基于核心素養的初中化學實驗教學探究

李際霞

《義務教育化學課程標準（2022年版）》指出化學課程要培養的核心素養，主要包括化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任，是學生發展核心素養在化學課程中的具體化。化學實驗教學充分體現了化學課程的育人功能，展現了化學課程學習對學生發展的重要價值。這就需要化學教師在教學中結合學科特點，精心設計實驗，鼓勵學生探究，在“做實驗”中“學化學”。

一、開發家庭小實驗，激發學生的探究興趣

家庭小實驗一定要緊扣教材，與課堂教學相輔相成，作為課堂教學的有效拓展和延伸，內容的選擇要注意時效性、可行性、安全性、綠色化。

蠟燭燃燒是生活中常見的現象，你了解蠟燭嗎？魯教版五四制化學教材第一單元第二節“體驗化學探究”就是以學生熟悉的蠟燭燃燒為載體，通過學生的合作探究，讓其經歷從發現問題到猜想與假設，再到設計并親自動手實驗，最后得出結論，進一步反思交流，直到改進實驗不足的全過程。通過實驗激發學生的探究興趣，在好奇心的驅使下，學生還提出了更多在課堂上沒有時間解決的問題。作為課堂內容的補充，教師可以安排家庭小實驗，鼓勵學生從不同的角度，對蠟燭繼續展開探究。

探究1：如何證明蠟燭的燃燒產物是水和二氧化碳？通過探究，學生不但得出了證明蠟燭燃燒產物的方法，而且根據質量守恒定律得出蠟燭的組成元素中一定含有碳、氫元素，并且拓展延伸，發現用同樣的方法可以證明酒精、紙張等也含有碳、氫元素。

探究2：讓蠟燭熄滅的方法有哪些？學生的辦法有很多，如用嘴吹滅、剪掉燈芯、金屬勺子蓋滅等。除了這些方法，還有哪些方法不用接觸蠟燭也能讓它熄滅呢？通過嘗試，可以用燒杯扣在燃燒的蠟燭上或者將燃燒的蠟燭放在燒杯里，燒杯中加入碳酸鈉粉末，倒入適量稀鹽酸，過一會蠟燭也可以熄滅。通過探究，學生不但對滅火的原理有了深刻的理解，而且能在熟練二氧化碳性質的基礎上，靈活運用碳酸鹽和酸反應放出二氧化碳的原理解決問題。

探究3：蠟燭熄滅后，白煙的主要成分是什么？能否隔空點蠟燭？通過探究，學生運用學過的知識揭開了隔空點蠟燭的奧秘，成就感倍增。

探究4：用大燒杯扣在兩根高低不同的燃燒的蠟燭上，哪根蠟燭先熄滅？學生探究的結論是上面的蠟燭先熄滅。由此得到啟示，即火災時應該低姿逃生，生命安全教育滲透其中。

干電池、鉛蓄電池、鋰電池、氫氧燃料電池等已走進人們的生活，你了解電池嗎？魯教版五四制化學教材第六單元第一節“化學與能源開發”中的探究實驗：化學反應能否產生電能，幫助學生解開電池的奧秘。學生通過探究才知道，原來電池都是由化學反應轉化成電能的，這種發現讓學生感到化學的神奇，很想自己驗證。教師及時安排了家庭小實驗“自制果蔬電池”。實驗方案：把一塊鋅片和一塊銅片平行插入一個成熟的檸檬中，用導線把鋅片和銅片連接起來，并在導線中間接入音樂賀卡上的小喇叭，聽一聽是否發出聲音；或者改進裝置，導線之間連接小燈泡或二極管，觀察是否發光。學生在實驗中，還把檸檬換成了其他酸性的物質，如蘋果、橙子、土豆、甜瓜、西紅柿等，分別進行嘗試，樂在其中。該實驗安全可靠，學生便于操作，效果顯著。

為了進一步激勵學生，學校舉行了化學家庭小實驗大賽。教師先根據課堂教學內容引導學生在多個實驗題目中選擇自己喜歡的實驗，展開探究，鼓勵學生寫出探究報告并錄制實驗視頻（邊做邊解說，包括對實驗儀器和藥品、實驗步驟、實驗現象、實驗結論、反思評價等進行解說），從中選出優秀作品頒獎并展播，鼓勵其他同學進行評價等。通過家庭小實驗讓學生對物質世界產生好奇心、想象力和探究欲，點燃學生的思維火花，保持學生對化學學習和科學探究的濃厚興趣。

二、挖掘教材實驗，發展創新思維

新課程標準要求學生要形成科學的態度，敢于提出并堅持自己的見解、勇于修正和放棄錯誤觀點，在解決真實問題的過程中形成質疑能力、批判能力和創新意識。

（一）改進教材實驗

化學教材中的實驗編排只是為教學提供一種范例或思路，但不一定是最佳，甚至有的實驗還有一定的缺陷。教師應鼓勵學生勇于創新或大膽質疑，運用學過的知識積極地去改進教材中的實驗，以獲得最佳的效果。比如，魯教版五四制九年級化學第89頁的實驗探究“工業煉鐵的化學原理”，對于尾氣的處理，從環境、能源等方面考慮可以有多種方法進行改進。圖1采用了點燃的方法除去剩余的CO，防止污染空氣。教師引導學生評價該實驗，發現CO沒有得到充分的利用，同時還浪費了酒精燃料。學生通過改進，設計用圖1b裝置代替圖1a中的A裝置，并進行評價。改進后的優點是既除去了CO2，又用排氫氧化鈉溶液的方法收集CO再利用，丙裝置還可防倒吸，缺點是氫氧化鈉溶液雖然吸收CO2的效果好，卻不能檢驗生成物CO2，若換成澄清石灰水，吸收效果欠佳，但可以檢驗生成物CO2。學生每一次對裝置優缺點的評價都是一次能力的提升，在改進過程中，學生又提出：能不能直接點燃尾氣做熱源呢？學生進一步設計圖1c裝置，改進后的優點是將CO點燃給玻璃管加熱，既節約能源，又防止空氣污染，裝置也更加簡單。

（二）拓展教材實驗

教材實驗的安排具有針對性或代表性，學生通過探究實驗掌握科學探究的思想和方法，從而達到運用學過的知識解決問題的實踐能力。教師不僅鼓勵學生改進課本實驗，還激發學生通過課本實驗，發展思維，觸類旁通，完成更多類似實驗。在探究金屬鐵生銹的條件時，學生充分利用了變量控制的思想進行實驗設計。如圖2，通過①②對比，得出鐵生銹必須有氧氣參加；通過②③對比，得出鐵生銹必須有水參加。通過控制變量，進行對比實驗，得出鐵生銹的條件是鐵與氧氣和水蒸氣共同作用。在此探究基礎上，激發學生探究銅在空氣中生銹的條件。同理，如圖3，通過甲乙對比，得出銅生銹必須有氧氣參加；通過甲丙對比，得出銅生銹必須有水參加；通過甲丁對比，得出銅生銹必須有二氧化碳參加。通過控制變量進行對比實驗，得出銅生銹的條件是銅與氧氣、水蒸氣和二氧化碳共同作用。

如此，利用控制變量的思想，學生還可以設計實驗比較金屬的活動性、比較物質的溶解性、探究燃燒的條件等。

在教學中，教師要引導學生依托教材的學習，但不要拘泥于教材，激勵學生敢于嘗試創新和改進，發展科學思維。

三、設計探究實驗，提升實踐能力

新課程改革注重培養學生的探究意識和實踐能力。要求學生能獨立或與同學合作完成簡單的實驗任務，能主動提出有探究價值的問題。因此，教師要注重問題的生成過程，不要為了探究而設計探究問題，應激發學生探究的欲望，給學生充分的探究時間和空間，引導學生探究式學習。

情境一：實驗室盛有氫氧化鈉溶液的試劑瓶沒有蓋好瓶塞。學生提出質疑：氫氧化鈉溶液是否已經變質？教師順勢引導學生通過已有知識判斷變質的原因，并引導學生設計實驗方案證明自己的猜想。經分析，證明氫氧化鈉變質的關鍵就是檢驗碳酸根離子的存在。怎樣證明呢？結合CO32-遇到H+會產生氣泡，遇到Ca2+、Ba2+會產生白色沉淀的性質，引導學生分別選取三種類別不同的物質，設計實驗。

方法一：加入稀鹽酸或稀硫酸，觀察是否有氣泡產生。

方法二：加入氫氧化鈣溶液或氫氧化鋇溶液，觀察是否有白色沉淀生成。

方法三：加入氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，觀察是否有白色沉淀生成。

若通過上述的方法證明氫氧化鈉已變質，則進一步引導學生探究是部分變質還是全部變質？若部分變質，溶液中應有NaOH和Na2CO3兩種溶質，若全部變質，溶液中應只有Na2CO3一種溶質。比較兩種猜想，其實就是檢驗OH-是否存在，但要排除CO32-對OH-的檢驗造成的干擾。學生設計先加入足量CaCl2溶液或BaCl2溶液除去NaOH溶液中的Na2CO3。過濾后，往濾液中加入無色酚酞溶液，檢驗OH-是否存在。除了往濾液中加入無色酚酞溶液，還有哪些方法可以證明溶液否有NaOH？學生依據OH-的性質又找到了更多方法，如加入硝酸銅溶液、氯化鐵溶液、紫色的石蕊溶液、紅色石蕊試紙、測pH等。學生在選取藥品的同時也對OH-的性質有了更深刻的理解。反思評價階段，學生又提出新的問題：能否用Ca（OH）2溶液或Ba（OH）2溶液代替CaCl2溶液或BaCl2溶液除去溶液中的Na2CO3？通過書寫化學方程式，得出Ca（OH）2溶液或Ba（OH）2溶液又引入新的OH-，對氫氧化鈉的檢驗造成干擾。為了讓學生更好地厘清探究實驗的設計思路和方法，教師將整個探究過程制成微課，讓學生反復觀看。

利用類似的思路和方法，學生進一步設計實驗，探究暴露在空氣中氫氧化鈣的變質情況，鼓勵學生探索多種解決問題的途徑，培養學生在真實情境中運用學過的知識解決實際問題的能力和創新實踐的能力。

情境二：學生在學習氫氧化鈉的性質時，氫氧化鈉與二氧化碳反應沒有明顯現象，怎樣變不可見為可見呢？利用壓強差的原理，向盛有二氧化碳氣體的軟塑料瓶里加入少量氫氧化鈉溶液，立即蓋緊瓶蓋，振蕩，觀察現象。學生觀察到塑料瓶變癟。有的學生認為：通過塑料瓶變癟能證明二氧化碳跟氫氧化鈉溶液發生了反應；有的學生認為：該實驗不足以證明二氧化碳跟氫氧化鈉溶液反應，因為二氧化碳溶解在水中也會產生類似的想象。學生的分歧很大，爭論很激烈，教師因勢利導，趁機激發學生，怎樣設計實驗進一步驗證呢？采取分組合作探究的方式，展開討論，并設計實驗方案。

方案一：對比實驗法。取相同體積的軟塑料瓶，充入等體積的二氧化碳氣體，倒入等體積的水，立即蓋緊瓶蓋，振蕩，觀察塑料瓶變癟的程度。

方案二：化學方法。取少量反應后的溶液放于試管中，加入適量的稀鹽酸，若有氣泡冒出，證明生成了碳酸鈉，從而證明兩者已反應。

同樣，在學酸和堿的反應時，氫氧化鈉溶液與稀鹽酸反應也沒有明顯現象。教學中怎樣引導學生設計實驗變不可見為可見呢？需要借助酸堿指示劑、無色酚酞溶液或紫色的石蕊溶液。

方案一：在盛有氫氧化鈉溶液的試管中，加入少量酚酞溶液，振蕩，溶液變紅色。然后，逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，直至溶液變無色。

方案二：在盛有氫氧化鈉溶液的試管中，加入少量石蕊溶液，振蕩，溶液變藍色。然后，逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，直至溶液變紫色或紅色。

學生通過實驗對比，發現借助酚酞溶液變色更明顯。本實驗是借助酸堿指示劑，通過證明氫氧根離子的消失，證明兩者能反應。情境二中，學生遇到的問題不一樣，可是解決問題的思路大同小異，只有學生通過科學探究掌握了方法和思路，才能提升實踐能力。

實驗教學作為化學教學的重要組成部分，通過自主與開放的實驗活動，從不同視角設計、改進實驗方案，不但能夠深化學生對實驗過程及其原理的理解，促進學生在探究過程中構建化學的基本觀念，而且能提升學生的動手實踐能力，提升學生的化學學科素養，真正實現科學育人的目的。

（作者單位：東營市勝利第一初級中學）

編輯：趙文靜