“實驗探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略

張向榮

[摘? ?要]目前學生實驗中存在 “三多三少”現(xiàn)象，不利于學生“實驗探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。以二氧化碳制取與性質(zhì)實驗為例，提出引導學生“像科學家一樣探索思考”的三個策略，以促進學生應(yīng)用科學方法和技能來進行實驗，從而規(guī)范實驗探究流程，養(yǎng)成良好的科學研究習慣。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);實驗探究;創(chuàng)新意識;學生實驗

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2018）35-0062-02

實驗是化學學習的靈魂，通過實驗，特別是學生實驗，可以促使學生主動積極地獲取化學知識，認識并解決化學問題，利用化學知識更理智地思考生活中碰到的實際問題，培養(yǎng)學生“實驗探究與創(chuàng)新意”核心素養(yǎng)。

一、問題的提出

與課程改革之前相比，學生實驗在大多數(shù)學校已經(jīng)得到了應(yīng)有的重視，但是審視目前的學生實驗，仍然存在一些欠缺，而欠缺的這些方面直接關(guān)系到學生化學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.事前預設(shè)多，實驗生成少

初中化學有八個基礎(chǔ)實驗，在做基礎(chǔ)實驗前，常會看到，教師和學生一起對于即將開展的實驗從實驗?zāi)康摹嶒灢襟E、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果、實驗注意事項等方面進行地毯式研究后，學生才開始進行實驗。特別是一些驗證性實驗，學生對于結(jié)果已經(jīng)了然于胸，實驗過程不過是照方抓藥。過多信息的提前獲知抑制了學生的好奇心，實驗假設(shè)往往就是實驗結(jié)論，即使在實驗中出現(xiàn)一些異常現(xiàn)象，也會被打上“不小心失誤”的標簽一帶而過。

2.感性認知多，理性思考少

化學實驗是對學生化學知識的驗證和應(yīng)用，是學生認知的第二次飛躍。“探究”其實就是“探個究竟”的意思，實驗是“探”的手段，“究”是對結(jié)果的分析，而在實際教學中，感性認知多，理性思考少，也就是探得多，究得少，有時究的內(nèi)容其實學生已經(jīng)有所了解，因此不能提升學生思維的廣度和深度。

3.事實性知識多，技能性知識少

化學事實性知識是指反映物質(zhì)的性質(zhì)、存在、制法和用途等多方面的元素化合物知識及化學與社會、生產(chǎn)和生活實際相聯(lián)系的知識。在實驗教學中，為了讓學生多快好省地掌握實驗要求，教師往往會把實驗細分成若干知識點，甚至是實驗中可能會出現(xiàn)的一些問題一股腦地告訴學生，表面看上去，豐富了學生的知識經(jīng)驗，但是這些都是通過教師直接傳授，充其量只是增加了一些事實性知識，而觀察、對比、抽象、概括、自我學習等用于解決問題的實驗技能性知識仍嚴重欠缺，具體表現(xiàn)為沒有形成科學觀念，當要求獨自設(shè)計和完成綜合實驗時往往無從下手。

建構(gòu)主義學習理論認為，學生的學習是在與周圍環(huán)境的相互作用中自主建構(gòu)起來的。因此，教師要為學生提供多樣化的學習活動，使學生在“用知識學習”的過程中不斷加深對化學的認識，不斷提高自己運用化學知識解決問題的綜合能力。而目前學生實驗中存在上述“三多三少”的現(xiàn)象，沒有很好地體現(xiàn)建構(gòu)主義學習理論，不利于學生“實驗探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

鑒于此，我對“實驗室制取二氧化碳分組實驗”進行了一些探究與嘗試，在數(shù)據(jù)分析、裝置改進、異常現(xiàn)象探討等方面，引導學生應(yīng)用科學方法和技能來進行實驗，從而培養(yǎng)學生的“實驗探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。

二、“實驗探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

根據(jù)教材的編排，“實驗室制取二氧化碳分組實驗”是學生遇到的第二個分組實驗，做這個實驗時，學生有高錳酸鉀制取氧氣的分組實驗做鋪墊，且已經(jīng)掌握了基本的化學實驗操作，對于化學分組實驗也有初步的認識。這個實驗主要圍繞驗證二氧化碳化學性質(zhì)，培養(yǎng)學生的操作技能和觀察能力來設(shè)計，探究性不強，思維容量較小，易設(shè)計成“照方抓藥”式驗證性實驗。一般20～25分鐘就可以完成，本身難度不大，而關(guān)于二氧化碳的內(nèi)容無論是課內(nèi)知識還是課外知識，都有很多的相關(guān)內(nèi)容，有較大的二次開發(fā)的空間。

教材中關(guān)于“實驗室制取二氧化碳”的學生分組實驗，經(jīng)過多年的教學實踐檢驗，被公認為經(jīng)典實驗設(shè)計。在繼承與發(fā)揚經(jīng)典實驗的基礎(chǔ)上，我根據(jù)自己的教學特長以及任教班級學生的特點，在教學過程、實驗手段、思維探究、知識遷移、科學交流等方面進行了一些探索，提出了“實驗探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的幾點培養(yǎng)策略。

1.關(guān)注實驗生成，拓展研究范圍

化學實驗之所以讓人愛，是因為化學實驗變化多端，實驗中聲、光、色不同凡響，引人入勝;化學實驗之所以讓人恨，也是因為化學實驗變化多端，可能會出現(xiàn)一些與預設(shè)不同的變化，不易操作。預設(shè)與生成的不同，就會引出一些新的值得探究的問題。

著名教育學家蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。而在兒童的精神世界中，這種需要特別強烈。”

學生在實驗過程中會發(fā)現(xiàn)一些“異常”現(xiàn)象，這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是實驗原理、實驗操作或藥品等方面的問題，如二氧化碳通入澄清石灰水中的時間太長，石灰水由渾濁又變澄清，這是由于發(fā)生了其他化學反應(yīng)所致，是實驗操作的問題;若二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水不變渾濁，則可能是鹽酸太濃，也可能是石灰水變質(zhì)所致;若二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水渾濁不明顯，則可能是石灰水太稀，也可能是石灰水有部分變質(zhì)，或是通入二氧化碳的時間太短，等等。對于這些異常現(xiàn)象，有時需要照原樣重復實驗，看看是不是偶然原因;有時需要從藥品的種類、用量上考慮;有時需要借助工具書，在浩如煙海的知識中尋找信息;有時需要和老師一起探討，才能查明原因，解決問題。而這樣的解決問題的方式正是科學家進行科學研究時必須經(jīng)歷的過程。

2. 結(jié)合定量研究，掌握探究手段

滬教版教科書中寫道：“在通常狀況下，二氧化碳的密度比空氣大，因而常用向上排空氣集氣法收集二氧化碳。”書中卻沒有關(guān)于排水法收集二氧化碳的研究，為了讓學生比較兩種收集方法的效果，我把24個實驗小組分成兩大組，12小組學生先用排水法收集2瓶二氧化碳，然后再用向上排空氣法收集，另外12小組學生的收集順序則相反，每組分別用秒表記錄收集滿一瓶二氧化碳所用的時間，并用描點作圖法在一個坐標系里畫出折線圖，比較收集氣體的速率。再將澄清石灰水分別倒入集氣瓶中，用定性的方法比較石灰水的渾濁程度。通過比較，發(fā)現(xiàn)排水法得到的氣體純度更高。

用排稀酸法收集不同體積分數(shù)的二氧化碳和空氣的混合氣體，再用燃著的木條測試，測得當20%體積的CO2與80%體積的空氣混合時，木條時燃時熄，得出：當二氧化碳在空氣中的體積分數(shù)高于20%時，燃著的木條就會熄滅。再利用二氧化碳傳感器測出排空氣法得到的二氧化碳的濃度是58%，而排水法得到的二氧化碳濃度高達86%。通過定性、定量實驗的對比，讓學生比較不同收集方法的優(yōu)缺點，客觀看待不同收集方法。

通過這樣從定性到定量的細致研究，使學生了解到，科學是嚴謹?shù)模M行科學探究的技術(shù)手段是多樣的，技術(shù)對科學探究的影響可以從多個角度來考慮，而對實驗結(jié)果要通過分析推理來進行證實或證偽。

3.推進思維深度，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

二氧化碳的發(fā)生裝置有很多種，我們可以用生活用品代替實驗儀器，如用注射器代替分液漏斗，用吸管代替導管，用礦泉水瓶代替錐形瓶。這些生活用品的使用拉近了學生與化學的距離，活躍了學生的思維，使學生能關(guān)注生活，關(guān)注身邊的點點滴滴，這對于化學知識的普及大有裨益。

初三是化學的啟蒙教育，既然是“學科教育”，那么不僅要注重思維的發(fā)散性，更要注重思維的深刻性，以培養(yǎng)學生的化學核心素養(yǎng)，使學生意識到探究是科學家運用邏輯進行思考和解決問題的方式。

如本實驗的發(fā)生裝置按“簡易裝置→可控制反應(yīng)速率的裝置→可控制反應(yīng)的發(fā)生與停止的裝置”逐步改進，引導學生聯(lián)系物理知識，通過改變氣體壓強，實現(xiàn)固氣分離;收集氣體的方法從向上排空氣法到排水法再到多功能瓶排空氣法、排水法。所有的改進與創(chuàng)新都是在分析前一個裝置或一種方法的缺點的前提下，提出改進方向，設(shè)計新的實驗裝置或方法。在這樣一個逐步推進的過程中，學生的認知獲得了飛躍式的發(fā)展。

另外實驗時，還可先給出不同實驗儀器的圖片，讓學生選擇合適的儀器進行組合，然后再將儀器連接在一起進行實驗，觀察能否達到實驗預期。這樣先抽象再具體的過程，使學生能專注于裝置的設(shè)計上，體驗工程師先進行圖紙設(shè)計，再進行設(shè)備安裝的工作狀態(tài)。

三、實驗啟示

1.規(guī)范實驗探究流程，養(yǎng)成良好的實驗習慣

這些年，雖然各種培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的論文不斷涌現(xiàn)，但文章中鮮見強調(diào)探究的整體性，即“像科學家那樣思考探索”，基本實驗流程也慢慢淡出學生的視野。而在實驗教學中，實驗習慣的養(yǎng)成至關(guān)重要，實驗前預習，完成預習作業(yè);實驗中，填寫基本實驗報告;實驗后，整理實驗報告，撰寫實驗論文。只有這樣，才能使學生既能專注于學習探究過程中的各個零散的部分，又能從整體上把握實驗的進度，而在實驗后進行總結(jié)，可以升華思想。科學寫作，盡可能詳細地描述操作步驟和程序，與他人分享自己的觀點和實驗成果，這也是科學探究的一個重要環(huán)節(jié)。

2.合理設(shè)置探究環(huán)節(jié)，保護化學學習興趣

學生初三才開始學習化學，有趣的事實性知識，讓學生感到化學可親可敬，對化學充滿了興趣，對學好化學充滿了信心。在培養(yǎng)學生“實驗探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的過程中，不能操之過急，在分組實驗的安排上，要注意疏密有致，探究、討論整理的環(huán)節(jié)要適當，調(diào)控好課堂的節(jié)奏，靈活地處理和把握實驗探究步驟，最大限度地保護學生的化學學習興趣。

愛因斯坦曾經(jīng)說過：“教育就是學生忘記了學校所學的一切后剩下的東西。”化學核心素養(yǎng)就是化學學科留在學生內(nèi)心深處的那一抹綠。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 成尚榮.回到教學的基本問題上去[J].課程·教材·教法，2015（1）：21-28.

[2]? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3]? 王國崢.從教材結(jié)構(gòu)向教學結(jié)構(gòu)“轉(zhuǎn)化”的研究[J] .中學化學教學參考，2018（3）：42-44.

[4]? 鄧文勇.基于交互教學系統(tǒng)的多維參與式學習研究：以“二氧化碳制取的研究”教學為例[J] .中學化學教學參考，2018（5）：8-11.

（責任編輯 羅 艷）