重視實驗創新發展化學核心素養

曹小紅　胡榮華

摘 要：在學生對分子和原子已有的知識基礎上，將教材中實驗進行適當的改進創新，指導學生開展探究活動，激發學生的學習化學熱情，形成科學的創新思維，更有效地培養學生化學核心素養。

關鍵詞：實驗創新;化學核心素養;宏觀微觀結合

著名教育家夸美紐斯指出：通過注意的觀察接收到的印象是最能持久的印象。在教學中不僅重視教材中實驗，也要重視實驗創新，發展化學學科的素養。化學核心素養是學生在化學認識活動和解決化學相關問題過程中表現出來的關鍵素養。本文以《分子和原子》為例，談談利用創新實驗，發展化學核心素養。

一、 基于核心素養的教學內容分析

本節課內容是在物質的變化和性質以及混合物、純凈物等宏觀概念的基礎上，從宏觀世界向微觀粒子的過渡，對學生了解微觀世界，形成微觀想象能力至關重要。微粒觀的建立首先是接受“宏觀物質是由微小粒子構成”這一事實，由于微粒平時看不見，要在學生的認知領域建立起這樣一個概念是有一定難度的。

學生掌解了分子的性質，就能真正從化學視角來學習化學，為今后學習原子結構、相對原子質量、相對分子質量、質量守恒定律提供依據，甚至為高中學習阿伏加德羅常數、物質的量打基礎。微觀世界的探索有助于學生逐漸形成“宏觀——微觀”思維方式，因此，本節知識在教材安排上起到了承上啟下的作用。

本節課的學習內容比較簡單，要求也不高，但內容抽象，對于初學者成功從宏觀向微觀跨越還是有點難度。所以教學中重視實驗創新，采用實驗探究、證據推理、歸納總結方法獲得分子的相關性質，并引導學生參與解決有關問題，在教學實踐中落實化學核心素養。

二、 基于化學核心素養的教學目標分析

（一） 通過實驗探究理解分子、原子的性質，享受科學探究的過程，培養創新意識、科學精神與社會責任。

（二） 從生活中的常見宏觀現象出發，培養學生的抽象思維能力，建立微觀粒子想象表象，學會用微觀的觀點解釋現象，建立宏觀辨識與微觀探析核心素養。

（三） 建立世界是物質的，物質是由微粒構成的認知模型。

三、 基于化學核心素養的教學過程

（一） 創設情境，構建物質是由微粒構成的認知模型

創設問題情境：猜謎活動——下面這首詩贊美的是哪種花？“不是人間種，移從月中來。廣寒香一點，吹得滿山開。”

提問：為什么能聞到花香？能不能看到分子的運動？

說說：還有哪些現象說明分子的真實存在？

展示苯分子、硅原子構成的文字“中國”兩幅照。

設計意圖：通過真實的生活實例，真切地感受物質是由微小的粒子構成的。分子的真實存在，直觀地體會這些肉眼看不見的微小粒子的不斷運動。逐漸形成宏觀→微觀→符號表征認知模型，更符合學生的認知規律。

（二） 重視實驗創新，發展宏觀辨識和微觀探析

學生分組實驗：請同學們輕輕地將錐形瓶拿到桌子上，將錐形瓶上注射器中液體慢慢推進瓶中，觀察現象及變化的順序。

思考討論：小棉花球變紅的原因。

探究棉花上酚酞變紅的原因？

作出猜想假設：

猜想1：可能是水使酚酞溶液變紅了。

猜想2：可能是空氣中的物質使酚酞溶液變紅了。

猜想3：可能是氨水揮發出的氨氣溶于酚酞溶液，使酚酞溶液變紅。

設計方案，實驗探究，得出結論 猜想3正確

分析評價：比較該裝置與教材中裝置的優點：節約藥品，科學環保，操作簡便。

討論：

1. 為什么無色酚酞變成紅色，而濃氨水沒有變紅色？

2. 分子運動的速率與哪些因素有關？

設計對照實驗：將現有實驗裝置改進為對比實驗。

演示實驗：將上述裝置進行改進，觀察實驗現象。

設計意圖：教學設計中進行實驗改進，改進后的實驗不僅效果更好，而且現象更有吸引力，不但能讓學生從理性上認識分子的性質，而且從驚奇、震撼等情感體驗中感受化學實驗的魅力。引導學生用微觀性質揭示宏觀現象的本質，培養學生創新意識和創新思維，充分挖掘學生的學習潛能。

（三） 從化學視角關注社會熱點

投影阿什金“激光鑷子”漫畫圖片

介紹：阿瑟·阿什金發明的被稱作“激光鑷子”，獲得2018年諾貝爾物理學獎，“激光鑷子”成功地控制分子等粒子的運動。

（四） 重視實驗中的證據推理，培養科學精神

實驗1：將注射器活塞拉到50 mL處用手指堵住下端小孔，再用力推壓活塞，觀察注射器此時的讀數。

實驗2：取一小塊干冰放入其中，裝上活塞并將其推到底部，用手指堵住管口。

分析現象得出結論：分子間有間隙，壓強越大，分子間隙越小。

學生活動：1. 將注射器中氣體注射入裝有澄清石灰水的小燒杯中，觀察現象。

2. 將注射器活塞拔出，再將剩余的干冰倒入另一個裝有澄清石灰水的小燒杯中，觀察現象。

實驗現象：兩個燒杯中石灰水都變渾濁。

討論：為什么兩個燒杯中石灰水都能變渾濁呢？

小結：構成干冰和二氧化碳氣體的分子都是二氧化碳分子，分子相同，化學性質相同。

設計意圖：通過分析在推壓過程中，分子個數沒有減少，分子大小沒有減小，從而推理出是分子間隙變小。通過改變對注射器的壓力大小，推理出分子間隙與壓強的關系。幫助學生分析對比干冰與二氧化碳氣體都能使澄清石灰水變渾濁的現象原因，推理出“分子相同，化學性質相同”。

四、 教學反思

《義務教育化學課程標準》（2011版）規定了初中化學的性質和教育目標，是初中化學教學的基本依據。根據《課標》指導，“宏觀符結合”“實驗與探究”“綠色應用”“科學精神和社會責任”等是初中化學核心素養的重要組成部分。化學核心素養融合了化學知識與技能、化學思想觀念、科學探究與問題解決能力、創新思維和社會責任感等多方面內容，是三維目標的繼承與發展。

（一） 利用創新實驗，發展科學探究和創新思維

科學探究是學習化學的重要手段，是化學課程要求學生掌握的重要內容和學習方式。實驗探究不僅可以通過化學實驗啟發學生的科學思維，揭示化學本質，更注重引導學生學會發現和提出有探究價值的化學問題，能依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作，能對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結論;能和同學交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進實驗的設想。所以實驗探究是初中化學的核心素養之一。

這節課教學中，以教材中實驗為原形，在尊重學生前認知的基礎上，對實驗做了些調整和改進，如品紅溶于熱水與冷水的對比實驗、酒精與水的混合實驗被舍去了。雖然看似拋棄了書中的演示實驗，但是改進后的實驗并沒有脫離這些本質，只是進行了優化，更好地教會學生認識問題、分析問題、解決問題的方法。分子運動實驗中，改用注射器注射濃氨水，實驗不僅成功避免了氨分子擴散到空氣中，現象更明顯，環保安全，而且節約藥品，還能通過自下而上的變紅現象，直觀地感受氨分子自下而上的運動。用推壓注射器得出分子間隙受外因壓強的影響，用注射器中放干冰感受氣體分子間隙大于固體間隙，將注射器中二氧化碳注射入澄清石灰水與干冰放入澄清石灰水現象比較，獲得分子相同化學性質相同。一個小小的注射器不但完美地完成了所有分子性質，而且成功將宏觀現象和微觀粒子性質結合起來，實現從宏觀到微觀的過渡。而且增加了學生的參與度，提高積極性，激發學習興趣，培養創新意識和創新思維。

新增加的實驗中進一步探究影響分子的性質因素，能更好地幫助學生理解分子的性質，科學地分析生活中的一些現象的本質，解決生活中的問題，培養學生社會責任感。

（二） 宏觀辨識與微觀探析有機結合

從宏觀到微觀，從定性到定量，是化學學科的發展趨勢，是進一步學習化學的必經過程，前面的學習中，學生接觸到的是五彩繽紛的宏觀世界，這節課通過對問題的探究和實踐活動，提高學生的想象新能力，幫助學生初步認識辯證唯物主義的一些觀點。利用觀察、想象、類比等教學手段將學生帶進充滿神奇色彩的微觀世界。在教學中結合學生已有的熟悉現象和經驗，創造直觀的情景，從身邊的現象和簡單的實驗入手認識物質的微粒性，理解分子的相關性質，學會用分子的性質解釋生活中的現象，體會到化學來源于生活，服務于生活。

化學用語教學是中學化學基礎的重要組成部分，是學習化學的重要工具，更是培養學生抽象思維能力的關鍵，是宏觀物質和微觀粒子有機結合的符號表征，化學用語的教學是一個循序漸進的過程，應該從學生認識微觀粒子開始，就應該逐漸地滲透化學符號，這樣更符合化學教學特點，也能分散書中難點，讓化學用語不再成為學習化學的分化點。

（三） 合理組織學生活動，發展科學精神與社會責任

本節課的活動較多，教學中將學生活動和教師活動有機地結合到一起，體現學生的主體、教師的主導地位。學生分析問題、討論方案、分組實驗、總結歸納，教師引導幫助學生，在活動中做到“鬧”中取“靜”，充分利用課堂生成的信息，獲取更多的化學知識。如：在推壓50 mL氣體實驗中，女生的讀數比男生要高。這樣一個很好地動態生成信息，被充分利用起來加以分析，男生力氣大，給氣體施加的壓強更大，氣體分子間間隙更小，所以氣體體積更小。通過真實的數據比較，學生理解“壓強越大，氣體分子間隙越小”會輕松容易些。真正做到講到哪兒，練習到哪兒，評價到哪兒的教學。

（四） 關注社會熱點

阿瑟·阿什金發明的“激光鑷子”，不僅說明分子是不斷運動的，而且隨著科技的發展，分子運動可以人為地控制。引導學生積極關注與化學有關的社會熱點問題，培養學生嚴謹的科學態度和社會責任感，體會化學來源于生活，服務于生活。

參考文獻：

[1]2011年版化學課程標準[S].中華人民共和國教育部制定.

[2]任寶華.新版課程標準解析與教學指導：初中化學（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3]楊劍春.課程標準的教學解析和實施建議·化學·九年級[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

作者簡介：

曹小紅，胡榮華，江蘇省南京市，南京市棲霞區實驗初級中學。