學科核心素養視域下高中化學實驗教學策略

盧偉

摘 要：隨著課程改革的不斷推進，教育部對于核心素養的概念進行了著重強調，化學是高中階段的重要學科，其中包含了大量的理論性、抽象性內容，尤其是化學實驗教學，具有一定復雜性與危險性，學生學習難度相對較大。將學科核心素養引進高中化學教學領域，能夠在一定程度上提升學生學習興趣與積極性。本文通過對相關文獻進行查閱，從設計原則、實驗方式選擇等方面對學科核心素養視域下高中化學實驗教學策略進行了綜合分析，并結合實際案例提出了針對性的優化策略。希望本文的研究內容能夠為高中化學實驗教學質量提升提供一定理論參考。

關鍵詞：學科；核心素養；高中化學實驗；教學策略

2018年，教育部正式發布了《普通高中化學課程標準（2017版）》，在該文件中，將“化學核心素養”正式納入了教育課程改革的框架體系中，體現了以人為本的教育思想。在此背景下，對學科核心素養視域下高中化學實驗教學策略進行研究具有一定現實意義。

一、概念界定

（一）核心素養

對于核心素養的研究在國內外早就開展，但是至今還沒有形成一個統一的概念。具體而言，核心概念這一名詞概念最早起源于國外，其中的核心英文譯文為“Key”，代表最重要、最關鍵的部分。在我國相關學術文獻中，不同學者對于核心素養的定義普遍存在一定差異，根據《中國學生發展核心素養》項目組的定義可知，核心素養指的是學生應當具備的，能夠適應社會發展需要、終身發展的必備品格與關鍵能力，這一概念在理論界具有較強的認可度[1]。

（二）化學學科核心素養

化學學科核心素養指的是化學學科領域的核心素養，其基本含義是學生在接受化學學科教育的過程中潛移默化形成的品格或者能力。根據新課程標準的內容可知，化學學科核心素養主要包括以下幾點。

宏觀辨識與微觀探析。新課標要求學生在觀察物質形態、物質形態化學變化的時候，能夠正確理解宏觀、微觀的關系，正確描述實驗中物質變化的本質特征以及正確書寫化學反應方程式[2]。

變化觀念與平衡素養。即隨著環境的變化，物質同樣會產生變化，最終達到平衡，這在化學實驗中能夠得到充分體現。

證據推理與模型認知。化學實驗結果是固定的，能夠通過已知要素推斷出具體結果，這能夠提升學生的邏輯思維能力，同時，化學課程已經形成了完整的模型，學生應當能夠在特定情形下，運用模型有效解決實際問題。

科學探究與創新意識。實驗探究泛指所有實踐活動過程中，學生應當能夠根據實驗情況，提出具有研究性的問題。

科學精神與社會責任。化學屬于典型的現代科學學科，其核心是理性、實證性，因此，學生應當具有探索、實踐精神。其次，化學也是一把雙刃劍，錯誤使用化學材料會對社會造成嚴重危害，如環境污染、食品安全問題等，學生應當培養社會責任，正確使用化學知識[3]。

二、學科核心素養視域下高中化學實驗教學策略分析

（一）化學實驗設計原則

在化學學科核心素養視域下，化學實驗設計應當遵循以下幾個基本原則：（1）安全性原則。化學實驗本身存在較強的危險性，在進行試驗設計時應當充分考慮到可能存在的安全隱患，如果有條件，也可以提前進行預實驗。（2）趣味性原則。即化學實驗應當具有一定趣味性，能夠喚起學生的學習興趣，幫助學生享受化學學習過程，這是推動化學核心素養形成的重要動力。（3）可行性原則。即化學實驗應當具有可行性，應當充分考慮學生能力、實驗器材、實驗材料等，這是化學實驗順利進行的基本前提。（4）目標性原則。即化學實驗需要同時達成核心素養培養目標、知識傳授目標、能力培養目標等。（5）順序性原則。即化學實驗設計應當遵循學生的認知發展規律、教材編排順序等內容，這有助于學生更好地理解知識。（6）環保性原則。化學實驗所需要的物質以及生成物可能存在一定毒性，因此，在進行實驗設計時，應當充分考慮化學實驗是否能夠對學生人身安全、環境造成一定危害，這對于培養學生社會責任也具有一定促進作用[4]。

（二）化學實驗教學方式選擇

化學實驗教學方式選擇也是非常重要的，在實踐中比較常見的化學實驗教學方式主要包括以下幾種方法。

演示實驗教學。指的是教師主導進行實驗、學生觀察的一種實驗方法，在此過程中，教師應當提前布置一定的觀察任務，學生根據教師布置的觀察任務進行實驗過程、實驗數據記錄，并根據數據、物質變化情況回答教師問題，采用此試驗方法能夠培養學生的宏觀辨識與微觀探析素養。但是，該方法缺陷在于趣味性較差，無法充分激發學生的學習積極性，同時無法提升學生的創新思維[5]。

隨堂實驗教學。指的是教師在臺上講解，指導學生在臺下完成的一種教學方法。該方法的優勢在于，教師的知識講授、學生實驗能夠同步進行，讓學生及時將理論知識應用到實踐應用中，能夠激發學生主動性，采用此試驗方法能夠培養學生的科學探究與創新意識素養、變化觀念與平衡素養。但是，該方法的缺陷在于要求較高，主要體現在學生素質要求高、儀器試劑材料要求高、教學時間控制要求高等，實現難度與成本較大。

虛擬教學實驗。即教師是用多媒體、VR等技術模擬試驗教學的一種教學方法。該方法的優勢在于，能夠在條件不滿足的情況下進行一些虛擬化學實驗，滿足學生的實驗學習需求。但是，該方法的缺陷在于很難完全模擬實驗中的全部過程，真實性相對較差[6]。

趣味實驗教學。即教師在原有知識、教學綱要的基礎上，結合物質的特殊化學性質，對實驗過程進行趣味性改造的一種教學方法。該方法的優勢在于，能夠提升實驗的趣味性，能夠更好地培養學生的科學探究與創新意識素養。但是，該方法對于教師能力的要求相對較高[7]。

實地實驗教學方式。即教師在條件允許的情況下，帶領學生實地參觀工廠、科研機構等，近距離觀察化學產品的生產過程，并講解不同環節存在的化學原理。這種教學方式能夠顯著提升學生的學習興趣，有助于培養學生的科學探究與創新意識。但是，該方法需要消耗大量時間以及精力，在高中階段的實現難度相對較大。

三、化學實驗教學案例分析

為了提升研究綜合質量與價值，本文結合實際案例，對學科核心素養視域下高中化學實驗教學設計策略進行分析。

（一）教材與學情分析

在本次研究中，決定對“焰色反應”這一內容進行實驗教學方案設計，該課程屬于人教版高中化學必修1第二章第一節的內容，該課程之前的內容為鈉的幾種重要化合物[8]。

學生群體為某市重點高中普通班，班額為53人，在學習該課程之前，學生已經基本掌握了鈉單質、鈉的幾種化合物的性質，那么，金屬材料在灼燒之后會產生什么現象呢，其基本原理又是什么，本節實驗主要對這一問題進行深入研究與分析。

（二）教學目標與評價目標分析

本次實驗教學的教學目標為：（1）使學生了解焰色反應的基本概念與原理；（2）使學生熟記幾種常見金屬物質的焰色反應狀態；（3）使學生掌握焰色反應改進后試驗的操作步驟以及優缺點。

本次實驗教學的評價目標為：（1）理解焰色反應是由于原子核外電子躍遷所引起的，提升學生的宏觀辨識與微觀探析素養。（2）提出問題，讓學生分析焰色反應實驗裝置改進前后的優缺點，讓學生在實驗中嘗試解決問題，提升學生的科學探究、創新意識的化學學科素養。（3）討論焰色反應在實踐中的應用，如煙花，并對其危害性、價值進行深入闡述，引導學生注意煙花燃放背后的環境保護問題，提升學生的科學精神與社會責任素養。

（三）教學重難點分析

本次實驗教學的重難點為：（1）教學重點。分析實驗裝置改進前后的優缺點以及問題解決辦法。（2）教學難點。分析實驗裝置改進前后的優缺點。

（四）教學過程分析

在實驗之前，學生已經通過預習完成了焰色反應理論知識的初步學習，本文的教學實驗過程設計如下。

1.創設情境導入環節

教師可以通過播放煙花視頻的方式進行導入，其具體問答思路為：（1）教師問：你們知道為什么煙花有很多種顏色嗎？引導學生答：煙花在燃燒過程中發生了焰色反應。（2）教師問：嗯，那么經過課前預習之后，哪位同學能給老師簡單闡述一下焰色反應的具體含義呢？引導學生答：焰色反應指的是金屬、金屬化合物在火焰中燃燒時，產生具有特殊顏色火焰的一種表現。（3）教師問：顏色反應屬于化學反應嗎？為什么？引導學生答：焰色反應不屬于化學反應，而是物理變化，其反應原理為原子核外電子躍遷[9]。

在該環節，化學學科核心素養培養思路為：從煙花著手激發學生的學習興趣，并設置問題引導學生思考焰色反應在微觀層面產生的本質，有助于提升學生的宏觀辨識與微觀探析素養。

2.新課講授環節——焰色反應

教師可以引導學生觀看焰色反應實驗操作視頻，其具體問答思路為：（1）教師問：請同學們根據視頻上的內容，嘗試總結焰色試驗的操作步驟？引導學生答：顏色反應主要包括灼燒金屬鉑絲材料、蘸取試樣、再次灼燒、鹽酸清洗四個關鍵步驟。（2）教師問：請同學們根據視頻上的內容，分析鈉、鉀、鈣、鋇四種金屬的焰色反應結果。引導學生答：鈉、鉀、鈣、鋇的焰色反應結果分別為黃色、淺紫色、磚紅色、黃綠色。（3）教師問：大家認為視頻中鉀離子的焰色反應是否存在一定問題？如果有，請指出其中存在的不足之處。引導學生答：存在問題，主要包括操作煩瑣、實驗效果不明顯，需要借助藍色鈷玻璃進行濾光。

在該環節，化學學科核心素養培養思路為：讓學生通過教學視頻，自行分析金屬元素的焰色，能夠提升學生的觀察能力，同時，讓學生自主分析焰色反應操作的不足，能夠讓學生敢于質疑權威，培養學生的科學探究與創新意識素養。

3.新課講授環節——實驗創新與指導試驗

教師需要在視頻缺陷的基礎上，對焰色反應實驗內容進行完善，并指導學生，2人一組在教師的幫助下完成實驗操作，最后需要分析改進后實驗存在的優缺點。改進后實驗的具體操作方式包括：（1）實驗用品準備。主要包括玻璃棒、飽和碳酸鉀溶液、無水乙醇、脫脂棉、酒精燈、坩堝鉗、蒸餾水、火柴。（2）取5mL飽和碳酸鉀溶液、5mL無水乙醇，將其放置在燒杯容器中，并用玻璃棒對其進行攪拌。（3）取小塊脫脂棉，使用蒸餾水對其進行浸潤處理、干燥處理，隨后，用坩堝鉗夾著該材料浸入飽和碳酸鉀溶液、無水乙醇混合液中。（4）在酒精燈上進行灼燒處理。（5）等待金屬材料發生焰色反應，從酒精燈處挪開并觀察其顏色。

隨后，教師需要通過問答的方式引導學生分析改進后實驗存在的優缺點，其具體思路為：（1）教師問：與視頻中的焰色反應方法相比，改進后的實驗方法具有哪些優點？引導學生答：與鉑絲相比，脫脂棉成本低；實驗現象更明顯，不需要藍色鈷玻璃輔助。（2）教師問：與視頻中的焰色反應方法相比，改進后的實驗方法具有哪些缺點？引導學生答：存在藥品浪費與酒精燈污染現象。

在該環節，化學學科核心素養培養思路為：讓學生自行動手進行實驗操作，并親自觀察焰色反應的具體表現，能夠鞏固并培養學生的證據推理與模型認知素養、變化觀念與平衡素養，此外，還能增強學生的語言表達能力與思維能力。

4.新課講授環節——拓展延伸

在實驗完成后，教師可以重新播放煙花視頻，并對其背后的知識進行拓展延伸，其具體內容包括：（1）煙花的組成部分講解。煙花的組成結構包括助燃劑、燃燒機、發光劑、發色劑，其中，助燃劑的主要成分為硝酸鉀等，遇熱會放出大量氧氣；燃燒劑是硝酸鉀、碳、硫混合物；發光劑為鋁粉、煤粉等金屬；發色劑指的是金屬化合物，即金屬鹽。（2）煙花的發光原理講解。煙花燃燒的根本原理在于，利用金屬鹽的焰色反應以及金屬的燃燒發光效果呈現出良好的視覺效果。

隨后，教師需要通過問答的方式引導學生分析煙花燃燒可能存在的缺點，其具體思路為：教師問：同學們覺得煙花燃燒會產生什么危害呢？引導學生答：產生噪音、污染環境、容易引起火災等。

在該環節，化學學科核心素養培養思路為：知識拓展能夠拓寬學生的知識面，明白化學具有兩面性特征，在給我們生活提供便利與享受的同時，還會產生一些危害，引導學生辯證看待化學反應，明確其問題，有助于培養學生的科學態度與社會責任素養。

結束語

縱觀全文，本文以化學學科核心素養為切入點，闡明了化學學科核心素養的基本內容以及重要價值，同時，結合實際課程案例，從化學學科素養培養角度進行了化學實驗教學設計。最終發現，設計內容能夠滿足知識掌握、化學學科核心素養培養的目標。總而言之，在高中化學實驗教學過程中，教師應當充分注意學科核心素養培養目標與學科知識培養目標的有機結合，才能真正滿足新課標改革文件中對于高中化學教學的基本要求，進而提升高中化學教學質量。

參考文獻

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