基于高中化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力

徐 巖

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》指出,認(rèn)識科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實踐活動。認(rèn)識化學(xué)實驗是研究和學(xué)習(xí)物質(zhì)及其變化的基本方法,是科學(xué)探究的一種重要途徑。發(fā)展對化學(xué)實驗探究活動的好奇心和興趣,養(yǎng)成注重實證、嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度,增強(qiáng)合作探究意識,養(yǎng)成獨立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神。基于核心素養(yǎng)的要求和化學(xué)學(xué)科的特點,教師應(yīng)該注意積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,在興趣的帶領(lǐng)下主動參與對化學(xué)實驗的探究,重視開展以素養(yǎng)為本的實驗探究,重視對教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,促進(jìn)學(xué)生學(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。

一、化學(xué)實驗探究的基本方法

高中的化學(xué)是在初中化學(xué)的基礎(chǔ)上廣泛而又深入的學(xué)習(xí),聯(lián)系生活中的例子學(xué)習(xí)具體的化學(xué)物質(zhì)。在學(xué)習(xí)過程中,通過實驗探究認(rèn)識物質(zhì),讓學(xué)生親身參與到實驗探究的過程中,從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力,幫助學(xué)生掌握化學(xué)知識。基于高中化學(xué)學(xué)科的特點,開展化學(xué)探究實驗應(yīng)該把握實驗的特點,在探究過程中遵循科學(xué)探究的基本方法并有序地開展化學(xué)實驗。

(一)控制變量法(研究單一變量對一個事件的影響)

控制變量法是化學(xué)實驗探究的一個基本方法,運用控制變量法首先需要明確探究的對象(因變量)和可能的影響因素(自變量)這兩個要件。在實驗探究的過程中,首先確立探究對象,化學(xué)實驗的探究對象比較直接,學(xué)生容易在實驗探究中確立,要考慮影響化學(xué)實驗探究的外在因素,學(xué)生通過分析,確定因變量和自變量,羅列可能影響化學(xué)實驗的因素,我們可以在學(xué)生已有的知識或常識基礎(chǔ)上設(shè)疑來引起思考,而后提出可能對探究對象產(chǎn)生影響的因素,將因變量與自變量聯(lián)系起來,通過控制自變量中的某一個因素,控制該變量因素,通過觀察改變該變量因素對實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)變化的情況,歸納總結(jié)該因素對實驗結(jié)果的影響。學(xué)生通過對變量中的一個變量進(jìn)行探究和觀測后,對羅列的變量進(jìn)行更換,探究新的變量對實驗結(jié)果有什么樣的影響,將各個變量的實驗結(jié)果進(jìn)行總結(jié),得出最終的實驗結(jié)果。將各個變量對實驗的影響進(jìn)行探究,讓學(xué)生通過控制變量的結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié),得出結(jié)論,通過運用控制變量法初步探究反應(yīng)的規(guī)律。

(二)假設(shè)實驗法(大膽猜測,小心論證)

基于從已有的研究結(jié)果中歸納出來的假設(shè),或由聯(lián)想和直觀的推測所構(gòu)成的假設(shè)等,來計劃實驗、確定實驗的方法。探究過程中,學(xué)生對實驗中的結(jié)果進(jìn)行假設(shè),通過假設(shè),設(shè)計相對應(yīng)的想象情境,然后在整體的假設(shè)和想象中,確保學(xué)生可以在大膽猜測、小心論證的過程中,對相關(guān)理論知識進(jìn)行充分認(rèn)知和有效優(yōu)化,在深入理解的過程中把相關(guān)理論內(nèi)容融入實驗探究過程中,這樣才能讓學(xué)生全過程全方位地融入實驗操作環(huán)節(jié),在假設(shè)和驗證的過程中體現(xiàn)對各類知識的融會貫通和強(qiáng)化應(yīng)用。

在具體操作環(huán)節(jié),教師要設(shè)計相應(yīng)的實驗進(jìn)行驗證,如果該假設(shè)通過實驗被驗證是正確的,則這個假設(shè)可以作為命題被采用;如果這個假設(shè)通過實驗驗證與假設(shè)不一致,則這個假設(shè)是錯誤的,從而提出新的假設(shè),反復(fù)實驗進(jìn)行驗證。由此可見,假設(shè)實驗法是以假設(shè)為先導(dǎo),通過假設(shè),讓學(xué)生提出以探究為目的的實驗,通過探究提出新的理論,樹立科學(xué)的實驗探究的目的,發(fā)展科學(xué)的理論。假設(shè)實驗是基于學(xué)生提出的實驗假設(shè),通過學(xué)生動手實驗進(jìn)行驗證,讓學(xué)生在實驗的過程中樹立化學(xué)學(xué)科實驗探究的科學(xué)性。

二、化學(xué)探究實驗開展的基本步驟

化學(xué)探究實驗的有效開展是基于一定的理論,通過實驗探究進(jìn)行驗證的過程,化學(xué)實驗探究過程中一般要遵循化學(xué)實驗的基本步驟有序展開,這就要求學(xué)生在進(jìn)行探究實驗時,不僅要具有基本的化學(xué)理論知識,還要掌握實驗操作的基本步驟,確保相關(guān)步驟能夠在實踐過程中有效銜接,協(xié)同推進(jìn),這樣才能讓學(xué)生在化學(xué)探究實驗的操作過程中,進(jìn)一步強(qiáng)化自身的實驗?zāi)芰吞骄啃Ч?讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)和實踐操作過程中明確化學(xué)相關(guān)原理,并且在實驗論證、探究實踐過程中,對相關(guān)知識進(jìn)行融會貫通和強(qiáng)化應(yīng)用,這對學(xué)生實驗探究能力增強(qiáng)和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有關(guān)鍵作用。

化學(xué)探究實驗的開展對學(xué)生知識與能力具有一定的要求,需要確保學(xué)生在探究意識和能力方面得到切實提升,然后進(jìn)一步通過實踐探究的形式,對各類化學(xué)知識進(jìn)行靈活應(yīng)用和融會貫通,體現(xiàn)出教育教學(xué)的針對性和可行性,使實驗情境之中可以充分融合相關(guān)知識,并且在對實驗的驗證過程中,使學(xué)生的知識實踐和融會貫通能力得到切實增強(qiáng)。由此可以進(jìn)一步充分明確,只有通過實驗探究才能應(yīng)用知識,學(xué)生還能在實驗探究的過程中充分發(fā)揮能動性,通過對化學(xué)實驗的探究培養(yǎng)學(xué)生的興趣和動手能力,以及在實驗探究的過程中滲透高中化學(xué)核心素養(yǎng)的基本要求。

(一)明確探究問題

在探究化學(xué)實驗之初,是基于問題為導(dǎo)向進(jìn)行的,要明確實驗圍繞什么問題進(jìn)行探究,要解決這樣的問題會涉及哪些知識?怎樣運用知識進(jìn)行問題的解決?這是開展化學(xué)實驗探究的基礎(chǔ)。

(二)作出合理假設(shè)

在對化學(xué)實驗探究的問題明確后,基于問題提出進(jìn)行假設(shè),假設(shè)的提出要圍繞問題的解決,根據(jù)提出的假設(shè)進(jìn)行分析,搜集相關(guān)的證據(jù),驗證提出的假設(shè)是否具有合理性,為化學(xué)實驗的探究提供具有可行性的參考。

(三)設(shè)計實驗步驟

在明確了探究的問題后,對實驗進(jìn)行合理的分析與假設(shè),設(shè)計實驗探究的步驟,化學(xué)實驗探究一般遵循以下步驟。

1.實驗?zāi)康?/p>

在明確實驗的問題后,根據(jù)實驗探究的需要有針對性地開展化學(xué)實驗,通過化學(xué)探究實驗的確定建立實驗的目的。

2.實驗原理

化學(xué)實驗是基于一定的化學(xué)知識進(jìn)行的,在具有了一定的化學(xué)知識的基礎(chǔ)上掌握化學(xué)實驗探究中所涉及的基本原理,讓學(xué)生運用化學(xué)知識解決化學(xué)實驗中的問題。

3.實驗用品以及裝置

掌握了化學(xué)實驗的原理,學(xué)生針對探究實驗中涉及的化學(xué)實驗藥品和儀器進(jìn)行準(zhǔn)備和組裝。在準(zhǔn)備化學(xué)實驗試劑時,應(yīng)根據(jù)實驗的需要選擇合適的試劑,試劑的選擇一般要求是用量少、實驗現(xiàn)象明顯、易于反應(yīng)的試劑。選擇的實驗藥品確定后,根據(jù)實驗的需要組裝儀器,儀器的組裝根據(jù)實驗的反應(yīng)類型進(jìn)行,儀器應(yīng)該簡單,具有可操作性。

4.實驗操作及規(guī)程

化學(xué)實驗探究過程中要按照實驗的基本流程進(jìn)行操作,要注意實驗操作的基本要求,按照實驗操作的順序及規(guī)范進(jìn)行化學(xué)實驗探究的操作。

5.實驗結(jié)果處理

在實驗探究的過程中學(xué)生要注意觀察實驗的現(xiàn)象,及時記錄實驗的數(shù)據(jù),通過對數(shù)據(jù)的記錄,解釋實驗的現(xiàn)象和其中的變化規(guī)律。

6.實驗程序

按照實驗探究的基本流程,學(xué)生有序進(jìn)行實驗探究的操作,根據(jù)實驗操作,完成全部探究實驗的過程。

圍繞設(shè)計化學(xué)實驗的六要素,學(xué)生以實驗探究的問題為導(dǎo)向,在現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上查閱相關(guān)資料,對實驗探究的問題進(jìn)行假設(shè),假設(shè)的內(nèi)容是否具有科學(xué)性,要通過實驗設(shè)計進(jìn)行驗證。基于實驗設(shè)計的六要素,將各個要素按流程進(jìn)行,把握各個要素在實驗探究中的重要作用,有助于為化學(xué)實驗探究提供準(zhǔn)確的對結(jié)果的預(yù)測和得出結(jié)論。

(四)預(yù)測實驗結(jié)果

針對化學(xué)探究實驗的相關(guān)資料的查閱,在以問題為導(dǎo)向的實驗探究中,基于相關(guān)資料和原理對實驗的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測,對可能性的結(jié)果從不同層面給出預(yù)測,以確保實驗探究結(jié)果的科學(xué)性。

(五)得出實驗結(jié)論

根據(jù)實驗過程中的現(xiàn)象,記錄相關(guān)的數(shù)據(jù),通過分析數(shù)據(jù),對化學(xué)探究實驗中的假設(shè)進(jìn)行結(jié)果分析與判斷,對實驗假設(shè)進(jìn)行驗證。

化學(xué)實驗探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實踐活動。化學(xué)探究實驗不僅能讓學(xué)生通過動手實踐探究事物中的變化規(guī)律及反應(yīng)原理,還能通過實驗現(xiàn)象揭示事物變化的規(guī)律。

三、化學(xué)實驗探究開展中的診斷分析

診斷分析是化學(xué)實驗探究的一個重要環(huán)節(jié),是基于化學(xué)實驗探究的過程中對實驗的現(xiàn)象及存在的問題進(jìn)行思考與分析。在掌握了化學(xué)實驗探究的一般過程與方法后,有針對性地選擇合適的途徑與方法,便于化學(xué)實驗探究的有效開展。分析化學(xué)實驗中出現(xiàn)的問題,可基于高中化學(xué)核心素養(yǎng)中對化學(xué)實驗探究的要求,在化學(xué)實驗探究的過程中對出現(xiàn)的問題,可以查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料,通過閱讀分析文獻(xiàn)資料,針對問題進(jìn)行診斷,診斷主要圍繞問題進(jìn)行,從問題出發(fā),解答問題或者提出優(yōu)化的方案以提高化學(xué)實驗探究的可行性和有效性。

化學(xué)實驗在探究中對各個環(huán)節(jié)的設(shè)計和實驗方案的確定是建立在對化學(xué)實驗探究的有效診斷與分析上的。因此,有效診斷與分析是化學(xué)實驗探究中的一個重要環(huán)節(jié)。有效診斷與分析是對化學(xué)實驗中存在的問題進(jìn)行改進(jìn)與完善的重要途徑。通過診斷與分析,能發(fā)現(xiàn)實驗中的不足與缺陷,讓實踐者在探究過程中能查找出問題,進(jìn)一步尋找或提出優(yōu)化的方法或方案,以獲得化學(xué)實驗探究的最佳途徑或方案。優(yōu)化實驗的各個環(huán)節(jié),提出更具有合理性和可行性的方法,是保證化學(xué)實驗探究能有效開展的重要環(huán)節(jié)。

四、化學(xué)實驗探究的有效評價

在教學(xué)過程中,想確保學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)及實驗探究能力得到切實提升,在實驗探究過程中要充分作好評價,要確立多元化評價機(jī)制,如學(xué)生的自我評價、生生評價和教師的總體評價,在多元評價的推動之下,使學(xué)生可以明確自身存在的問題,然后在查漏補(bǔ)缺的過程中使其得到相應(yīng)的成長和進(jìn)步,這樣可以切實培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力,使其在自主探究和合作學(xué)習(xí)的工作中,充分掌握相關(guān)知識,且強(qiáng)化實踐應(yīng)用,培養(yǎng)其化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。這對從整體上推進(jìn)高中化學(xué)教學(xué)有關(guān)鍵作用,同時也體現(xiàn)出新課改的具體要求和核心素養(yǎng)培養(yǎng)的根本需要。基于高中化學(xué)核心素養(yǎng)下,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識與創(chuàng)新意識,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的好奇心和興趣,是評價過程中的重要內(nèi)容,也是必然要求。在具體的評價過程中要引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)查漏補(bǔ)缺,讓學(xué)生可以積極參與評價全過程,進(jìn)而在強(qiáng)化其自主意識和自主學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)之上,使其得到正確指引,積極地參與到化學(xué)實驗的探究中來,通過探究讓學(xué)生依據(jù)實驗提出具有價值的方案,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)高中化學(xué)的興趣和創(chuàng)新能力。

基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中提出的對化學(xué)實驗探究的有效評價,化學(xué)實驗探究的評價主要針對學(xué)生在實驗探究活動中的具體表現(xiàn),觀察學(xué)生的行為表現(xiàn),將評價貫穿在實驗探究的各個環(huán)節(jié)中,最終形成整體性評價。化學(xué)實驗探究的評價圍繞化學(xué)實驗探究的內(nèi)容和實驗者操作過程的規(guī)范性兩個方面進(jìn)行。從化學(xué)實驗探究的內(nèi)容方面進(jìn)行評價,主要針對化學(xué)實驗探究方案的可行性、安全性、綠色化等方面。

首先,可行性。評判化學(xué)實驗探究的方案是否具有可行性和科學(xué)性,是化學(xué)實驗探究的一個重要方面,主要圍繞實驗原理、實驗的操作、實驗步驟、實驗效果進(jìn)行評價,通過評價讓學(xué)生在探究中能按照科學(xué)探究的步驟進(jìn)行,同時,讓學(xué)生能結(jié)合實驗探究的內(nèi)容制訂具有可行性的實驗探究方案。

其次,安全性。化學(xué)實驗探究的前提是安全性,評價主要針對化學(xué)實驗探究的各個環(huán)節(jié),如對化學(xué)實驗藥品的選擇、實驗探究選擇的方法、實驗探究的科學(xué)性進(jìn)行評價,通過評價確保化學(xué)實驗探究的過程具有操作性,使學(xué)生在化學(xué)實驗探究中樹立科學(xué)意識和安全意識。

最后,綠色化。化學(xué)實驗探究中對試劑的選擇和實驗探究方法的綠色化進(jìn)行評價,旨在使化學(xué)實驗過程中減少對有毒有害物質(zhì)的排放,盡可能地使用較少量的試劑進(jìn)行實驗,節(jié)約藥品,減少尾氣的排放,通過評價滲透綠色化學(xué)的理念。

從實驗者操作過程的規(guī)范性進(jìn)行評價,主要針對化學(xué)實驗探究過程中實驗操作的步驟、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的記錄進(jìn)行評價。

首先,實驗操作的步驟。化學(xué)實驗探究是有序開展的活動,對化學(xué)實驗操作步驟的評價即是對化學(xué)實驗探究過程性的評價,評價基于高中化學(xué)核心素養(yǎng)的要求,讓學(xué)生在實驗探究的過程中能運用化學(xué)知識按照化學(xué)實驗探究的步驟進(jìn)行探究,通過評價讓學(xué)生能掌握科學(xué)探究的一般步驟與方法,使學(xué)生通過評價能不斷提升科學(xué)探究的能力。

其次,實驗現(xiàn)象。化學(xué)實驗探究中一個重要的環(huán)節(jié)是實驗現(xiàn)象,實驗現(xiàn)象能準(zhǔn)確地說明化學(xué)實驗探究呈現(xiàn)的結(jié)果,對實驗現(xiàn)象進(jìn)行評價能反饋實驗過程中的問題,幫助學(xué)生在評價中進(jìn)行反思,形成良好的總結(jié)習(xí)慣。

最后,實驗數(shù)據(jù)的記錄。化學(xué)實驗探究中對實驗數(shù)據(jù)的記錄是化學(xué)實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的結(jié)果,通過對實驗數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行評價,能幫助學(xué)生提升科學(xué)探究的素養(yǎng)與能力,讓學(xué)生能充分認(rèn)識到實驗探究過程中最終結(jié)果呈現(xiàn)的重要性與實驗數(shù)據(jù)記錄與處理的科學(xué)性,對自身有更為客觀與全面的認(rèn)識。

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提出,從學(xué)生能力的提升及化學(xué)實驗探究的過程進(jìn)行系統(tǒng)的評價,能全面地進(jìn)行觀察與分析評價,評價方式的多樣化,有助于培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)實驗探究的能力,樹立科學(xué)探究的精神。

基于化學(xué)核心素養(yǎng),讓學(xué)生通過實驗探究培養(yǎng)創(chuàng)新能力,引導(dǎo)學(xué)生親自參與,掌握科學(xué)探究的方法與步驟,有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神與創(chuàng)新能力。同時,學(xué)生在化學(xué)實驗探究的過程中能體會科學(xué)探究的樂趣,掌握科學(xué)探究的方法,體會科學(xué)探究的價值與意義,達(dá)到化學(xué)核心素養(yǎng)提出的目標(biāo)要求。