核心素養視角下教材實驗的創新應用探索

胡衛林 巫繼軍

摘要：實驗在化學教學中承載著多種功能。如何發揮實驗在課堂教學中的作用是一個值得不斷思考和探討的問題。結合課堂教學實際，利用教材實驗素材，通過增設、優化或改進實驗來激發學生學習興趣、幫助學生理解化學概念與原理、培養學生探究與創新思維能力和科學精神，促進學生人文精神和學科核心素養的發展。

關鍵詞：實驗教學;實驗創新;核心素養

文章編號：1008-0546（2018）12-0076-03中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.025

沒有實驗的化學就像沒有了靈魂的軀殼，永無進步與創新。新“課程標準” [1]中有18個學生必做實驗，不同版本教材中也有較多的演示實驗和學生實驗，可見實驗在中學化學教學中的重要地位。然而，由于升學指揮棒的影響，老師用手在黑板上板演實驗，用口復述實驗已成為中學化學課堂教學的一種常態，使得實驗在化學教學中的功能和價值逐步喪失。如何充分挖掘教材實驗素材，發揮實驗在化學教學中的作用呢？

一、提供感性素材，幫助學生理解概念和原理

化學概念和原理即是化學教學的主要內容，也是實驗探究的理論前提。在教學過程中，教師能從學生已有的認知水平出發，將學生未知的化學概念和理論通過新的實驗活動進行總結、歸納，將化學知識以實驗的形式表現出來，使學生通過對實驗的觀察或親自探究實驗獲得有關基本概念和基礎理論的知識，這有助于學生化學知識的有意義構建 [2]。

如在氧化還原反應的教學中，為便于學生更加直觀形象地了解氧化還原反應實質是電子轉移，增設了如下兩個實驗，如圖1、2。

實驗1：將已打磨過的鋅片插入盛有硫酸銅溶液的燒杯中，如圖1，觀察實驗現象。

讓學生通過實驗現象，寫出有關化學反應方程式并判斷是否為氧化還原反應，若是，依據是什么？學生根據氧化還原反應的概念可知鋅和硫酸銅之間發生了氧化還原反應，教師引導學生分析氧化還原反應中元素價態變化是什么因素所致？并讓學生根據圖2組裝儀器進行實驗。

學生通過實驗發現，鋅片溶解，銅片表面有銅析出（銅片表面增厚變亮），且電流計指針偏轉，得出氧化還原反應中伴隨著電流的產生。結合實驗現象，根據有關物理知識，可歸納出：鋅片失去電子，價態升高，電子由鋅片經導線定向移向銅片，銅離子在銅片表面得電子價態降低而析出，從而讓學生認識到氧化還原反應實質是電子轉移（得失或是偏移）。

在講解氧化還原反應的實質時，教師并沒有直接將結論呈現給學生，而是根據學生已有的認知水平，將抽象的概念轉化為形象具體的實驗現象，學生親自實驗，從可看得見的實驗現象入手，應用從宏觀到微觀，從現象到本質的思維方式，逐步分析得出氧化還原反應實質是電子轉移。然后再從電子轉移的角度概括氧化反應與還原反應的概念，并建立結構化內容體系，幫助學生加深對概念的理解與記憶，掌握氧化還原反應的核心概念及實質。

二、創設問題情景，開闊學生思維境界

學生積極的思維是基于原有認知與新接收到的信息之間出現的非平衡情況產生沖突，迫切需要解決某個問題開始的。根據認識沖突，通過問題啟發學生積極的思維活動，拓展學生的思維空間，激發學生探究的欲望。

如在硝酸的氧化性教學中，根據教材 [3]裝置進行銅與濃硝酸反應實驗，可以發現溶液呈綠色、試管內充滿紅棕色二氧化氮氣體，再用此裝置進行銅與稀硝酸的反應實驗時，學生發現溶液變藍，也產生紅棕色氣體，只是顏色較淺;但根據教材內容可知銅與稀硝酸反應的確是生成了硝酸銅與無色的一氧化氮氣體，為何會出現紅棕色氣體呢？課堂氣氛瞬間活躍起來，最開始學生認為是由于硝酸的濃度所導致的，即前者硝酸濃度大，反應快，氣體量多且濃度大，顏色深;而后者硝酸濃度小，反應慢，氣體量少且濃度小，顏色淺。但查閱資料后發現，一定濃度的稀硝酸與銅反應的確是只生成無色的一氧化氮氣體，否定了此猜想。結合一氧化氮的性質：一氧化氮易與空氣中氧氣化合生成紅棕色的二氧化氮，學生提出了裝置中有氧氣的存在。據此猜想，設計實驗方案，一是將裝置內的空氣排出，二是防止氮氧化物對環境的影響。經過討論優化后畫出如下裝置圖，如圖3，并進行實驗操作。

（1）實驗時，先關閉a，打開b，將裝置B下移，使碳酸鈣與稀硝酸接觸產生氣體，當C處產生白色沉淀時，立刻將裝置B上提，并關閉b。

（2）將銅絲下移，使之與稀硝酸接觸，可觀察到有無色氣體產生，A中溶液由無色變成藍色且有無色氣泡冒出，稍后將銅絲上拉，使之與稀硝酸分離。

（3）打開a，擠壓E，使少量空氣進入A中，觀察現象，可觀察到A中液面上出現紅棕色氣體。

（4）打開b，交替擠壓E和F，至裝置內氮氧化物氣體被氫氧化鈉溶液充分吸收。

將稀硝酸換成濃硝酸進行同樣的操作，觀察現象。

通過銅與濃、稀硝酸反應實驗，使學生已有認知與新接觸的信息產生沖突，進而打開思維空間，激活學生思維活動，通過討論分析，用優化后的裝置進行實驗，讓學生消除已有錯誤認知，加深對正確知識的理解，多個角度體驗濃、稀硝酸的強氧化性及其差異性，滿足了學生內在的探索欲望，開闊了學生的思維境界，深化了學生思維認識。

三、實施實驗探究，培養學生科學思維品質

化學是無數科學家通過實驗探索、分析推理、去偽存真發展起來的一門基礎學科，化學的學習過程離不開實驗探究 [4]，而教材中一些實驗安排的主要目的仍是驗證物質性質，缺乏對學生邏輯思維形成的深入引導和培養，致使學生參與的積極性不高，阻礙了學生邏輯思維發展的形成和創造性思維的提升;因此，可根據教學內容適當增加或改進一些實驗，使其變成趣味化、綠色化的創新型的探索性實驗。

如在濃硫酸性質的教學中，將教材 [5]實驗裝置優化改進，如圖4所示，進行實驗，通過以下兩個環節進行教學。

環節一：

（1）氣球變大，是什么原因所導致的呢？

學生提出了氣球變大是由于濃硫酸與蔗糖反應放熱使空氣膨脹所致，但將裝置在空氣中放置一段時間后，發現氣球基本沒有大的變化，說明不是主要原因。同學們通過資料查閱與分析，得出氣球膨脹主要原因是由于反應產生大量氣體所致。

通過此環節的教學，學生的分析問題和論證推理能力得到提升，由于實驗的趣味性，課堂氣氛也比較活躍，對下面的探究教學起到積極的推動作用。

環節二：

（2）反應產生了什么氣體？怎樣證明你的推測？

學生發表不同觀點：有的說是一氧化碳、有的說是二氧化碳、有的說是二氧化硫、還有的說是它們的混合氣體。通過一系列推理論證，同學們最終得出反應生成的是二氧化碳與二氧化硫的混合氣體，然后設計實驗方案。由于充分尊重學生的自主意識，所以在同學們所設計的實驗方案中，儀器的選擇多樣化，氣體檢驗試劑的選擇也是百花齊放，如二氧化硫氣體檢驗，有用品紅的，高錳酸鉀的，還有用氯化鐵溶液的等。學生根據實驗方案進行實驗探究，并通過實驗過程說出自己所發現的問題和所取得的成效！進一步對自己的實驗方案進行優化。在同學們所設計的方案中，雖然有些方案還存在一定的缺陷與不足，但整個方案的設計和探究活動過程，確實促進了學生的實驗技能及學科素養的提升。

此環節重在培養學生的邏輯思維能力和創新性思維能力，通過對實驗方案的設計，對實驗內容的探究，對實驗方案的再優化等過程，使學生的實驗技能和創新思維能力得到培養！

以上幾個案例，均是在利用原有實驗素材的基礎上或改進、或優化、或增加，生成新的探究學習內容，變性質驗證實驗教學為探究實驗教學，增加了實驗的趣味性，有效地促進了學生的主動探究意識的形成;不僅在學生理解化學概念和原理上有很大幫助，在學生創新性思維和科學素養的培養中也起到了關鍵的作用。因此，平時教學中，教師要善于發現和挖掘教材實驗資源，增設、改進或優化實驗，改變傳統單一的、填鴨式的實驗教學方式;讓實驗真正成為學生學習化學的好幫手，成為教師培養學生化學核心素養的得力助手，成為學生鍛煉能力的訓練場;讓學生在化學實驗教學中，實驗操作能力、探究思維與創新思維能力、科學精神及社會責任得到真正的提升，讓化學教學完成新課程賦予的新使命，促進學生人文精神和學科核心素養的形成，落實立德樹人的根本任務。

參考文獻

[1]? 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準[M].北京：人民教育出版社，2017：105

[2]? 孫丹兒，王祖浩.化學教師實驗研究選題的新視角[J].上海教育科研，2009（2）：91-92

[3]? 王磊.普通高中課程標準實驗教科書：化學1（必修）[M].山東濟南：山東科學技術出版社，2007：80

[4]? 吳明好.基于高考對學科核心素養的考查談高中化學教學[J].中國考試，2017（3）：31-37

[5]? 宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書：化學1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：100-101