基于核心素養的高中化學教學中創新教育探討

周苗苗

(江蘇省連云港市南師大灌云附屬中學,江蘇 連云港 222200)

當前,根據新課程標準要求,發展學科核心素養成了課程教學的重要目標,而根據化學學科特點,學生的核心素養發展主要體現在“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”維度.新的教學要求需要對教學實踐進行創新,同時學生創新素養的發展也需要良好的教學環境.因此,高中化學教師應深入研究課程標準,并基于核心素養的要求積極探索創新教育的實踐策略.

1 整合教學內容,激發學生創新意識

在核心素養下,高中化學教學中創新教育的實現需要豐富多元的教學內容作為依托.部分學生對教材中單一化的內容缺乏興趣,無法調動他們的好奇心和求知欲.針對此,教師可以適當調整課程內容,并利用信息技術手段對其進行優化,調動學生的學習熱情,從而激發學生的創新意識[1].

例如,在“人類對原子結構的認識”這一單元的教學指導中,為培養學生的創新意識,教師通過教學研究打破了教材知識呈現的順序,利用信息技術整合多種教學資源,形成新穎且有邏輯的教學內容,并引導學生展開項目式學習.在探究原子結構的項目式學習中,教師為學生創新安排了如下學習內容:(1)對原子結構的探究.這部分內容包含湯姆孫的陰極射線實驗視頻,視頻展現:1891年,赫茲發現陰極射線可以穿過金屬箔,提出陰極射線不是粒子,而是“今天所說的電磁波”;1859年,普呂克爾發現陰極射線在電場發生偏轉,將風車放在陰極射線旁,風車會旋轉;1899年,湯姆孫測定各種物質產生的陰極射線,證明了陰極射線是帶負電的粒子,并測定一個粒子的質量是一個氫原子質量的1/1 836,隨即命名為電子,而且是原子結構的一部分.學生基于化學史料進行原子結構探究,發展了證據推理素養,理解了觀點、推理和證據之間的邏輯關系.同時在根據史實資料與視頻內容畫出自己推理想象中的原子結構模型,發展模型建構和模型認知素養[2].(2)發展學生模型認知素養.這部分內容包含α散射實驗視頻,視頻介紹:1909年,盧瑟福和助手做了α粒子轟擊金箔散射實驗,現象是:①大多數α粒子穿過;②少數α粒子大角度偏轉;③極少數(八千分之一)α粒子被反彈;1914年,盧瑟福用陰極射線轟擊氫,發現了質子;1919年,盧瑟福用粒子轟擊氮核,猜想原子核內存在不帶電的中子;1935年查德威克根據對原子核轟擊實驗,發現從原子核里發出的γ射線可以把質子從原子中撞出來,確認γ射線中的微粒是中子,中子不帶電,質量與質子相近.學生基于史料情境的證據推理與原子結構模型迭代,發展了“模型建構、模型應用、模型發展”的模型認知素養.同時,學生根據史實資料與視頻內容再次畫出推理想象中的原子結構模型,并以此模型來解釋實驗結果與資料事實,進一步發展模型建構和模型認知素養.(3)認識質量數、核素和原子結構示意圖的意義.這部分內容包含圖文介紹:1914年里查茲(美國)用化學實驗證明了存在不同相對原子質量和放射性,但其他物理、化學性質完全一樣的化學元素變種,這些變種具有相同的質子數.學生通過原子結構模型的演進和相關性質的歸納與演繹,認識了質量數、核素和原子結構示意圖的意義,發展了歸納與演繹素養.(4)從微瀚海到宏宇宙的升華.這部分內容包含介紹“宏觀元素與微觀粒子”的短視頻,學生通過視頻了解宏觀世界與微觀世界的關系,感受化學家在探索宏觀與微觀世界過程中所付出的努力,進而在人文的熏陶中提升科學精神和社會責任.

2 構建問題情境,啟發學生創新思考

只有善于發現問題、分析問題,才能創新性地解決問題[3].針對此,在高中化學創新教育中,教師應結合學生核心素養發展要求構建問題情境,利用問題驅動學生創新思考、實踐探索,進而實現創新發展.

例如,在《金屬鈉及鈉的化合物》這一單元的教學指導中,教師根據“鈉的燃燒實驗”構建問題情境,并引導學生動手操作,激發學生創新思考,改進實驗方案.在實驗指導中,教師首先提出問題:鈉的燃燃生成了淡黃色的固體過氧化鈉,但在實際燃燒過程中常常伴隨著黑色物質的生成.不少學者認為產生大量黑色的原因是鈉在燃燒時與CO2反應生成了黑色的碳;除此之外,還有一些學者認為鈉中存在雜質鐵元素,導致產物中含有黑色物質.你認為這些鈉在燃燒過程中產生的黑色物質是什么?在問題的驅動下,學生進行猜想,并分組實驗來檢驗鈉燃燒后的黑色物質.根據教材的指導,各組學生在實驗操作中向實驗后含有黑色物質的儀器中先加入稀鹽酸,然后向反應后的溶液中加入KSCN,最后根據實驗現象及結論:加入稀鹽酸,黑色物質部分溶解,加入KSCN溶液后,溶液變紅,可判斷鈉燃燒產生的黑色物質中含有鐵的氧化物.根據這一實驗過程,教師提出了問題:你確定燃燒的物質全都是鈉嗎?如何改進實驗,才能有效減少黑色物質的產生?學生通過小組討論、集思廣益后,圍繞“鈉的燃燒實驗條件”進行探究,并創新設計了可操作的實驗改進方案.其中方案一:先用吸水性更好的紙巾吸干鈉塊表面的煤油,然后取稍大的鈉塊,用紙巾吸干鈉表面煤油后用小刀切除鈉塊的四周,以更好地除去表面的煤油后再按照新人教版進行燃燒實驗.多次實驗后可知:切除鈉四周后再進行鈉的燃燒實驗,可有效地減少黑色物質的生成,同時能更明顯地觀察到淡黃色的物質的生成.方案二:先用吸水性更好的紙巾吸干鈉塊表面的煤油,然后取稍大的鈉塊,用酒精洗滌鈉的表面,以除去鈉表面的煤油,接下來,用濾紙吸收表面的酒精,最后按照規范的步驟進行燃燒實驗.多次實驗后可知:先用酒精洗去鈉塊表面的燃油,再進行鈉的燃燒實驗,也能有效地減少黑色物質的生成,更加明顯地觀察到淡黃色的物質生成.教師對學生給出的實驗改進方案給予了充分的肯定,認可了學生創新實驗的成果,然后根據實驗探究進行總結:鈉在燃燒過程中常產生大量黑色的原因是鈉與CO2反應生成了黑色的碳,如果減少CO2的產生,可有效減少鈉燃燒產物中黑色物質的生成.此外,為了進一步培養學生嚴謹的實驗態度,教師還對改進實驗提出了建議:演示鈉實驗時,盡可能除去鈉表面的煤油;注意控制火焰溫度,防止溫度過高.最后要求學生根據建議進行反思,進一步優化自己的實驗方案.

3 開展科學實驗,培養學生創新精神

化學是一門以實驗為基礎的學科,而組織學生展開化學實驗也是發展其學科核心素養的重要途徑.化學實驗是科學嚴謹的,而參與實驗的過程也是發展創新精神的過程.基于此,在高中化學創新教育中,教師應立足學生學科核心素養發展組織開展科學實驗活動,引導學生在設計、改進實驗的過程中實現創新發展.

例如,在學習“鈉的化合物”相關內容時,教師結合教材內容為學生展示了“侯氏制堿法”的視頻資料,進而創新設計實驗教學,組織學生在實驗室模擬工業侯氏制堿法的工作原理制備NaHCO3.在實驗探究中,教師充分參與到學生之中,引導學生創造性地改造制堿流程,形成更加科學合理的方案.如教師可以啟發實驗小組將化工流程中向飽和食鹽水中先通入足量氨改為直接配制氯化鈉的飽和氨水溶液,以提高操作效果;指導學生將傳統使用的分液漏斗改進為恒壓滴液漏斗,以保證制備CO2過程中稀鹽酸能夠順利流下;向學生講解控制反應速率的方法,提升學生實驗創新能力;提示學生靈活運用T形玻璃導管來控制實驗過程中氣體的流向,提高NaHCO3的產率,等等.在教師的指導下以及學生的創新實踐下,“侯氏制堿法”的工作原理被搬進了實驗室,學生完整地體驗了氣體的制備、氣體的凈化、氣體性質的反應實驗過程,實現了創新探索,也有效發展了學科的核心素養.

4 組織拓展活動,促進學生創新實踐

拓展活動是落實創新教育的重要途徑.根據新課標的要求,高中化學教師在教學指導中應積極組織拓展活動,打破學科之間的界限,為學生提供創新實踐的機會,鍛煉學生的實踐能力,并實現學科核心素養的綜合發展.