基于學(xué)科素養(yǎng)的高中化學(xué)實驗教學(xué)策略研究

作者簡介：趙玲燕（1985～），女，漢族，山東濱州人，山東省北鎮(zhèn)中學(xué)，研究方向：教學(xué)研究。

摘 要：文章基于對實驗技能大賽的反思，以新課標要求和高考要求為依托，在實驗教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)調(diào)整方面對高中化學(xué)的實驗教學(xué)進行了總結(jié)，運用項目化教學(xué)、情景化教學(xué)、主題式教學(xué)、數(shù)字化教學(xué)等教學(xué)方法，實施了高中化學(xué)實驗教學(xué)。

關(guān)鍵詞：項目化教學(xué)；情景化教學(xué)；主題式教學(xué)；數(shù)字化教學(xué)

中圖分類號：G633.8?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1673-8918（2024）20-0154-04

一、 實驗技能大賽反思

（一）比賽內(nèi)容

常規(guī)實驗題目是《硫及其化合物的轉(zhuǎn)化》

要求證明：（1）濃硫酸的強氧化性；（2）二氧化硫的氧化性和還原性；（3）硫單質(zhì)的氧化性和還原性。

非常簡單的實驗，教師們肯定都做過這些實驗，但也需要思考一些問題：藥品的準備是組內(nèi)教師合作完成呢，還是自己準備本實驗的所有藥品和儀器呢？是做的課本上的敞開體系實驗?zāi)兀€是各種習(xí)題中的一體化密閉實驗?zāi)兀空f實話，真正安裝過這套儀器的教師，不一定記過時間，比賽要求組裝儀器、實驗過程和拆卸、洗滌儀器在15分鐘內(nèi)完成。常規(guī)實驗和數(shù)字化實驗要求在20分鐘內(nèi)準備好，我最大的感受就是手忙腳亂，因為環(huán)境不熟悉，找到、找全藥品是一大挑戰(zhàn)。實操過程中，因為緊張不一定哪里會出錯。本實驗的成功之處在于我設(shè)計了一體化的密閉體系，不足之處在于，未找到合適濃度的濃硫酸，實驗現(xiàn)象不夠明顯。

數(shù)字化實驗題目是《濃度對反應(yīng)速率的影響》

這個實驗是在比賽前練得很熟悉的實驗，操作很簡單，現(xiàn)象很明顯。但是，在情緒緊張情況下，能夠按時完成是極具挑戰(zhàn)的。

實驗?zāi)康模和ㄟ^控制變量法，研究濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

實驗原理：化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量或產(chǎn)物濃度的增加量來表示。

實驗器材：計算機、濁度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、傳感器連接線、計算機通訊線，注射器、0.1 mol·L-1的硫代硫酸鈉溶液。0.1 mol·L-1的鹽酸溶液、蒸餾水。

實驗步驟：使用注射器將0.1 mol·L-1的硫代硫酸鈉和水，按照表中的用量依次迅速加入比色瓶中，將裝有硫代硫酸鈉和蒸餾水的比色瓶按照濃度從低到高放入濁度傳感器中，連接傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機，進入通用軟件。點擊組合圖線，添加三條“濁度-時間”變化曲線。使用注射器分別向三個比色瓶中加入1 mL 0.1 mol·L-1的鹽酸，迅速蓋緊比色瓶的蓋子。點擊“開始”，觀察曲線變化。當(dāng)濁度數(shù)值達到400 NTU時，結(jié)束試驗。

通過圖線可得：1號比色瓶中的濁度NTU數(shù)值上升最快，2號瓶略慢，3號瓶最慢。如圖1所示。

實驗結(jié)論：在其他條件不變的情況下，增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率加快。

說課環(huán)節(jié)，這個是提前準備的，教師要自定主題，圍繞教材中的某個演示實驗、分組實驗、實驗探究活動、課外興趣實驗等，這一環(huán)節(jié)考查教師們的創(chuàng)新能力以及表達能力。

（二）比賽反思

參加這次比賽，我學(xué)到了很多，也對自己的實驗教學(xué)進行了反思：

第一，筆試考場上的心態(tài)很重要，題量大，時間短，真真切切感受到了學(xué)生在考場上的狀態(tài)，當(dāng)題目做不完時，會出現(xiàn)五花八門的答案。

第二，實操環(huán)節(jié)，有20分鐘的準備時間，30分鐘要完成兩個實驗操作（常規(guī)實驗和數(shù)字化實驗）。首先是設(shè)計實驗，在有限的時間內(nèi)、有限的可供選擇的儀器的情況下，設(shè)計出理想的實驗方案，寫出實驗報告至關(guān)重要。然后，進入準備室，準備室內(nèi)有不勝枚舉的儀器和藥品，比如，硫酸的濃度有1 mol·L-1、5 mol·L-1、7 mol·L-1、8 mol·L-1、12 mol·L-1等，當(dāng)設(shè)計實驗的時候，選擇哪一個濃度呢？另外，藥品都裝在大的試劑瓶內(nèi)，選擇結(jié)束后，要選擇合適的試劑瓶分裝（比如，高錳酸鉀、溴水要選擇細口的棕色試劑瓶）。準備環(huán)節(jié)不僅考查教師的實操能力，更考驗教師的應(yīng)變能力和強大的心理承受能力，本次比賽能很好地體現(xiàn)教師的綜合素質(zhì)。

二、 實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

通過這次比賽，我對高中化學(xué)實驗教學(xué)有新的體會，實驗教學(xué)目前還存在以下問題：

從教師的角度說，高中化學(xué)教師更注重理論知識的教授，并沒有對化學(xué)實驗給予足夠的重視，很多化學(xué)實驗教學(xué)只是通過課堂上對化學(xué)內(nèi)容的基本講解來開展的，這樣一來，教師的實操技能水平也會停滯不前，有些裝置的實驗原理教師也不是很清楚，講起來底氣不足。在傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)中，教師以講授和演示為主，難以生動地展示化學(xué)課堂上的理論知識和實驗操作，使學(xué)生失去了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。化學(xué)教師應(yīng)具有化學(xué)學(xué)科理解能力、化學(xué)課堂教學(xué)能力和化學(xué)學(xué)科教研能力，但有些教師并不具備這些能力。教師強化基礎(chǔ)知識教學(xué)時，要把教學(xué)的起點降低到元知識；強化對知識的本原性認識，思考知識的形成、內(nèi)涵、功能和局限性等，但很多教師也未做到這一點。

從學(xué)生的角度說，第一，高中的學(xué)業(yè)壓力很大，學(xué)生進入實驗室進行實驗的時間有限，實驗室也不是時刻對學(xué)生開放，因此，學(xué)生有了新的思路或者設(shè)計，并不能第一時間做實驗求證，這在一定程度上使學(xué)生的創(chuàng)新思維受到制約。第二，實驗課上培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面欠缺，課本中的實驗很多都是驗證實驗，一般是教師講述步驟，學(xué)生按照步驟完成相應(yīng)的操作，實驗都是設(shè)定好的、可行的，而結(jié)論也是早就給出的，在這個過程中，學(xué)生只是學(xué)會了化學(xué)實驗的操作，創(chuàng)新能力并沒有得到鍛煉，學(xué)生也就體會不到化學(xué)實驗的真正樂趣，長此以往會降低學(xué)生對實驗的熱情，失去學(xué)習(xí)化學(xué)實驗?zāi)酥粱瘜W(xué)學(xué)習(xí)的興趣。第三，化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，挖掘傳統(tǒng)實驗中的思維要素并建立系統(tǒng)聯(lián)系是發(fā)展化學(xué)科學(xué)思維的重要方式。但是，大多數(shù)化學(xué)教學(xué)實驗不能促進學(xué)生高階思維的發(fā)展和科學(xué)概念的理解，其原因可能是因為教師只關(guān)注學(xué)生動手實驗，而忽視內(nèi)在的思維過程。真做實驗，一定要讓學(xué)生走進實驗室，充分開展演示實驗、學(xué)生實驗，真做實驗的“真”，重點不僅在做，還在“思”，即對實驗知識的本源性思考，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

從學(xué)校角度說，化學(xué)實驗室是進行化學(xué)實驗教學(xué)的重要場所。目前，化學(xué)實驗室配備的儀器數(shù)量有限，實驗室教學(xué)空間有限。對學(xué)生的化學(xué)實驗的分組教學(xué)或者個人探究難以具體落實，導(dǎo)致學(xué)生感受不到化學(xué)實驗帶來的獨特魅力，進而失去探究的欲望。另外，學(xué)校考慮到學(xué)生的安全，存在安全隱患的實驗，學(xué)校也會有顧慮，不允許學(xué)生私自進入實驗室進行實驗操作或者實驗驗證。

高一時，年級組織學(xué)生進入實驗室，進行了分組實驗：溶液的配制、鐵及其化合物的性質(zhì)、萃取和分液。不過，這些分組實驗是必修階段比較簡單的實驗操作，如果要拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，還需要對學(xué)生真正地開放實驗室。我們將繼續(xù)開展學(xué)生的分組實驗及探究實驗，力爭在學(xué)完酸堿中和滴定后，利用酸堿中和反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)的原理，讓學(xué)生完成生活中常見物質(zhì)的含量測定，實現(xiàn)情景化實驗教學(xué)。同時，也會培養(yǎng)教師們的動手及創(chuàng)新能力，開發(fā)教師們的潛能，和學(xué)生一起進行真正的實驗探究。

三、 課標要求和高考要求

（一）課標要求

初步學(xué)會化學(xué)實驗基礎(chǔ)知識和基本技能，學(xué)習(xí)不同類型化學(xué)實驗及探究活動的核心思路與基本方法。發(fā)展對化學(xué)實驗探究活動的好奇心和興趣，養(yǎng)成注重實證、嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度，增強合作探究意識，養(yǎng)成獨立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神，樹立安全意識和環(huán)保意識。

（二）高考要求

新高考背景下，化學(xué)實驗綜合題考查學(xué)生在陌生的情境中提取信息、獨立思考、主動完成探究性的任務(wù)的能力和水平，實驗試題的創(chuàng)新是高考的主旋律，絕大多數(shù)實驗在基本操作和裝置、典型實驗、方案設(shè)計及設(shè)問形式等方面進行了創(chuàng)新，這不僅考查學(xué)生信息提取能力、整合能力，還考查學(xué)生的批判性思維能力，實驗探究能力、綜合應(yīng)用能力及語言表達能力，注重發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

實驗綜合題通常以工業(yè)產(chǎn)品、科技成果獲得等背景材料進行命題，系統(tǒng)的實驗設(shè)計、完備的研究方法整體呈現(xiàn)，為的是使考生感受完整的知識體系，體現(xiàn)化學(xué)的應(yīng)用性，培養(yǎng)考生分析和解決問題的能力。

四、 教學(xué)調(diào)整

根據(jù)我校教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合課標要求和高考要求，我們對實驗教學(xué)做了以下調(diào)整和改進。

（一）教學(xué)內(nèi)容方面

高中必做的18個實驗涉及了高中化學(xué)課程的核心概念和原理，做這18個實驗的目標是加深學(xué)生對重點知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實驗?zāi)芰Γ瑥亩岣邔W(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

（二）教學(xué)方法方面

1. 項目化教學(xué)

化學(xué)教學(xué)中的項目化教學(xué)是以社會生活中的真實情境為研究對象，旨在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題以及綜合探究等多方面的能力。我校以探秘膨松劑——碳酸氫鈉的性質(zhì)為載體，完成了項目化教學(xué)之旅。

2. 情景化教學(xué)

情景化的實驗教學(xué)方式可以有效活躍課堂氛圍，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生對理論知識進行直觀理解，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的實驗教學(xué)目標。

以測定枸杞和葡萄酒中二氧化硫含量的真實情境為載體，通過裝置的優(yōu)化，原理的優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生由定性到定量的化學(xué)思維模型。在問題的驅(qū)動、引導(dǎo)下，促使學(xué)生在真實情境的中實現(xiàn)解題到解決問題的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

本實驗以生活中常用作食品添加劑的二氧化硫為載體，采用“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法，設(shè)置了3個任務(wù)和6個問題，層層推進，激發(fā)學(xué)生思考，完成了由定性檢驗到定量測定SO2，最后到生活應(yīng)用的實驗教學(xué)目標。

3. 主題式教學(xué)

基于氧化還原反應(yīng)的學(xué)習(xí)，利用學(xué)生比較關(guān)注的衰老問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，讓學(xué)生充分體會化學(xué)的實用性，設(shè)計了課后作業(yè)——探秘頭發(fā)中的化學(xué)：以“查閱資料了解頭發(fā)的組成—頭發(fā)漂白的原理—燙發(fā)的原理—如何保護頭發(fā)”為教學(xué)主線，基于主題式教學(xué)理念，帶領(lǐng)學(xué)生了解氧化還原反應(yīng)及氧化劑和還原劑。

4. 數(shù)字化教學(xué)

數(shù)字化實驗可以使學(xué)生直觀地感受反應(yīng)的現(xiàn)象和結(jié)果，有利于培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的能力。利用數(shù)字化實驗?zāi)芸焖俚剡M行實驗數(shù)據(jù)處理，形成標準、規(guī)范的圖像，更好地向?qū)W生展示化學(xué)反應(yīng)中的變化觀念與平衡思想。在實驗的過程中，學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和曲線動態(tài)變化對實驗進行監(jiān)察和調(diào)節(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。同時，教師在實驗前可以先要求學(xué)生預(yù)測曲線，展現(xiàn)學(xué)生原有的認知結(jié)構(gòu)和思維狀態(tài)，然后，教師可以按照“宏觀現(xiàn)象→符號表征→微觀分析→符號表征→曲線表征”的順序重新生成認知發(fā)展路徑。開展數(shù)字化實驗學(xué)生可以多角度地感受實驗的現(xiàn)象及其背后的本質(zhì)，教師能有序、系統(tǒng)地協(xié)助學(xué)生建構(gòu)與實驗相關(guān)的化學(xué)原理，讓學(xué)生更直觀地感受反應(yīng)的現(xiàn)象和結(jié)果，進而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

例如，酸堿中和滴定實驗是高中階段非常重要的一個定量實驗，對數(shù)據(jù)處理和實驗操作要求都非常高。利用公式c（已知）V（已知）=c（未知）V（未知），求未知酸或者堿的濃度。高考題中也呈現(xiàn)出各種滴定曲線的變形曲線，因此，平時的教學(xué)中，教師也格外關(guān)注酸堿中和滴定實驗的教學(xué)。教師在課堂實驗演示中，一般用指示劑來確定滴定的終點。在實驗的操作過程中，往往因滴定終點無法準確判斷造成實驗偏差，使教學(xué)非常抽象。通過pH傳感器監(jiān)測溶液的H+的濃度，經(jīng)過計算機對數(shù)據(jù)進行計算和處理，可以得到滴定曲線，如圖2所示，數(shù)字化實驗不僅展示了滴定過程中數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，也直觀地、標準地顯示了滴定突躍等現(xiàn)象，便于學(xué)生清晰地了解并掌握酸堿中和滴定實驗過程中溶液pH的變化，使學(xué)生更容易接受滴定過程中的微粒濃度的變化，培養(yǎng)了學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)。

除了可以通過監(jiān)測pH的變化確定滴定終點外，還可以引導(dǎo)學(xué)生通過更換探頭，測定電導(dǎo)率的變化確定滴定終點，根據(jù)電導(dǎo)率的變化，分析出溶液中微粒間的相互作用，從而培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。通過實驗曲線的分析，發(fā)現(xiàn)弱酸滴弱堿時，電導(dǎo)率變化不明顯，無法確定滴定終點，告訴學(xué)生，解決問題的方式不是一成不變的，要辯證地看待每一種實驗方法，要根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，設(shè)計出合理的實驗方案。在滴定單一溶液之后，學(xué)生開始發(fā)散思維，想試一下混合溶液滴定終點的確定，通過實驗探究發(fā)現(xiàn)，通過測定電導(dǎo)率，可以確定混合溶液的滴定終點，如圖3所示，這個過程中培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

高中化學(xué)實驗教學(xué)是我們在高考壓力下面臨的一大難題，我們要爭取在實驗教學(xué)的開放性、時效性、創(chuàng)新性、探究性等方面有所突破，使化學(xué)實驗生活化、情景化，進而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

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