在化學實驗課程中如何實現“五育并舉”

■天津市第二十中學 張紅俊

2019年，中共中央、國務院出臺了《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》，強調“突出德育實效”“提升智育水平”“強化體育鍛煉”“增強美育熏陶”“加強勞動教育”，以此“全面發展素質教育”。我們化學教學應堅持“五育并舉”的教育理念，以立德樹人為根本，以社會主義核心價值觀為引領。

實驗教學是化學的重要內容，實驗過程融合了智、體、勞等教育，然后我們又有意識地將德育、美育引入實驗課堂，以美育人，把美育納入學生培養的過程。這樣就有可能在化學課堂實現“五育并舉”，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。

下面以《體驗晶體之美》為例，談談我在化學實驗課程中如何實現“五育并舉”的。

一、實驗設計

（一）設計背景

學生通過九年級的學習已經了解溶液、溶解度相關概念，對溶液析晶方式有了初步的了解。學生有一定的動手實驗能力，但綜合分析能力有待提高。考慮學生學科背景設計了以下實驗：神奇的熱冰、硫酸銅晶體制備、明礬及鉻釩晶體制備、藍晶雨。

實驗中用到的藥品，如五水合硫酸銅、明礬、堿式碳酸銅大多是學生熟悉的；甘氨酸相關知識生物中已經學習；學生對鉻釩、三水合乙酸鈉相對陌生，但考慮到知識的遷移，學生也容易理解。

（二）實驗方式

晶體制備實驗采用小組合作方式，每組4 人左右，每個小組成員分工明確,有實驗員、觀察記錄員、資料整理員等。由教師提供晶體制備實驗的基本實驗步驟，要求每個小組對實驗過程中出現的問題進行討論、實驗驗證，對整個過程進行記錄。課程結束后每小組選擇一個較為滿意的實驗，就實驗過程向大家匯報并進行成品展示。

（三）實驗目標

依據化學核心素養和學校的立言成人理念，我們期望通過該課程達到以下目標：

學生通過親手制備晶體，經歷過程，在實驗過程中體驗勞動教育，對晶體產生感性的認識，體驗物質之美。達到以化學校本課程內容為依托，為“五育并舉”教育作貢獻的目的。

在制備的過程中學生會遇到各種問題。通過查閱資料、師生對話、生生對話，學生從宏微結合的角度分析、解決問題，體驗化學的魅力。學生能夠了解新知，鍛煉求證，逐漸形成辯證邏輯思維能力，為選擇性必修2《物質結構與性質》打下基礎。

學生在最終匯報前需要在組內充分的討論，確認匯報內容，為匯報收集資料。整個過程會鍛煉學生的聽、說、讀、寫、思辨能力，契合學校的“立言成人”理念。

二、實驗內容

（一）神奇的熱冰

教師以掰掰熱為導入，讓學生感受溶液結晶和放熱的過程，引發學生實驗興趣。

教師帶領學生先配制乙酸鈉的高濃度熱飽和溶液，冷卻。學生依據已有知識，推測降溫過程中會有晶體析出。但降到室溫后，無事發生，與學生已有知識沖突。學生依據溶液相關知識進行分析、討論，得出此時的溶液是“不穩定”的過飽和溶液。掰掰熱正是利用掰金屬片給過飽和溶液外力，引發結晶。學生了解了“過飽和溶液”，理解了“不穩定性”，對引發乙酸鈉過飽和溶液結晶有了想法：冷卻的乙酸鈉過飽和溶液，暫時處于亞穩態。當受到某些刺激，此狀態會失去平衡，過多的溶質就會結晶，恢復成一個適合此時溫度的平衡狀態（飽和溶液狀態）。

我們帶領學生做以下實驗：（1）用手輕碰培養皿壁；（2）向乙酸鈉晶粒中倒入過飽和溶液；（3）向過飽和溶液中加入粘有乙酸鈉晶粒的玻璃棒。三個實驗能夠很好地展示“外界刺激”對結晶的影響。

學生從“熱冰”實驗中，了解了熱飽和溶液降溫過程中會經歷“過飽和”狀態，加入晶核能夠引發結晶；也了解到空氣中的灰塵會提供晶核，對晶體制備產生影響。

化學世界是充滿規律美的，在該實驗中學生充分感受了物質變化美，“規律美”和“變化美”融合，就是化學的魅力之一。

（二）學生實驗：硫酸銅晶體的制備

首先制備高溫（80℃—90℃）下硫酸銅熱飽和溶液，將提前做好的手折玫瑰浸入該熱飽和溶液，降溫。在降溫過程中學生能很快發現燒杯液面上有晶膜出現，后續持續冷卻，在紙玫瑰上看到很多晶粒析出，取出紙玫瑰，晾干，就得到非常漂亮的“藍色妖姬”。

對學生提出第二步要求，制備大的硫酸銅晶體。有的小組直接將制取“藍色妖姬”后的剩余混合物加熱，得到熱飽和溶液，再冷卻，發現得到很多小晶粒，只有少量是規則的小晶體。

指導學生查閱資料，了解晶體生長過程。學生認識到要得到大的規則晶體，飽和溶液濃度需要適度，不能太高也不能過低。學生重新配制了比室溫高10℃-20℃的熱飽和溶液進行降溫，并加入規則的小晶體作為晶核，一天后制得了漂亮的大晶體。

有的學生對結晶的過程很感興趣，在家重復了制備硫酸銅大晶體的實驗，用手機攝影12 小時，拍攝了晶體生長過程。由于學生家里難以維持穩定的外界條件，得到的晶體并不完美。但學生的這種求知欲是值得肯定的。

（三）實驗：明礬、鉻釩晶體的制備

這個實驗學生可以制備純晶體，也可以制備混晶。從實驗結果來看，學生對混晶更感興趣。混晶總結了以下方案：明礬晶核+鉻釩飽和溶液、鉻釩晶核+明礬飽和溶液、混晶晶核+明礬、鉻釩混合溶液。三種方案均制得了較完美的晶體。

混晶制備的過程中，學生遇到了很多問題，對共性的問題集中討論、實驗驗證后總結如下：

比較集中的問題：如何制備晶核、如何得到完美的晶體。

學生依據制備硫酸銅晶體的經驗，采用在培養皿中冷卻高濃度熱飽和溶液的方法制備晶核。但制備出來的晶核并不是正八面體。學生討論后，認為是力的作用，是晶體在形成過程中發生了形變。為了解決這個問題，學生將晶核用棉線系好，吊在飽和溶液中。實驗中發現不容易系好晶核，晶核的重心不在正中間；棉線上容易出現雜晶。這兩個問題導致難以制得規則的正八面體。

思路1.將棉線改成細魚線。

實驗發現：解決了雜晶問題，但是重心問題解決不了，仍無法得到完美的正八面體。

思路2.將棉線直接吊入盛有高濃度熱飽和溶液的燒杯中，過一段時間，去掉棉線上的雜晶，留下規則的正八面體作為晶核。將比室溫高10℃—20℃的飽和溶液冷卻至接近室溫,把帶有規則晶核的棉線吊入該溶液。最終得到了相對規則的正八面體。

學生在操作過程中，還遇到以下問題：冷卻的溫度跟室溫的差把握不準，導致晶核部分溶解，晶核從繩子上脫落；飽和溶液溶度太低，晶核無變化；去掉雜晶時不小心把理想晶核去掉，等等。

學生經過多次的失敗，通過查找問題、討論總結、再實驗的過程，體會到了科學實驗的不容易，更能夠理解科學每向前發展一步，科學家都要付出巨大努力。

硫酸銅晶體、明礬、鉻釩晶體的制備，讓學生領略了結構美。

（四）實驗：藍晶雨的制備

實驗過程如下：

用托盤天平秤取堿式碳酸銅1g，放入小燒杯中，向燒杯中加入20ml 蒸餾水，將燒杯放在石棉網上加熱一段時間（80℃左右），加入2g 甘氨酸并用玻璃棒攪拌。

保持沸騰3 分鐘，并不斷攪拌。熄滅酒精燈，邊攪拌邊冷卻。向燒杯中加入30ml 水，攪拌靜置，用膠頭滴管吸去上層清液，重復2 次向剩余固體中加入少量蒸餾水，攪拌即可看到藍晶雨（或者昏暗房間，手電筒照射）。

學生在經歷了前幾個實驗失敗、再嘗試等不斷反復過程后，一次就能制出完美成品的實驗，瞬間能夠帶給他們成功的喜悅。

三、學生成果匯報及訪談

每組實驗各有所得，如對藍晶雨非常感興趣的同學，自己提前在家做了實驗，失敗了幾次。他對失敗案例做了反思，對其他同學是個很好的提示：“不畏懼失敗，才能成功。”在學生訪談中，學生提到小組合作的重要性、查閱資料解決問題的必要性等。