基于“二氧化硫”實驗教學對發展化學學科核心素養的思考

黃燕翔 岳波

[摘? ?要]課堂實驗教學是科學、直觀、有效，同時也是學生感興趣的，能有效培養學生化學學科核心素養的教學方式。它可以通過知識技能的遷移應用，在實驗中融入探究思維和綠色化學思想，利用實驗中的“意外”、符號表征等途徑促進學生化學學科核心素養的發展。

[關鍵詞]實驗教學;化學學科核心素養;二氧化硫

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）08-0066-02

化學學科核心素養是學生發展核心素養的重要組成部分，是學生通過化學學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力[1]。實驗是化學學科的核心和靈魂，把實驗的魅力展現出來，讓學生全程參與，則落實核心素養并非難事。化學最吸引學生的地方就是實驗，在課堂教學中充分利用實驗，不僅可以提高學生的學習興趣，還可以讓學生在享受“實驗大餐”的過程中，逐步形成化學學科思維，讓化學學科核心素養慢慢滲透學生的身心。在反思“二氧化硫”實驗教學實踐中存在的若干問題的基礎上，筆者對如何基于實驗發展學生的化學學科核心素養進行了探索。

一、以知識技能的遷移應用促進“證據推理與模型認知”素養的發展

知識技能是進行實驗的基礎，也是培養學生化學學科核心素養的載體。所有新知識的學習都是在原有知識的基礎上進行的，只有原有的知識技能得到了充分的遷移和應用，思維才能得到錘煉，學生的核心素養才能更好地落實。本節課在學生原有CO2的知識體系下對SO2進行學習，通過設置探究性實驗讓學生利用知識技能的遷移應用來學習新知識，不但知識技能得到夯實和積累，而且“證據推理與模型認知”素養也悄然得到發展。

教師通過問題引導學生回顧CO2溶于水的實驗，再結合SO2的毒性解決實驗操作的安全性問題，師生共同總結出探究SO2水溶性的實驗方法：（1）將裝滿SO2的試管倒置于水槽中;（2）將裝滿SO2的礦泉水瓶加水密封，振蕩。經過這樣的實驗探究，學生不僅深刻認識了SO2的水溶性，而且也明確了氣體水溶性探究的本質：氣體溶于水導致容器內氣壓減小，在大氣壓作用下試管（或導管）內水位上升或礦泉水瓶變癟，構建了實驗探究氣體水溶性的認知模型，培養了學生的“證據推理與模型認知”素養。

二、實驗探究思維融入教學促進“科學探究”素養的發展

實驗探究思維是化學學科思想和方法的重要組成部分，是培養化學學科核心素養的關鍵。幫助學生形成實驗探究思維的方式是把實驗探究思維融入課堂教學中，讓學生時刻處于對探究環節的反思和調控之中，能在學習某一種物質的性質時自然而然地生成問題，并解決問題。如在“二氧化硫”實驗中，學生通常會生成以下問題：（1）可通過什么實驗證明該物質具有這個性質？（2）此反應符合什么反應原理？（3）實驗中要用到哪些藥品？操作中應該注意什么問題？（4）實驗將出現什么現象？出現意外該如何處理？（5）實驗的結論是什么？（6）如何用化學方程式表示上述反應？學生能生成這樣的思維過程，化學實驗的功能得到了充分的體現，實驗的最終目的也已達到，發展“科學探究”素養水到渠成。

三、綠色化學思想融入教學促進“科學態度與社會責任”素養的發展

綠色代表著節約、安全和環保，要讓學生形成這樣的“綠色”意識，可讓學生通過“綠色化學實驗”充分感受節約、安全和環保的重要性。綠色化學思想融入課堂實驗的具體表現是實驗的微型化、易操作化、安全化和環保化。“二氧化硫”的實驗首先要考慮實驗的安全和環保，其次還要考慮SO2性質的多樣性，能否同時進行多個實驗以減少藥品的用量，最后還要考慮實驗操作的方便性。在經過師生充分討論總結的基礎上，教師投影展示實驗方案：（1）在6孔井穴板中分別加入1 滴管的酸性高錳酸鉀溶液、溴水、Na2S 溶液、品紅溶液、未知溶液和少量Na2SO3固體;（2）把裝好藥品的井穴板小心放入密封型塑料袋，把吸管中的硫酸注入Na2SO3固體孔穴后立即密封塑料袋;（3）觀察并記錄實驗現象。通過這樣的思維探究和動手實驗，學生深刻認識了SO2的還原性和氧化性，充分感受了節約、安全和環保的綠色化學思想。這樣的實驗探究對學生來說，既是知識技能的應用和積累，也是思維的鍛煉和提升;既是綠色化學思想的澆灌，更是“科學態度與社會責任”素養的生根發芽。

四、以實驗中的“意外”促進“創新意識”素養的發展

長期以來學生創新意識的培養一直都是教學難點中的難點，但這個難點在實驗的幫助下也是可以輕松突破的。在實驗探究過程中，當學生對實驗出現的“意外”產生疑問時，學生需要發散思維以尋求解決方案，創新意識也就生成了。例如，在SO2的氧化性、還原性和漂白性的探究實驗中，學生會發現一個“意外”情況并產生疑問：實驗中額外加入的未知溶液是什么？當教師告知未知溶液是碘水時，學生又會產生另外的問題：碘水在實驗中起到什么作用？用到SO2的還原性還是氧化性或者是漂白性？教師引導學生對這些問題進行分析和探究。經歷了實驗中“意外”的發現、問題的產生、實驗的預測和假設、實驗方案的設計、實驗驗證一系列過程，學生的思維得到了鍛煉和提升，對SO2的氧化性、還原性的認識又上升了一個臺階，也由此培養了學生的“創新意識”素養。

五、符號表征促進“宏觀辨識與微觀探析”素養的發展

中學階段的實驗絕大部分屬于定性實驗，若實驗只停留在定性階段，學生在學習上的進步是比較慢的。沒有學習上的進步，化學學科核心素養的發展也就成了空頭支票。只有實驗從定性階段邁入定量階段，再經歷量變引起質變的過程，才能更好地促進學生化學學科核心素養的發展。化學實驗的定量階段是在實驗反思環節中進行的，讓學生在“宏觀——微觀——符號”的三重表征中逐步過渡，既可提升實驗反思水平，也能促進“宏觀辨識與微觀探析”素養的發展。宏觀表征是人類感知器官可以直接感知到的物質及其性質;而微觀表征是微粒組成結構、相互作用及變化等微觀屬性在學習者頭腦中的反映;符號表征是指化學式、化學方程式等符號形式在學習者頭腦中的反映[2]。

在“二氧化硫”的實驗教學中，經過教師引導和學生的思考與討論，學生可以知道反應物是SO2 、Br2 和H2O，產物是Br- 離子、SO42-離子和H+ 離子，再通過觀察法或化合價升降法就可以把方程式配平。在這個過程中，學生經歷了從宏觀表征——現象、性質（褪色、SO2具有還原性），到微觀表征——微粒間相互作用與變化（Br2變成Br- 離子、SO2變成SO42- 離子），再到符號表征—— 化學方程式（SO2 + Br2 + 2H2O = 2Br- + SO42- + 4H+ ）的過程。符號表征不僅可以提升實驗反思水平，更是促進學生“宏觀辨識與微觀探析”素養發展的有效方法。

綜上可知，實驗是化學學科的核心與靈魂，以課堂實驗作為出發點促進學生化學學科核心素養的發展，是科學、直觀、有效且學生感興趣的教學方式。引導實驗探究的思維循環過程是形成學科核心素養的前提條件，因為核心素養的提升不只是知識技能的積累，還包括通過實驗探究的思維循環過程形成正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 耿亞萍.基于PDE、三重表征和SOLD分類理論的教學研究[J].中學化學教學參考，2017（1-2）：8-11.

（責任編輯 羅 艷）