基于學科核心素養的高中化學實驗創新實踐

杜世民

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，學生對化學知識的獲得、能力的形成都是在實驗的基礎上建立起來的。應試教育思想根深蒂固、課程安排課時不足、以學生安全為由不開設或少開設實驗教學，是現階段高中化學實驗教學的普遍現象。這就造成微課視頻實驗多，現場操作實驗少;教師演示實驗多，學生分組實驗少;照本照做實驗多，創新探究實驗少;驗證性質實驗多，探究應用實驗少的不良局面。這與培養學生科學探究與創新意識的教學目標背道而馳。

筆者結合多年的教學經驗，在高中化學實驗教學中，就如何提高學生的科學探究與創新意識方面進行了一些實踐和思考。

一、化學實驗教學的重要意義

在化學教學中，化學實驗對于學生養成變化觀念、證據推理、實驗探究與創新意識、科學精神起著重要的作用。筆者認為，高中化學實驗按照開設目的不同，可以分為以下三種情況。

1.教師演示實驗

教師演示實驗有助于學生掌握相關知識點，驗證相關理論知識。如SO2對品紅溶液的漂白作用，其原理與氯水不一樣。通過實驗驗證可以很直觀的了解“SO2溶于水后生成的亞硫酸跟有色物質直接結合成無色的暫時穩定的化合物，加熱后能恢復原色”，從而掌握SO2漂白作用的“暫時性”;又如演示強酸與強堿的中和滴定實驗能直觀驗證滴定終點的判斷：“當最后一滴液體滴下后，錐形瓶內溶液顏色發生變化，且在半分鐘內不變色”。通過實驗，學生有真切體驗感受，就會更加容易理解對應的理論，甚至會主動深入探究等當點和滴定終點的本質區別。

2.學生分組實驗

分組實驗指的是學生在教師的指導下，在實驗室中自主進行的實驗。在分組實驗活動中，只要不涉及實驗安全問題，教師大可以放手讓學生“犯錯”，讓他們在“錯誤”中一步步成長。只有“誤入歧途”，才可能出現不同的實驗結果，才會和其他小組交流實驗結果，進而發現和提出有探究價值的化學問題。如鐵的氫氧化物制備實驗，有這么一段描述“因Fe（OH）2在空氣中迅速被氧化，變成灰綠色，最后變成棕紅色的Fe（OH）3”，問題是：“灰綠色物質是什么？是Fe（OH）2和Fe（OH）3混合物？”學生在實驗過程中提出的種種問題，其實就是創新點，是“發現和提出有探究價值的化學問題”。

3.創新探究實驗

創新探究實驗是指學生在掌握基本實驗方法和相應知識的基礎上，通過主動地發現問題、查閱資料、實踐操作、總結成果、表達交流等探究性活動，獲得知識和技能的學習方式和學習過程。創新探究實驗的一個重要特征是開放性，包含選擇探究問題的開放性、探究過程的開放性和探究結果的開放性。學生的“科學探究與創新意識”培養就應該從學生打破書中常規實驗、勇于質疑和自主探究實踐等方面著手抓起。在遇到課程之外的問題時，具有“科學探究與創新意識”科學素養的學生往往能夠以開放的思維角度，主動尋求解決方法，并在這樣的良性循環過程中，形成科學價值觀。

二、高中化學實驗教學創新實踐

1.新媒體融合高中化學實驗教學，將不可視變成可視

信息技術高速發展，新媒體推陳出新，促使高中化學實驗教學發生重大變革。PPT課件、可視光盤、微課慕課、VR仿真虛擬等新媒體素材，經過教師的篩選、組合，可以形成優秀的教學資源，融合到高中化學實驗教學，能夠創設開放性信息化學習環境。

微粒（如原子、分子、離子、膠粒等）的運動和相互作用，物質的微觀組成和結構、晶體的聚集狀態等微觀領域，一般顯微鏡都不能直接觀察。我們可以利用微課、3D視頻、VR仿真虛擬，變抽象不可視為形象可視，讓學生直觀形象地認識微觀世界，理解化學反應的原理。如在進行選修4化學反應原理相關實驗時，引入“PH計”“電流計”“溫度傳感器”等數顯傳感器設備，能直觀檢測溶液PH值、導電性、溫度變化，變定性分析為定量監測，學生更容易對實驗信息進行加工并獲得結論。

實驗教學充分發揮新媒體優勢，就可以把學生的感知直接引導到看不見也摸不著的微觀世界里，讓學生感受到課本上的知識其實就在身邊發生著。

2.改進演示實驗、分組實驗，省時省事，節約環保

化學教材中編寫的實驗是結合化學課程標準的要求，綜合考慮各方面需求所提供的范例實驗。但是范例實驗并不一定是最佳的實驗方案，教師可根據實際條件和需求對一些實驗進行優化和改進。

教材部分演示實驗、分組實驗，對試劑的量、實驗環境等要求較高，微小的差別或者變化都會導致實驗結果發生偏差，實驗現象異常，甚至造成實驗失敗。如銀鏡反應，氨水的使用量難以控制，很難得到明亮的銀鏡;由于Fe2+極易被氧化，FeSO4溶液滴加NaOH溶液，很難觀察到白色沉淀;焰色反應實驗很難觀察到滿意的實驗現象，等等。

還有一些實驗使用的試劑、反應的生成物會對環境造成污染，特別是某些實驗生成了有毒氣體，但沒有對這些氣體進行有效處理，在一定程度上影響學生的環保意識。

筆者經實踐探究，改進了幾例演示實驗，節省操作時間，實驗現象更易觀察，教學效果更明顯。

（1）氨與氯化氫的反應產生白煙，按照教材通常是將兩根分別沾有濃氨水與濃鹽酸的玻璃棒靠近，實驗現象受溫度、濕度、風速、背景顏色等因素的影響，產生的白煙持續時間較短，而且難以看出是白色固體（到底是煙還是霧）。若改為使用兩團棉花分別蘸取濃氨水和濃鹽酸，置于大燒杯底部兩側，并用表面皿蓋住燒杯口。這樣改進后，學生非常容易觀察現象并確認產物是白色的煙。

（2）在學習二氧化硫的性質時，教材只是安排了演示實驗驗證SO2溶解性、酸性、漂白性，對于它的還原性、氧化性一般只能用化學反應方程式來描述。教輔資料經常出現圖1的裝置圖，倒是可以一次性完成SO2制備和性質檢驗，但是實驗儀器多、操作復雜、反應時間長，不利于教師演示操作。我們可以利用點滴板，如圖2所示，在Na2SO3固體里加入1∶1硫酸后，用另一個表面皿反蓋上，很快可以觀察到實驗現象。

（3）焰色反應按照教材的做法，學生想看到和教材圖片上的鮮艷顏色幾乎不可能，只能機械地記憶課本上所提供的實驗結果，造成理解不深刻、記憶困難的情況，嚴重打擊學生學習的積極性。我們可以把濾紙（或者宣紙）切成的紙條（類似紙槽），將紙條分別浸泡在待測鹽的飽和溶液里，片刻后取出，晾干;用坩堝鉗夾持含有不同待測鹽的紙條在燈焰上灼燒，燈焰就會呈現不同色彩。這樣操作簡單，現象非常明顯，學生意識到簡單的改變就可以改進實驗，進而學會獨立思考。

3.對教材的演示實驗，主動延伸探究、敢于提出質疑

在進行教材的演示實驗后，教師可適度引導學生發現實驗的“異常”，幫助學生提出有探究價值的化學問題，并探究形成進一步改進實驗的設想，或者驗證“異常”出現的原因，培養學生敢于質疑和批判的創新精神。

如選修4為了進一步驗證溫度對反應速率的影響，在實驗23基礎上，又設計了一個科學探究：已知4H++4I-+O2=2I2+2H20，現有1mol/LKI溶液、01mol/LH2SO4溶液和淀粉溶液，請探究溶液出現藍色的時間與溫度的關系。經過必修2學習，學生已經知道了升高溫度能加快反應速率。但是，這個科學探究有可能出現的結果是溫度較高的熱水中的混合溶液反而變色慢，甚至不變色，與學過的知識恰好相反。

又如必修1設計了一個科學探究來驗證Fe2+和Fe3+的相互轉化。FeCl3溶液加入鐵粉充分反應后，滴加KSCN溶液，不變紅色，即不含Fe3+，Fe3+被還原為Fe2+;把上層清液倒入另一個試管，再加入幾滴氯水，若變紅，則可以證明Fe2+又被氧化成Fe3+。但是實際操作過程中，若滴加的氯水過量，則會看到先變紅后褪色。

這些實驗的“異常”一經學生發現，就是一個思維碰撞的火花，就是一個研究性課題。教師可以指導學生課后自行查閱資料，深入探究，并進行實踐驗證。只有這樣，才能激發學生學習興趣，提高科學探究與創新意識。

4.開設校本化學創新實驗課程，培養科學探究與創新意識

要培養學生科學探究與創新意識，除了教材開設的分組實驗和科學探究實驗之外，新課標要求將化學與生活、化學與社會、化學與科技作為化學教育教學的重要組成部分，實驗是化學中最容易激發學生學習興趣的部分，開發校本化學創新實驗課程，已經成為近幾年高中化學實驗教學的一個創新點。

“提出一個問題，往往比解決一個問題更重要”，我校化學科組幾位教師將化學知識與實際生活聯系起來，設計了多門校本選修課程，并吸引了相當一部分學生參加。該課程開放實驗室，學生分組后自主完成實驗方案設計，自行動手實踐并得出實驗產品。經過校本課程學習，提高學生對化學實驗的興趣，培養學生動手實驗的能力、解決問題的能力和創新設計的能力。摘錄部分課程計劃如下：自制手工肥皂、自制酸堿指示劑、手工唇膏、自制創意蠟燭、趣味變色實驗、固體酒精與焰色反應、固體酒精與法老之蛇、自制熔巖燈、七彩熒光趣味實驗。

責任編輯 羅 峰