化學核心素養“科學探究和創新意識”的培養

(哈爾濱師范大學，哈爾濱 150025)

2016年9月發布的《中國學生發展核心素養》，標志著以核心素養為導向的新一輪基礎教育改革序幕的拉開。高中化學核心素養作為發展學生核心素養的組成部分，是用來衡量高中化學教學效果的重要標準之一[1]。“科學探究與創新意識”是高中化學核心素養的五個方面之一，處于中心位置，是學生通過化學學科的學習而養成的基本素養。培養科學探究能力和創新意識，對學生化學的學習十分重要。

一、研究背景

20世紀中后期，為提高全民素質，提升國家的綜合國力，世界各國都風靡于核心素養方面的研究，并把研究結果和課堂實際教學很好地融合在一起，實現了課堂教學由重知識、輕過程向促進學生全面發展的轉變。

化學學科的基本特點就是實驗性，其學習內容很多都離不開人們的生產生活，化學和人類的日常生活息息相關。人類在不斷進化的過程中用自己的智慧發現和創造了許多化學物質，這些化學物質在推動人類發展的過程中也起到了重要的作用。化學課程改革的目的就是要讓學生掌握化學學科的核心素養，通過學習化學領會其在人們生活中的重要意義。

綜合分析世界各國在教育改革與發展中對核心素養的研究，得出核心素養這一概念是在經濟全球化背景下，為適應時代的進步與發展而提出的。1997年OECD首次提出了核心素養的建構模型，明確了核心素養確定的依據，綜合考慮了各個學科領域的概念核心問題，對人才培養提出了一定的指向性目標。

二、科學探究與創新意識概念的界定

素養，在某種程度上與素質同義，從廣義上講，包括一個人的知識能力水平、外在形象、道德品質與社會交往能力等各個方面的表現。人們往往習慣于綜合一個人的種種表現來評價其素養高低，同時用一個人的素養高低對一個人的整體進行評價。

核心素養和傳統意義上的素養并非同一概念。“核心素養”指學生應具備的適應終身發展和社會發展的必備品格和關鍵能力。在我國，社會主義核心價值觀中包括“國家、社會、公民”三個層次的要求，核心素養屬于公民這一層面的要求。

為培養有思想、有擔當、有學識的當代青年，針對不同的學科提出了不同的學科核心素養要求。化學學科當中基本知識的學習是化學校本課程的主體。2017版《普通高中化學課程標準》依據受教育者的學習能力與水平以及學生個性化發展的課程需要，把立德樹人的根本要求落到了實處，進一步推進了高中課程與高考綜合改革的銜接，重新確定了課程的內容、布局與實施過程，在實施課程的過程中，逐步提高受教育者的化學核心素養。

“科學探究與創新意識”處于化學核心素養五個維度的中心位置。科學探究是指為研究物質某種性質而進行的一系列操作方法與步驟。創新意識是創新型人才所必備的素養，指學生能依據各種實驗現象和已學知識，進行大膽、合理的猜測，經過理論驗證，最終得出結論。在此過程中，學生的創新意識會得到極大提高。

三、培養學生科學探究與創新意識核心素養的意義

高中階段，學生的個性品格發展較為迅速，學校教育也面臨著更大的挑戰，不僅學科種類和內容有所增加，而且其難度和深度也有所增加，這就需要學生在學習理論知識的同時能夠培養自己的科學探究和創新意識[2]。在課堂教學中，可以針對教學內容提出化學問題，經過思考辨析，作出猜想和合理假設，獲取和處理信息，并基于證據，經過推理得出結論，作出解釋，對科學探究結果和過程進行交流，培養學生評估和反思的能力[3]。

高中階段可以在實踐中培養學生崇尚科學和嚴謹求實的科學態度[4]。科學探究和創新意識的培養可以激發學生的想象力和創造力，使其能夠針對課堂上的不同問題提出不同的見解，通過師生之間的交流，共同探討，共同進步。

四、培養學生科學探究與創新意識的策略

化學學科核心素養的建構，體現在學生能主動運用化學學科的思想方法，多角度、全方位地認識事物，并形成切實可行的思維意識、思維習慣，構建完整的知識體系，引導學生形成學科知識、認知習慣與方式，從而去解決問題[5]。培養學生的科學探究與創新意識，要落實到具體的課堂教學中，針對不同的教學內容采用不同的教學策略。

(一)強化實驗探究意識，培養學生的創新思維

化學學科的內容主要有理論性知識和實驗探究類知識兩種，在學習實驗探究類知識時往往需要學生具有較強的科學探究意識，在教師的引導下能夠自主地通過探究實驗發現問題并解決問題，得出相關物質的性質。學生具有了一定的創新意識，能夠對教材實驗提出創新觀點，敢于提出個人見解，能夠對實驗裝置提出改進方法以驗證理論知識，加深對理論內容的理解。實驗是化學教學過程中的基礎和靈魂，而創新是實驗教學發展的不竭動力。需要注意的是，創新實驗在化學實驗教學中的運用要因時、因地制宜[6]。

比如在人教版高中化學必修一第三章的講解過程中，第一節金屬的化學性質鈉與水的反應實驗現象使學生過目不忘，從反應現象中可以判斷反應有堿性物質和氣體產生，教師在講解時會直接告訴學生，堿性物質是氫氧化鈉，氣體是氫氣，讓學生記住就可以了，而不告訴學生為什么。這節課可以這樣設計：提出猜想—設計實驗、驗證猜想—得出結論，這樣的探究，會大大提高學生的科學探究能力，同時他們的創新意識也會得到增強。

1.提出猜想

從原子守恒的角度，學生容易進行如下猜想：堿性物質可能是Na2O、Na2O2、NaOH;氣體可能是H2或O2。

2.設計實驗、驗證猜想

關于堿性物質的猜想很容易進行排除，首先Na2O作為一種堿性氧化物能與水發生反應生成NaOH，而Na2O2這種過氧化物也具有和Na2O類似的性質即與水反應，所以該反應最終所生成的堿性物質只能是NaOH。

對于氣體物質的猜想則可以通過氧化還原反應的知識來解釋，已知堿性物質是NaOH，則另一種氣體產物應為還原產物，由化合價升降價變化規律可知，氣體產物只能是H2而不是O2；由于H2和O2的驗證實驗現象相對較為明顯，因此設計實驗也可以幫助我們來驗證氣體，但教材上關于鈉和水的反應是在燒杯中做的，無法收集所得到的氣體，所以要想驗證氣體，首先要設計一個新的實驗裝置來收集所得氣體，然后加以驗證，如圖1裝置所示[7]:

該改進裝置中，直型玻璃管作為反應容器，按圖組裝儀器后，在玻璃管中加入約4/5容積的水，并滴加幾滴酚酞。將已擦去煤油的一小塊兒金屬鈉放入其中并迅速塞緊膠塞。

【現象】可觀察到鈉與水反應的實驗現象，并看到玻璃管中的水被生成的氣體擠出到燒杯內。

【檢驗】待鈉反應完全后，打開膠塞迅速把點燃的火柴接近管口，可聽到氣體燃燒的爆鳴聲。

【結論】鈉和水反應生成的氣體是氫氣。

3.得出結論

堿性物質是NaOH，氣體產物為H2。

通過以上探究，學生可以對該反應的產物進行理解記憶，并且在整個探究過程中，學生經過思考、討論、驗證，最終得出結論，培養了學生的科學探究意識。改進實驗的提出，又給學生增添了新的創新思維。

(二)提高合作學習能力，培養學生探究意識

在教學中合理組織學生開展以小組為單位的交流討論，進行合作學習，可以讓學生暢所欲言，及時交流學習心得。實踐證明，討論式合作學習可以改變以往枯燥乏味的以講授法為主的傳統教學模式，讓學生擁有更多自主學習的機會與空間，同時還可以讓學生在交流中相互啟發、相互幫助、相互評價，從而學會合作與交流[8]。

在高中化學學習過程中，有很多知識需要學生經過討論得出結論，而不是對現成的結論進行死記硬背。比如在設計人教版高中化學必修一第二章第三節“氧化還原反應”這節課時，在學過氧化還原反應的概念之后，學生需要根據已有知識即四大基本反應類型的概念，結合具體反應實例總結出氧化還原反應與四大基本反應類型之間的關系，并能夠用相應的圖解表示出來。在這一過程中需要學生在頭腦中快速搜索有關四大基本反應類型的具體化學方程式實例，并且從化合價的角度重新歸納出這些化學方程式的特點。在這一教學環節中開展小組合作交流探究學習，可以讓學生集思廣益，在討論中互相聽取對方意見，交流想法，最終得出理想的答案。

五、結論

核心素養旨在培養有思想、有知識、有道德的新青年。培養學生的學科核心素養是學科教育的靈魂，科學探究和創新意識作為化學核心素養的核心，對如何進行有效的課堂教學提出了要求。作為教師，要把核心素養中所提出的各項要求落實到教學設計中的細節深處，才能實現傳統課堂教學的變革與轉型，才能實現學生的終身發展。