化學核心素養中“實驗探究與創新意識”的培養
——以教學中“實驗情境”創設為例

周 斌

(浙江省桐廬中學 311500)

《高中化學課程標準(征求意見稿)》將化學學科核心素養劃分為“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”“實驗探究與創新意識”“科學精神與社會責任”等五個維度.這些維度的內涵雖不同，作用也有差異，但它們并非孤立存在，而是統一于化學活動中.“實驗探究與創新意識”作為其中之一，體現了化學學科的學科特色，直接影響其它幾個維度的達成，進而影響學生核心素養的養成.筆者在教學中“實驗情境”創設來培養“實驗探究與創新意識”，塑造實驗探究精神、培養學生掌握科學研究的方式、豐富和開闊學生的探索視野等方面，做了一些探索與思考.

一、“實驗探究與創新意識”與化學核心素養的內在聯系

隨著新課程改革、招生制度的改革不斷地深化推進，新的教育教學方式也在這種轉型中不斷發展，在新一輪課程改革發展中，學生核心素養的提出便是嘗試從頂層設計解決理念與落實的存在的問題.基于以生為本的教育教學理念，正在教學中不斷影響到教學行為的轉變，從而落實學生的學科核心素養培養，真正使學生在課堂的教學過程中，潛移默化的形成發展自我、接軌社會應具有的知識、技能與品質.

化學核心素養中的“實驗探究與創新意識”的內容，王云生教授指出，“實驗探究與創新意識”要求學生發現和提出有探究價值的化學問題，能依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作，能對過程記錄的實驗信息進行加工并獲得結論，能與同學交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進設計的設想，能尊重事實和證據，不迷信權威，具有獨立思考，敢于質疑和批判的創新精神.由此，作為“實驗探究與創新意識”的內涵，關鍵是里面的兩個關鍵詞“探究”、“創新”，“探究”是正確實驗方法探究真實的化學反應，“創新”是獨立思考、質疑與批判.

唯有探究求真，質疑創新，才彰顯核心素養.核心素養要求學生形成適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和解決問題的素養與關鍵能力，立德樹人.在化學學科學習中，在實驗探究中，“立德”就是要樹立尊重實驗事實，尊重科學邏輯.鈉在石棉網上加熱，除了有淡黃色固體，往往還生成黑色固體；銅與濃硫酸加熱反應，試管里溶液變綠色，底部有黑色物質生成，銅片上逐漸產生大量氣泡，試管上部有白霧產生等豐富現象；鋅銅原電池，鋅片上往往有氣泡產生；乙醛的銀鏡反應，得到的銀鏡不如想象中那么銀白光亮，等等，都要尊重事實.“樹人”就是成為學會科學實驗方法，具備創新意識、科學精神的人.研究各因素對于化學反應速率的影響實驗中，控制變量的科學實驗方法；酸堿中和滴定時，用數字化實驗技術反映整個滴定過程的創新方法；做SO2性質實驗時，進行的微型化創新實驗(用培養皿罩住，氣體的發生、性質實驗都在點滴板孔穴中進行)等等，都可以幫助學生掌握科學方法，樹立創新意識.

化學課堂教學創設實驗情境，Brown等人在《情境認知和學習文化》(1989)一文中首次提出情境認知和情境學習的觀點，他們認為，知識是具有情境性的，而且是被應用于其中的文化、背景及活動的副產品，知識是在情境中通過活動與合作而產生的.創設實驗情境，進行實驗探究，依然是化學科學及我們化學課堂之魅力所在，是提高學生學習興趣，發展探索、分析、研究能力，提升思維水平的不可或缺的環節.

二、基于“實驗探究與創新意識”的實驗情境創設

課堂教學中，教師通過創設化學實驗情境，讓學生帶

著真實的實驗現象走近新知識的學習，領悟科學探究的方法，給學生創設一系列的探究環境，課堂教學從學生發現問題開始，到問題解決并形成新的學科認知結構結束.通過探究性課堂教學培養學生的創新精神和實踐能力.

1.創設“意外”實驗情境，誘發新知探究

課堂過程中，遇到實驗的“意外”或“矛盾”，有些是預設到的，有些是臨時出現或學生提出的.課堂教學需要提倡少用試題、多用原始材料，以提升學生化學學習質量.出現的“意外”情境正是提供實驗探究的優質原始材料，不但不要回避，應因勢利導進行轉化為教學利用.

情境片段：鈉的燃燒.

在石棉網上燃燒鈉時，最后往往得到黑色物質，淡黃色物質容易被遮蓋.這黑色物質是什么呢？怎樣避免產生這些黑色物質？不回避，讓學生猜測與探究.

學生回答：黑色物質應該是碳，因為其他物質都不符合顏色要求.

教師追問：碳元素哪里來的呢？

學生回答：空氣中的二氧化碳，煤油中有碳元素.

學生補充：酒精燈揮發的酒精中含碳元素，石棉網中可能有碳

教師：請同學們設計實驗，檢驗你們的猜想

學生實驗：

實驗序號實驗設計實驗現象1鈉與二氧化碳在玻璃管中加熱,觀察有沒有黑色物質.玻璃管中部產生大量黑色固體,鈉球滾落到玻璃管口處有淡黃色固體.2少量鈉與煤油、酒精分別在蒸發皿中燃燒,觀察有無黑色物質.黑色固體,幾乎無淡黃色物質.3酒精燈加熱新石棉網,觀察石棉網朝上部分是否變黑.呈現灰色4除凈表面煤油的鈉,放置在蒸發皿中加熱.鈉塊表面變白,融成銀白色小球,劇烈燃燒,生成大量淡黃色固體(猶如很多桂花蕊)

在學生設計實驗進行探究的的過程中，“意外”的實驗情境讓學生更理解金屬Na的活潑性(與O2、CO2、有機物反應)，比簡單地識記Na與O2生成Na2O2豐富得多.學生設計實驗方案、實驗操作時會考慮反應儀器的選擇：石棉網、玻璃管、蒸發皿，那么自然還會列舉其余的儀器及方法，比如在鐵片、銅片上加熱等，創新意識自然就萌發.完成實驗后，對于“基于問題、提出假設、選擇合適試劑和條件設計實驗方案、實施實驗、獲取證據并得出合理結論， 最后反思評價”的實驗探究方法，就更能理解并運用.

2.創”高階思維”實驗情境溯知識本源

淺層學習和低階思維可以通過講授灌輸完成，但深度學習和高階思維必須在有意義的情境中完成，創設情境有利于學生進入知識的意義領域，實現知識教學的發展價值.實驗不能就是追求表面、流于膚淺，只注重形式，造成最后結果是正確的，過程卻缺乏邏輯，甚至不科學.這就需要在常規課堂設置實驗情境時，有梯度、有深度，讓學生即興的思考轉化為真實的探究，理性地思考，讓思考有序、深度.

情境片段：分離碘和CCl4的實驗.

新高一學生在學完有機溶劑萃取碘單質內容后，往往心存疑惑：用CCl4萃取碘水中的碘以后，還是沒有得到純凈的單質碘啊？要得到純凈單質碘，該如何繼續操作？在做海帶提取碘單質學生實驗時，就補充一個實驗探究環節，來解決這個疑惑.

有的學生提出用溶解性更好的溶劑(又自我否定了)，有的學生提出蒸餾法.教師出示CCl4和I2的沸點，CCl4沸點78℃，I2沸點184.35℃，沸點相差106.35℃，理論上可以蒸餾分離，用常規蒸餾裝置，水浴加熱.此時告訴學生實際效果不理想，大部分碘會和CCl4一起被蒸餾出，常壓蒸餾是不能有效分離它們的.繼續討論分離方法，教師提示這兩種物質那么“形影不離”，能否使其中一種物質化學反應后“跑”出來.學生逐漸進入提取信息、分析應用的高階思維，讓“誰”反應呢？只有I2啊！最后師生一起得出實驗方案：向碘的四氯化碳溶液中加入強堿，分液后，所得水溶液(可滴管吸取上層水溶液)加稀硫酸，利用碘在水中的溶解度很小(100g水在常溫下可溶解約0.02g碘)，沉淀過濾即可分離.完成實驗操作，最后書寫反應的化學方程式:

學生完成從宏觀的現象到微觀的機理，再到符號表征的三重表征的建構，該實驗情境的展開中，也協助學生完成思維從低階的記憶、理解跨到高階的分析、綜合.

3.創”數字實驗”情境，讓探究走向深入

數據也是引發更深度學習的一種輔助手段.英國人維克托在《大數據時代》中提出觀點：“世界的本質就是數據”.借助數字實驗，使學生接觸到數據的情境，將一些定性實驗定量化、實驗變化過程可視化，學生就可以關注實驗現象背后的本質，幫助學生想象微觀世界，理解化學核心概念.

情境片段：金屬的電化學腐蝕教學片段.

教師提問：鐵在水中被誰腐蝕了？

學生A：O2

學生B：水中還溶解有CO2，有弱酸性啊

繼續追問：什么證據說明是O2腐蝕了鐵？預測書本上實驗現象.

探究實驗：連接盛有鐵粉和碳粉混合物的潮濕密閉大試管，導管中紅墨水上升，說明空氣中某種成分被消耗，認為是氧氣.追問：消耗的一定是氧氣嗎？

數字實驗：氧氣傳感器測定腐蝕過程中氧氣含量.(將氧氣傳感器伸入裝有鐵粉、碳粉混合物的試劑瓶內測定，裝置及測定數據如下圖)

教師總結：中性條件和弱酸性條件下，發生吸氧腐蝕為主.雖然水也微弱電離出H+，也有氧化性，實驗證明最終是O2參與了反應，發生了吸氧腐蝕.

讓數據說話，用科學思考，可以更深刻理解鐵在水中的腐蝕過程.

4.創”生活化”情境，讓學習更走心

化學歸根結底是要為人類服務，與生活要相結合.現在的高考命題也經常出現鮮活的、與實際結合的情境，重視考查創新應用.這就要求學生的化學學習要多與生活結合，多進行創新應用活動，探索新情境.

情境：《重力電池的制作與探究》.

這是筆者在2016年杭州市創新實驗比賽中參賽的項目，獲得一等獎，可作為創新應用的例子在教學中使用.在完成原電池的教學后，課堂引入重力電池，一則增加趣味性，二則檢驗原電池的學習.

實驗：取一支試管，加10mL稀ZnSO4溶液，再用移液管將10mL飽和CuSO4溶液液體慢慢注入試管底部，請學生預測是分層還是混在一起.(學生都說混在一起)，結果出乎預料，分成較明晰的上下兩層，并且告訴學生：靜置幾天后分層界限依然沒有大的變化.將導線連接的鋅片、銅片依次慢慢放入上下兩層，簡單的鋅銅重力電池就做好了.電流計檢驗，指針偏轉，串聯電池后能使發光二極管燈珠閃亮，用電壓、電流傳感器分別測電壓、電流，電壓、電流數據穩定(如下圖)，并能穩定使用幾星期(學生表示“驚異”).

繼續探究：還有沒有其它材料和試劑來做重力電池？(學生舉例：鎂、鋁、鐵與硫酸銅溶液，Cu與FeCl3溶液等)請畫出設計圖.學生甚至“腦洞大開”，提出氫氧燃料電池的重力電池.

教師講述：實際上，根據大家畫的設計圖，Cu與FeCl3溶液的重力電池在實驗室制作時，往往會失敗，你覺得原因是什么？同時思考氫氣與氧氣混合在一起，真的也會分層嗎？

討論回答：實驗容易失敗的原因是導線里面的銅絲與氯化鐵溶液直接反應，導致斷路，還需要做好密封，銅絲避免與溶液接觸.氫氣與氧氣混合例子請注意考慮氣體分子運動.

重力電池引入，并不為“新”而“新”.在雙液原電池中，鹽橋連接了“橫”著的兩種溶液，形成了閉合回路，而重力電池是將兩種液體“豎”了起來，提供重力電池這種新的實驗載體，可以更好地理解原電池的原理，不會加重學生負擔.學生可在選修課或者課外制作，動手動腦、創新應用.

類似例子還有很多，學生創新應用熱情也很高，所以我們專門組織學生舉辦化學趣味實驗大賽，學生自己動手設計、完成有趣實驗，并且讓優秀節目上微信公眾號、參加元旦匯演，探究活動由課內走向課外，激發了學生的興趣，促進了個性發展、能力提高.

總之，培養學生的化學核心素養是社會發展的大勢所趨，課堂教學是落實核心素養的主陣地，創設實驗情境，培養學生實驗探究和創新意識是不可或缺的重要途徑！教師應緊緊圍繞學科核心素養開展教學，轉變教學方式，引導學生學習方式轉變，探究求真，質疑創新，不斷促進具有化學特質的核心素養的發展，培育社會發展所需“全面發展的人”，任重而道遠！.

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