基于高中化學(xué)常規(guī)實驗微型化改進的教學(xué)策略

甘肅 牛文花

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版2020年修訂)》中提出了“能依據(jù)探究目的設(shè)計并優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作；養(yǎng)成獨立思考，敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神；具有安全意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；具有綠色化學(xué)觀念和可持續(xù)發(fā)展意識”等課程目標(biāo)。化學(xué)實驗作為培養(yǎng)學(xué)生實驗探究能力和創(chuàng)新意識的有效手段，應(yīng)成為課堂教學(xué)的重點。然而由于學(xué)校實驗條件和儀器的限制、藥品尤其是易耗品的不斷消耗，再加上大多數(shù)實驗中有毒氣體的產(chǎn)生，使得很多實驗教學(xué)是以“講”“看”“記”的主要形式完成的，沒有體現(xiàn)出新課標(biāo)的目標(biāo)要求。微型化學(xué)實驗具有安全、節(jié)約、污染少、現(xiàn)象明顯、操作方便簡單等優(yōu)點，正好可以解決上述問題。因此，教師在日常教學(xué)中若能不斷優(yōu)化教材實驗，對常規(guī)實驗進行微型化改進，不僅可提高學(xué)生在教學(xué)中的主體地位和參與度，還可以通過實驗的微型化改進培養(yǎng)學(xué)生在實驗中的安全意識、資源意識、創(chuàng)新意識、環(huán)保意識等，發(fā)展學(xué)生的實驗探究能力和創(chuàng)新意識，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。本文以鈉與水的反應(yīng)、Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性比較、HCl和NH3的反應(yīng)三個常規(guī)實驗微型化改進為例，展示核心素養(yǎng)視域下高中化學(xué)常規(guī)實驗微型化改進的實施策略。

一、因“疑”而“變”，深化實驗?zāi)康牡奈⑿突倪M，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神

“學(xué)貴有疑，小疑則小進，大疑則大進。”質(zhì)疑能力是學(xué)生學(xué)習(xí)中不可或缺的重要能力之一。而高中化學(xué)常規(guī)實驗中，由某些現(xiàn)象或結(jié)論引發(fā)的疑問比比皆是，這就要求教師不得不思考在實際教學(xué)中應(yīng)如何突破學(xué)生提出的相關(guān)疑問。例如，在演示鈉和水反應(yīng)過程中，學(xué)生提出質(zhì)疑：從元素守恒角度分析，產(chǎn)生的氣體還有可能是氧氣。為此，筆者采用了實驗回答的“證據(jù)論”的實驗過程，將整個實驗過程進行微型化改進并與常規(guī)實驗進行對比，具體如表1所示。

表1 鈉與水反應(yīng)的常規(guī)實驗和微型化實驗的比較

續(xù)表

通過對鈉與水反應(yīng)的上述微型化改進，不僅通過直觀的實驗現(xiàn)象回答了學(xué)生的疑問，使學(xué)生深層次地理解了該實驗的反應(yīng)原理，還有效地培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的科學(xué)態(tài)度，滲透了利用質(zhì)疑精神發(fā)展學(xué)生的實驗探究能力和創(chuàng)新意識的實踐策略。

二、因“分”而“合”，借助實驗裝置一體化的微型化改進，培養(yǎng)學(xué)生實驗中的全局意識

化學(xué)實驗存在的真正價值是利用它的可操作性實現(xiàn)現(xiàn)象和本質(zhì)的辯證關(guān)系，若只是為了完成某個單一的實驗?zāi)康亩O(shè)計實驗，則往往會忽略實驗的系統(tǒng)性和整體性，導(dǎo)致實驗在操作過程中不能以科學(xué)、簡捷的方式呈現(xiàn)出來。如驗證SO2溶解性和漂白性的實驗時，常規(guī)實驗是將收集有SO2氣體的試管倒立于水槽中，會有少量氣體溢出，污染環(huán)境，而SO2重要的還原性并沒有涉及，導(dǎo)致學(xué)生對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識不夠全面、透徹；再如Na2CO3和NaHCO3的熱穩(wěn)定性比較的常規(guī)實驗得分兩次才能完成，耗時較長，不利于課堂實驗的高效性。這就需要教師和學(xué)生在設(shè)計實驗時，盡可能從實驗實際操作的可行性方案入手，進行微型化改進，培養(yǎng)學(xué)生實驗中的全局意識。如將Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性比較的實驗進行微型化改進并與常規(guī)實驗進行對比，具體如表2所示。

表2 Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性比較的常規(guī)實驗和微型化實驗的比較

借助于Y型管對Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性比較實驗的一體化改進，不僅可以利用一套裝置簡單、高效地完成實驗，獲取相應(yīng)的理論知識，還能拓寬學(xué)生將常規(guī)實驗進行微型化改進的思路。常規(guī)實驗的微型化改進，不僅僅體現(xiàn)在藥品的用量上、裝置的改進上，還可以是非常規(guī)儀器的使用上。另外，一些物質(zhì)的制備實驗和性質(zhì)檢驗實驗更應(yīng)該進行一體化的微型化改進，在改進中滲透創(chuàng)新性發(fā)展的教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

三、因“治”而“防”，滲透實驗過程的綠色化，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識

在高中化學(xué)常規(guī)實驗，如Cl2、SO2、NH3、NO、NO2的制備和性質(zhì)檢驗實驗中存在著許多污染問題。這也是在實驗教學(xué)中長期出現(xiàn)教師“講實驗、畫實驗”，學(xué)生“聽實驗、記實驗”的原因之一，將直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和熱情，不利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識，制約了學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。因此，筆者針對HCl和NH3的反應(yīng)進行如下的微型化改進并與常規(guī)實驗進行了對比(見表3)，以期獲得良好的教學(xué)效果。

針對常規(guī)實驗中“開放體系”這一弊端，本實驗利用封閉的玻璃管對實驗進行綠色化改進，消除學(xué)生對實驗的恐懼心理，使學(xué)生敢于實驗，樂于實驗，促進學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，有助于提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。另外，在實驗探究過程中讓學(xué)生明確生態(tài)文明建設(shè)的社會責(zé)任，深化對自然的保護意識，更加符合國家提出的可持續(xù)發(fā)展的要求。

四、總結(jié)與期望

本文通過高中化學(xué)教材中三個常規(guī)實驗“鈉與水的反應(yīng)”“Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性比較”“HCl和NH3的反應(yīng)”微型化改進的具體實施可得出：(1)對常規(guī)實驗進行微型化改進時可以從實驗?zāi)康某霭l(fā)進行深入化改進，以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神。(2)對常規(guī)實驗進行微型化改進時可以從實驗裝置出發(fā)進行一體化改進，以培養(yǎng)學(xué)生實驗中的全局意識。(3)對常規(guī)實驗進行微型化改進時可以從探究過程出發(fā)進行綠色化改進，以培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。期望教師在教學(xué)過程中合理對課本中的常規(guī)實驗開展微型化改進，以增強化學(xué)實驗教學(xué)的有效性，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

本文系天水市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題“基于核心素養(yǎng)的微型化學(xué)實驗對提升高中學(xué)生實驗探究能力的研究”成果，課題編號：TS(2020)GH173；甘谷縣2021年基礎(chǔ)科研小課題“基于核心素養(yǎng)的微型化學(xué)實驗對提升高中學(xué)生實驗探究能力的研究”成果，課題立項號21JYJ064。