基于“素養為本”的實驗教學實踐探索*
——以“探究氯水的蛻變之路”為例

賴亞樓 黃思穎

（湖南省益陽市第一中學 湖南 益陽 413000）

一、理論依據

2022年1月5日教育部出臺的《普通高中學校辦學質量評價指南》明確要求嚴格依據課程標準實施教學［1］。化學課程標準在課程基本理念中指出：重視“素養為本”的教學，倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動［2］。本文以“探究氯水的蛻變之路”為例，開展基于“素養為本”的實驗教學實踐探索。

二、確立主題

本節內容屬于人教版新教材，《化學第一冊（必修）》（2019年版）［3］第二章第二節“氯及其化合物”中的一部分。相比老教材，人教版新教材通過增設的“科學·技術·社會”欄目介紹了次氯酸分解產物的數字化實驗，為探究氯水久置過程中成分的變化提供了快捷、精準且可視的實驗手段，有利于學生更好的認識物質在化學反應過程中的變化。

對于“氯水”，課程標準要求開展“氯水的性質及成分探究”的實驗探究活動，并將“含氯消毒劑及其合理使用”作為教學中的情境素材［4］。查閱文獻發現，以“探究氯水的成分”為主要內容的教學案例很多，其中大多數課例都是以傳統的定性實驗的方式對其成分進行驗證與探究［5］～［10］，也有少數以資料卡的形式引入數字化實驗的案例［11］，以及專門介紹數字化實驗的案例［12］，鮮有通過將傳統的定性實驗與數字化實驗相結合，引導學生構建科學探究一般思路的教學案例。本課安排在學習完氯水的性質之后進行，以專題探究課的形式展開，首先通過傳統定性實驗探究“氯水”的成分，然后利用數字化實驗探究“氯水”久置過程中成分的變化進而探討含氯消毒劑的制備、使用和保存，從而實現學科知識的素養化和教學內容的結構化。

三、教學思路

基于“素養為本”的教學理念，以發展學生的化學學科素養為導向，依據課程標準提出的學業要求確定的教學目標和教學環節如表1所示。

表1 “氯水”的教學目標與教學設計思路

四、教學流程

五、教學實錄

環節1.驗證新制氯水成分

［引入］：以小視頻引入創設生活中常見的情景，并提出問題：氯水中什么成分具有漂白性？

圖1 引入視頻截圖

學生：次氯酸。

教師：氯水中還有哪些粒子？

學生：H+、Cl-。

［自主思考］學生選擇合適的藥品設計實驗方案驗證氯水中HClO、H+、Cl-的存在，見表2。

表2 驗證氯水中的粒子

實驗藥品：新制氯水，NaOH 溶液，稀硝酸，AgNO3溶液，紫色石蕊試液，酚酞試液。

［展示］利用希沃軟件投屏學生的學案。

圖2 學生的學案

學生點評：實驗方案條理清晰，設計合理。

教師：方案設計合理，同學點評恰當。

［分組實驗］學生分組實驗進行實驗驗證。

圖3 向新制氯水中加入稀硝酸酸化的AgNO3溶液，有白色沉淀生成

圖4 向新制氯水中加入紫色石蕊試液，紫色石蕊試液變紅（左）；振蕩后，紅色消失（右）

［設計意圖］以生活中常見現象拍成小視頻創設情境，引導學生思考，激發學生的學習興趣，利用所學知識，提出實驗方案，實驗驗證解決實際問題，初步培養學生實驗驗證的思想，提高問題解決的能力。

環節2.探究久置氯水粒子濃度變化

教師：氯水久置會變質，在氯水變質過程中，其中的H+、Cl-、HClO的濃度會如何變化呢？

學生：因為HClO 在光照的條件下會分解成HCl和O2，所以H+濃度和Cl-濃度升高，HClO濃度降低。

［討論交流］為了驗證猜想，學生分組討論設計實驗方案，見表3。

表3 氯水中粒子濃度變化情況

［展示］利用希沃軟件投屏學生的學案。

圖5

點評：用了對照實驗這種科學方法，得出了科學的結論。

教師：氯水久置過程中，上述三種微粒濃度是一直增大或減小嗎？我們又如何來驗證呢？

［實驗］教師演示數字化實驗，動態監測微粒濃度的變化。

圖6 數字化實驗裝置

［展示］展示數字化實驗結果，pH一直減小，說明H+濃度一直升高，Cl-濃度也一直升高；氧氣含量一直增大，說明HClO濃度一直在降低。

圖7 數字化實驗結果（左圖：pH變化，右圖：氧氣含量變化）

學生：哇（感受數字化實驗帶來的震撼與意義。）

小結：教師講解數字化實驗能實時監測實驗過程，與傳統實驗相比更直觀，更簡便。

［設計意圖］通過探究久置氯水中H+、Cl-、HClO濃度的變化，引導學生逐步解決問題，建構科學探究的一般思路。通過數字化實驗，對粒子濃度變化實施動態化監測，感受先進科學儀器在實驗中的重大作用，培養與時俱進的科學思想。

環節3.學以致用

教師：其實在氯水中，還有一種成分——Cl2。在氯水變質過程中，Cl2濃度又會如何變化？

學生：觀察新制氯水與久置氯水的顏色對比圖，預測Cl2濃度降低。設計實驗：分別加熱新制氯水與久置氯水，用淀粉-KI試紙檢驗氯氣。

教師：很不錯，但是實驗操作稍微有一點繁瑣，其他同學還有沒有更好的方法呢？

學生：可以用Cl2傳感器進行數字化實驗來驗證。

教師：非常好！這位同學做到了現學現用，與時俱進！

小結：讓學生總結科學探究的一般思路：提出問題-分析推理-科學猜想-實驗驗證-得出結論。

［設計意圖］在課題范圍內設計問題，檢驗學習效果，并深化科學探究的一般思路的構建。

環節4.化學與生活

教師：工業上一般制備次氯酸鹽而不是次氯酸來作漂白劑，大家知道這是為什么嗎（同時展示漂白劑標簽圖片）？

圖8 含氯漂白劑標簽

學生：因為次氯酸不穩定，易分解，而次氯酸鹽比較穩定。

教師：漂白液的有效成分是次氯酸鈉，工業上是如何制備漂白液的（用化學方程式表示）？它的漂白原理又是怎樣的呢？

教師：所以家中購買了漂白液應該怎么保存？

學生：密封，隔絕空氣。

［設計意圖］能將所學知識進行運用，并體會化學給生活帶來的便利。

環節5.收獲與總結

教師：通過本節課的學習，同學們有哪些收獲呢？說出來和大家分享一下。

學生1：新制氯水要避光保存，并且盡快使用，否則會變質失效。

教師：這位同學從實驗試劑的保存和使用方面說出了他的收獲。沒錯，我們要根據試劑的性質來妥善保存，并在有效期內使用。

學生2：科學探究的一般思路是提出問題-分析推理-科學猜想-實驗驗證-得出結論，說明科學是很嚴謹的，探究問題環環相扣。

教師：說得很好。科學是嚴謹的，我們要用嚴謹求實的科學態度來進行學習，才能真正掌握知識，從而推動科學的發展和社會的進步。

學生3：當遇到常規實驗解決不了的問題時，可以用高科技手段來幫助我們解決問題。

教師：非常棒！科學技術是不斷進步的，我們要用發展的眼光看待世界，用與時俱進的目光來學習。我們要重視科學技術，更要發展科學技術。

升華：化學也是一門肩負著科學使命的學科，社會的發展依托于包括化學在內的科學與技術的發展。現在適逢百年未有之大變局，是中華民族最接近偉大復興的時刻，為了實現中華民族的偉大復興，我們要帶著社會責任和社會使命來學習化學、學好化學，為中華民族的繁榮與富強添磚加瓦！

［設計意圖］學生回顧本課內容，深化記憶。培養嚴謹求實的科學態度和與時俱進的科學思想，激發學生的社會使命感，培養學生的社會責任感。

六、教學感悟

1.利用實驗探究促進學科知識的素養化

“素養為本”的教學要求開展以實驗為主的多種探究活動［14］。因此實驗探究是服務于素養提升的，即利用實驗創設真實情境，利用實驗激發學習興趣，利用實驗轉變學習方式培養學生的創新精神和推理論證的能力。

學科素養是“大道”，“大道”隱于行而指導行［15］。教學中，教師引導學生在親歷體驗中構建科學探究的一般路徑，繼而利用該路徑進行探究實踐解決問題，從而將知識的學習與素養的提升有機地融合在一起。

2.提升學科理解實現教學內容的結構化

“素養為本”的教學要求重視教學內容的結構化設計［16］。結構化，意味著聯系、關聯［17］，即教學設計要基于化學知識的學科功能，將知識、方法與實驗關聯起來，形成一個有機的整體。而教師的化學學科理解，即對化學學科知識及其思維方法的本原性、結構化的認識［18］是實現教學內容結構化的關鍵。

本節課圍繞對氯水成分的探究展開，從新制氯水到久置氯水，再以此為基礎分析含氯消毒劑的合理使用與保存，形成了一個完整的知識網絡。教師不僅需要對本節課所涉及的相關知識有結構化的認識，還需要對基于手持技術的數字化實驗等多種實驗手段有本原性的認識。