新化學實驗教學

3.1 借助現代教育技術,優化實驗教學流程

對于高中化學“科學探究與創新意識”素養下的實驗教學而言,教師應積極同時代發展相接軌,借助現代教育技術將一些不易操作、存在安全隱患的實驗以信息技術手段模擬出來,不影響對學生科學探究與創新意識的培養[4].

比如,在“電解池”教學過程中,本節課主要學習電解原理及其應用,課本中通過“電解氯化銅溶液實驗”引出電解原理,該實驗操作起來難度較大,不易把控,容易出現失誤,影響結果的準確性.課堂上,教師談話導入:大家知道化學能會轉變成熱能,也可以轉變為電能,要用到原電池裝置,今天就帶領你們學習電能是如何轉化為化學能的.以此激起學生的好奇心與求知欲,使其對新課的學習充滿期待.接著,在實驗環節,教師可以利用多媒體設備播放“電解氯化銅溶液實驗”的視頻,并給予點撥:電解時為什么會有銅和氯氣生成?通電前溶液中有哪些微粒?離子是如何運動的?通電后離子的運動情況有什么變化?電解氯化銅溶液時怎么形成閉合回路?為什么陰極上是銅離子得電子,而不是氫離子?陽極上是氯離子失電子而不是氫氧根離子?這與什么因素有關?使學生根據實驗視頻展開討論,讓他們認識電解池的原理.

3.2 滲透綠色化學理念,創新實驗教學觀念

高中化學教師創新實驗教學時,應當積極滲透綠色化學理念,根據具體教學要求與目標操作一些微型化學實驗,盡量減少有害物質的產生,將產生的廢氣、廢液、廢渣給處理掉,培養學生的科學探究意識、創新意識與環保意識[5].

例如,在實施“氯及其化合物”教學時,當學習到“制取氯氣”這一實驗時,教材中介紹氯氣實驗室制取方法,最常見的是使用濃鹽酸和二氧化錳反應.當鹽酸濃度較稀時,反應就停止,而氯氣是有毒的刺激性氣體,在該反應中采用向上排空氣法收集氯氣時,很難控制氯氣不逸出,導致環境污染.考慮到綠色環保問題,教師可指導學生改進實驗方法,利用氯酸鉀和濃鹽酸反應來制取氯氣,在氯離子+氧化劑+酸性環境下,用氧化性較強的氯酸鉀,只需3 g左右的氯酸鉀粉末與2 mL左右的濃鹽酸即可,用到的藥品較少,還無需加熱就能夠直接發生反應,而且整個實驗裝置處于一個全封閉的空間內,尾氣處理得較為完全,操作起來比較簡便,還不會對環境產生污染,整個實驗過程安全可控制,能夠得到更好的實驗結果.這樣通過滲透綠色化學理念培養學生科學探究與創新意識素養,增強他們的環保觀念.