基于化學核心素養的科學探究活動

代鵬 劉傳友 李剛 李榮慧

摘要：以人教版九年級下冊“探究探究氫氧化鈉和稀鹽酸的反應”為例，將化學學科核心素養落實在科學探究教學中。

關鍵詞：核心素養;初中化學;優質課;科學探究;說播課

文章編號：1008-0546（2019）10-0078-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.021

筆者參加了2018年11月26-28日在池州市舉行的安徽省初中化學優質課大賽。本屆大賽的主題是核心素養引領下的初中化學教學，大賽采用最新的說播課形式進行。2017版高中化學新課標提出化學學科核心素養的具體內容，為今后的高中化學教學指明了方向，如何在初中化學教學中展開“素養為本”的教學，為學生后續學習化學奠定基礎，是當前急需解決的問題。基于此，我在本次大賽中設計了“探究氫氧化鈉和稀鹽酸的反應”的科學探究課，將化學核心素養在課堂教學中落地。

一、設計理念

新課標倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，促進學生學習方式的轉變。本節課就初中化學中疑點問題氫氧化鈉和鹽酸能否發生反應，展開學科探究，目的在于發展和培養學生的化學學科核心素養。

為了提升科學探究的品質，本節課采用基于微課的翻轉課堂的教學模式進行教學。將科學探究的提出問題、猜想與假設、方案設計置于課前，用微課輔助完成。課中主要進行方案的論證、實驗探究、交流與討論，同時構建無明顯現象化學反應發生的證據模型。

二、設計思路

1.教學目標的分析

本節課教學目標的確立依據的是學科核心素養，相較于三維目標，學科核心素養更具體、更可測、更具有差異性，所以需要進一步突出學科核心素養對三維教學目標的引領和升華（表1）。

三、教學過程

環節1：展示猜想，激發欲望

回顧：課前通過微課的學習，同學們對氫氧化鈉和鹽酸到底有沒有反應做出了自己的猜想。學生再次思考微課中提出的問題。

展示：學生猜測結果的數據統計：

猜想有反應：31人，占62%

猜想不反應：17人，占34%

猜想不知道：2人，占4%

設計意圖：提出問題，進入情境，激發學生的好奇心和求知欲。

講述：由于沒有看到明顯的現象，同學們對于氫氧化鈉和鹽酸能否發生反應也不確定。本節課我們就利用實驗探究法的方法來研究這個反應。

環節2：探尋規律，構建模型

問題：判斷一個反應是否發生的依據是什么？驗證的途徑有哪些？如何根據溶液的酸堿性變化，設計實驗證明氫氧化鈉和鹽酸發生了反應？尋找無明顯現象化學反應發生的證據。

討論：判斷鹽酸和氫氧化鈉有沒有發生化學反應，可以通過檢驗是否生成新物質，也可以通過檢驗反應物是否被消耗等途徑來判斷，變“無明顯現象”為“有明顯現象”。

設計意圖：認識無明顯現象化學反應普遍存在，體會本次探究的重要意義。能根據物質變化的信息建構模型，建立思維框架，培養學生模型認知的化學學科核心素養。

環節3：展示方案，分析論證

根據尋找無明顯現象化學反應發生的證據的思路。學生分組對各種實驗方案進行評價和完善，然后分組匯報交流，在教師指導下，優選出可行的方案。

（1）展示A同學的猜想和實驗設計方案：

A同學猜想能反應。實驗設計方案：利用氫氧化鈉的性質，證明氫氧化鈉不存在。向氫氧化鈉溶液中滴加適量稀鹽酸，再向混合溶液中滴加酚酞試劑，然后觀察現象。若酚酞紅色消失，證明氫氧化鈉不存在，二者發生反應。

師：A同學的方案是否可行？談談你的理由。

生：我覺得可行，紅色消失說明稀鹽酸將氫氧化鈉反應完了，二者確實發生了反應。

師：很好。證明氫氧化鈉不存在還有哪些實驗方案7

學生小組討論，小組代表匯報。

生：向氫氧化鈉溶液中滴加過量稀鹽酸，再向混合溶液中滴加硫酸銅溶液，然后觀察現象。若沒有產生藍色沉淀，證明氫氧化鈉不存在，二者發生反應。

師：還有其他實驗方案嗎？

生：先用pH試紙測量氫氧化鈉溶液，然后向氫氧化鈉溶液中滴加過量的稀鹽酸，再測量混合溶液的pH，若pH變小，則二者發生反應，否則二者不發生反應。

其他學生質疑，討論并反饋意見。

（2）展示B同學的猜想和實驗設計方案：

B同學猜想能反應。實驗設計方案：利用稀鹽酸的性質，證明稀鹽酸不存在。向稀鹽酸中滴加適量紫色石蕊試劑，溶液顯紅色，繼續滴加氫氧化鈉溶液，若觀察到紅色變成藍色，證明稀鹽酸不存在，二者發生反應，否則不發生反應。

師：B同學的方案是否可行？談談你的理由。

生：我覺得可行，紅色變藍色說明氫氧化鈉將稀鹽酸反應完了，二者確實發生了反應。

師：很好。證明稀鹽酸不存在還有哪些實驗方案？

學生小組討論，小組代表匯報。

生：先用pH試紙測量稀鹽酸溶液，然后向稀鹽酸中滴加適量的氫氧化鈉溶液，再測量混合溶液的pH，若pH變大，則二者發生反應，否則二者不發生反應。

師：還有其他實驗方案嗎？

生：然后向稀鹽酸中滴加過量的氫氧化鈉溶液，然后加入鋅粒，觀察現象，若有氣泡產生，則證明二者發生反應，否則不發生反應。

其他學生質疑，討論并反饋意見。

（3）展示c同學的猜想和實驗設計方案：

c同學猜想能反應。實驗設計方案：利用氯化鈉的性質，證明氯化鈉存在。向稀鹽酸中滴加過量的氫氧化鈉溶液，然后再滴加硝酸銀溶液，觀察現象，若觀察到有白色沉淀生成，二者發生反應，否則不發生反應。

師：c同學的方案是否可行？談談你的理由。

生：我覺得不可行，氯化鈉溶液和硝酸銀溶液反應生成白色沉淀，但是鹽酸也會和硝酸銀產生白色沉淀，無法證明是否有氯化鈉生成。

設計意圖：從不同角度設計出多種方案來驗證猜想，指出各方案的可行性，培養學生學習化學的創新能力和科學態度。

環節4：實驗探究，證據推理

學生分組分別完成自選方案的相關實驗，然后分享觀察到的實驗現象，得出結論。通過學生全方位合作，多路徑的展示，培養學生觀察能力、證據推理的學科核心素養。

環節5：深度探究，揭示實質

提出問題：在化學反應中不但生成其他物質，而且還伴隨著能量的變化。那么氫氧化鈉溶液和稀鹽酸反應后溫度變化情況？學生無法預測，這也是傳統實驗不能解決的。這時，我向大家介紹了現代實驗技術——數字化實驗，探究二者混合后溫度的變化。教師介紹數字化實驗裝置、數據采集器、磁力攪拌器、溫度傳感器。連接裝置，將10mL 10%稀鹽酸和相同體積相同質量分數的氫氧化鈉溶液混合，同時迅速插入溫度傳感器。點擊按鈕開始采集實驗數據。

觀察記錄：觀察溫度和測出的曲線（圖1），實時記錄有關數據。

交流回答：溫度曲線變化：溶液混合后，溫度逐漸升高，過一段時間，溫度逐漸降低。說明反應放出熱量。

師：通過數字化實驗可知，稀鹽酸和氫氧化鈉溶液二者發生反應放出熱量，但是為什么過一段時間以后溫度降低了？

生：二者反應結束，熱量散失到空氣中，所以溫度慢慢降低。

師：連接裝置，將10mL 10%稀鹽酸和相同體積相同質量分數的氫氧化鈉溶液混合，同時迅速插入pH傳感器。點擊按鈕開始采集實驗數據（圖2）。

對于曲線分析學生是陌生的。首先介紹橫縱坐標的意義;再介紹分析曲線的方法：標出曲線的起點、拐點和終點。

生：反應溶液pH整體呈下降趨勢;不同時間段溶液pH下降幅度不同;溶液最終呈酸性。

師：根據剛才的探究，你能否推理出氫氧化鈉和稀鹽酸反應的實質？請你用化學符號表達出該反應化學方程式。

生：NaOH+HCI=NaCI+H2O

設計意圖：通過利用數字傳感器對該反應的深度探究，學生從宏觀、微觀、符號、曲線四重表征認識化學反應進而對氫氧化鈉和稀鹽酸的反應有了更本質的認識。

環節6：實踐應用，提高能力

為了提高學生實踐能力，在最后環節安排學生處理實驗后的廢液，借助pH傳感器來檢驗廢液的酸堿性，進而調節廢液的pH，最后呈中性排放。

交流討論：此方法也可以應用到工業廢水的處理。

設計意圖：有意識地把化學與社會、環境、生產融合在一起，體現化學學科的應用價值，培養學生的環保意識，提升了學生“科學態度和社會責任”學科素養。

四、教學反思

本節課通過真實問題情境的創設，開展以實驗探究、理論探究為主的多種探究活動，在教學中重視內容的設計，層層遞進，很好地激發了學生學習化學的興趣，促進學習方式的轉變。

運用“基于微課的翻轉課堂”的教學模式，將科學探究的提出問題、猜想與假設設置于課前微課完成，課堂上主要進行猜想分析、方案的論證、實驗探究、解釋與結論，培養了學生基于證據的實驗探究意識，提升了科學探究的品質。

本節課按照科學探究的一般步驟逐步完成，學生體驗了科學探究的過程，享受了科學探究的樂趣，同時傳統實驗和數字化實驗相結合、證據推理和得出結論相結合、小組合作交流和獨立思考相融合，充分運用了化學學習中的四種表征來幫助學生理解氫氧化鈉和稀鹽酸的反應。學生在科學探究中提升了認知能力、拓展了學習方式。在新課改理念下，通過科學探究活動的開展，很好地培養和發展了學生的化學學科核心素養。