實驗驅動探究，合作提升素養
——以“微粒的性質”教學為例

曹 煥

（常熟市常清中學 江蘇 蘇州 215500）

新課標強調要著力發展學生核心素養，核心素養是學生通過課程學習而逐步形成的適應個人終身發展和社會發展所需的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。［1］其中，化學學科的核心素養具體包括：化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任。［1］

實驗探究是實現化學教學的重要途徑，探究過程應改變傳統的接受型模式，滲透合作學習的理念。［2，3］合作學習能突破個體在實驗探究中的局限性，有效地彌補個體間差異，并激發學生的學習興趣，提升化學實驗教學的效能，真正實現化學學科核心素養的落地。

如何在新授課教學中開展以核心素養為導向的實驗探究活動，促進學生提升自主、合作、探究能力呢？筆者選取中學生軍訓期間高發的“低血糖暈倒急救”事件為主題情境，創設了三個銜接性任務鏈來驅動實驗探究，以宏微觀結合的視角逐步構建核心知識網絡框架，培養自主學習與合作探究意識，有利于學生學科核心素養的提升。

一、教學設計思路

滬教版上冊第三章第一節“微粒的性質”主要集中于微觀世界的探索，知識較為抽象，學生往往感到難以理解、掌握并應用。因此，筆者創設銜接性任務鏈來驅動合作探究活動，將微觀性質以宏觀現象呈現，化抽象為具體，形成核心知識網絡的構建，培養學生的核心素養。基于此，課題內容以任務線、活動線、知識線、素養線的教學思路展開；具體如圖1所示。

圖1 “微粒的性質”教學設計思路

二、課堂教學過程

1.創設情境，導入新課

【教師】播放視頻：“低血糖暈倒急救”事件。近年來，由于現代生活方式的改變和“以瘦為美”而節食的風氣盛行，中學生軍訓期間低血糖暈倒事件頻繁發生。當我們遇到因低血糖而暈倒的同學時，你認為最有效、快速的施救方式是什么呢？

【合作交流】最有效、快速的方式是補充葡萄糖溶液。

【教師】葡萄糖作為易被人體吸收的單糖，能快速緩解低血糖癥狀。如若不能迅速地提供葡萄糖溶液，同學們可以選擇含糖類的零食進行施救。

設計思路：創設真實的主題情境——“低血糖暈倒急救”事件，將生命安全與健康教育有機融入教學中，在激發學生學習興趣的同時，感悟化學與生活、生命的聯系，既反映了共通性素養——生命安全與健康意識，又培養學生的科學態度與責任學科核心素養。

2.初配葡萄糖溶液

【學生】學生根據已稱量好的葡萄糖粉末、水配制成5%的葡萄糖溶液。

【教師】通過葡萄糖溶解的現象，提出問題：葡萄糖溶于水后是否消失了呢？

【合作探究1】“看你有多小”實驗——根據提供藥品和儀器：葡萄糖溶液、放大鏡，觀察現象并分析上述問題。

【交流與討論】利用放大鏡無法觀測到，學生認為：葡萄糖溶于水后可能消失了。

【教師】葡萄糖溶于水后具有甜味，故葡萄糖沒有消失；視頻展示：葡萄糖溶解的動態變化。利用放大鏡無法觀測到，是由于葡萄糖溶解形成了我們肉眼看不到的微粒，此微粒可通過掃描隧道顯微鏡觀察到。教師進一步遷移比較，以一滴水由1.67×1021個微粒組成為例，1 min 數100個的速度，10億人要日夜不停地數多少萬年呢？通過計算得出：需要數約3.18 萬年，你能從中得出什么結論呢？

【師生總結】直觀感受到了微粒的渺小，并引導學生總結得出微粒性質1：微粒的質量和體積都很小。

設計思路：通過學生合作實驗探究并展示以直觀的龐大數據，更有利于學生感知微粒的渺小，并以宏觀辨識與微觀探析的角度分析問題，發展學生科學思維學科核心素養。

3.再識葡萄糖溶液

【教師】當只有葡萄糖粉末時，如何快速緩解低血糖癥狀呢？視頻播放：醫生建議，最好將100 g葡萄糖溶于250 mL溫水中，快速飲用。提出問題：為什么葡萄糖要用溫水溶解呢？

【提出猜想】溫水能加快溶解速率。

【教師】實驗1：播放濃氨水和酚酞溶液的實驗，如圖2所示。觀察實驗現象，并分析實驗結論。

圖2 濃氨水和酚酞溶液的實驗

【學生】現象：酚酞溶液變紅色；結論：氨水能使無色酚酞變紅。

【教師】為什么濃氨水和酚酞溶液在無接觸時，就能使酚酞溶液變紅呢？請從微粒的角度解釋該現象。

【討論與交流】小組合作分析，得出實驗結論：微粒在不停地做無規則運動。

【教師】濃氨水和酚酞溶液在無接觸情況下，由于濃氨水易揮發就能使酚酞溶液變紅，從微觀角度說明：微粒在不停地做無規則運動。正如葡萄糖粉末能在水中溶解一樣，也是微粒運動的結果。

【設計方案】根據給定實驗儀器，小組合作討論設計密閉裝置，并思考如何利用控制變量法設計實驗方案來驗證溫度能加快微粒的運動速率？

【討論與交流】教師引導，小組合作設計創新性實驗裝置如圖3所示，試管中固定了用酚酞溶液浸濕的棉球，分別將兩錐形瓶置于不同溫度下并注射4 mL濃氨水，就可以驗證溫度是否能加快微粒的運動速率。

圖3 濃氨水和酚酞溶液創新實驗裝置

【驗證實驗】“看誰跑得快”實驗，如圖4所示。

圖4 “看誰跑得快”實驗

【師生總結】通過實驗得出：70 ℃熱水浴中棉球變紅速度比室溫快。教師引導學生歸納總結，得出微粒性質2：微粒在不停地做無規則運動，溫度越高，微粒的運動速率越快。

【呈現材料】濃氨水易揮發出氨氣，濃度越高揮發量越多。氨氣在常溫下為無色、有刺激性的氣體，氨氣的溶解性極高，不僅會污染環境，還會對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，減弱人體對疾病的抵抗力。

【教師】根據上述資料，將此實驗進行創新性改進，小組討論該實驗相對于課本實驗的優點？

【學生】交流與討論，得出優點：1.在密閉裝置中進行實驗，能避免氨氣的逸出，防止其危害人體健康和污染環境；2.使用的實驗藥品量明顯減少，節約資源。

【總結】通過以上實驗探究，可以得出：微粒在不停地做無規則運動，溫度越高，微粒的運動速率越快。其中，平時服用葡萄糖應該用溫水沖服，因為溫水能加速葡萄糖的溶解且能更好地發揮葡萄糖本身的作用，從而有利于人體吸收；水溫過高會破壞葡萄糖的營養價值，水溫過低不利于葡萄糖營養價值的發揮。

設計思路：通過“挑戰性”創新實驗方案的設計，得出實驗方案并驗證了溫度能加快微粒的運動，使學生切身感受到微粒的運動，化抽象為具體，不僅強化學生對核心知識和學科思維的深刻理解，而且提升學生合作溝通與創新實踐能力，有效發展學生的科學探究與創新意識、科學態度與責任等核心素養。

4.回探葡萄糖溶液

【教師】提出問題：葡萄糖溶解的同時，還伴隨著什么現象呢？教師引導學生回答，順勢提出問題：為什么葡萄糖溶解過程中體積會變小呢？

【交流與討論】小組成員根據混合后體積變小，分析得出：微粒間存在空隙。

【教師】進一步提出問題：聯系生活，舉例說明微粒間的空隙與哪些因素有關？

【師生總結】聯系生活實際，根據汽水瓶打開會發出聲音與喝汽水會打嗝的現象，總結得出：微粒間的空隙與溫度和壓強有關。

【教師】同樣，溫度、壓強也會引起物質三態之間的變化，那固、液、氣三態下微粒間的空隙存在什么規律呢？

【合作探究2】“看誰力氣大”實驗，如圖5所示：小組合作探究，用兩個同樣的塑料瓶，一瓶裝滿水，另一瓶裝滿空氣，分別用力捏，觀察瓶子變癟的程度？并從微觀角度分析原因。

圖5 “看誰力氣大”實驗

【師生總結】通過裝滿空氣的瓶子變癟程度較大，學生得出微粒間空隙：氣體＞液體。教師進一步展示固、液、氣三態微觀模擬圖，如圖6所示，學生得出微粒間空隙：一般情況下，氣體＞液體＞固體。

圖6 固、液、氣三態微觀模擬圖

【教師】一般來說，微粒間空隙：氣體＞液體＞固體。但也有特例：水分子間空隙：水蒸氣＞冰＞水，請結合生活事例分析原因？

【總結】學生聯系生活中裝滿礦泉水的塑料瓶冷凍后會體積膨脹得出微粒性質3，微粒間空隙：一般情況下，氣體＞液體＞固體；但存在特例，水分子間空隙：水蒸氣＞冰＞水。

設計思路：本環節設計趣味化學實驗激發小組合作探究意識，實驗中宏觀體積變化讓學生在潛移默化中感悟微粒間的空隙，提升學生以宏微結合的視角理解深化知識的能力。此外，通過水三態空隙的特殊性形成認知沖突，啟發學生主動構建結構化知識，進而強化學生的科學探究與創新意識、科學思維等核心素養。

5.應用宏微觀

【教師】提出問題，并組織學生交流討論，合作總結。

問題1：在冬季，醫院中葡萄糖溶液常有固體析出，若你是一名醫生，你會如何幫助患者重新獲得原來的葡萄糖溶液，使得患者快速補充機體能量，緩解病情？

問題2：通過加熱使得葡萄糖再次溶解，在此過程中涉及到此節課學習的哪些內容，請繪制知識網絡結構圖。

【學生】交流討論，總結回答并繪制核心知識網絡結構圖，如圖7所示。

圖7 核心知識網絡結構圖

【師生總結】總結這節課的核心內容，聯系生活與科技拓展應用。

設計思路：讓學生以醫生的角色為患者解決實際問題，實現知識的遷移和應用，深化生命安全與健康意識，并增強學生的社會責任感。此外，引導學生自主構建知識網絡結構圖來回顧課堂核心知識，將零碎的知識系統化，使學生初步養成歸納總結的能力，真正實現科學態度與責任、科學思維等學科核心素養的落地。

三、教學感悟與反思

1.創設主題化情境，滲透核心素養

創設具有挑戰性的真實主題情境貫穿教學始終，激發學生的學習興趣和內驅力，鏈接課程核心內容，踐行著學科核心素養的培養。在此教學內容中，圍繞“低血糖暈倒急救”事件這一主題化情境安排了四大銜接性任務鏈驅動學生合作探究，并逐步形成感悟微粒的渺小、微粒的運動、微粒間的空隙等核心知識網絡的構建。此外，利用宏微觀角度分析和解決問題的同時，滲透著學科核心素養的要求。

2.安排銜接性任務，培養核心素養

安排銜接性任務鏈聚焦課堂教學，形成核心知識體系的構建及化學觀念，培養科學思維，促進學生的深度學習，實現化學學科素養的培育。［4］本教學中，以四大銜接性任務鏈——“初配葡萄糖溶液”“再識葡萄糖溶液”“回探葡萄糖溶液”“應用宏微觀”引領各部分教學環節的高效實施，環環相扣，發展學生的深度學習，有助于學生構建系統的核心知識網絡框架，促進形成科學思維，學會以化學視角解決生活常見現象與實際問題的能力，實現學生學科核心素養的發展。

3.開展合作化探究，提升核心素養

開展以化學實驗為主的創新性探究活動，有助于學生合作探究意識與創新精神的培養，發展學生核心素養。本教學中，通過合作探究活動化抽象為具體，開展了三大趣味化學實驗——“看你有多小”“看誰跑得快”“看誰力氣大”，讓學生感悟微觀性質與宏觀現象之間的密切聯系的同時，掌握化學核心知識，提升自主學習與合作探究能力。此外，教師引導下學生自主設計實驗——“看誰跑得快”，利用密閉體系探究溫度對微粒運動速率的影響，進一步引出“小組討論該實驗相對于課本實驗的優點？”這一問題，實現課本實驗的二次開發，啟發學生思維，提升學生的創新能力，有利于學科知識掌握和核心素養提升雙重目標的真正落實。

但教學中還存在一些缺陷，例如：通過葡萄糖溶解后體積變小得出：微粒間存在空隙，此知識點較為抽象，不易理解。若此實驗引入宏觀事例，如：向黃豆中加水，水會填充在黃豆間空隙而得出微粒的性質，能讓同學們易于理解化學知識，并建立化學與生活的聯系，提升學生學習化學的興趣。