談高中化學學科核心素養中學生創新意識的培養

蔡小鴻　張麗云

摘要：創新意識是化學學科核心素養中的核心。本文依據高中化學核心素養的培養要求，結合實例，介紹了在化學教學過程中應從提出問題能力、提出猜想和假設能力、探究方案設計創新、實驗方式創新、探究結果處理創新及評價標準激勵創新等六個方面著手培養學生的創新意識。

關鍵詞：核心素養；創新意識；質疑；假設和猜想；實驗

2016年9月高中課程標準修訂組制訂的《普通高中化學新課程標準（征求意見稿）》中將化學學科素養劃分為“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”和“科學精神與社會責任”等五個維度。高中學生必備品格和關鍵能力之一的“創新意識”，則是高中化學學科核心素養中的核心內容。

創新意識是一個人創新的靈魂和動力。歐美主要發達國家拔尖創新人才層出不窮，產出概率遠遠高于我國。在我國，各行各業都亟須有創新意識的人才，創新意識的培養迫在眉睫，作為一線教師，責任在肩！

培養學生創新意識關鍵在于保護學生的好奇心，提高對事物的敏感度，增強學生的科學探究的興趣、欲望和對真知的執著追求。下面我將結合實例，從六個方面著手談談學生創新意識的培養。

一、 提出問題能力的培養

培養學生的創新意識，首先要呵護好學生對身邊事物的好奇心，提高對事物的敏感度，從而激發學生的問題意識和質疑精神。

科學探究問題的提出可能來源于身邊的事物、生產生活、科學史話、文獻閱讀，也可能來自實驗情境、物質類別對比中。教師激疑過程中應精心設計問題情境，并綜合考慮其是否能引起學生的興趣，情境是否引起學生的懸念和是否能夠引起與學生已有知識、觀念的沖突等。

案例1：金屬性質探究

學生做實驗時將鋁片分別跟等H+濃度等體積的鹽酸和稀硫酸進行反應，卻驚奇地發現鋁與稀硫酸幾乎不反應。激疑：是什么原因導致鋁與所稀硫酸幾乎不反應？鋁與鹽酸與稀硫酸反應原理有何不同？

學生做銅與稀硝酸、濃硝酸反應實驗中發現均會生成紅棕色氣體，但教材中指出銅與稀硝酸反應生成的產物是NO。激疑：銅與稀硝酸生成的氣體究竟是什么？如何證明？進而質疑：銅與不同濃度硝酸產物有何不同？

在做鈉與CuSO4溶液反應實驗時，有學生驚奇地發現除了有藍色沉淀生成外，還有少量的紅色固體析出。激疑：鈉在CuSO4溶液發生了什么反應，產生該現象的原因又是什么？

二、 培養對有關的化學問題提出假設和猜想的能力

偉大的科學家牛頓以自身的經歷告誡人們：“沒有大膽的猜想，就做不出偉大的發現。”愛因斯坦說過：“科學研究要大膽假設，仔細論證。”引導學生進行積極的假設和猜想，是培養學生進行知識再創造的良好開端。

“假設”“猜想”是一種思維活動，包含了理性的思考和直覺的判斷。因此學生的假設和猜想可能是經過反復思考的、符合邏輯的，也可能是打破常規的“異想天開”。不管是哪一種情況，教師都應給予鼓勵，精心保護學生積極假設、猜想的精神，并引導他們享受假設、猜想的成功體驗，更好地發揮他們的創造力。

另外，假設和猜想并不意味著毫無根據，其內容應該依據已有的觀察和科學的事實。為增強假設和猜想的有效性和合理性，我們列舉了以下假設和猜想的方法。

1. 基于物質及其變化的事實提出假設與猜想

在探究過程中，學生運用頭腦中已有知識、日常生活現象或部分實驗事實等進行假設與猜想是很常見的。

案例2：在學習影響化學反應速率的因素時，學生聯想在日常生活中的事實：儲存食物藥品通常要放在冰箱中、陰涼處；顆粒狀固體間反應時，通常先進行研磨后進行反應；用醋除水垢用白醋比用食醋的效果更明顯等等。從而引發猜想：影響化學反應因素可能有溫度、固體表面積、溶液濃度等等。

2. 基于微觀結構的描述，預測物質的性質和在一定條件下可能發生的化學變化

案例3：乙醇性質學習中，應用結構決定性質思想分析：由于羥基這個官能團的影響，由于O的電負性大，吸電子能力強，O-H極性大，使O-H鍵容易斷裂；再通過對比乙醇和水微觀結構的相似性，進而根據金屬鈉與水的反應提出乙醇與鈉可能也會反應的假設。通過甲醇、正丙醇、乙二醇與乙醇微觀結構上的相似性，進行其與鈉反應的產物的假設。

3. 基于模型認知，推測物質的組成、結構及變化

案例4：學習有機化合物苯C6H6時，學生依據化學式和價鍵原理，自己動手制作球棍模型，可制作出很多種同分異構體及其空間結構；又如氣體摩爾體積的學習中學生可通過分子結構和晶體結構模型的認知，猜想決定氣體體積大小的可能因素。

4. 運用類比法，對物質及其變化的相似性和差異性提出猜想和假設

類比法是化學教學中很常用的一種方法。學生可以將幾種不同物質但具有某種相同特性的物質放在一起進行比較，對物質及其變化的相似性和差異性提出相應的假設。

案例5：研究SO2、SiO2性質時，可通過與熟知的CO2性質分別從酸性、氧化性、還原性方面作類比。

5. 依據與問題有關的變量推理提出猜想和假設

一個因變量，常常有多個自變量，這就要求學生仔細全面地分析，這個常常應用于影響化學反應有關因素的猜想。

案例6：KMnO4溶液與H2C2O4溶液反應先慢后快，在反應過程中變量有：反應物濃度、酸化時稀硫酸的用量、溫度、產生的新物質Mn2+等，進而猜想是何種變量導致反應速率的變化。

三、 運用“頭腦風暴”的方法，設計多樣化的探究方案

在學生設計探究方案時，我們可對學生進行分組，運行“頭腦風暴”的方法，組員間圍繞某個探究主題自發提出方案，討論交流中優化探究方案。在實驗設計中，對于同一探究問題，學生可能會提出很多種方案，有的是錯誤的，有的則是有道理甚至是完全正確的。對此，教師要采取鼓勵為主的方式，始終不忘激發、鼓勵學生能別出心裁、標新立異地提出合乎化學規律的新觀點、新想法，鼓勵學生創新。

探究方案設計中，教師應注意培養學生分析其合理性和可行性；實驗藥品和儀器是否常見易得；實驗現象是否明顯；是否綠色環保；如何改進和避免可預見的危險等。

1. 儀器、裝置的創新使用、數字化傳感器的引進

在化學實驗中，儀器的創新使用、裝置的改進，可以鍛煉學生的發散思維，培養學生的創新意識。

運用“頭腦風暴”，讓學生根據實驗目標，進行交流討論，確定其儀器、裝置創新的可行性。對儀器的非常規使用、一器多用、儀器的重新組合綜合使用。比如，球形干燥管除了用于干燥、吸收尾氣及檢驗裝置外，還可用于與石棉絨和水槽組合形成簡易裝置，還可制成污水凈化的簡單的過濾裝置等等。

其次可以創新設計使儀器來源生活化，使探究日常化。比如，用注射器代替膠頭滴管、量筒、分液漏斗等，用礦泉水瓶、可樂瓶、青霉素瓶等代替試劑瓶；盛藥片的塑料板代替點滴板，輸液塑料管代替帶活塞的導管等等。

另外，學校應該創設條件引進一些數字化傳感器，提升學生探究能力和創新的空間。如在滴定曲線測定時，如果沒有借助于pH計是很難實現的。

2. 鼓勵實驗的綠色化設計，開展微型實驗

高中化學實驗的綠色化設計，即對常規的化學實驗進行改進，用盡可能少的試劑進行實驗，減少實驗室的“三廢”排放，實現沒有或只有極少環境副作用。對于涉及有毒有害氣體的反應，可在現象明顯的基礎上進行微型化處理。

微型實驗具有用藥量少、污染小，操作簡單、現象直觀，快速安全等特點。在保證實驗觀察效果的基礎上可以創新。我們高中三類現象明顯的反應：顯色反應等顏色變化明顯的反應、沉淀反應以及部分的制備氣體的反應均可以改為微型實驗。

案例7：氯氣、SO2、氨氣等有毒氣體，按傳統方法進行性質實驗，污染性大。如果改為應用點滴板、表面皿、濾紙進行一系列性質實驗，時間短、操作簡單、污染性大大降低且現象明顯。

四、 進行實驗探究，發揮化學實驗在創新能力培養的獨特功用

高中化學核心素養之“科學探究”“宏觀辨析”及“證據推理”的實證的取得均需用到實驗探究。

在實驗探究過程中，學生使用實驗儀器、裝置進行實驗操作，通過觀察發現問題，解決問題，對文獻資料的搜集，實驗方案的再設計，實驗條件控制的嚴謹性，干擾因素的排除，數據的整理和處理，進行現象觀察分析、解釋；對實驗存在的問題進行探索與修正，最后形成結論、觀點。這種方式對學生創新能力的培養是其他任何教學活動都有所不及的。

1. “玩”中做

化學家“玩”土（礦物）的過程中，不僅產生了水煮、酸浸、堿熔、研磨、焙燒、過濾等實驗操作，還發現了許多新的物質性質。舍勒把他家附近的礦石（軟錳礦）和鹽酸放在一起煮出了“黃綠色的氣體”。化學是一門與人們的衣、食、住、行、玩聯系最為密切的學科，日常生活中很多現象與化學息息相關，教師應充分利用分組實驗和課外自主探究實驗，讓學生玩轉身邊的事物，讓學生有充分自由來自行組織實驗，在“玩”中探究，激發學生的探究興趣，充當身邊事物的探索者和發現者的角色，體味科學的魅力。這些“玩”的過程無疑也是一種創新意識的培養過程。

2. 質疑中做

化學學科核心素養之“科學探究與創新意識”培養水平要求中提道：“能對實驗中的‘異常現象和已有結論提出質疑，反思并提出新的實驗設想，并進一步付諸實施。”化學實驗中一個實驗有多種現象、一個實驗現象有多種原因，在實驗探究過程中，應培養學生對實驗中的“異常現象”、不明顯或結論不正確的實驗現象提出質疑，及時地分析原因，找出實驗操作和設計中的問題，合理巧妙地組織和改過實驗操作順序和實驗方案，反思，提出新的實驗設想，并進一步付諸實施。

學生有了這種研究性的實驗習慣，就會在實驗過程中自主地發現問題并最終解決問題，從而達到培養學生核心素養的教學目的。

五、 探究結果處理的創新

學生通過查閱文獻、報紙、雜志等等各種渠道獲取與探究主題相關的信息和資料，使用一些相關的儀器和裝置，以獲得所需要的實驗數據。對于實驗結果，我們應培養學生用數據、圖表、符號等多種工具分析信息和處理信息的能力。能認真分析現象產生的原因，并對其進行理論解釋。對實驗過程中出現的問題進行分析，再認識，反思與評論，在實驗中積累經驗，吸取教訓。

在探究過程中師生互動，全員再學習，允許存在疑慮，不同見解，但要能自圓其說，并以此激起學生繼續探究的興趣。在親歷探究之后，學生經歷挫折與失敗，成功與興奮，無論成敗，這對學生創新能力和嚴謹的科學態度無疑具有重要的教育作用。

六、 改變評價標準，激勵學生創新

為激勵學生進行創新，我們必須改變以往只對結果進行評價的做法，要做到既要注重結果，更要注重實驗過程。采用多樣化的教學評價激勵學生創新。據此，列舉兩種有利學生創新意識培養的評價方案。

1. 成長記錄袋評價

成長記錄袋是從國外引進的一種新興評價方式，但由于我國本土研究的不足、教師理解的偏頗、學生主觀能動性發揮不足等原因使成長記錄袋評價形同虛設。

我們教師應加強成長記錄袋評價研究，使成長記錄袋真實成為記錄學生的成長的作品集。將學生認為最滿意、最喜愛或最重要的作品裝進成長記錄袋，讓每個學生都看到自己的進步和努力，體驗到成功的快樂。

2. 命制開放性的試題

開放性試題沒有確定的條件、方法與答案，在考查學生思維的靈活性、創造性方面有著明顯的優勢，這與我們所要培養的學生的創新意識是相吻合的。近年來越來越多的開放性試題出現在高考試卷中，特別是開放性試題與化學實驗相結合，為考察學生的一題多解、發散性思維、聚合性思維等思維能力、語言表達能力、獲取整合信息能力、探究能力及創新能力都提供了良好契機。

七、 結束語

培養學生的創新意識是現階段，乃至今后很長時期教育工作者的重要任務。科學探究的過程是一個創造的過程，而創造力的核心是創新意識。現階段學生的創新意識不強，教師在教學中可利用各種手段、各種方式來加強培養創新意識，鍛煉其創造力，為學生終身學習鋪墊前進的基石。

參考文獻：

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[3]張維波.成長記錄袋應用于我國學生評價的問題與對策研究[D].渤海大學，2013.

作者簡介：

蔡小鴻，張麗云，廣東省汕尾市，廣東省汕尾市海豐縣彭湃中。