基于發展學科核心素養的高中化學實驗教學策略
——以“鐵及其化合物的性質”為例

黃麗丹

（福建省寧德市高級中學，福建寧德 352100）

引 言

作為高中化學學科的重要組成部分，化學實驗不僅是學生獲取科學知識、鍛煉實踐能力、培養創新意識的主要方式，也是發展學生核心素養的重要平臺。因此，探究核心素養背景下的化學實驗教學具有重要意義。

一、核心素養視角下高中化學教學目標

化學核心素養是相應階段的學生通過化學學習形成的關鍵能力、必備品格以及正確的價值觀念。這不僅是改進化學課程標準、落實學生評價指標的正確導向，也是對三維目標的有效整合。在高中階段，核心素養視角下高中化學教學目標主要包括以下五個方面。

一是宏觀辨識與微觀探析。要求學生通過化學知識的學習建構知識，形成“結構決定性質”的觀念，能夠應用宏觀與微觀相結合的方式分析與解決實際問題。

二是證據推理與模型認知。讓學生能夠使用閱讀、歸納等多種方法獲取反應物質及其變化的事實，并通過模型、分析推理等方式揭示物質及其變化的本質，揭示化學現象的規律。

三是變化觀念與平衡思想。要求學生認識物質發生化學變化是有條件的、是可以調控的，并且在變化過程中伴隨著能量變化，但總體而言，其能量和元素守恒，鼓勵學生學會用變化和平衡的辯證思維處理各種實際問題。

四是科學探究與創新意識。引導學生勤于實踐，善于合作，敢于質疑，勇于創新，要在討論交流與合作中設計、優化實驗方案，做出合理猜想，并進行實驗驗證。

五是科學精神與社會責任。鼓勵學生在掌握基本知識和技能、過程與方法的前提下，樹立安全、綠色、環保、可持續發展意識，對與化學相關的社會熱點問題做出正確的價值判斷，培養勇于開拓、崇尚科學、堅持不懈的科學精神，形成嚴格、謹慎、求實、認真的科學態度。

二、基于發展學科核心素養的高中化學實驗教學策略

（一）創設實驗情境，樹立化學觀念

盡管許多化學概念是在科學家無數次實驗中通過反復驗證而獲得的，但為了豐富學生的感性認識，提高學生的學習興趣，教師應讓學生以實驗事實為依據，對教材上已有的實驗，最大限度地利用實驗獲得數據，分析得到相關的化學結論；對教材上未安排的實驗，盡可能地創設實驗條件，讓學生在直觀的感性現象中記憶、理解知識。例如，對比“檢驗Fe2+溶液、檢驗Fe3+溶液、檢驗Fe2+和Fe3+的混合液”，教材中并沒有安排相關的實驗，但教師如果以此設計實驗，讓學生通過直觀的實驗對比，就能降低該知識點的學習難度，理解和記憶Fe2+和Fe3+的性質，并且在一定程度上培養學生的實驗觀，強化實驗意識。

同時，教師還應引導學生注重化學反應過程中的原子、能量以及質量是否發生了變化，了解宏觀現象與微觀本質的聯系，從而幫助學生樹立化學反應過程中的變化觀和守恒觀。例如，在講解原電池與電解池的工作原理、化學反應速率及其影響因素等知識時，若僅依靠課堂上的理論講解，很難全面準確地理解。如果教師引導學生將宏觀現象與微觀實質相結合，并通過選擇和控制實驗條件，從能量、電子轉移等角度分析化學反應的變化，則能夠幫助學生形成化學概念，樹立變化觀與守恒觀。

此外，教師應先提供宏觀物質反應的實驗情境，鼓勵學生通過觀察、記錄等方式讓學生在宏觀上認識到物質間的反應，然后從化學符號、化學式、化學反應方程式等微觀方面認識反應的實質。例如，對“離子反應”這一概念的教學，由于離子反應過程是不能通過肉眼直接觀察到的，因此，教師應引導學生通過觀察化學實驗中顏色變化、產生氣體、沉淀等宏觀變化的基礎上，挖掘實驗的本質原因，從而樹立微粒觀點[1]。

（二）設置任務驅動，強化分析推理能力與證據意識

對于教學中的重點內容，教師可為學生設置實驗探究任務，讓學生在任務驅動下發揮主觀能動性，明白實驗需要選擇哪些實驗儀器和藥品，設置哪些具體步驟，并且知道為什么這么做，從而有效訓練學生的分析推理能力，強化證據意識。例如，判斷某種物質時，筆者設計了任務驅動、強化證據意識的策略，如表1 所示。

表1 判斷某種物質的任務驅動、強化證據意識的策略

（三）優化實驗方案，提升科學探究能力與創新意識

教材中設置了大量的探究實驗，教師可以利用這些實驗鼓勵學生設計方案，并動手操作，獲得實驗結論。此外，還可利用一些開放性實驗課題，要求學生設計方案驗證自己的假設，最大限度地讓學生在自主探索中完成探究能力與創新意識的提升。

例如，教師通過指定實驗題材—讓學生設計方案—驗證實驗可行性—分析實驗結果等過程，整合出一系列可行性的校本實驗。這些校本實驗既能在很大程度上鍛煉學生的創造能力，又能使學生對化學實驗形成完整的思維邏輯。

（四）規范實驗意識，形成科學精神

在具體實驗過程中，教師還應提醒學生樹立實事求是的意識，尊重實驗事實，如在遇到實驗現象與教材描述現象不一致的情況時，教師應讓學生如實記錄實驗現象，并指導學生分析出現意外實驗現象的原因。

例如，在Fe2+檢驗的實驗中，常常先向FeCl2溶液中滴加KSCN 溶液，溶液不變色，然后繼續滴加H2O2溶液，此時溶液變紅。然而，在具體實驗中，卻出現即使沒有滴加H2O2溶液，FeCl2溶液也出現紅色，這就促使學生誤認為Fe2+也能與KSCN 溶液發生反應。因此，教師應緊抓這次機會，引導學生對意外現象進行原因分析，即部分Fe2+已經被氧化為Fe3+，然后進一步鼓勵學生自行設計實驗驗證假設，從而強化學生嚴謹求實的科學精神和科學探究能力[2]。

三、基于發展學科核心素養的高中化學實驗教學實踐

高中化學實驗教學是理論與實踐相結合，下面以高中化學實驗“鐵及其化合物的性質”為例，深入探究實驗教學過程中如何培養學生的化學核心素養。

首先，為了吸引學生的注意力，促使學生明白本節課的知識在社會生活中的價值，筆者利用PPT 創設了如下問題情境：有人在超市購買了雀巢麥片，但配料表顯示其中添加了還原鐵粉，那么這種還原鐵粉對人體有害嗎？同時，呈現雀巢麥片添加還原鐵粉引起公眾恐慌的新聞事件，要求學生根據鐵具有磁性這一性質判斷雀巢麥片中是否添加了還原鐵粉，然后以小組為單位，打磨麥片并裝入保鮮袋，觀察麥片中是否有黑色粉末被磁鐵吸引[3]。

其次，在上述實驗明確雀巢麥片配料表確實含有還原鐵粉事實的基礎上，為了診斷學生對鐵的化學性質認知是處于識記水平還是應用水平，實現知識向素養的轉化，筆者要求學生進一步思考雀巢麥片中為何要添加鐵粉，從而引導學生猜想由于血紅蛋白中含有二價鐵，還原鐵粉可能被氧化生成二價鐵。然后，及時呈現還原鐵粉被稱作“雙吸收劑”的知識，即鐵可以被鹽酸氧化生成Fe2+，也可以被氧氣氧化生成Fe3+，要求學生結合所學知識，概括鐵單質在哪些條件下被氧化為Fe2+，在哪些條件下被氧化為Fe3+。

再次，為了增強探究活動的開放性，強化“證據意識”“實驗探究能力”兩個核心素養，筆者以如何促進還原鐵粉被人體吸收為主題，要求學生查閱資料了解還原鐵粉易被氧化為Fe3+，但只有Fe2+才能被人體直接吸收和利用，然后引導學生從氧化還原的角度分析，思考如何將Fe3+轉化為Fe2+，在此基礎上，要求學生以小組為單位自主選擇藥品，如雙氧水、銅粉、KI 等試劑，圍繞如何將Fe3+轉化為Fe2+設計實驗。實驗前，要求學生思考如何精確鑒別Fe2+、Fe3+，隨后要求學生再次閱讀教材中呈現的KSCN 溶液檢驗Fe3+的知識，即滴加KSCN 溶液，Fe3+呈血紅色，Fe2+無色，并要求學生進行實驗驗證。

可進一步要求學生優化實驗方案，設置任務判斷Fe3O4和稀H2SO4反應的產物。（1）假設①：只含_________；假設②只含__________；假設③既含有________，又含__________。（2）設計實驗方案，進行實驗，寫出實驗步驟、預期現象和結論。通過檢驗Fe2+和Fe3+的混合液，區別于單一Fe2+和Fe3+溶液的檢驗，提升學生的探究能力、證據意識。

最后，為了培養學生嚴謹求實的科學精神，凸顯Fe3+、Fe2+相互轉化的社會應用價值，綜合評價并鞏固提升學生的化學學科核心素養，筆者要求學生從取樣、操作、現象、結論這一思維程序總結出Fe3+、Fe2+如何相互轉化，并隨機邀請學生分享實驗方案和成果，書寫與反應相關的離子方程式。在此基礎上，思考輕度、中度缺鐵性貧血需要如何治療，并展示出各種補鐵劑說明書，特別是引導學生注意“該補鐵劑不能與濃茶同服”的提示，及時通過視頻形式呈現“茶水—墨水—茶水”的魔術實驗，闡述補鐵劑不能與茶水同服的理由，并提供解決方案，鼓勵有興趣的學生在課后進行實驗驗證[4]。

結 語

總之，培養學生的核心素養是高中化學課程的重要目標。教師應進一步優化實驗教學，鼓勵學生設計實驗方案驗證假設，以提高學生對化學實驗探究的興趣，最大限度地讓學生在自主探索中完成探究能力與創新意識的提升，發展學生的化學思維。