優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié) 提升化學(xué)核心素養(yǎng)

黃文煌

《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）指出，化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實(shí)驗(yàn)為主的科學(xué)探究活動(dòng)，有助于激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)和交流討論中學(xué)習(xí)化學(xué)知識，提高學(xué)生的實(shí)踐探究能力。學(xué)好化學(xué)實(shí)驗(yàn)，掌握科學(xué)探究的方法，有助于培養(yǎng)與提高學(xué)生的綜合實(shí)踐探究能力和核心素養(yǎng)。但在教學(xué)實(shí)踐過程中，有些教師仍然沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)方法、教學(xué)策略、實(shí)驗(yàn)方式等等，無法適應(yīng)新時(shí)代的教育教學(xué)要求，這已經(jīng)成為素質(zhì)教育的阻礙。改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)素質(zhì)教育的重要議題，也是新課程改革要解決的重要課題。“今美于昨，明日復(fù)勝于今。”優(yōu)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)方式，改進(jìn)化學(xué)教學(xué)，能為提高實(shí)踐能力、培養(yǎng)核心素養(yǎng)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.多樣化實(shí)驗(yàn)吸引學(xué)生的注意力

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是最受學(xué)生歡迎的教學(xué)環(huán)節(jié)。但是，隨著化學(xué)學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生對一般的實(shí)驗(yàn)，完全可以通過理論推導(dǎo)而進(jìn)行“思想實(shí)驗(yàn)”，漸漸地對書本上的實(shí)驗(yàn)失去了好奇心。針對這樣的狀況，教師需要適時(shí)設(shè)計(jì)一些具有視覺和思維沖擊力的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生眼前一亮，以提高學(xué)生的注意力，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。比如：在教學(xué)《金屬與酸反應(yīng)》時(shí)，可以設(shè)計(jì)鐵與稀鹽酸反應(yīng)、鋅與稀鹽酸反應(yīng)、鎂與稀鹽酸反應(yīng)、鈉與稀鹽酸反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，鐵、鋅、鎂與稀鹽酸反應(yīng)都有氣泡生成，只是氣泡產(chǎn)生的速率不同，其現(xiàn)象再普通不過。但是，將鈉投入稀鹽酸中，不僅有氣泡產(chǎn)生，還會(huì)發(fā)出“嘶嘶”的輕微爆炸聲，金屬鈉在水中不停地跳直至消失。其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓人眼前一亮，有利于激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣與熱情，加深學(xué)生對知識的理解與記憶，并且讓學(xué)生體會(huì)學(xué)習(xí)化學(xué)的奧妙與樂趣。

2.反常化實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的積極性

皮亞杰認(rèn)為，認(rèn)知沖突是個(gè)體已有觀點(diǎn)與新的問題情境互相矛盾而產(chǎn)生的一種心理不平衡，是學(xué)習(xí)者已建立的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與當(dāng)前面臨的情境之間的暫時(shí)矛盾與沖突，是已有知識和經(jīng)驗(yàn)與新知識之間存在某種差距而導(dǎo)致心理失衡的一種認(rèn)知狀態(tài)。引發(fā)認(rèn)知沖突是提高學(xué)生學(xué)科知識與實(shí)踐能力的重要途徑。比如：教師在教學(xué)《二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)》時(shí)，可以設(shè)計(jì)兩個(gè)反常實(shí)驗(yàn)，分別是將二氧化碳倒入梯形的蠟燭和鎂條在二氧化碳中燃燒。通常大家都會(huì)認(rèn)為，二氧化碳不燃燒且不支持燃燒，那么鎂條怎么能在二氧化碳當(dāng)中燃燒？實(shí)際情況到底又會(huì)如何？通過實(shí)驗(yàn)自然能見分曉。學(xué)生在興奮和焦慮的心理狀態(tài)中，會(huì)迫不及待地想?yún)⑴c實(shí)驗(yàn)或觀察實(shí)驗(yàn)，得出二氧化碳不燃燒且不支持燃燒的結(jié)論。通過此類實(shí)驗(yàn)，不僅能幫助學(xué)生加深理解反應(yīng)原理，還能讓學(xué)生感受到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的無窮魅力。

3.探究性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟恢皇菐椭鷮W(xué)生習(xí)得知識，更重要的是在獲取知識的過程中體驗(yàn)到知識的形成和發(fā)展，同時(shí)提高分析問題和解決問題的能力。在化學(xué)活動(dòng)和探究的基礎(chǔ)上，有意識地設(shè)計(jì)一些探究性的后續(xù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提供學(xué)生自主探究的機(jī)會(huì)，能夠延伸課外實(shí)踐，保持學(xué)習(xí)動(dòng)力的持久性。比如：在進(jìn)行《鐵釘生銹》實(shí)驗(yàn)時(shí)，在學(xué)生持續(xù)觀察一周、取得探究初步成果的基礎(chǔ)上，因勢利導(dǎo)地引導(dǎo)學(xué)生思考與探究：還有哪些情況會(huì)使鐵器生銹呢？讓學(xué)生在課外自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，擬出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。當(dāng)學(xué)生紛紛得出在糖水、醋、醬油、鹽水等情況下鐵器也會(huì)生銹的事例時(shí)，相信學(xué)生基本理解與掌握了金屬防腐、防銹的知識。這個(gè)過程鍛煉與提升了學(xué)生的實(shí)踐探索能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。

二、改換實(shí)驗(yàn)原理

通過改換化學(xué)原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可謂獨(dú)辟蹊徑，能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)煥然一新、出奇制勝。這種實(shí)驗(yàn)主要針對物質(zhì)的性質(zhì)、制備實(shí)驗(yàn)以及探究物質(zhì)組成的實(shí)驗(yàn)等，但要注意保留原有實(shí)驗(yàn)的教學(xué)意圖和教育功能。比如：在進(jìn)行《測量空氣中氧氣的體積含量》實(shí)驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)都是采用磷燃燒消耗氧氣的化學(xué)原理，其中也涉及水與氧氣等量替換的物理原理。在學(xué)習(xí)鋼鐵銹蝕的條件后，教師可以啟發(fā)學(xué)生使用暖寶寶中的發(fā)熱劑（主要包括鐵粉、活性炭、食鹽和水等成分）來代替紅磷；由于改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的耗氧原理是常溫下的緩慢氧化，使用了生活中的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。又如：在進(jìn)行《燃燒的條件》實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常演示《燒不壞的手絹》的實(shí)驗(yàn)，并告訴同學(xué)，雖然手絹有與氧氣接觸，其實(shí)燃燒的條件之一是可燃物的溫度需要達(dá)到其著火點(diǎn)。在學(xué)習(xí)銨態(tài)氮肥之后，學(xué)生已然清楚銨態(tài)氮肥受熱易分解，產(chǎn)生氨氣，氨氣不能燃燒反而還可以用于滅火。為了驗(yàn)證這一特點(diǎn)，可以將一塊普通的棉布浸在氯化銨的飽和溶液中，片刻后取出晾干，就成為防火布了。用火柴去點(diǎn)燃這塊經(jīng)過化學(xué)處理的布，其結(jié)果自然是點(diǎn)不著，只會(huì)冒出白色的煙霧。引導(dǎo)學(xué)生通過探究、討論，得出燃燒的條件之一是可燃物與氧氣接觸的結(jié)論。這種實(shí)驗(yàn)，也適合學(xué)生進(jìn)行課外探究。教師要鼓勵(lì)學(xué)生組成課外興趣小組，在確保安全的前提下，積極開展此類課外實(shí)驗(yàn)研究，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，提升他們探究實(shí)驗(yàn)的積極性。

三、更新實(shí)驗(yàn)方法

方法常常比知識更重要。化學(xué)實(shí)驗(yàn)有其相對固定的科學(xué)方法和操作要領(lǐng)，對于初中學(xué)生來說，好的實(shí)驗(yàn)方法要求操作簡約、現(xiàn)象明顯、過程流暢、結(jié)論準(zhǔn)確。但是，有些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法不夠科學(xué)，操作也不甚合理，既影響實(shí)驗(yàn)的直觀性與結(jié)論的準(zhǔn)確性，又影響學(xué)生對化學(xué)知識的理解、科學(xué)方法的認(rèn)識。教師要從多方面大膽地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法變革與創(chuàng)新。比如：在進(jìn)行《蠟燭燃燒》實(shí)驗(yàn)時(shí)，人們習(xí)慣于采用吹氣法將蠟燭熄滅，雖然方便，但是白煙因此分散而蠟燭不易被引燃。為了改進(jìn)這一傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，教師可以逆向思考：如果蠟燭粗、棉芯粗，則蠟燭熄滅時(shí)產(chǎn)生的白煙就多；如果將蠟燭罩滅而不是吹滅，則白煙集中。因此，可以改用罩滅蠟燭火焰的方法，達(dá)到白煙既多又集中、且蠟燭易被點(diǎn)燃的目的，這樣的實(shí)驗(yàn)操作性、可復(fù)制性更強(qiáng)。又如：在進(jìn)行《一氧化碳還原氧化鐵》實(shí)驗(yàn)時(shí)，排盡玻璃管內(nèi)空氣這一過程經(jīng)常困擾實(shí)驗(yàn)者，如果按照常規(guī)操作，難以及時(shí)知道玻璃管內(nèi)的空氣是否排完；可以先計(jì)算玻璃管的容積，在玻璃管的一段連接注射器擠入空氣，在玻璃管的另一端收集氣體，當(dāng)收集氣體的體積大于玻璃管的容積，就可以說明玻璃管內(nèi)的空氣已經(jīng)排盡。改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行深入淺出的簡化操作能讓學(xué)生習(xí)得更多的方法，感受到化學(xué)實(shí)驗(yàn)有趣、學(xué)習(xí)化學(xué)有益，體驗(yàn)到化學(xué)學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)的無窮樂趣。

四、拓展實(shí)驗(yàn)方式

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法方式很多，教師要善于將演示、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、自主探究等多種方式兼容并蓄、綜合運(yùn)用，豐富實(shí)驗(yàn)方式方法，促使實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)和啟迪思維相統(tǒng)一，更好地提升學(xué)習(xí)效果。化學(xué)是初三的一門新學(xué)科，學(xué)生本來帶有一定好奇心。在開始學(xué)習(xí)化學(xué)、接觸化學(xué)時(shí)，教師做一些有趣的實(shí)驗(yàn)給學(xué)生看，自然能夠增加新鮮感；而如果能將實(shí)驗(yàn)主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中做，不僅能夠讓學(xué)生獲得實(shí)踐體驗(yàn)，提高實(shí)踐綜合能力，還能夠更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性與創(chuàng)造性。比如：在進(jìn)行《氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳的噴泉》實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以讓個(gè)別學(xué)生事先預(yù)習(xí)噴泉實(shí)驗(yàn)的步驟和原理，或利用課外時(shí)間輔導(dǎo)個(gè)別學(xué)生提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后到課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)示范，擔(dān)當(dāng)“小先生”，再由這些“小先生”指導(dǎo)更多的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，讓學(xué)生明白化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作并不是那么復(fù)雜、那么困難，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)、參與實(shí)驗(yàn)的信心。在學(xué)習(xí)《酸堿中和反應(yīng)》實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以指導(dǎo)學(xué)生圍繞“如何將傳感數(shù)字化技術(shù)融入到化學(xué)實(shí)驗(yàn)”這一問題進(jìn)行討論、探究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后放手讓學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從學(xué)習(xí)者變成探究者，甚至成為“專家學(xué)者”，將知識的學(xué)習(xí)權(quán)掌握在手中，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究熱情，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。在進(jìn)行《配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液》實(shí)驗(yàn)中，教師事先按照優(yōu)化組合等原則，將學(xué)生分成若干實(shí)驗(yàn)小組，選定優(yōu)秀學(xué)生擔(dān)任小組長，由各小組長帶領(lǐng)本組成員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)小組成員在實(shí)驗(yàn)中互相學(xué)習(xí)、互相指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、問題及時(shí)互相糾正，并由組長將問題匯總給學(xué)科代表，然后由學(xué)科代表進(jìn)行小結(jié)，分析這些問題在實(shí)驗(yàn)中會(huì)造成什么樣的誤差，指出在實(shí)驗(yàn)考查中應(yīng)該如何避免再次犯錯(cuò)，并提出一些改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方式方法。這種讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)或小組探究等方式，不但將枯燥、累贅的實(shí)驗(yàn)變成有趣、有深度的實(shí)驗(yàn)，而且解放了教師的工作，解放了學(xué)生的思維。

五、開展課題研究

在學(xué)生中開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)小課題研究能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，挖掘?qū)W生的內(nèi)在潛力，調(diào)動(dòng)學(xué)生科學(xué)探究的熱情，培養(yǎng)學(xué)生探究能力、組織能力。比如：在學(xué)習(xí)《常見的酸》后，可以提出《關(guān)于白醋的性質(zhì)探究》小課題，利用家里的生活用品，結(jié)合日常生活經(jīng)驗(yàn)，自己單獨(dú)或與其他同學(xué)合作，通過實(shí)際行動(dòng)探究酸的性質(zhì)，加深對酸的認(rèn)識與理解；在學(xué)習(xí)《溶液的酸堿性》后，可以提出《關(guān)于酸堿指示劑的自制》小課題，供學(xué)生在課余進(jìn)行研究，讓學(xué)生體會(huì)到身邊的化學(xué)物質(zhì)，感受到化學(xué)來源于生活，加深學(xué)生對指示劑的理解；在學(xué)習(xí)《金屬的性質(zhì)》后，可以提出《硬幣的材質(zhì)探究》小課題，引導(dǎo)學(xué)生利用金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，分析硬幣材質(zhì)，進(jìn)而探究硬幣的金屬材質(zhì)選擇等深層問題。教師要事先提供往屆學(xué)生成功的研究案例，介紹他們課題研究的措施與成效，供學(xué)生參考；鼓勵(lì)與支持學(xué)生組成課題興趣小組，幫助他們進(jìn)行任務(wù)分工，認(rèn)真做好完整而科學(xué)的課題研究方案；指導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)方法，大膽動(dòng)手、親身參與實(shí)踐體驗(yàn)，分工又合作地開展課題研究，充分發(fā)揮他們的潛能；提醒他們注意積累資料，隨時(shí)記錄研究數(shù)據(jù)，寫下參與過程的感受體會(huì)等；組織課題分享活動(dòng)，放手由學(xué)生自己進(jìn)行研究總結(jié)；最后，教師要適當(dāng)?shù)貙γ總€(gè)課題的研究及其成果進(jìn)行綜合性點(diǎn)評，盡可能地給予正面的評價(jià)、積極的表揚(yáng)，讓每個(gè)學(xué)生體驗(yàn)到課題研究成功的快樂。

《標(biāo)準(zhǔn)》指出，義務(wù)教育階段化學(xué)課程中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生積極主動(dòng)地獲取化學(xué)知識、認(rèn)識和解決化學(xué)問題的重要實(shí)驗(yàn)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要一環(huán)，也是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)。為提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)效性，激發(fā)學(xué)生參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣與熱情，教師要與時(shí)俱進(jìn)地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改換實(shí)驗(yàn)原理、更新實(shí)驗(yàn)方法、拓展實(shí)驗(yàn)方式、開展實(shí)驗(yàn)課題研究，從而有效地培養(yǎng)與提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

【本文系安溪縣教育科學(xué)研究2020年度小課題《通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生探究能力的研究》（課題編號：AX2020—010）的研究成果。】