從一道高考題談科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)的重要性

師姚妮

摘要：新課改對(duì)于高中學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用能力要求更高，高考中化學(xué)實(shí)驗(yàn)試題占有舉足輕重的地位。通過2018年理綜化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合題的分析發(fā)現(xiàn)高考化學(xué)試卷中關(guān)于實(shí)驗(yàn)考題的得分比較薄弱，本文淺談科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要性和意義。

關(guān)鍵詞：高中新課改化學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)

新課改背景下，高中化學(xué)教學(xué)模式在不斷地進(jìn)行著優(yōu)化與創(chuàng)新。高中化學(xué)教學(xué)既要求學(xué)生掌握一些主要的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，還要了解諸多化學(xué)知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)，作為高考全國(guó)卷必考題型，一般作為理綜化學(xué)的第一道大題，包括基礎(chǔ)的儀器的辨識(shí)與使用方法，物質(zhì)檢驗(yàn)、分離和提純的操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)等。因此，高中化學(xué)教師應(yīng)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，重視學(xué)生實(shí)踐操作能力、自主探究能力的培養(yǎng)，在提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的同時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)提高教學(xué)有效性的目的。下面根據(jù)2018年高考理綜I卷化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合題進(jìn)行分析，從高考角度闡述高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要性。

【2018年高考理綜I卷】26.醋酸亞鉻[（CH3COO）2Cr·H2O]為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析 中用作氧氣吸收劑。一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價(jià)鉻還原為二價(jià)鉻；二價(jià)鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，回答下列問題：

（1）實(shí)驗(yàn)中所用蒸餾水均需經(jīng)煮沸后迅速冷卻，目的是_________，儀器a的名稱是_______。

（2）將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中，加入少量蒸餾水，按圖連接好裝置，打開K1、K2，關(guān)閉K3。

①c中溶液由綠色逐漸變?yōu)榱了{(lán)色，該反應(yīng)的離子方程式為________。

②同時(shí)c中有氣體產(chǎn)生，該氣體的作用是_____________。

（3）打開K3，關(guān)閉K1和K2。c中亮藍(lán)色溶液流入d，其原因是________ ；d中析出磚紅色沉淀，為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是___________ 、_________、洗滌、干燥。

（4）指出裝置d可能存在的缺點(diǎn) ______________。

第（1）小題中“蒸餾水經(jīng)煮沸后迅速冷卻”出自人教版化學(xué)課本選修1《化學(xué)與生活》科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)“不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕”。得分點(diǎn)為“除氧”，答“除去水中的溶解氧”，“降低氧氣的溶解度”，“除去氧氣”等得2分；“除去水中的空氣”，“防止Cr2+被氧化”，“防止空氣中的氧氣溶于水”等不完整表示得1分；“除去水中的雜質(zhì)”等不相關(guān)表述不得分。改卷當(dāng)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的主要錯(cuò)誤在于去分析“煮沸”對(duì)氣體溶解度的影響，以及回答“除去空氣”。反映出學(xué)生對(duì)課本科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)不熟悉，不清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁础５冢?）小題②c中產(chǎn)生的氣體的作用，得分點(diǎn)為“排空氣（氧氣）”2分；答卷中有“排除裝置內(nèi)的氣體，防止Cr2+被氧化”等不完整表述；還有相當(dāng)一部分“控制速率”，“增大壓強(qiáng)”，“防止空氣進(jìn)入裝置”等不相關(guān)表述。第（3）小題中為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是___________ 、_________、洗滌、干燥。得分點(diǎn)為“冷卻”1分、“過濾”1分，順序不能顛倒。該空錯(cuò)誤較多為“蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶”；“冷卻、結(jié)晶”；“結(jié)晶、過濾”等不完整答案。第（4）小題有兩個(gè)得分點(diǎn)，“敞開體系”1分，“與氧氣反應(yīng)”1分，錯(cuò)誤的學(xué)生很多，主要錯(cuò)誤集中在“處理尾氣”“污染環(huán)境”、“發(fā)生倒吸”。

由以上分析可以看出，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究方面比較薄弱，答題過程中分析能力不強(qiáng)，容易根據(jù)慣性思維或固有模式給出自己熟悉的答案，反映出在化學(xué)教學(xué)中探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弱化。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，新課程大幅度地增加了實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，《考試說明》特地補(bǔ)充22個(gè)學(xué)生必做化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視。但由于部分教師對(duì)化學(xué)學(xué)科本質(zhì)及實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)與研究的價(jià)值等認(rèn)識(shí)不到位，多數(shù)學(xué)校以實(shí)驗(yàn)條件不足、課時(shí)緊張等為理由，盲目削減化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生少做甚至不做實(shí)驗(yàn)，“視頻播實(shí)驗(yàn)”、“黑板畫實(shí)驗(yàn)”、“耳朵聽實(shí)驗(yàn)”、“考前背實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能與探究能力普遍低下，而“科學(xué)探究”實(shí)驗(yàn)更加不被重視。在《新課程標(biāo)準(zhǔn)》中，科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一。將科學(xué)探究列入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，旨在將學(xué)習(xí)重心從過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探究過程轉(zhuǎn)化，從學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神。[1]

在化學(xué)教學(xué)中如何通過科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)？

一、設(shè)計(jì)探究性的課堂學(xué)習(xí)模式

1.課本探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。課堂是師生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)的主陣地。課堂上教師將有些化學(xué)問題學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生自己選擇自己的研究課題，由學(xué)生利用課余時(shí)間查閱資料，獨(dú)立或小組合作設(shè)計(jì)初步方案，再交由教師審閱，教師從中選出具有代表性的方案，集中在課堂上由設(shè)計(jì)者進(jìn)行演示、交流，介紹自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理、方法和步驟，由學(xué)生評(píng)定優(yōu)劣，共同探討實(shí)驗(yàn)成敗的原因。這樣既激發(fā)了學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)。[2]

案例：探究不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕

在分組學(xué)習(xí)活動(dòng)中，各小組同學(xué)對(duì)不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出以下幾種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一周后進(jìn)行觀察并回答問題：（1）鐵釘被腐蝕程度最大的是______（填實(shí)驗(yàn)序號(hào)）。（2）實(shí)驗(yàn)？中主要發(fā)生的是______（填“化學(xué)腐蝕”或“電化學(xué)腐蝕”）.（3）鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的負(fù)極反應(yīng)式為：______.（4）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的條件是______.

根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)，小組討論并分析上述裝置中鐵生銹的條件，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和對(duì)比，得出鐵的腐蝕速率的影響因素。從而讓學(xué)生對(duì)金屬的腐蝕和防護(hù)形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，加深了基本概念和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的理解。這樣既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能激發(fā)學(xué)生踴躍參與問題討論和敢于探索的創(chuàng)新意識(shí)。

二、讓探究式實(shí)驗(yàn)取代原來的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

課本探究實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。在教學(xué)過程中我們發(fā)現(xiàn)，教材中的個(gè)別實(shí)驗(yàn)內(nèi)容存在設(shè)計(jì)不嚴(yán)密、過程不環(huán)保等缺陷。因此，我們鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑、大膽創(chuàng)新，自行設(shè)計(jì)了有關(guān)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案。

案例：鐵的氫氧化物的制備

在教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟中“在2支試管里分別加入少量氯化鐵和硫酸亞鐵溶液，然后滴入氫氧化鈉溶液。觀察并描述發(fā)生的現(xiàn)象。”在該實(shí)驗(yàn)中很難觀察到氫氧化亞鐵的白色絮狀沉淀，與課本上的描述不相符，學(xué)生在此產(chǎn)生了疑惑。因?yàn)榭諝獾母蓴_，使得實(shí)驗(yàn)過程不夠嚴(yán)謹(jǐn)。針對(duì)這一情況讓同學(xué)們進(jìn)行探究并改進(jìn)。

在此可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)“如何避免生成的氫氧化亞鐵接觸空氣，從而觀察到課本中描述的氫氧化亞鐵白色絮狀沉淀”。可以畫出裝置圖，也可以組裝實(shí)驗(yàn)裝置。學(xué)生通過查閱資料，實(shí)驗(yàn)室改裝實(shí)驗(yàn)，得出了很多種制備氫氧化亞鐵的方法。在探究實(shí)驗(yàn)中提高了學(xué)生分析問題解決問題的能力，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力。

三、課外探究性學(xué)習(xí)

作為化學(xué)課堂教學(xué)的延伸，課外探究實(shí)驗(yàn)的開展有助于延續(xù)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。如讓學(xué)生測(cè)量家中一些物品的pH；研究土壤的酸堿性，將一定體積的蒸餾水加入一定質(zhì)量的土壤中，充分?jǐn)嚢韬螅^濾并留取濾液，測(cè)濾液的pH后向?yàn)V液中滴加氨水，每加入2mL氨水就攪拌均勻并測(cè)量溶液的pH，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并以加入的氨水體積為橫坐標(biāo)，pH為縱坐標(biāo)繪制曲線圖。在習(xí)題中有很多類似的學(xué)生可以在生活中完成的探究性實(shí)驗(yàn)，教師可以在布置習(xí)題中的作業(yè)的同時(shí)，提供少量實(shí)驗(yàn)器材和藥品讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，其他的儀器和藥品，需要學(xué)生從生活中尋找。例如過濾實(shí)驗(yàn)，生活中用什么替代漏斗和濾紙？有的學(xué)生用廢棄飲料瓶剪去一半，將上半部倒轉(zhuǎn)過來，就是一個(gè)簡(jiǎn)易的漏斗，有的學(xué)生用多層醫(yī)藥紗布扎住瓶口充當(dāng)濾紙，有的學(xué)生想到用化妝棉做濾紙。用什么替代燒杯、量筒和玻璃棒？有的學(xué)生用一次性醫(yī)藥針筒替代量筒；有的學(xué)生用筷子替代玻璃棒；有的學(xué)生用玻璃杯替代燒杯；有些學(xué)生從食品袋中找出干燥劑配制成澄清石灰水，有的食品袋里裝有一小袋鐵粉作保鮮劑，還可以用吸管代替導(dǎo)氣管......實(shí)驗(yàn)替代品的收集，讓學(xué)生成為生活中的有心人，還培養(yǎng)了學(xué)生變廢為寶、勤儉節(jié)約的好習(xí)慣。在課外探究實(shí)驗(yàn)中，每位學(xué)生找到的材料以及對(duì)實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)可能都不一樣。有時(shí)，同一實(shí)驗(yàn)會(huì)因?qū)嶒?yàn)條件各異，而產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有所不同，這就會(huì)激發(fā)學(xué)生的求知欲；而有些現(xiàn)象書本未提及，老師也未提及，卻在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了，為了弄個(gè)明白，他們查閱資料，請(qǐng)教老師，不斷尋找答案。自己發(fā)現(xiàn)的問題，又由自己找到了答案，成功的體驗(yàn)，使學(xué)生更加堅(jiān)定了學(xué)好化學(xué)的信心，良好的不斷探索的科學(xué)品質(zhì)也得到了培養(yǎng)。[3]

四、復(fù)習(xí)中再創(chuàng)探究情景

近幾年高考化學(xué)試題命題中突出了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椤Ｔ诨瘜W(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中，要帶領(lǐng)學(xué)生重新走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，重做典型的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不應(yīng)滿足于實(shí)驗(yàn)基本操作的訓(xùn)練，更應(yīng)作為物質(zhì)及其變化研究的方法與手段，從而充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知功能、方法論和教學(xué)論功能。應(yīng)再創(chuàng)設(shè)適宜的探究情境，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“提出問題-作出猜想-設(shè)計(jì)方案-得出結(jié)論-反思評(píng)價(jià)”等過程；要求學(xué)生對(duì)比、歸納、總結(jié)常見儀器裝置的使用原理、用途特點(diǎn)和規(guī)律；領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)質(zhì)與內(nèi)涵：對(duì)操作原理的認(rèn)識(shí)（解決實(shí)驗(yàn)操作理論依據(jù)的問題），對(duì)操作方法的認(rèn)識(shí)（解決如何操作的問題），對(duì)操作目的的認(rèn)識(shí)（解決為何要安排這樣操作的問題），對(duì)錯(cuò)誤操作造成后果的認(rèn)識(shí)（解決為何要這樣操作的問題），掌握科學(xué)規(guī)范地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的技能；加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒉襟E和原理分析，學(xué)會(huì)控制條件、使用儀器、觀察分析、得出結(jié)論、解釋結(jié)果、設(shè)計(jì)或評(píng)價(jià)或改進(jìn)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案。多問“怎樣做”“為什么這樣做”“還可以如何做”，培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。[4]

在高三復(fù)習(xí)階段，化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合題型研究環(huán)節(jié)中應(yīng)盡量開放實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生，創(chuàng)造更加有利的條件讓學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究。在做實(shí)驗(yàn)綜合題過程當(dāng)中會(huì)遇到不同類型的實(shí)驗(yàn)流程圖，如果有條件可以讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室組裝流程。根據(jù)題型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組裝或?qū)嶒?yàn)探究，不僅可以激發(fā)學(xué)生化學(xué)研究的興趣，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能、探究能力、分析問題的思路，而且以實(shí)驗(yàn)來突破知識(shí)的疑難點(diǎn)，可以更好地提高高考復(fù)習(xí)效率。

例如（2017·廈門第2次質(zhì)檢）（1）利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）制取硫酸亞鐵晶體用下圖所示過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（2）探究硫酸亞鐵分解產(chǎn)物，按下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

我們可以讓學(xué)生利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行裝置的組裝，學(xué)生能夠更好地理解實(shí)驗(yàn)裝置中每個(gè)環(huán)節(jié)的作用，能力較強(qiáng)的同學(xué)可以進(jìn)一步進(jìn)行探究。學(xué)生的學(xué)習(xí)效率得以提高，學(xué)生能根據(jù)自己不同的情況進(jìn)行不同程度的探究，為每個(gè)學(xué)生都創(chuàng)造了化學(xué)能力提升的機(jī)會(huì)。

在近幾年的化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中充分驗(yàn)證了在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中設(shè)置合理的問題，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的實(shí)驗(yàn)探究環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的意識(shí)，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，提升了學(xué)習(xí)質(zhì)量，更重要的是使學(xué)生真正體驗(yàn)獲取知識(shí)的樂趣，學(xué)習(xí)和探索成了學(xué)生積極的內(nèi)心需要，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]2018年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試大綱的說明[M]. 高等教育出版社 ， 教育部考試中心， 2017

[2]新課程標(biāo)準(zhǔn)下化學(xué)探究性學(xué)習(xí)的實(shí)踐與探索.張傳英.《教育學(xué)文摘》2014年3月總第114期

[3]在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的研究[J].尚曉峰.中學(xué)課程輔導(dǎo)·教師教育.2018年9期

[4]2018高考化學(xué)大綱解析：強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)與探究能力