核心素養導向的高中化學研究性學習實施路徑探討

李力

摘 要：根據新課程標準要求，高中化學教師引導學生自主探究化學實驗，發展學生化學學科核心素養。本文簡要分析了核心素養導向的高中化學研究性學習的基本模式，根據“硫酸亞鐵銨的制備”實驗教學開展了核心素養導向的高中化學研究性學習，本次呈現的“硫酸亞鐵銨的制備”研究性學習活動過程，提出相關建議，以期能夠為推動高中化學教育教學發展提供可靠借鑒。

關鍵詞：核心素養；高中化學；研究性學習；硫酸亞鐵銨的制備

硫酸亞鐵銨的制備是高中化學實驗教學內容之一，這個實驗是一個操作復雜、耗時較長且有一定實驗危險性的實驗活動。在傳統高中化學課堂教學中，教師會先給學生講解本次實驗的原理與操作方法，之后進行實驗。而學生可能會出現操作不夠規范、實驗操作過程統籌協調性較差等問題。在研究性學習中，教師整合實驗教學活動各環節，利用實例給學生展示研究性學習環境，同時引導學生以創新思想參與化學實驗設計與硫酸亞鐵銨的制備，簡化實驗過程，增強探究性，有效落實學生的學科核心素養。

一、核心素養導向的高中化學研究性學習的基本模式

核心素養導向之下，教師根據實驗教學開展研究性學習，應當從四個方面對課堂教學活動進行把控。

（一）教學目的

在研究性學習中，教師可以正確引導學生對實驗涉及知識進行學習、對實驗原理與過程進行研究探索。相較于傳統教學模式，研究性學習更側重學生獲得知識的主動性，鼓勵學生運用獲得的知識與技能，支持學生發散思維、積極思考，讓學生主動選擇、主動思考、主動探究、主動參與到化學實驗的操作與觀察中。在這一過程中，學生可以充分發揮自身思維能力與敏銳性，從實際生活出發，利用相關方法鞏固自身已學知識、創新實驗方案?？梢姡咧谢瘜W課堂教學中開展研究性學習，主要目的是：（1）輔助學生知識遷移與運用，讓學生們可以在研究經典的化學理論之后展開探討。

（2）解決實際問題、創新探索實驗、發展化學創新思維與科學思維，讓學生將個人所學知識運用到實驗操作中，轉化為化學觀念與思維能力。教師要緊緊把握研究性學習目的，以目的為出發點對課堂教學活動進行調整，如此才能構建出有效的研究性學習支架。

（二）教學模式

研究性學習，本身是一種較為科學新穎的教學模式，在化學課堂教學中運用這一模式，需要教師根據新課程標準要求、學科特點與課堂教學需要，不斷更新自己對化學知識的理解，調整自己的課堂教學引導手段，從而提升課堂教學效果。在落實這一教學模式時，化學教師需要結合教學實際情況，選擇合適的方法輔助教學。比如：在化學概念知識講解課堂上，教師可以采用小組合作、案例分析等方法，為學生搭建研究的支架，讓學生通過研究與探索獲取對概念知識的理解，歸納出概念知識。再如：在實驗課上，教師可以采用模擬實驗、小組合作、自主實驗設計與實驗創新、項目式學習等方法，為學生搭建開放、自主設計與自主操作的實驗學習支架。在支架支持之下，學生可以根據自己對化學實驗的了解，自主選擇合適的實驗材料與實驗操作方式，從而開始對實驗原理、現象、過程與結果的研究，通過一系列研究分析出實驗的內在機理，加強對課程知識的掌握，同時發展化學核心素養。

（三）課堂活動

高中化學課堂教學中的研究性學習，側重于學生自主探索。教師需要從學生的興趣、生活角度出發，選擇合適的內容作為研究性學習方向，以此激發學生的興趣，讓學生在實驗操作中活學活用。比如：生活中打開自來水龍頭，發現剛剛流出的水有難聞的氣味[1]?？梢詫⑦@一現象作為研究性學習活動的“引子”，引出化學藥品制備的現實意義。再如：硫酸亞鐵銨的制備工藝中，某種藥品的量增加過多，但是其產生的產品量并沒有變化，由此引起學生對“過飽和狀態與產品制備的關系”的辯證思考與討論，讓學生認識到在硫酸亞鐵銨制備中藥品量增加的合理性，從而對“增加量的范疇”進行研究。通過課堂活動的把控，讓研究性學習活動有序開展，不僅可以讓學生掌握實驗操作的方法，也可以培養學生關注身邊小事的思想，讓學生認識化學與生活之間的關系，形成積極正確的化學觀念。

（四）評價體系

在研究性學習的課堂教學中，評價體系十分重要。教師需要根據課程內容構建合理的評價體系。第一，應當明確評價方向。當前化學課堂教學中，學生為主，教師為輔。教師在對學生進行評價時，應當注重過程性評價與結果性評價相結合，側重指向學生的研究過程、導向學生的核心素養發展。這種教學評價之中，教師需要對學生的課堂小組合作研究情況、研究性學習成果展示情況進行評價。

二、核心素養導向的高中化學研究性學習的實施——以“硫酸亞鐵銨的制備”實驗教學為例

為了進一步發揮研究性學習教學模式的有效性，讓教師在課堂上開展研究性學習活動，更好地培養學生的核心素養。本次研究以“硫酸亞鐵銨的制備”這節化學實驗課為例，展示實驗課中教師組織學生開展研究性學習教學準備、實施過程，具體如下。

（一）實驗闡述

“硫酸亞鐵銨的制備”是高中化學實驗課，本節課屬于無機化學部分，旨在通過實驗呈現部分無機化學原理與化學反應，讓學生通過實驗學習發展嚴謹邏輯思維、科學精神，感受化學對現代社會的重要價值。本節課主要分為兩個部分，一部分是硫酸亞鐵的制備，另一部分是硫酸亞鐵銨的制備。實驗操作過程，包括稱量、水浴加熱、溶解硫酸銨、蒸發、濃縮、結晶、烘干等。本次“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的研究性學習，主要是為了簡化復雜的實驗學習過程，提高實驗教學高效性。

（二）實驗教學的研究性學習思路

在“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的研究性學習中，教師應當根據魯科版化學教學內容，選擇合適的學習素材。學習素材的選擇直接影響學生的學習效果，關乎是否可以有效發展學生的化學核心素養。對于研究性學習的素材，應當以探究式的實驗作為主要內容，實驗原理與過程聚焦核心理念，運用素材構建情境，強調知識的形成過程。教師也可以從學生的實際生活、現代社會生產生活角度出發，選擇合適的素材，拉近化學學科與學生的關系，激發學生的探究欲望[2]?；诖?，教師確定本次“硫酸亞鐵銨的制備”的研究性學習思路：根據教材中的“硫酸亞鐵銨的制備”實驗方案，調整實驗材料為硫酸亞鐵溶液、硫酸銨固體，以便于縮短實驗試劑的制備周期；將教材中原方案中的硫酸銨用量進行調整，促使實驗方案更穩定安全，讓實驗設計更符合現代工業生產實際，促使研究性學習可以有效發展學生的觀察與分析能力，指向學生核心素養。

（三）教學與學情分析

本節課學習之前，學生已經經歷了多次實驗學習活動，對實驗設計與操作方法、實驗探究學習、小組合作共同探索實驗具備一定經驗，且具有一定的實驗探究能力、操作能力、問題分析能力，具備利用科學語言描述化學實驗過程與現象的能力，具有較強的好奇心與探索欲，對新事物有強烈的體驗意愿等。同時，“硫酸亞鐵銨的制備”實驗教學知識點難度適中，學生能從已學知識中發散思考，運用到本節課的實驗探究中。為了讓學生更有效地參與實驗研究活動，教師可以根據課堂實驗教學的實施情況，提出不同難度的研究學習任務，引導不同能力水平的學生參與，從而促進全體學生的學習與發展。比如：在硫酸銨用量的分析與調整環節，教師可以引導學生進行定性分析，同時提出精準計算的要求。有此能力的學生自然會參與到計算過程中，而能力普通的學生則可以參與到定性分析過程中。

（四）實驗的研究性學習目標

本次“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的研究性學習活動，最終導向是學生的化學學科核心素養。因此，本節課的所有教學環節、教學活動均需要為學生核心素養的發展而服務。教師根據新課程標準要求，結合研究性學習教學模式特征，提出研究性學習目標：（1）分析“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的反應條件、反應物的用量，了解二者對實驗過程與結果的影響；發展學生的分析能力、探究思維、嚴謹科學態度。（2）通過實驗設計與實驗問題探究，發展學生的創新精神、實踐能力。（3）通過操作實驗的結晶環節、分析實驗內減壓過濾原理，體驗實驗探究的過程，探索研究性學習方法。（4）通過研究晶種結晶環節，感受化學的神奇之處，感受化學與現代社會發展之間的關系，發展學生的化學價值觀念與社會責任意識。

（五）研究性學習過程

1.實驗導學案輔助學習

“硫酸亞鐵銨的制備”研究性學習中，教師要充分發揮學生的學習主體性，讓學生真正參與到實驗的研究與探索中，才能夠促進學生核心素養的有效發展。因此，教師需要在課前為學生提供研究性學習導學案（見表1），為學生課前預習提供幫助，讓學生更有效地預習，引導學生提出疑問，提出問題。

在導學案的支持之下，學生提前了解了硫酸亞鐵銨這種化工材料的制備工藝與方法，知道了硫酸亞鐵銨在凈水、化工生產中的作用。學生利用微信進行小組內的交流，提出問題，為之后課堂交流互動做好準備。

2.課堂質疑拉開研究性學習序幕

課堂上，教師可以結合學生的課前導學案的學習情況，引導各學生小組說出自己的疑問。

教師：在課前環節，我們已經了解了現代工業中的硫酸亞鐵銨材料，請問大家是否有關于“硫酸亞鐵銨”的疑問或者不懂之處呢？

各學生小組紛紛交流，提出自己的疑問。

A學生小組：在教材的實驗圖中，向硫酸亞鐵溶液中加入硫酸銨固體，在此之前需要加熱，為什么要加熱呢？另外，固體溶解之后也有加熱步驟，我們不太懂。硫酸亞鐵與硫酸銨之間本來就會發生化學反應，而加熱反而增加了實驗危險，這個步驟是否是多余的呢？

B學生小組表示：我們看到實驗中直接提到了硫酸銨的用量，那這個用量范圍是怎么確定的呢？是以什么為參照的呢？若用量過少或者用量過多，應該會對實驗產生影響吧？

教師：很好，看來大家都有很認真地思考問題。雖然老師沒有辦法直接給大家答案，但是，可以告訴大家的是，答案都隱藏在實驗中。請各小組以自己的問題擬定研究性實驗學習方案，提出你們想要研究的問題，根據這一問題操作與研究實驗吧。請大家認真觀察實驗現象，根據你們的觀察、思考、交流與推理，探尋問題的真相。

3.學生研究性學習與探究

在教師提出研究性學習要求之后，要觀察班級中各學生小組的表現與研究情況，適當參與其中，為學生提供指導，讓學生在不同的研究活動中發展化學核心素養。

考慮到實驗的整體性與學生的學習需求，教師將學生的問題整合起來，要求學生從頭開始進行實驗研究，分別將每組學生的疑問作為研究環節。這樣一來，學生不僅可以解決自己的疑問，也可以進一步拓展化學實驗研究范疇，提高學生的研究性學習高效性。

研究活動（1）：學生小組以“實驗中加熱環節的合理性與必要性”為主要研究內容。研究方案為：以“加熱”為變量，在確定不變量的基礎上，調整變量的實驗時間/條件，觀察實驗變化，推理實驗結果。學生提出：“可以先根據教材內容統一這組實驗的反應條件，確定藥品用量?！痹趯嶋H操作時，學生控制鐵屑量為2g，3monl·L-1H2SO4溶液的用量為15ml。學生按照教材中提供的實驗圖示，在步驟③配制硫酸亞鐵濃溶液之前進行水浴加熱觀察實驗，在步驟⑤操作之前進行水浴加熱觀察實驗。學生開展了5次相同的實驗，每次實驗中藥品用量與其余化學實驗條件不變，加熱時間逐漸縮短至20min。學生記錄多組實驗數據，將每次實驗中的現象記錄下來，進行對比，互相交流。這一過程，既可以讓學生理解這個實驗中“加熱”的意義，更能培養學生的嚴謹科學態度，讓學生掌握比較法的科學分析方法，發展學生的核心素養。

研究活動（2）：學生小組以“確定硫酸銨的用量”為研究內容。研究方案：根據“硫酸亞鐵銨的制備”實驗提出硫酸銨用量的假設，構建虛擬的實驗反應物之間的關系，經過討論對硫酸銨的用量進行計算與分析，掌握硫酸銨用量與硫酸亞鐵轉化率之間的關系。學生提出這樣的假設：20ml溶液與相同體積的純水之間溶解能力存在差異，那么，硫酸銨用量與溶液溶解能力之間的關系，可作為硫酸銨用量的范圍參照。之后，學生開展定性分析，得到結論：硫酸銨的用量，最多不可以超過溶液所能夠溶解的硫酸銨的最大值。得到這個結論之后，各學生小組內能力較強的學生表示：“還可以計算出更精準的數據。”在能力較強學生的帶領之下，各小組學生紛紛參與研究中。學生假設實驗為常溫條件下進行，而常溫之下硫酸銨的溶解度是75.4g，計算上限值是15.1g。學生交流認為：“硫酸銨固體加入的下限不應當比硫酸亞鐵等物質少”，其根據教材中的實驗流程，計算已經反應的鐵的質量，根據方程式進行計算，最終確定下限值3.5g。這一環節中，學生將“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的原理分解融入研究學習活動中，通過探索問題進行化學反應推理、化學關系分析、化學反應中物質量的計算，能夠進一步發展學生的化學語言分析能力、化學表達能力、計算與分析能力、邏輯推理能力，多角度提升學生的核心素養。

研究活動（3）：學生小組通過實驗操作與觀察分析，解決了之前存在的疑惑。之后，教師給學生播放一組實驗演示視頻，讓學生發現“某化工廠中，過飽和狀態的溶液沒有晶體析出”這一現象，構建真實的化工生產情境，引起學生的實驗探究欲望。學生紛紛表示：“為什么過飽和就不析出了呢？溶液中某種物質過多，不是應當更容易析出嗎？”教師提出研究性實驗活動要求：“那么，請大家利用實驗室中的器材，進行實驗操作，在操作中尋找答案吧！”各學生小組紛紛利用實驗樣品設計“硫酸亞鐵銨的制備”的實驗方案。學生為了模擬視頻中的“過飽和狀態”，對實驗方案中反應物的量進行調整，分別開始了2組不同反應物的量的實驗操作與觀察，通過實驗觀察，學生發現實驗的冷卻結晶時間存在差異，且加入晶種與不加入晶種會出現不同的實驗現象[3]。在學生研究與操作的過程中，教師觀察學生的探究情況，適當給予提點，比如：在學生小組要加入硫酸銨固體之前，教師提出：“是否需要將硫酸銨壓碎呢？你們想一想，壓碎與不壓碎是否會有不同呢？想好之后做出決定吧！”在實驗中，教師巡視指導各學生小組的操作過程，及時糾正學生不規范操作的行為。若某學生小組在實驗中出現不理想的情況，則教師可以參與其中，與學生共同分析原因，引導學生探究問題。通過這一環節，學生自主設計實驗方案，根據自己的目的創新實驗細節，同時操作與觀察實驗，能夠進一步發展學生的研究性學習思維，提高學生核心素養發展水平。

4.研究性學習成果與展示

在學生完成研究性學習之后，教師組織學生輪流展示自己的研究性學習成果，并且開展多元化的教學評價。

教師：請大家分別展示你們小組的實驗方案、實驗過程與成果，說說你們的結論。

學生小組：我們小組從“實驗中加熱環節的合理性與必要性”入手，經歷了“確定硫酸銨的用量”“某化工廠中，過飽和狀態的溶液沒有晶體析出”兩個環節的實驗研究，得出結論：硫酸銨溶液中飽和程度過高，浪費材料；蒸發濃縮時，晶膜過少的轉化率較低。因此，在制備硫酸亞鐵銨時，應當控制好反應物的量、加熱的時間與晶種的投入量，協調三者與實驗的關系，才能以最低的成本獲得最多的硫酸亞鐵銨產品。

之后，教師分別從學生小組的“提出疑問”“探索與解決疑問”“實驗中是否出現常見操作錯誤”“是否嚴謹觀察與記錄實驗現象”“是否提出自己的觀點”“是否能夠提出新的思考角度”等評價指標，讓學生自我評價、互評。最后，教師客觀提出對各學生小組的評價，并且提出關于實驗操作、研究性學習的方案，為學生提供學習建議。

結束語

綜上所述，硫酸亞鐵銨的制備是高中化學實驗學習內容之一，以這組實驗為內容開展研究性學習，大大豐富了學生的實驗探究過程，促使學生在實驗設計與操作中更直接地感受化學實驗操作的嚴謹性與科學性，讓學生在深度掌握硫酸亞鐵銨的制備的相關化學知識的同時，發展化學科學精神與邏輯思維，提升學生的化學學科核心素養發展水平。在今后的高中化學教學中，為了更好地培養學生的核心素養，建議教師借鑒本次硫酸亞鐵銨的制備實驗教學活動，優化設計實驗教學的過程與活動形式，為學生搭建研究性學習支架。

參考文獻

[1]汪玉露，童金元，陳茂盛，等.核心素養下高中生物學研究性學習的實施策略：以“城市湖泊遺愛湖水質調查”為例[J].中學生物教學，2023（15）：24-26.

[2]龐春輝，劉文.基于學科核心素養的高中化學研究性學習實踐與研究：以“鏡子的制備”為例[J].中學教學參考，2023（14）：64-67.

[3]許美羨，張賢金.真實情境下的高三化學項目式實驗專題復習：以“硫酸亞鐵銨的制備和組成的分析測定”為例[J].福建基礎教育研究，2023（4）：115-118.

本文系南平市“十四五”中小學（幼兒園）學科教學帶頭人培養對象教育科研課題“化學探究性實驗在研究性學習項目中的應用案例研究”的研究成果。