基于學(xué)科核心素養(yǎng)的化學(xué)實驗探究能力培養(yǎng)的實踐與思考

摘 要：化學(xué)實驗是進行科學(xué)實驗探究、學(xué)習(xí)化學(xué)知識的重要途徑，通過化學(xué)實驗活動，可以體驗科學(xué)研究的一般過程，了解科學(xué)研究的常見方法，學(xué)習(xí)必要的實驗技能，養(yǎng)成科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識。本文以高一教材第五章第三節(jié)《濃硫酸》中“蔗糖脫水實驗的改進”的探究教學(xué)為例，體驗促進實驗探究能力的發(fā)展途徑，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng);實驗探究能力;教學(xué)改進

“倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力”是2017年版《普通高中化學(xué)課程標準》理念之一。《上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求》也明確指出化學(xué)實驗是進行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)化學(xué)知識的重要途徑，也是學(xué)生需要不斷發(fā)展的一項能力?！翱茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責任”以及科學(xué)探究中必然經(jīng)歷的“證據(jù)推理”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的外延之一。在實際教學(xué)中我們可以通過開展以實驗探究為主題的教學(xué)改進來提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。下面以高一教材第五章第三節(jié)《濃硫酸》中“蔗糖脫水實驗的改進”的探究教學(xué)為例，體驗促進實驗探究能力的發(fā)展途徑。

一、 基于教學(xué)內(nèi)容的化學(xué)實驗探究能力發(fā)展空間分析

蔗糖脫水實驗的改進探究活動屬于化學(xué)實驗方案創(chuàng)新設(shè)計探究，在這個探究活動中，學(xué)生從“綠色化學(xué)”的視角，基于實驗方案設(shè)計的科學(xué)性、安全性、可行性、簡約性等方面研究蔗糖的脫水實驗，形成化學(xué)實驗方案優(yōu)化設(shè)計的基本思路，了解化學(xué)實驗設(shè)計的基本原則，發(fā)展多角度思考問題以及創(chuàng)新思維的能力。

實驗改進方案設(shè)計探究的基本思路是明確實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?根據(jù)實驗的目的和原理以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件，如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器和橡皮、反應(yīng)是否加熱及溫度是否控制在一定范圍內(nèi)等，選擇合理的化學(xué)儀器和藥品;從“綠色化學(xué)”的視角出發(fā)，設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。這類探究活動的關(guān)鍵策略是路線優(yōu)化、發(fā)散性思維和創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。

二、 教學(xué)改進過程展示

（一） 教師原始教學(xué)設(shè)計

蔗糖脫水實驗是上海市教材高一第二學(xué)期第五章《§5.3節(jié)硫酸》這節(jié)的內(nèi)容，旨在通過該實驗討論濃硫酸的脫水性。在以往的教學(xué)中，筆者按處方抓藥，先演示實驗，學(xué)生觀察并記錄實驗現(xiàn)象，根據(jù)實驗現(xiàn)象推斷濃硫酸在該實驗中表現(xiàn)了什么特性。在原始教學(xué)設(shè)計中，教學(xué)目標設(shè)定為：

1. 觀察并記錄實驗現(xiàn)象，根據(jù)實驗現(xiàn)象推測濃硫酸的化學(xué)特性。

2. 能區(qū)別濃硫酸的吸水性和脫水性。

3. 通過“黑面包”實驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升觀察事物、分析問題的能力。

在以上教學(xué)設(shè)計中，“黑面包”演示實驗對學(xué)生的視覺沖擊比較大，能瞬間激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生能清晰地看到：蔗糖變黑，體積迅速膨脹;學(xué)生也能聞到：產(chǎn)生大量刺激性氣味的酸性氣體;學(xué)生用手觸摸：燒杯的外壁有發(fā)熱現(xiàn)象。通過以上現(xiàn)象，學(xué)生很容易分析出濃硫酸在實驗過程中表現(xiàn)出吸水性、脫水性和強氧化性。但是這份教學(xué)設(shè)計中，沒有全面、深入地挖掘高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的素材，對學(xué)生實驗探究的能力沒有清晰的培養(yǎng)目標。

（二） 基于化學(xué)學(xué)科實驗探究能力研究的教學(xué)設(shè)計

根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，該實驗設(shè)計的不足之處有：該實驗是一個開放體系，蔗糖與濃硫酸的反應(yīng)過程會產(chǎn)生有毒的二氧化硫氣體，污染室內(nèi)空氣，危害師生健康，不利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識，也不能證明濃硫酸的強氧化性。但是，以上的不足之處正好是滲透綠色化學(xué)理念，播種實驗創(chuàng)新設(shè)計種子的良好時機。因此，本次教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生針對實驗的不足進行實驗方案的改進，優(yōu)化路線、利用實驗室常用儀器進行創(chuàng)新設(shè)計是重要任務(wù)。

通過以上分析，本次教學(xué)做出以下教學(xué)改進：

實驗探究能力發(fā)展的目標設(shè)定為：

1. 能根據(jù)實驗室的常見儀器自主設(shè)計實驗方案，既符合綠色環(huán)保的理念，又能證明濃硫酸的強氧化性。

2. 能通過合作討論的方式，優(yōu)化實驗方案。

3. 能熟練地進行實驗裝置的組裝。

（三） 試講片段展示

利用修改后的教學(xué)設(shè)計，進行試講，現(xiàn)展示一下實驗方案設(shè)計片段：

教師：針對實驗方案中的不足之處，請大家根據(jù)實驗室中的常見儀器重新設(shè)計實驗方案。

學(xué)生：討論實驗并展示實驗方案（包括裝置圖）

學(xué)生1：方案：

闡述：我們組采用封閉式系統(tǒng)，用氫氧化鈉溶液吸收尾氣，解決了污染環(huán)境的問題，用品紅和澄清的石灰水檢驗SO2和CO2，由此證明濃硫酸的強氧化性。A裝置中的品紅檢驗SO2，B裝置中的酸性高錳酸鉀溶液除SO2，C裝置中的品紅檢驗SO2是否除盡。

學(xué)生2：1. 除SO2可不可以用溴水？2. 酸性高錳酸鉀溶液后面的品紅可不可以不要？

學(xué)生3：證明濃硫酸的強氧化性，是不是只需要證明SO2就可以了？

教師：這兩位同學(xué)，思維活躍，敢于思考。請大家討論一下。

學(xué)生討論后共同回答：可以用溴水吸收SO2氣體。

教師：如果去掉酸性高錳酸鉀溶液后面的品紅溶液，裝置相對簡單一點，但是有什么現(xiàn)象可以說明SO2被吸收完了？

三、 反思與建議

本次教學(xué)是基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)背景下的化學(xué)實驗探究能力的一堂課，與以往的常規(guī)教學(xué)相比，本次教學(xué)改進更能體現(xiàn)：問題意識、探究意識、開放意識、環(huán)保意識、創(chuàng)新意識和實驗操作能力。通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)：學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力比較薄弱，所以在實驗方案展示環(huán)節(jié)必須要給予充分的時間，放手讓學(xué)生自主完成實驗方案設(shè)計以及裝置的搭建;教師自己設(shè)計的方案，比如最后一個利用生活中的廢品制作的簡易裝置可以不展示，留給學(xué)生課后自己設(shè)計，這樣既可體現(xiàn)課后的延伸，也能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)探究的興趣。

建議：教師在教學(xué)過程中應(yīng)注重設(shè)計多類型、有層次的化學(xué)實驗探究活動，讓學(xué)生真實、深度地參與實驗探究活動，提升實驗操作能力，升華化學(xué)核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]王磊.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)學(xué)科能力研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2018.

[2]中華人民共和國教育部定制.普通高中化學(xué)課程標準（2017年版），北京：人民教育出版社.

作者簡介：

田麗，上海市，上海市崇明區(qū)崇明中學(xué)化學(xué)組。