基于培養化學學科核心素養的實驗教學

王強

摘要：通過創設情境，問題驅動等方式引導學生結合已有經驗和文獻信息，設計方案，實驗驗證，優化方案，最終以甘油為分散介質制備鹵化銀甘油溶膠，清晰呈現膠體的丁達爾效應和鹵化銀的感光性，并比較光解速率的大小。知識遷移用家用洗潔精使鹵化銀光解實驗生活化，充分發揮實驗的教學功能，培養學生化學學科核心素養。

關鍵詞：實驗教學;核心素養;鹵化銀;感光性

文章編號：1008-0546（2021）09-0092-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.024

一、指導思想

化學實驗凝練著化學學科特質的學科思維與學科品質，從實驗創新和探究視角引導學生發現問題，通過實驗方案設計、實驗探究外顯思維方法，對發揮化學實驗的育人功能和化學學科核心素養培養功能有著重要作用?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版）》提出“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”5個維度的化學學科核心素養。化學實驗教學是踐行“素養為本”教學理念、轉變教學行為的學科教學關鍵領域。

將化學學科核心素養的培育真正落實于課堂教學，應倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變[1]。在教學過程中充分發揮化學實驗的教學功能有助于學生理解和掌握化學知識和技能，啟迪學生的科學思維，培養學生的科學態度和價值觀[2]，使化學學科核心素養的培育與鮮活的知識、靈動的教學緊密結合。

以“鹵化銀感光分解創新實驗”為載體，實施基于學生化學學科核心素養培養的實驗教學。

二、教學背景分析

1.教材分析

蘇教版必修1專題2第一單元的資料卡，旨在介紹鹵素單質的部分性質、簡單鹵素陰離子（X-=Cl-、Br-、I-，下同）的檢驗和鹵化銀在實際生產、生活中的部分應用[3]。然而教材并沒有關于鹵化銀感光性的演示實驗，學生無法直觀感受鹵化銀的感光性。

2.學情分析

授課對象為高二年級，將化學學科作為高考選考科目的學生。學生可進行簡單的實驗操作，結合生活情景，學生容易接受鹵化銀的物理性質、感光性等化學性質的相關學科知識。有迫切進行實驗直觀感受鹵化銀感光性的愿望。但是學生自主設計實驗能力偏弱，在文獻研讀、創新思維和實施陌生的實驗探究活動等方面的能力有待提升，需要教師通過真實創新實驗情境教學提升學生思維能力和探究能力。

三、教學目標

1.知識層面：通過情境問題分析與實驗探究，了解鹵化銀的物理性質、化學性質，并對化學變化進行符號表征。

2.技能層面：在鹵化銀感光分解創新實驗設計與實施過程中，增強學生文獻分析與概括能力，增強學生實驗設計能力、操作能力、觀察能力，體會科學探究的思路和方法。

3.素養層面：在鹵化銀相關學科知識體系構建與感光性創新實驗設計與探究等各項能力提升的基礎上，以創新意識與科學探究為起點，增強宏微結合分析問題的能力，從各個維度培養學生化學學科核心素養。

四、基于學生化學學科核心素養培養的實驗教學流程

通過創設情境，讓學生感知化學與生產、生活密切相關，體會化學學科價值，激發學生學習化學的興趣，通過問題驅動確立具有探究價值的化學問題，通過文獻研討和任務驅動引導學生獨立思考、合作交流、設計方案、實驗驗證、優化方案、展示成果，從而達成實驗教學目標，促進知識體系的構建，實驗技能的形成和化學學科核心素養的培養。具體教學流程及素養培養目標如圖1所示。

通過實驗的設計和驗證，幫助學生建立用已知理論指導實踐，并通過實踐論證進一步加深對理論的認知，收獲解決問題的成就感，不僅可以充分發揮實驗的教育教學功能，加深學生對知識的理解和應用，更能培養學生思考、探究、實踐的學科素養和問題解決能力。

五、教學實施

1.課前準備

藥品：甘油、AgNO，溶液、NaCl溶液、NaBr溶液、Nal溶液、稀氨水

儀器：試管、燒杯、玻璃棒、激光筆

文獻：利用甘油制備溶膠或乳液的相關文獻

2.實施過程

[創設情境]展示變色眼鏡鏡片在強光照射下顏色變深，在暗室中顏色變淡的過程，讓學生猜想鏡片中物質可能具備的化學性質，組織學生根據相關化學性質討論預測物質組成，得出結論。

學生根據宏觀可觀察的實驗現象，猜想變色眼鏡可能包含某種見光可分解的物質。并根據自己的知識儲備討論該物質可能的成分。隨后教師點評、揭秘：變色眼鏡變色的秘密在于鹵化銀的感光性，并要求學生對此變化過程進行化學符號表征。

設計意圖：創設生活情境，激發學生探究興趣，實時問題驅動，引導學生根據宏觀現象，推測物質的組成和可能具備的性質。讓學生了解化學與生活密切的聯系，感受化學的學科價值，同時，讓學生觀察到化學不僅可以帶來神奇的現象，更重要的是通過化學學習可以感受科學思維的魅力。從而培養學生“宏觀辨識與微觀探析”“科學態度與社會責任”的化學學科核心素養。

[任務設置]在課本沒有演示實驗的情況下，怎樣利用實驗室現有的藥品與儀器展示鹵化銀的感光性？

學生已經了解鹵化銀具有感光性，根據已有的經驗，猜想用硝酸銀溶液與X-離子直接混合制備鹵化銀。然而在實驗過程中用此方法制備的鹵化銀形成沉淀，即使在光照強的室外也很難光解，從而形成認知沖突，教師可以借助認知沖突設置問題。

[問題驅動]鹵化銀具備感光分解的性質，那么為什么我們制備的鹵化銀卻觀察不到感光性？原因是什么？怎么改進？并組織學生討論。

學生經討論形成結論：由于變色眼鏡中的鹵化銀是均勻分布在鏡片中的，可充分吸收光的能量，而我們制備的鹵化銀是沉淀的形式，吸收光能量效果差。只要將鹵化銀均勻分布在溶液各個部分就可以滿足實驗需要了。

設計意圖：利用任務驅動和問題驅動，引導學生根據已有的知識和經驗，根據物質的組成、性質，獨立思考、提出猜想、合作交流，設計實驗方案，借助實驗結果驗證猜想的真偽。在認知沖突的基礎上進行問題驅動，進一步引發學生思考，優化實驗方案，從“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”等方面提升化學學科核心素養。同時感知接觸面積的大小可以影響化學反應速率，深化變化觀念。

然而鹵化銀除了氟化銀外都是難溶的，很難將鹵化銀均勻地分散在水中。鑒于學生的認知水平，很難想到將鹵化銀均勻分布在液體中的方法，需要教師提供幫助，展示提前準備好的文獻[4-6]，供學生參考。

[文獻節選]節選“甘油分散含銀溶膠的制備及抑菌性能研究”部分內容，為學生提供思路。節選內容如下：

“可以設想，若能將納米銀的制備與無水甘油體系相結合，直接在無水甘油體系中，以甘油作為分散介質，可能獲得穩定無水甘油分散溶膠體系”。

設計意圖：當學生由于認知水平受限，使方案設計陷入困境時，教師及時提供相關文本資源，擴展學生認知水平，同時提升學生對文獻內容進行分析、概括、點評的能力。通過知識和技能的遷移，優化實驗方案，解決實際問題，增強學生實驗操作能力，強化學生創新意識。

經過分析討論，制定方案，以甘油為分散介質，以溴化銀甘油溶膠為例，制備鹵化銀甘油溶膠：

1.取一潔凈試管，倒人5mL甘油;另取適量0.05mol/L AgNO3溶液，配制銀氨溶液;向盛有甘油的試管中分別滴人3滴新制的銀氨溶液，振蕩，使之混合均勻，得到混合液。

2.向上述試管中滴入3滴0.05mol/L NaBr溶液振蕩，可以觀察到溴化銀甘油溶膠的生成。

3.采用類似方法制備氯化銀甘油溶膠、碘化銀甘油溶膠。

4.激光筆照射，觀察實驗現象。在紅光的照射下呈現明顯的丁達爾效應（以溴化銀甘油溶膠為例），如圖2所示。

[實驗探究]用紅光照射鹵化銀甘油溶膠時，可以看到明顯的丁達爾效應，但是移去光源，卻很難觀察到鹵化銀光解的現象，再次產生了認知沖突。教師引導學生從光的能量角度思考，并引導學生改用波長較短的藍光照射鹵化銀甘油溶膠。

實驗證明：用波長較短的藍光照射鹵化銀甘油溶膠時，可產生銀斑。照射數秒后移去光源，可清晰地觀察到光通過的地方，鹵化銀感光分解，產生黑色銀顆粒，記錄了光路信息，如圖3所示（以溴化銀甘油溶膠為例）。

激光筆照射鹵化銀甘油溶膠時，學生還會思考為什么在紅光的照射下容易觀察到丁達爾效應，而藍光則容易使鹵化銀感光分解，進而促使學生探索光的顏色、波長與能量之間的關系、光的波長與丁達爾效應之間的關系。

設計意圖：打破學科之間的壁壘，建立物理、化學學科之間的聯系，促進不同學科知識的融合，在解決新的問題過程中外顯思維方式，提升學生綜合探究能力，促進學生能力、思維進階，確立“提出問題——猜想假設一收集證據一制定方案一實驗驗證一得出結論一反思評價”的實驗探究思維模型。同時讓學生直觀感知化學變化需要一定的條件，培養學生變化觀念。

[問題驅動]氯化銀、溴化銀、碘化銀在相同條件下，感光分解速率大小關系如何？

學生根據已有經驗：氯溴碘非金屬性逐漸減弱，鹵化氫的穩定性對比關系為：HCl>HBr>HI，HI最不穩定，最易分解。通過類比猜想，相同條件下感光分解速率大小關系為：AgI>AgBr>AgCl。

[實驗驗證]猜想是否正確？往往還需要實驗驗證。引導學生按照上述溶膠制備方法，控制變量，在相同的條件下，探究物質種類對化學反應的影響。結果表明：相同條件下感光分解速率大小關系為：AgBr>AgCl>Agl，與之前的猜想不符。然后進一步引導學生進行文獻研討，為實驗結論尋找證據支持。經文獻研討，得知實驗結果與李群燕[7]的相關研究一致，可證明實驗探究過程和結論的科學性。

設計意圖：通過問題驅動強化學生對已有知識的記憶、理解與遷移應用，但是需要學生明白，經過類比進行知識遷移得出的結論，仍需要通過實驗進一步驗證，培養學生規范操作、合理控制變量的實驗技能與尊重事實、嚴謹求實的科學態度。

[知識遷移]從另一個角度提出問題，是否可以用其他的試劑替代甘油。經猜想，設計方案和實驗探究，家用洗潔精等可替代甘油作為分散介質，應用于鹵化銀感光創新實驗，同樣實驗效果明顯，還可實現創新實驗的生活化。

設計意圖：通過知識遷移，進一步提升學生科學探究與創新意識的素養，強化建立思維模型，運用模型解決問題的能力。

六、教學反思

鹵化銀感光分解創新實驗操作簡便，現象明顯，重復率高，填補了教材缺乏演示實驗的空白，使學生直觀地感受到鹵化銀的感光性，加深了學生對知識的理解。同時，在實驗的設計與實施過程中，實現了知識、技能、素養有機結合，發揮了實驗的教學功能和素養培養價值。

化學學科核心素養內隱在化學教學活動中，各有側重，相輔相成，不同的教學內容對核心素養的培育側重點不同，切不可將這些教學內容承擔的任務孤立、切割[8]。實驗教學過程中，始終貫穿著證據推理和創新意識等化學學科核心素養的培養，需要從學科思想、實踐層面、價值追求整體全面地認識化學學科核心素養。

學生化學學科核心素養的培養是自我構建、循序漸進的過程，教師應長期堅持“素養為本”的教學，倡導真實問題情境的創設，開展實驗探究活動，使學生在化學知識學習的過程中逐漸形成正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：1-6

[2]肖中榮，周萍.再談碳酸鈉和鹽酸反應的實驗改進[J].化學教學，2019（10）：54-57

[3]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].南京：江蘇教育出版社，2007：47

[4]李群燕.關于鹵化銀化學分解實驗的設計[J].化學教育，2000（11）：41

[5]傅廣生，楊少鵬，李曉葦，等.鹵化銀感光材料光作用動力學研究進展[J].感光科學與光化學，2002，20（1）：66

[6]鄭寅，陳碩平，王蘇展，等.甘油分散含銀溶膠的制備及抑菌性能研究[J].材料導報B：研究篇，2017，31（6）：30-32

[7]李群燕.關于鹵化銀化學分解實驗的設計[J].化學教育，2000（11）：41

[8]陳進前.關于化學學科核心素養的三個建議[J].中學化學教學參考，2018（9）：3