基于化學學科核心素養培養，分析實驗教學的問題及對策

劉斌

摘要：以“鈉的性質及用途”教學為例，從化學學科核心素養養成的視角審視了當前化學實驗教學中存在的問題，并提出了解決的策略：讓學生的觀察更有效——設置觀察點;讓學生的思維更深入——設置問題串;讓傳統實驗更有用——發掘實驗的教學功能;讓危險實驗更安全——培養學生的科學精神：讓實驗順序更合理——遵循學生認知規律。

關鍵詞：化學核心素養：實驗教學：觀察點：問題串;認知規律

文章編號：1008-0546（2019）05-0072-03

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.05.022

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，從化學科學的建立和發展來看，實驗起到了十分重要的作用。化學實驗不但是化學科學發展的基礎，而且也是化學教學的基礎。化學實驗對于提高化學教學質量，全面落實培養科學素養的目標，具有其他教學內容和形式所不能替代的作用。化學新課標提出的五個方面的化學核心素養：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。從其具體內容來看，五大核心素養的養成離不開化學實驗教學的支撐。因此，在倡導素養教學的今天，實驗教學的價值不僅不應該被弱化，反而應該不斷挖掘、不斷深入研究，以期更好地用于化學核心素養的養成教育。為此，我們必須審視當前中學化學教學實驗中存在的問題，積極探討提高化學實驗教學成效的策略。

一、如何讓學生的觀察更有效——設置觀察點

就化學實驗教學來說，觀察是思維的起點，是化學核心素養“宏觀辨識”的直接表現形式，更是“證據推理”中“證據”的主要來源。如果對實驗現象沒有全面、細致、重點的觀察，就很難獲取真實、全面的證據，學生通過實驗習得知識、提升能力、養成素養就成為一句空話。

然而，在實際的實驗教學過程中往往會出現這樣的情況：學生的觀察能力本身較弱，實驗過程中注意力又容易被實驗本身吸引，很難做到對實驗現象有全面細致的觀察。在實驗過程中如果出現一些特殊的、明顯的現象，如聲音、發光、爆炸等，更會沖淡學生對整個實驗現象全面的觀察。最終的結果可能是學生盡管也觀察到一些現象，但是不夠具體全面，導致繼續學習所需的“證據”不足。

為了避免這個問題，在實驗教學的過程中，教師若在學生實驗前有意識地設置一些具體明確的實驗觀察點，則能夠引導學生的注意力，使觀察更集中更全面更有效。例如在“鈉的性質及用途”一課中進行的鈉的燃燒實驗，實驗產生的現象很復雜，如果沒有任何引導，學生在觀察時可能就有目不暇接、顧此失彼的感覺。在實驗前可設置如下觀察點：（1）加熱過程中，鈉在燃燒前形態有怎樣的變化？（2）鈉的燃燒火焰是什么顏色？（3）生成物的顏色和狀態怎樣？學生在實驗過程中將注意力主要集中在這三個觀察點上，獲得的證據就能夠滿足基本的繼續學習的需要，保證“證據推理”素養養成的順利進行。

需要說明的是，設置觀察點的目的不是為了限制學生的觀察，而是為了引導學生的觀察，讓學生的注意力更加集中、獲得的“證據”更加有效。學生在實驗的過程中，如果還能觀察到一些教師觀察點要求之外的現象，不僅不應該批評，反而需要鼓勵，因為往往就是這些反常、細微的現象更能生發出更多的教育教學契機。

為了鞏固、提升學生獲取“證據”的能力，當學生做完實驗、描述過現象，經過師生共同分析之后，可以要求學生就同一個實驗再進行一次甚至多次。這樣，學生再次實驗時，能夠對教師事先設置的觀察點進行更加認真、細致的觀察，對實驗本身及其展示的教學功能都會有更深刻的認識。

二、如何讓學生的思維更深入——設置問題串

學生通過實驗，觀察到最主要的實驗現象，這就有了“推理”所需的“證據”。如何根據“證據”去進行“推理”，進而習得化學知識、提升思維能力、養成化學素養，這在很大程度上依賴教師的引導。在這個過程中，設置恰當的問題串是一個非常有效的方法，通過問題串引導學生由淺入深、由表及里，層層深入思考，為實現化學核心素養養成搭建橋梁。

在鈉與水的反應實驗中，學生通過教師設置的觀察點觀察到“鈉浮在水面、熔化成小球、四處游動、發出嘶嘶的響聲、滴加酚酞溶液變成紅色”等現象。據此可以設置如下問題：（1）鈉浮在水面反映了鈉怎樣的物理性質？（2）鈉在與水反應的過程中熔化成小球，可能的原因是什么？（3）為什么鈉會四處游動并發出嘶嘶的響聲？（4）溶液為什么會變成紅色？引導學生思考上述問題，基于證據推理，透過現象，分析推理出鈉的物理性質及化學性質，同時讓學生感受到化學變化過程中伴隨有能量的變化，形成化學反應的“變化觀念”。

在此基礎上可以進一步提出以下問題引導學生思考：（1）有氣體生成就一定會在液面上四處游動、發出響聲嗎？（2）生成的氣體可能是什么？如何從理論和實驗兩方面證明？對于第一個問題，引導學生思考氣體生成的位置、金屬鈉的受力情況，從微觀角度探析現象的產生及背后的原因，從而實現宏觀辨識與微觀探析的結合;對于第二個問題，引導學生理論上從氧化還原反應化合價有升必有降的角度推知氣體是氫氣而不是氧氣，讓學生感受到氧化還原反應原理在學習元素化合物知識中的指導作用，初步建立元素化合物知識的“認知模型”。進一步引導學生設計實驗來證明產生的氣體是氫氣，以實現“實驗探究與創新意識”素養的養成。

三、如何讓傳統實驗更有用——發掘實驗教學功能

在中學化學教育的發展過程中，廣大中學教師開發了很多教材上沒有的實驗，這些實驗最初出現在習題和試卷上，而后慢慢走進課堂和實驗室，時間一長，在教學過程中，演示甚至學生分組完成這些實驗似乎成為了一種“傳統”。但是，很少有人去考慮其存在的合理性，亦不能充分利用其實驗價值。

同時，隨著時代的發展、教育教學理念的不斷更新，有的教師認為按照以往的經驗進行這些實驗顯得不合時宜，對于教學目標的達成不僅沒有多大的作用，反而可能在一定程度上減弱學生對于主體知識的學習、核心素養的養成。舍棄這些實驗常常是這部分教師的處理方式，但是，深入思考這些實驗的合理之處，發掘其新的教育教學功能，最大限度地為教學目標的達成服務不失為一種更加有效的處理方式。

以“鈉的性質及用途”一課為例，鈉與硫酸銅溶液的反應是教師們經常在教授此課時會進行的一個實驗，但是這個實驗的價值究竟在哪兒？由于這個實驗中至少發生了兩個反應，且在反應過程中會相互影響，導致現象非常復雜，控制不好甚至發生爆炸，引起事故。對于初學鈉的性質的學生來說，這確實不是一個太好的實驗。但是，如果仔細分析，有以下兩點值得我們思考：（1）反應劇烈正是鈉與我們印象中的其他金屬的不同之處，如初中階段的鐵與硫酸銅反應就遠沒有這么劇烈。如果將這個實驗的功能定位為：通過這個實驗的劇烈現象讓學生強烈感受到鈉與此前熟知的鐵、銅等金屬的性質的不同，而不是就反應現象去推知鈉的性質，那么放在學習之初就可能會獲得更好的教學效果。（2）在學習了鈉與水反應之后再來進行這個實驗，“浮”“熔”“游”“響”這些現象學生很容易觀察到，學生還可能觀察到鈉與硫酸銅溶液反應時極易燃燒、產物中有時有黑色物質生成這些現象，此時可以將該實驗的功能定位為：基于反常現象推理，讓學生感受到化學變化需要條件、同一反應器中進行的若干個化學變化之間可能存在聯系，進一步加強對“變化觀念”的認識。

可見，對傳統實驗功能的定位不同，處理的方式也就不同，在教學過程中仔細思考傳統實驗的功能定位，盡可能地去發掘它的教育教學功能，基于最合適的功能去處理實驗，才是最有效的方式。

四、如何讓危險實驗更安全——培養學生科學精神

中學階段一些危險性大的實驗到底能不能讓學生分組進行是實驗教學中一個繞不開的話題。很多時候，考慮到安全因素，老師們寧可放棄這些實驗的教育教學功能，也不愿意“冒險”。但是從學生的長遠發展來看，學生總有需要自己動手獨立完成某些具有危險性的實驗的時候，過多的保護同樣可能會帶來傷害。如何避免這些“危險”實驗給學生帶來的人身傷害呢？其中一個非常重要的途徑，就是在日常實驗中有意識地培養學生的科學精神，同時，科學精神養成后又會反過來避免危險性實驗給學生帶來的傷害。

筆者在進行“鈉的性質及用途”教學過程中，安排了鈉與硫酸銅溶液反應的分組實驗，一組學生沒有按照實驗前強調的要求，取的鈉塊較大，在實驗過程中鈉塊燃燒，發生輕微爆炸，并且伴有液體飛濺現象，把大家嚇得不輕。筆者當即讓學生停止實驗，組織討論：（1）為什么別的組沒有發生爆炸現象，是什么原因導致了輕微爆炸現象？（2）從這個實驗事故中我們能夠得到哪些啟示？（3）如果要確保該實驗的安全性，可以進行哪些改進設計？通過對（1）（2）問題的討論，學生認識到化學實驗不是隨隨便便進行的，實驗操作流程、試劑取用方式與用量都要嚴格按照標準規范進行，科學探究來不得半點馬虎和隨意，必須要有科學嚴謹的態度。通過討論問題（3），學生提出了很多改進該實驗、確保安全的辦法，思維得到訓練和拓展，創新能力得到提升。

其實，科學精神往往就是在對這些意外的處理過程中得到培養與提升的。作為化學教師，不應刻意回避這些帶有危險性的意外，抓住契機，順勢引導，往往更能在學生心中埋下科學的種子。當然，為了保證學生的人身安全，在實驗前教師進行反復嘗試，將危險控制在一定的范圍內也是十分必要的。

五、如何讓實驗順序更合理——遵循學生認知規律

在實驗教學中，有時為了達成學習目標需要完成若干個彼此之間相互獨立的實驗。對于這些實驗的順序的安排，教師們很少考慮，大多數情況下都認為先做哪個后做哪個好像沒有太大的區別。其實細細研究，這若干個實驗往往具有一定的內在聯系，在安排實驗時，需要合理安排其順序，其中需要考慮的一個非常重要的依據就是是否能很好地符合學生的認知規律。

以“鈉的性質及用途”教學為例，在教學過程至少要安排學生完成鈉與水反應的實驗、鈉與氧氣加熱反應的實驗。這兩個實驗均體現鈉的還原性，在實驗的過程中似乎可以不用考慮先后順序。仔細思考我們可以發現，學生更易接受鈉與氧氣的實驗，因為初中化學涉及到的金屬，更多的是與氧氣的反應，很少有與水反應的。因此首先研究鈉與氧氣的反應符合認識事物從一般規律到特殊規律，符合學生已有的知識基礎、認知規律。此外，在進行鈉與氧氣加熱條件下反應的實驗時，由于鈉塊是固定不動的，受熱情況下熔成一個銀白色的小球的現象易于觀察到，這種觀察很容易遷移到鈉在與水反應時熔成小球的現象上，而如果首先做鈉與水的反應，熔成小球的這個現象對學生來說是很難把握和準確描述的，從這個角度上來說，鈉與氧氣反應實驗的完成有助于學生對鈉與水反應實驗的觀察與分析，體現了學生的觀察與理解由易到難的認知規律。

事實證明，在長期的化學教學實踐中，實驗作為化學教學的重要手段，不論是最初為學生雙基目標的達成，還是后來對三維目標的實現，都已發揮了不可磨滅的作用。如今，在倡導素養教育的新課改背景下，廣大化學教師只有進一步潛心研究，正視化學實驗教學中存在的問題，基于學生化學核心素養養成，積極探索，才能讓化學實驗教學在素養養成教育中發揮更大的作用。