化學實驗教學中學生科學素養的培養方法

吳秀峰

【摘要】實驗是化學研究的基本方法。在初中化學教學中應用實驗教學法培養學生的科學素養，用實踐體驗和探究活動代替傳統的理論灌輸，使學生在實驗操作中獲得科學知識、科學技能和科學方法，循序漸進地培養學生的科學能力和科學觀念，為發展學生科學品質提供有力支持。基于此，文章闡述了在初中化學教學中培養學生科學素養的意義，并提出培養策略。

【關鍵詞】初中化學；實驗；科學素養；策略

【中圖分類號】G633.3【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2024）05—0111—05

伴隨著新課改的實施和推進，構建培養學生能力和素養的化學課堂逐漸成為教師的共識。傳統化學教學方法以預習、導入、課堂講解、作業設計為主，形成了一套以掌握化學知識為中心的完整的教育體系，但不利于學生能力的培養，為此教師必須結合學生的成長發展需求推動化學教學模式改革。將實驗活動引入初中化學教學中，利用實驗活動增強學生的學習體驗感和參與感，通過實驗活動積累知識，培養科學思維，為學生核心素養的發展提供有力支持。

一、初中化學實驗教學中培養學生科學素養的意義

1.在化學實驗教學中培養學生科學素養是新時期學生發展的目標和要求。《義務教育化學課程標準（2022版）》指出：“化學課程要發展學生的核心素養，教師應當基于核心素養結構化設計和組織課程內容……以實驗為基礎，激發學生對物質世界的好奇心，發展科學思維，養成科學態度。”由此可見，在初中化學教學中培養學生的科學素養對學生學習發展的意義以及通過實驗活動培養學生科學素養的必要性，為此教師應當圍繞學生科學素養的發展需求不斷創新教學理念、教學方法和教學模式，為新時代的初中化學實驗教學模式的構建奠定基礎[1]。

2.在實驗教學中培養學生科學素養是保證化學教育有效性的關鍵。科學素養集中表現在三個方面，第一是學生對科學探究方法的了解程度，第二是學生對科學知識的了解情況，第三是學生對“科學技術對社會和個人產生的影響”的基本了解程度。化學學科是知識的集合體，化學實驗是人們探究化學知識的主要方式，是化學科學形成與發展的基礎，也是檢驗所學知識的關鍵，教師作為化學教學的主體，能夠根據化學實驗的過程和結果引導學生發散思維，保證化學實驗教學的有效性，因此，化學實驗在培養學生科學素養、保證化學教學有效性方面具有不可替代的作用。

3.在化學實驗教學中培養學生科學素養有助于建立以學生為主體的教學模式。隨著新課改的深入，化學教學越來越強調對學生能力和素養的培養，而傳統化學教學模式以化學知識講解和組織練習活動為主，忽視了學生能力和素養的發展需求，在化學實驗教學中培養學生科學素養，以素養為目標開展實驗教學活動，教師為實現化學教學目標不得不改變傳統的實驗教學方法，將探索性內容引入實驗活動之中，引導學生在學習過程中學習科學研究方法，思考科學研究應當保持的態度，在無形中構建以學生為主體的化學實驗教學模式，在體驗式教學中建立起人與化學、社會之間的聯系，為學生今后的化學學習奠定堅實基礎[2]。

二、初中化學實驗教學中培養學生科學素養的策略

1.趣味實驗激發學習潛能，培養探究興趣。化學知識涉及微觀物質變化，知識較為抽象，學生學習理解化學知識的難度較大，為避免學生對學習化學知識產生畏難情緒，教師將趣味性要素引入化學實驗活動之中，以此激發學生的學習探究興趣，使學生主動參與實驗活動，探究實驗現象背后的化學知識，通過趣味性實驗活動深化學生對化學知識和實驗方法的理解，為學生科學素養的發展提供有力支持。

保證實驗趣味性的關鍵在于實驗活動生活化，利用生活中常見的事物完成實驗活動，學生結合生活經驗猜想實驗結果，用出人意料的實驗結果激發學生，激發學生的學習動力，使其主動、自覺地投入到實驗過程中，保證趣味實驗活動的有效性。趣味性實驗將學生作為主體開展教學活動，強調學生的學習體驗感，教師作為引導者需要適時提供鼓勵和支持，引導學生從已有的實驗現象出發，探索實驗活動背后的化學知識，考慮到不同學生個體的思維能力和理解能力存在差異，為使每個學生都能在實驗活動中獲得成長，教師將問題趣味化，營造趣味性課堂氛圍，并將學生分成小組，合作討論化學知識，培養學生的科學探究興趣，助力學生成長[3]。

以“酸和堿的反應”為例，為進一步加強學生對酸堿物質性質的理解和對酸堿中和反應的認識，教師在課堂上組織氫氧化鈉和稀鹽酸反應實驗，引導學生觀察酸堿反應后的生成物，了解酸堿中和反應的實質。為保證實驗活動的趣味性和探究性，建立以學生為主體的化學實驗活動課程，教師引入信息技術輔助學生探究化學知識，感受化學學科知識的趣味性。

教師播放實驗視頻，視頻中教師介紹土壤改良方案，“農民伯伯會在土壤中加入熟石灰或是硫酸亞鐵來調整土壤的pH值，大家思考：為什么需要改良土壤pH值？為什么這種方法可以用來改良土壤pH值呢？”創設生活情境激發學生探究化學知識的熱情，強化化學教學的趣味性。在實驗教學活動中，教師利用多媒體技術播放氫氧化鈉與稀鹽酸中和反應的實驗視頻，并提問：“水中加入堿性物質，用試紙檢測結果也偏堿性，水中加入酸性物質，試紙檢測結果也偏酸性，現在老師在實驗中既加堿又加酸，大家猜猜會發生什么變化呢？”教師將學生分為小組，小組互動猜測酸堿中和實驗結果，在猜想、互動、說理中賦予學生趣味性的學習體驗。教師繼續播放視頻，通過溫度計、觀察對比等方式了解反應過程，為強化學生的實驗參與感，教師提出問題：“現在雖然將酸和堿混合在一起，但是我們應該怎樣證明酸和堿之間發生化學反應呢？”引導學生以小組為單位結合所學知識討論驗證化學反應是否發生的方式，鼓勵學生運用已有的實驗器材和藥品自行設計實驗，通過實驗設計活動深化學生對實驗技能和實驗方法的理解，為學生科學素養的發展提供有力支持。

2.制訂教學目標，設計化學實驗。在初中化學實驗教學中培養學生的科學素養，包括對學生科學品質和科學觀念的培養，為讓學生認識到科學實驗的意義，教師結合教材內容和教學目標設計化學實驗活動，鼓勵學生以討論形式設計實驗，通過實驗活動探究學習化學知識的意義，引導學生積極主動地投入到化學教學之中，為學生科學探究能力的發展提供有力支持。

以討論形式設計化學實驗，削弱了教師在傳遞知識方面的作用，為學生提供了一個可以自由發散思維、表達意見的學習空間，學生在教師的引導下，結合探究性問題或是生活需求整合所學化學知識，互動討論解決問題，保證實驗教學活動的有效性，對學生創新思維的培養起到了一定的促進作用。考慮到學生的年齡較小，過度發散思維容易影響實驗設計的有效性，因此教師在課上除引入實驗背景外，應當從實驗探究過程的關鍵點入手，顯現實驗探究學習路徑，引導學生自主討論思考，通過思考、綜合、歸納等一系列思維活動突破化學教學重難點，為學生科學思維的形成與發展奠定堅實基礎[4]。

以“空氣的成分”為例，為讓學生理解空氣的成分，教師從學生熟悉的事物入手設計問題：“同學們，我們每天每時每刻都要進行呼吸，大家說我們為什么要呼吸呢？我們需要空氣中的哪種成分來維持身體的機能呢？”學生從問題出發，結合生活經驗思考問題，提出猜想：“氧氣是人維持生命的必需物質。”教師結合學生的猜想繼續提問：“如果猜想是真實的，那么人體吸入的空氣與呼出的空氣在成分上會存在哪些差異？”學生相互討論教師提出的問題，在教師的引導下制訂實驗目標：測定空氣中的氧氣含量。考慮到學生接觸化學知識的時間相對較短，對化學實驗的了解相對有限，教師引導學生從燃燒現象入手設計測定氧氣含量的實驗活動：“同學們，經過之前的學習，我們知道空氣中各類氣體的比例基本相同，且燃燒活動本身會消耗氧氣，大家說如果我們將空瓶中的氧氣消耗完畢，是不是就能知道空氣中氧氣含量的占比了呢？”學生在教師的提示下開展討論活動，探索實驗設計模型，考慮到實驗設計難度較大，教師在課堂上播放紅磷燃燒測定空氣中氧氣含量實驗視頻，引導學生結合已有知識分析紅磷燃燒實驗設計理念以及實驗結果的含義，幫助學生掌握更多類型的實驗方法的同時，培養學生基于實驗過程進行推理、建構模型和推測物質變化情況的思維能力，為學生科學素養的形成與發展提供有力支持。

3.利用演示實驗，喚醒科學熱情。演示實驗是實驗教學法的主要形式之一，教師展示實驗過程，學生觀察實驗現象和實驗結果，在互動中解析實驗中的化學知識。為構建以學生為中心、以科學素養為目標的初中化學課堂，教師將情境教學法融入化學實驗活動中，利用實驗活動創設教學情境，引導學生在情境中探究化學知識，學習實驗方法，培養學生的科學探究能力和科學探究熱情，促進學生全面發展。

初中化學實驗多為驗證性實驗，即以實驗方式驗證所學理論知識的教學活動，這種先有結論，再用實驗驗證結論的教學方式僅僅只是用機械重復操作被動驗證所學知識，難以激發學生的探究熱情，不利于學生科學素養的形成與發展，為此教師在演示實驗中將驗證性實驗改為探究性實驗，依托實驗活動講解化學知識，整合實驗記錄，分析事物在化學實驗中的變化以及變化原因，重歷化學知識的生成過程，使感性認知上升到理性認知。教師還可組織學生扮演科學家，以科學家的身份和視角觀測實驗變化和實驗結果，在探索未知的過程中培養學生的科學思維能力，助力學生成長[5]。

以“燃燒條件與滅火原理”為例，教師在導入階段簡單介紹人類利用燃燒現象的方式，提出探索性問題：“燃燒需要哪些條件？”教師依托實驗活動創設角色扮演情境，要求學生以科學家的身份和視角觀察生活中的化學現象，探索燃燒現象的原理。課堂上教師首先展示紅磷和白磷燃燒實驗，錐形瓶中的白磷燃燒但紅磷不燃燒，置于水下的白磷也同樣不燃燒，學生對比實驗結果提出猜想：不同類型的物質有些可以燃燒，有些不能燃燒，物體處于水下時也無法燃燒。教師結合學生的回答用試管對準水下的白磷，向其中通入空氣，用火點燃紅磷，學生發現空氣中的紅磷和水下的白磷也都可以燃燒，引入拓展性實驗打破學生的原有認知，學生自主對比分析固有認知，認識到空氣和溫度是燃燒現象發生的原因之一，在實驗活動的最后，教師播放加熱巖石和木材的視頻，學生發現某些物質達到一定溫度可燃燒，另外一些物質即便不斷加熱也無法燃燒。通過探索性實驗活動使學生在學習過程中掌握化學知識，為學生科學素養的形成與發展提供有力支持。在課程的最后，教師引導學生轉換角色，嘗試運用所學化學知識幫助消防員熄滅火災，教師結合學生提出的熄滅火災的方式在互聯網上尋找相應的實驗素材，使學生認識到化學知識對現實生活的指導作用，培養學生的科學態度與責任意識。

4.聯系生活實際，培養動手能力。化學知識來源于現實生活，與學生的日常生活環境密切相關，為讓學生感受到學好化學知識的重要性，教師應當把握化學教學內容與現實生活的聯系，從生產生活中應用的化學知識入手，引導學生結合所學化學知識嘗試解決生活中出現的問題，在探究性學習中培養學生的科學探究精神、科學思維能力和實驗技能，在學中做，在做中學，促進學生的科學素養發展。

為進一步增強化學實驗和現實生活的聯系，教師應盡可能從學生身邊環境入手，從學生熟悉的事物中汲取靈感，必要時組織學生到課外開展實驗教學活動，在自然環境中組織開展化學實驗活動，在活動激發學生參與科學實驗的熱情，活動中由教師帶隊，鼓勵學生運用化學知識分析所見，指導學生嚴格按照實驗操作規則進行科學實驗活動，體驗應用化學知識解決現實問題的過程，使學生認識到化學知識的實用性，為學生今后認真學習化學知識奠定堅實基礎[6]。

以“化學肥料”為例，本節課主要講解常見的肥料種類、特性以及作用，簡要說明肥料的種類以及使用方式，使學生認識到合理施肥、適量施肥的重要性。為使化學知識聯系到現實生活，教師在授課中帶領學生到田野中，在現實場景中模擬施肥情況，引導學生從生活實踐中解讀化學知識。“同學們，大家現在看到的是農業種植中經常用到的兩種肥料，一種是碳酸氫銨，一種是尿素，也叫碳酰胺，大家發現沒有，農民通常會在早上和晚上施碳酸氫銨肥，在中午施碳酰胺肥，大家說這是為什么？”教師從農業生產過程出發引導學生思考化學知識，學生提出猜想：溫度會分解肥料物質，碳酸氫銨中的物質在低溫狀態下不容易受影響，而尿素在溫度較高的情況下施肥，肥力更容易被土壤吸收。

教師引導學生自行設計實驗證明猜想，探索溫度對碳酸氫銨和碳酰胺的影響，部分小組提出設計長期實驗，將碳酸氫銨按照溫度分類保存一段時間后，施加在土壤中，同時栽種植物，對比分析植物的生長情況，確定碳酸氫銨的性質有無因溫度受影響，教師引導其他學生小組評價實驗設計思路，學生提出此類實驗的周期太長，變量太多，實驗精準度難以把控。另有學生小組提出碳酸氫銨本身屬于植物需要的養分，肥力消失與碳酸氫銨受熱分解存在一定關系，可以在實驗中直接加熱物質，觀察碳酸氫銨的化學變化驗證猜想，學生在加熱實驗中驗證猜想，認識到碳酸氫銨受熱分解后會形成氨氣，不利于土壤的吸收。教師結合實驗結果繼續提問：“為避免肥力浪費，我們能否結合所學知識加快碳酸氫銨的吸收呢？”學生自行上網搜索碳酸氫銨性質，嘗試進行碳酸氫銨水解實驗，提出溶于水中的銨離子更容易被土壤吸收，指出使用碳酸氫銨時應當及時澆水，確保充分融入土壤之中。運用化學實驗知識解決生產問題，助力學生科學素養的發展。

綜上所述，在初中化學實驗教學中培養學生的科學素養，要求教師必須充分結合新課改要求，構建探究性化學實驗活動，鼓勵學生將化學實驗作為獲取知識和驗證猜想的手段，適時創設教學情境激發學生的探究學習熱情，在互動和討論中培養學生的科學素養，為社會的未來發展貢獻優秀人才。

參考文獻

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[2]劉芳，張晶晶.初中化學實驗教學中探究程度與高階思維的課堂研究[J].化學教育（中文），2022（21）：106-112.

[3]陳磊.多媒體技術在初中化學實驗教學中的應用研究[J].中國新通信，2022（20）：212-214.

[4]劉亮榮.素養導向下的初中化學課堂實驗教學——以“再探燃燒的條件”為例[J].化學教學，2022（10）：64-67.

[5]董風麗.初中化學教學中學生逆向思維培養策略探討[J].亞太教育，2022（17）：127-129.

[6]呂念.初中化學實驗教學中培養學生實踐能力的策略[J].亞太教育，2022（11）：103-105.

（本文系2023年度甘肅省“十四五”教育科學規劃一般課題“初中化學實驗教學中培養學生科學素養的方法探究”的研究成果，課題立項號：GS[2023]GHB1188）

編輯：張昀