核心素養背景下的化學實驗生態性教學探究

李剛，湖北省襄陽市第二十一中學教科室主任，化學高級教師，區級課改名師、優秀教師。在“四優”評選中多次獲得國家、省、市級一等獎，提出化學實驗探究“三探五段”教學模式，并在區縣級學科教學中得到實施應用;提出“兩策三動、五家共贏”學校課堂模式（文化融合課堂），并獲市級交流推廣。

[摘 ? 要]化學教師應積極探究并實施化學實驗生態性教學的優化策略?？蓮膶嶒炘O置的整體性、實驗內容的環保性、實驗方式的互動性、實驗效果的共生性及實驗反思的建設性等多個方面對實驗教學進行設計或改進，促進學生學科核心素養的發展，為培養創新型人才奠定基礎。

[關鍵詞]核心素養;化學實驗;生態;初中

《荀子·修身》中有這樣一句話：“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之。”英文中也有類似的說法：I hear， I forget. I see， I remember. I do， I understand（我聽過的會忘記。我看過的會記住。我做過的才會理解）?？梢?，實踐對于認知發展起著重要的作用。在化學教學中，實驗活動占有較大比例。很多教師都了解化學實驗的重要性，但投入的時間和精力卻較少，這固然有為學生備考而導致的時間緊張的原因，但更重要的是教師缺乏實驗教學的優化策略。以下，將從化學生態性教學的角度出發，討論實驗教學的優化策略。

一、增補系列實驗，加強實驗設置的整體性

1.緒言課增補趣味實驗

如人教版九年級化學教材緒言中的課題“化學使世界變得更加絢麗多彩”，雖插入了10幅圖片，但酷似考古展覽和產品廣告，缺少通俗性和生活性，難以突出化學實驗的特點。特別是對分子、原子及元素的介紹，專業性強，學生理解起來困難。雖然很多教師利用多媒體技術使課堂變得生動活潑，但仍然不能使學生身臨其境，因此不易使學生保持長久的興趣。

針對這一情況，最有效的方法是增補趣味實驗。教師可與學生代表一起完成一些有趣的化學實驗，如白紙噴霧顯字（酚酞遇稀氫氧化鈉變紅）、清水吹氣變牛奶（澄清石灰水遇二氧化碳變渾濁）、點火的氣泡（氧氣助燃帶火星的木棒）等，讓學生觀察思考，激發學生的興趣，從而產生學習的積極性和主動性。此外，教師還可以通過一系列的問題逐步引導學生：以上現象體現了化學的“化”字，為什么會發生這樣的變化呢？引出這是由物質的性質決定的。為什么物質會有這些性質呢？引出這是由物質的組成成分決定的。但是，雙氧水和水的組成成分相同，為什么性質卻不同呢？由此引出這是由構成物質的微粒排列方式不同造成的。構成物質的微粒又是什么？引出分子和原子，歸納出：化學是在分子、原子的層次上研究物質的性質、組成、結構與變化規律的科學。這樣，實驗就成為思維的導火索，引導著學生從“看熱鬧”變成“看門道”。

2.概念課增補探究實驗

如九年級“離子的形成”一課，教材以鈉與氯氣反應生成氯化鈉為例，但是考慮到氯氣有毒，就用卡通圖片代替了實驗，雖然很形象，但還終究不如實驗來得生動，不足以給學生留下深刻印象。所以，此處可以增補鎂帶在氧氣中燃燒的實驗，并提示學生：實驗會產生耀眼的白光，為了保護眼睛不可久視。實驗后，教師提問：這個實驗說明了鎂原子和氧原子的化學性質是活潑的還是穩定的？元素的化學性質由原子結構的哪一部分決定？實驗中的白色粉末（氧化鎂）是怎樣形成的？通過討論分析，自然地引出鎂離子（Mg2+）和氧離子（O2-）的形成過程，并與鈉離子（Na+）和氯離子（Cl-）的形成進行對比。這樣，學生就能更好地理解離子的概念了。

3.復習課增補綜合實驗

復習課的重點在于引導學生整體把握化學學科的認知規律。教師可通過介紹一種元素，將所有與之相關的知識點串聯在一起，形成知識網。這時就可以借助綜合實驗對知識進行拓展。如復習與“鐵”有關的知識時，可以增補觀察實驗：將鐵絲繞成螺旋狀固定在試管底部，并將試管倒立在水中，用橡皮筋套在試管上以標記水面位置（提前三天準備好并放在教室窗臺上）。請學生觀察鐵絲有何變化（生出紅棕色鐵銹），試管中的液面有何變化（液面上升，大約占試管內上方空氣容積的1/5）。接著，取出鐵絲，加入稀鹽酸，觀察現象（鐵銹消失，溶液變黃色）;繼續加入過量的稀鹽酸，觀察現象（有氣泡產生，溶液變為藍綠色）;此后再取出鐵絲，用清水沖洗，插入硫酸銅溶液中，觀察現象（鐵絲表面覆蓋了一層紅色的物質，溶液變為淺綠色）。

通過以上與鐵有關的系列綜合實驗，不僅可激發學生學習的內驅力，還可以將與鐵元素有關的一系列知識，如鐵的元素符號、鐵的構成粒子、鐵的銹蝕與防銹、鐵的三種氧化物等串聯起來，幫助學生從多角度構建“鐵”的網絡知識圖，從而使零散的知識系統化，豐富復習的內涵。

二、改進部分實驗，加強實驗內容的環保性

1.廢氣再實驗，消除污染源

對于化學實驗中產生的廢氣，可利用其自身的化學性質加以消除。如在一氧化碳還原氧化銅的實驗中，可以把排放一氧化碳的尾氣分成兩路，一路還原氧化銅，另一路通到氧化銅下方的酒精燈外焰處，利用一氧化碳燃燒放出的熱量，加快提高氧化銅的受熱溫度。這樣，既可完成一氧化碳的“還原性和可燃性”的性質實驗，又節省了酒精，同時也消除了污染源。

2.使用封閉實驗裝置，控制污染源

可使用封閉實驗裝置，把會產生有害氣體的反應放在密閉的系統中完成，達到控制污染、保護環境的目的[1]。如“硫在氧氣中燃燒”的實驗，一些教師認為在集氣瓶底放一些水就可以了，但這與實驗的生態性還相差甚遠。更優化的方法是，可以將酸雨的形成實驗融合在硫的燃燒實驗里。實驗前，先在集氣瓶里放一片幼嫩的樹葉、一顆鋅粒、一小塊大理石，使它們浸沒在少量水中，用穿透密封硬紙片的燃燒匙做實驗。當硫燃燒時，把紙片蓋緊（起到封閉作用），待燃燒結束時，連同燃燒匙一起振蕩集氣瓶，可觀察到樹葉微微變黃、鋅粒和大理石表面都有少量氣泡冒出。這樣，既完成了酸雨形成的實驗，又控制了二氧化硫（SO2）污染源的產生。

3.推廣微型實驗，減少染污源

對于不適合全封閉的某些有害氣體實驗，應推廣微型實驗，減少染污源。如初中化學九年級下冊“化學肥料”一節，在“檢驗銨根離子”的分組實驗中，可以選擇用點滴板（或廢膠囊錫紙板）配合膠頭滴管做銨鹽溶液與堿溶液的反應。由于產生的氨氣很少，學生可以大膽地去聞一聞氨氣的刺激性氣味，還可以用一小片濕潤的紅色石蕊試紙直接覆蓋點滴板孔窩觀察試紙顏色的變化（很快變藍色）。這樣，既增強了實驗效果，又達到了實驗目的，還減少了環境污染。

三、實時把控實驗，加強實驗方式的互動性

1.演示實驗注重師生互動

中學化學實驗中的演示實驗較多，教師應改進“教師演示、學生觀看”的傳統方式，加強師生互動，讓每一個學生都能將規范操作和實驗現象看清楚，提高實驗教學的效果。

如在做電解水實驗時，可以隨機找兩個學生上臺，幫助教師裝清水、加氫氧化鈉溶液（增強導電性）等。在接通電源后，組織學生順次繞著水電解器走動觀察，教師則實時提示觀察兩極的接線柱（正與負）、兩極氣泡（多與少）、兩極收集氣體的體積（大與?。?，讓全體學生近距離地感受電解水的動態過程。在教師指導下，再由學生代表對產生的氣體進行檢驗，并向全班同學匯報實驗結果。這樣，不僅可以培養學生代表的實驗操作能力，也會調動其他學生積極參與的熱情;既增強了互動，又提高了觀察實驗的效果。

2.分組實驗注重組內和組間的互動

在中學化學的眾多分組實驗中，并非每一個都很有趣。有的實驗很平淡，有的甚至操作不當還會有危險，但是這些實驗都很重要。為了使學生能自覺并高效地完成分組實驗，可以開展組內和組間的互動比賽。實驗前，教師應先對實驗組長進行輔導，使其充分發揮小組長的引領作用，把握好實驗的細節。實驗中，教師應巡回指導，參與學生的互動，隨機解答或提出實驗中的疑難，并提醒學生注意安全和環保，最后作出總結點評。

如在做粗鹽提純的分組實驗時，可在組內開展最規范、最認真的“操作之星”評比，同時小組間開展“比紀律、比規范、比衛生、比合作、比效果”的競賽，最后展示精鹽的色澤和生產率，通過投票確定小組的達標名次，評選出本實驗的“優勝小組”。整個實驗過程中，學生們興致勃勃，既培養了合作意識和競爭意識，也達到了生態高效的預期效果。

3.家庭小實驗注重學生與家長的互動

鼓勵學生在家中利用生活中的常見物品，與家長共同完成家庭小實驗，作為實驗生態性教學的有益補充。如人教版初中九年級化學課外實驗（家庭小實驗）中的“淬火與回火”，就需要學生在家長的陪同下完成操作。一是需要學生和家長共同準備材料，包括鑷子、兩根縫衣鋼針、打火機（或電子打火器、酒精火鍋爐）、一杯冷水、半杯爐灰（自然冷卻后使用），避免學生在接觸這些材料時發生扎傷、燒傷或燙傷的危險;二是在淬火操作中，需要家長輔助控制好將燒紅的鋼針放入冷水的時機和防護，避免被驟然受熱的水可能造成的飛濺燙傷;三是需要家長輔助檢驗淬火與回火后鋼針的硬度、耐磨性、可塑性及韌性等性質;四是需要家長參與交流和評價，如可以結合生活經驗或查閱資料，給學生講解淬火與回火的歷史故事、注意事項及用途等。這樣，既可增進親子感情，又能使學生獲得有益提示，還保障了實驗的安全。

做好家庭小實驗也是培養學生核心素養的有效途徑，教師應鼓勵學生和家長共同完成類似的小實驗，在夯實學生文化基礎的同時，促進學生的自主發展，鍛煉學生的社會參與能力[2]。

四、研討拓展實驗，加強實驗效果的共生性

實驗是化學的靈魂，是化學的魅力和激發學生學習興趣的源泉，研討拓展實驗，可通過開放探究、反向探究、替代探究得到諸多實驗結論。

如在測定“空氣中氧氣含量”的實驗后，發現實驗結果有誤差，氧氣含量低于1/5。經過思考、分析和討論，學生總結了導致誤差的原因：紅磷量不足、裝置漏氣、打開止水夾時沒有恢復到室溫、兩邊的水位高低不等、瓶中的氧氣沒有耗盡等。此時，還可以引導學生思考實驗結果高于1/5，即出現正誤差的原因，并鼓勵學生在家中完成拓展實驗：把酒精棉球或小紙片放在玻璃杯中燃燒，就像拔火罐一樣倒扣在水里，觀察水面上升的高度。很多學生回到學校匯報出現了正誤差。于是，師生在教室里再次演示實驗，但與之前不同的是把止水夾松開，其他條件不變。結果發現，進入瓶內的水面高于1/5。這是因為在實驗時，有空氣從膠皮管逸出，導致進入瓶中的水增加，由此找到誤差產生的原因。

接下來，教師提出問題：能否用木炭、硫磺、蠟燭、鐵絲、鎂帶、銅片等代替紅磷完成“空氣中氧氣含量”的實驗測定？通過自主查找資料以及交流討論，學生發現，如果生成物是氣體，就會形成較大的負誤差;鐵絲不能燃燒、鎂帶很活潑（會消耗氧氣和部分氮氣）都會造成正誤差;銅片生成的氧化銅是固體，但需要持續加熱，若改進裝置，只有銅片能代替紅磷。

可見，研討拓展實驗，加強實驗效果的共生性，不僅可以使學生收獲知識，還可以提升學生的觀察能力、思維能力和探究能力，并進一步增強學生對化學的興趣。

五、交流評價實驗，加強實驗反思的建設性

對于實驗，絕大多數學生一開始都會產生濃厚的興趣，但是只憑興趣或抱著玩的心理，還不足以做好實驗。要真正做好實驗，不僅要調動多種感官（如眼、耳、鼻、舌），全心投入，集中注意力，用心觀察，反思實驗得失，還要能提出改進措施，這樣才能真正感受到化學實驗的魅力。

實驗是研究化學的重要手段，也是學習化學的三維目標之一[3]，教學中及時開展交流評價，可有效強化學生實驗學習的內驅力。如可交流實驗體會，包括：化學反應帶來的美妙感覺，嚴謹的實驗步驟對學習態度和科學方法的影響等。

撰寫實驗報告（含問題討論）時，可要求學生從資源利用、節能環保、簡便易行、效果明顯等方面提出反思改進意見，經過個人自評、小組討論、班級展示、板報公布、網絡傳播等方式，最后征求區教研室化學教研員的評定，請他們為化學實驗生態性教學保駕護航。

總之，化學實驗是培養學生化學學科核心素養的重要手段，它的功能是其他教學手段無法替代的。只有注重化學實驗設置的整體性、實驗內容的環保性、實驗方式的互動性、實驗效果的共生性及實驗反思的建設性，才能改進化學實驗教學，實現環保教育，進一步體現實驗教學的人文價值，從而幫助學生形成持久的學習興趣和學好化學的信心，實現培育化學學科核心素養的目標。總之，化學實驗的生態發展與培養化學創新型人才息息相關，實施化學實驗生態性教學應成為廣大化學教師必須認真思考和研究踐行的重要課題。

參考文獻

[1]王瑞霞.改進化學實驗教學，加強環保教育[J].內蒙古教育學院學報（自然科學版），1999（4）：149-151，153.

[2]核心素養課題研究組.中國學生發展核心素養[J].中國教育學刊，2016（10）：1-3.

[3]人民教育出版社課程教材研究所.化學課程教材研究開發中心.義務教育教科書教師教學用書（化學 九年級上冊）[M].北京：人民教育出版社，2012.

（責任編輯 ? 郭向和）