基于核心素養的初中化學實驗教學儀器改進的實踐研究

摘要：隨著教育改革的不斷深入，核心素養的培養逐漸成為教育領域關注的焦點。在初中化學實驗教學中，教學儀器的改進對于提升學生的核心素養具有重要意義。化學實驗儀器作為化學教學的重要工具，其質量和性能直接影響著教學效果和學生的學習體驗。本研究聚焦于初中化學實驗教學儀器的改進，通過對現有實驗教學儀器的分析和改進實踐，力求為初中化學實驗教學提供更有效的支持，促進學生在化學學科學習中的全面發展。

關鍵詞：核心素養" 初中化學" 實驗教學儀器" 實踐研究

一、引言

（一）研究背景

隨著教育改革的不斷深入，培養學生的核心素養已成為教育的重要目標。化學是一門以實驗為基礎的科學學科，實驗教學在培養學生的科學素養、創新能力和實踐能力方面具有不可替代的作用。然而，在初中化學實驗教學中，現有的實驗教學儀器在某些方面存在不足，如操作煩瑣、安全風險高等，影響了實驗教學的效果，限制了實驗教學的效果和學生核心素養的培養。因此，對初中化學實驗教學儀器進行改進，提高其實用性和安全性，具有重要的現實意義。

（二）研究目的

本研究旨在通過對初中化學實驗教學儀器的改進實踐，提高實驗教學的質量和效果，培養學生的核心素養，包括科學探究能力、創新思維能力、問題解決能力等。

（三）研究意義

1.理論意義

本研究有助于豐富初中化學實驗教學的理論體系，為實驗儀器的改進提供理論支持和指導。

2.實踐意義

通過改進實驗儀器，能夠提高實驗的安全性、準確性和可操作性，激發學生的學習興趣和積極性，提升學生的實驗技能和綜合素養，為學生的未來發展奠定堅實的基礎。

二、核心素養與初中化學實驗教學

（一）核心素養的內涵

核心素養是指學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，包括文化基礎、自主發展、社會參與三個方面，綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新六大素養。

（二）初中化學核心素養的構成

初中化學核心素養主要包括化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任四個方面。

（三）初中化學實驗教學對培養核心素養的作用

初中化學實驗教學在培養學生的核心素養方面具有獨特的優勢，能夠幫助學生形成化學觀念，培養科學思維，提高科學探究與實踐能力，樹立科學態度與責任意識。

1.有助于學生形成化學觀念

通過實驗，學生能夠直觀地觀察到化學現象，理解化學概念和原理，從而形成正確的化學觀念。

2.培養學生的科學思維

實驗過程中，學生需要進行觀察、分析、推理、判斷等思維活動，有助于培養學生的邏輯思維、批判性思維和創新思維。

3.提高學生的科學探究與實踐能力

學生在實驗中親自動手操作，經歷實驗探究的過程，能夠提高實驗設計、操作、觀察、記錄、分析和總結的能力。

4.培養學生的科學態度與責任意識

實驗要求學生嚴謹認真、實事求是，能夠培養學生尊重科學、熱愛科學的態度，以及對環境和社會的責任感。

三、初中化學實驗教學儀器的現狀

初中化學實驗常用的教學儀器包括試管、燒杯、量筒、酒精燈、玻璃棒等，這些儀器在實驗中發揮著不同的作用，但在使用過程中也存在一些問題。

（一）現有實驗教學儀器存在的問題

1.儀器的精度和準確性不足

部分實驗教學儀器的刻度不夠精確，測量結果存在較大誤差，影響實驗數據的可靠性。

2.儀器的安全性有待提高

一些實驗教學儀器在使用過程中存在安全隱患，如加熱儀器的防爆性能差、有毒氣體排放裝置不完善等。

3.儀器的操作便利性不夠

部分儀器的設計不合理，操作煩瑣，增加了實驗的難度和時間成本。

4.儀器的功能單一

一些實驗教學儀器只能完成特定的實驗任務，缺乏通用性和擴展性，無法體現實驗的創新性和綜合性。

（二）問題產生的原因

1.儀器制造工藝和材料的限制

部分實驗教學儀器的制造工藝不夠先進，使用的材料質量不高，導致儀器的性能不佳。

2.對實驗教學需求的了解不足

儀器制造商在設計和生產過程中，沒有充分考慮初中化學實驗教學的實際需求和學生的特點。

3.學校對實驗教學儀器的投入不足

由于經費等原因，學校在實驗教學儀器的購置和更新方面投入有限，導致實驗儀器老化、落后。

四、初中化學實驗教學儀器改進的原則和方法

（一）改進原則

1.科學性原則

確保改進后的儀器不違背化學實驗所依據的基本原理，在涉及定量實驗時，改進后的儀器要能保證實驗數據的準確性和可靠性，減小誤差，提高實驗數據的科學性。科學性原則還體現在對實驗安全的保障上。化學實驗中會涉及一些易燃易爆、有毒有害的物質，儀器的改進不能破壞原有的安全設計，而要進一步提高安全性。合理的實驗操作是基于科學方法的，改進后的儀器要便于進行科學規范的操作。

2.實用性原則

改進后的儀器要便于操作、維護和保養，還要注意應能夠提高實驗效率。遵循實用性原則改進的儀器可以更好地適應各種教學環境。一些學校可能實驗空間有限，那么可以對一些大型實驗儀器進行小型化改進，使其更便于在有限的空間內使用。在改進實驗教學儀器時，還應充分考慮成本因素，盡量利用現有資源和材料，降低改進費用。

3.創新性原則

創新性的儀器改進能夠使儀器具備更多的功能，極大地激發學生對化學實驗的興趣。創新性原則鼓勵將現代科技與傳統化學實驗儀器相結合，往往伴隨著新的實驗設計理念。

（二）改進方法

1.材料替代

選用性能更優、價格更低廉的材料制作實驗教學儀器，如用塑料代替玻璃制作某些儀器，降低儀器的成本和克服玻璃易碎性的缺點。

2.結構優化

對實驗教學儀器的結構進行重新設計，使其更加合理、緊湊，提高儀器的性能和操作便利性。

3.功能整合

將多種功能集成在一個實驗儀器上，減少儀器的數量和操作步驟，提高實驗的效率和綜合性。

4.技術應用

引入先進的技術，如傳感器技術、自動化控制技術等，提高實驗教學儀器的智能化水平和測量精度。

五、初中化學實驗教學儀器改進的實踐案例

（一）改進氧氣制取實驗裝置

1.原實驗裝置存在的問題

原實驗裝置中，加熱高錳酸鉀制取氧氣時，試管口容易堵塞，氧氣收集速度慢，且實驗結束后拆卸儀器不方便。

2.改進后的實驗裝置

采用大口徑試管，并在試管口安裝防堵塞裝置；使用排水法收集氧氣時，采用新型的集氣裝置，提高氧氣收集速度；將反應裝置和收集裝置一體化設計，便于拆卸和清洗。

3.改進效果

改進后的實驗裝置有效地解決了原裝置存在的問題，提高了實驗的安全性和效率，能夠讓學生更順利地完成實驗。

（二）改進酸堿中和反應實驗儀器

1.原實驗儀器存在的問題

原實驗中，通過滴加酸堿溶液觀察指示劑的顏色變化來判斷反應的終點，由于溶液混合不均勻，反應終點判斷不準確。

2.改進后的實驗儀器

設計一種磁力攪拌裝置，使酸堿溶液能夠充分混合，同時使用pH傳感器實時監測溶液的pH值變化，準確判斷反應的終點。

3.改進效果

改進后的實驗儀器提高了實驗的準確性和科學性，有助于學生更深入地理解酸堿中和反應的本質。

（三）改進二氧化碳制取與性質實驗儀器

1.原實驗儀器存在的問題

原實驗中，制取二氧化碳的裝置復雜，操作煩瑣，且二氧化碳的性質實驗需要利用多個儀器分別進行，實驗連貫性差。

2.改進后的實驗儀器

將二氧化碳的制取裝置和性質實驗裝置整合在一起，通過巧妙的設計，實現了制取、收集、性質實驗的一體化操作。

3.改進效果

改進后的實驗儀器簡化了實驗操作，增強了實驗的趣味性和連貫性，激發了學生的學習興趣和探究欲望。

（四）改進金屬與酸反應速率實驗儀器

1.原實驗儀器存在的問題

原實驗將金屬分別放入裝有酸溶液的試管中，通過觀察產生氣泡的速率來比較金屬與酸的反應快慢。然而，這種方式難以直觀、準確地對比不同金屬產生氣泡的速率差異，且無法同時進行多種金屬的對比實驗。

2.改進后的實驗儀器

設計一個帶有多個反應槽的透明容器，每個反應槽都可以放入一種金屬和相同體積、濃度的酸溶液。在反應槽上方連接帶有刻度的集氣管，用于收集產生的氣體。

3.改進效果

通過集氣管中氣體體積的增加速度，可以清晰、直觀地比較不同金屬與酸反應產生氣體的速率。能夠同時進行多種金屬的對比實驗，提高了實驗的效率和準確性，增強了學生對金屬活動性順序的理解。

（五）改進燃燒條件探究實驗儀器

1.原實驗儀器存在的問題

原實驗通過在銅片上分別放置白磷、紅磷以及向水中的白磷通入氧氣來探究燃燒的條件。但實驗中白磷燃燒產生的白煙會污染環境，且銅片的傳熱效果有限，有時紅磷不能明顯燃燒。

2.改進后的實驗儀器

使用一個透明密閉的玻璃容器，內部設置可升降的隔板，將容器分為兩部分。在一側放置白磷和紅磷，另一側通過導管引入氧氣。容器頂部連接尾氣處理裝置，以吸收燃燒產生的白煙。

3.改進效果

可升降的隔板能夠更好地控制白磷和紅磷與氧氣的接觸，使實驗現象更加明顯。尾氣處理裝置有效減少了環境污染。同時，透明的玻璃容器便于學生全方位觀察實驗現象。

（六）改進分子運動實驗儀器

1.原實驗儀器存在的問題

原實驗用大燒杯罩住兩個分別裝有濃氨水和酚酞溶液的小燒杯，通過觀察酚酞溶液變紅來證明分子的運動。但該實驗中氨氣擴散較慢，需要較長時間才能觀察到明顯現象，且氨水的刺激性氣味容易擴散到空氣中。

2.改進后的實驗儀器

使用一個透明的U形管，在U形管兩端分別滴加酚酞溶液和濃氨水，中間用脫脂棉隔開。

3.改進效果

U形管的設計縮短了分子運動的距離，使實驗現象在短時間內就能明顯呈現。脫脂棉能在一定程度上阻擋氨氣的快速擴散，減少氨氣對空氣的污染，同時也便于學生清晰地觀察到分子運動的過程。

以上這些具體案例，能夠很好地展現初中化學實驗儀器改進的實踐成果和意義。

六、初中化學實驗教學儀器改進的效果

（一）學生核心素養的提升

通過對學生進行問卷調查、實驗操作考核和學業成績分析，發現經過實驗教學儀器改進后，學生的科學探究能力、創新思維能力、問題解決能力等核心素養得到了顯著提升。

（二）實驗教學質量的提高

改進后的實驗教學儀器使實驗在安全性、準確性、可操作性等方面有了明顯改善，提高了實驗教學的效果和質量，也使教師的教學滿意度得到了提高。

（三）對學校實驗教學資源的優化

實驗教學儀器的改進實踐充分利用了學校現有的實驗資源，減少了儀器的購置和更新成本，優化了學校的實驗教學資源配置。

七、結論與展望

（一）研究結論

本研究通過對初中化學實驗教學儀器的改進實踐，得出以下結論：

（1）基于核心素養的初中化學實驗教學儀器改進是可行且必要的，能夠有效提升實驗教學的質量和效果，培養學生的核心素養。

（2）實驗教學儀器的改進應遵循安全性、準確性、便利性、創新性和經濟性等原則，采用材料替代、結構優化、功能整合和技術應用等方法。

（3）改進后的實驗教學儀器在實踐中取得了良好的效果，使學生的核心素養得到了顯著提升、實驗教學質量得到了提高、學校的實驗教學資源得到了優化。

（二）研究展望

盡管在初中化學實驗教學儀器改進方面取得了一定的成果，但本研究仍存在一些不足之處。未來的研究可以從以下幾個方面進一步深入。

（1）擴大實驗教學儀器改進的范圍和深度，涵蓋更多的實驗內容和儀器類型。

（2）加強與儀器制造商的合作，推動改進后的實驗教學儀器的產業化生產和推廣應用。

（3）探索實驗教學儀器改進與信息技術的深度融合，如開發虛擬實驗儀器、數字化實驗和在線實驗教學平臺。

（4）進一步研究實驗教學儀器改進對學生核心素養培養的長期效果和影響機制。

總之，基于核心素養的初中化學實驗教學儀器改進對于提升學生的核心素養具有重要意義，可以激發學生的學習興趣和積極性，提高實驗教學的效果和質量。初中化學實驗教學儀器的改進是一個不斷探索和創新的過程，需要廣大教育工作者和相關人員的共同努力。在未來的教學實踐中，我們應繼續關注基于核心素養的初中化學實驗教學儀器改進的研究與實踐，為培養更多具有創新精神和實踐能力的高素質人才做出更大的貢獻。

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責任編輯：丁 蔚