基于“科學探究與創新意識”的高中化學實驗教學實踐研究

韋 和

(廣西壯族自治區欽州市第二中學,廣西 欽州 535099)

高中學生科學探究能力與創新意識的培養,并不是一兩天就能夠完成的,需要學生在長時間的積累和學習之下掌握科學探究及創新的技巧和原理,進而在不斷的碰壁和挫折之下形成較為良好的科學探究能力及創新能力.實驗教學是驗證學生理論性知識的主要途徑之一,在受到空間、時間、危險性等因素束縛之下,學生需要彰顯自主意識和自主能力,在突破原有教學束縛之下,全身心地參與到化學實驗操作之中,以此實現提升學生科學探究能力及創新能力的目標.

1 高中化學實驗教學中培養學生科學探究與創新意識的意義

高中階段,學生正處于身心發展的關鍵時期,個性發展相對較快,因此學校在教育工作等方面均面臨著巨大的挑戰.新課程不僅對學科類型及相關內容進行了適當的調整,其難度與深度也相對提升.這種現象便需要全體學生能夠在學習理論知識的過程中有意識地培養與提升自身的創新意識與探究能力.在高中化學課堂中,教師可以根據內容設計相應的問題,引導學生們進行分析.經過短暫的分析與思考、猜測與假設后,便可以從中提取出相應的過程信息,并以數據為基礎,推導出正確的結論.通過這種方式,還可以間接培養學生的反思能力.同時,高中階段也是培養學生們養成良好科學態度的關鍵時期.通過化學實驗,可以滲透科學探究與創新意識的培養工作,充分激發他們的想象力與創造力,令學生們在實際操作的過程中能夠不斷地提出問題,通過師生或生生之間的深入探討,取得共同進步的學習成果.

2 高中化學實驗教學中培養學生科學探究與創新意識的具體措施

2.1 挖掘化學演示實驗所蘊含的價值

化學實驗的優勢之一在于可以幫助學生在實驗過程中理解概念和化學原理,培養學生的實驗技能,有效激發學生的科學探究興趣.筆者在長期的化學實驗教學研究中發現,通過挖掘化學演示實驗中所蘊含的功能價值,可以實現培養學生的科學探究能力與創新意識[1].教師可以通過演示實驗來強化學生對實驗操作的探索性.

以蘇教版“鈉與水反應實驗”這一實驗教學內容為例,教師可以根據學生的學習能力增加兩個拓展性實驗.第一個拓展實驗是分析并操作 Na與CuSO4溶液是否可以置換出Cu,第二個拓展實驗是通過實驗來明確Na與FeSO4有什么樣的反應現象.基于學生對相關的化學知識已經有了前概念,因而第一個實驗很容易便可以得出結論,即Na與CuSO4可以生成Na2SO4和Cu,但實際上會有藍色絮狀物質產生,同時會產生大量的氣體,沒有看到預計的紅色固體.對于第二個拓展實驗來說,有很多的學生會有所疑惑,但是通過實驗則可以發現,白色的Fe(OH)2在發生沉淀后會轉變為紅褐色的Fe(OH)3,這為后續學習鐵及其化合物的知識做了鋪墊.這兩個拓展實驗均有一定的迷惑性,通過真實的實驗操作學生可以一步步地掌握真相,活躍自己的學習思維,對培養學生化學學科核心素養有重要意義.

2.2 創設學生喜歡的實驗氛圍

化學實驗本身具有很強的趣味性和可操作性,學生對此有著很濃厚的學習興趣,可以積極參與到課堂學習中去.為更好地激發學生參與化學實驗操作的積極性,教師可以為學生創設更多富有趣味性的實驗氛圍[2].

比如在蘇教版《金屬鈉及鈉的化合物》的教學中,關于過氧化鈉的性質課本上只介紹了過氧化鈉與水、與二氧化碳反應兩個化學方程式.利用這兩個反應教師可以設計“滴水生火”和“吹氣生火”兩個實驗.這兩個趣味實驗不僅與學生的認知起沖突,同時也活躍了課堂氣氛.再比如教師還可以為學生創設課外家庭實驗情境,將化學實驗延伸到學生的生活中去,讓學生在生活化的學習情境中培養探究能力與創新意識.以“物質的分離與提純”這一節知識點為例,當講完萃取的知識點后,教師可以安排一個簡單的實驗,即準備西紅柿、水和油,讓學生去煮一個西紅柿湯.待實驗完成后即可以向學生提出三個問題,一是西紅柿湯為什么會出現分層現象?二是西紅柿湯顏色最深的那一層是什么?三是所使用的油在西紅柿湯中起著什么樣的作用?待學生回答完這三個問題后,教師可以點明主題,即“西紅柿湯”和本節課所學習的“碘水”和“溴水”是相對應的,“西紅柿煮湯過程”則是與“萃取”知識相對應的.相信通過安排這樣貼近于學生生活的化學實驗,不僅可以突破教材內容,活躍課堂氛圍,而且可以更好地培養學生的化學探究能力.

2.3 讓學生自主完成實驗

在教學過程中,當學生自主完成實驗操作后,其收獲的化學實驗思維是理論課教學遠不能比的.如果學生在日常學習中遇到了問題,化學實驗思維將成為學生獨立思考和思考問題的一個強力手段.此外,在化學實驗課堂的開展過程中,學生的探究能力的培養并沒有得到教師的重視,他們所關心的只是學生對實驗的驗證過程.長此以往,盡管學生的操作能力確實增強了許多,但在化學實驗思維能力的培養上卻毫無進展,而且這對提升學生的化學實驗探究能力也起不到實質性的作用.

以蘇教版《金屬鈉及鈉的化合物》為例來進行闡述,前文已經介紹了通過“滴水生火”來引入鈉的氧化物的教學,引發學生的興趣.這個實驗的本質可以引導學生對氧化鈉和水的反應以及燃燒的條件進行預測.學生很容易猜到產物可能是氫氧化鈉和氧氣.怎么設計實驗進行驗證?通過初中的學習可以用酚酞和帶火星的木條來檢驗這兩種物質.要求學生通過提出問題、做出假設、設計實驗流程、實際操作和驗證等步驟來得出最終實驗方案.通過實驗學生會提出過氧化鈉與水反應的溶液雖然能使酚酞變紅,但后面會褪色,這又是什么原因造成呢?漂白性的物質是什么呢?通過元素守恒的思想學生猜想可能是過氧化氫.初中學過二氧化錳可以加速過氧化氫的分解,再次通過實驗驗證猜想.這樣層層猜想、推理、設計、驗證,對學生而言,不論在化學學科素養,還是在實驗探究能力方面,都能得到很大的提升.

2.4 小組合作強化學生探究意識

在化學學習過程中,化學實驗的開展和教學對學生化學理論的學習起到很好的作用.而在傳統的高中化學實驗教學過程中,課堂容量有限,大多數的化學教師總是更多地傾向于自身的演示實驗,很少有機會能夠讓學生自己動手投入到實驗中去.長此以往,許多學生就會對實驗的認知停留在簡單的初級階段,且并不能很好地在實驗過程中提高自身的動手能力.因此,需要在傳統的化學實驗教學過程中增加學生的動手實驗機會,讓學生能夠在實驗過程中充分發揮自身的科學探究能力,使實驗教學能夠順應教學初衷.

例如,蘇教版“探究鐵及其化合物的轉化”中關于鐵鹽和亞鐵鹽的檢驗以及轉化的知識,可以通過學生分組實驗進行探究.在探究亞鐵和三價鐵的轉化實驗,教師要事先準備多種氧化劑和還原劑給學生選擇,學生通過小組討論設計不同的實驗方案,并進行實驗驗證.在這樣的化學實驗學習過程中,學生不僅能夠輕松地掌握實驗步驟和實驗過程,并且還能夠了解實驗背后所蘊含的一些深層次的化學知識,更重要的是,學生在這樣的探究過程中,還能夠使自己的化學學習能力得到提升和鍛煉,有效提高了“科學探究與創新意識”核心素養.

2.5 運用多媒體降低化學實驗的危險系數

學生進行化學實驗時難免會接觸到許多形色各異的化學藥品,部分藥品有危險性,教師如果對此依舊按照課本操作,就會存在安全隱患.如果不進行操作,就會降低學生的化學學習效率,不能夠充分理解實驗的化學原理.因此有一些危險的實驗就會成為學生理解化學知識過程中的攔路虎,大大影響化學實驗的教學效果.對于以上問題的解決,教師能夠合理地應用多媒體教輔設備,對化學實驗多做創新.

例如,當探究鉀和鈉的活潑性時,可以對比兩者與水的反應現象.但鉀與水反應的實驗現象太劇烈,可能會引起爆炸.可以利用化學虛擬實驗室APP進行實驗操作,進行模擬實驗教學.選擇一個燒杯,控制鉀和水的用量,反應發生后會在屏幕上顯示化學方程式.模擬實驗和真實的實驗現象幾乎一樣.這樣不僅最大限度地保證高中化學實驗教學完整實施,同時還能保證師生進行化學實驗操作的安全.借助多媒體技術的輔助,就能夠在一定程度上避免實驗過程中有可能帶來的危險,也能夠通過多媒體使學生更加直觀清楚地觀看實驗結果,從而有效提高高中化學課堂效率,幫助學生更好地掌握實驗背后所蘊含的化學知識.

2.6 開展創新實驗

創新實驗不一定必須引入一些新的化學實驗,而是教師可以對教材上的實驗進行改進.實驗教學作為化學學科的一種重要的教學活動,蘇教版教材上安排了較多的化學實驗,但是有些化學實驗的現象并不是特別的明顯,或存在一些安全問題和環境問題,甚至因為一些客觀原因,不能看到相應的化學實驗現象,因此教師對教材上已有的化學實驗進行改進是非常有必要的.

例如蘇教版中“氨與濃鹽酸的反應”實驗課本上是在燒杯中分別放兩團棉花,在棉花上分別滴加濃氨水和濃鹽酸,蓋上表面皿觀察實驗現象.學生可以觀察到明顯的白煙,同時也聞到了相當刺鼻的味道,不利于師生身心健康.教師在授課時可以準備空的輸液瓶,用兩支分別裝有濃鹽酸和濃氨水的微型注射器注射藥品觀察現象,最后再注射適量的水.改進后的實驗既能觀察到明顯的實驗現象,也能避免藥品對環境的污染.實驗后讓學生對實驗進行反思與評價,有助于激發學生的創新意識,提升學生的探究能力.