新高考改革對(duì)高中化學(xué)提出了更嚴(yán)苛的要求,特別是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。新高考注重學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的發(fā)展,提出了新的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。縱觀高中化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀,在科學(xué)探究意識(shí)的激發(fā)、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性方面,依然有改進(jìn)的空間。教師更需要基于新高考導(dǎo)向,探究高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革策略,為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效實(shí)施奠定基礎(chǔ)。
一、新高考背景下高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值
(一)有利于啟發(fā)學(xué)生的多維思維
化學(xué)實(shí)驗(yàn)具備實(shí)踐與理論雙重特性,其實(shí)踐維度要求學(xué)生運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)工具或設(shè)備,遵循特定的操作步驟來(lái)執(zhí)行實(shí)驗(yàn)任務(wù);從理論上講,實(shí)驗(yàn)流程包括搜集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、制訂內(nèi)容計(jì)劃以及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)要求學(xué)生掌握一定的抽象與邏輯推理能力,熟練處理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),準(zhǔn)確理解化學(xué)理論,解析實(shí)驗(yàn)變量及其反應(yīng)條件,這些技能與高考考核標(biāo)準(zhǔn)高度一致。在此背景下,學(xué)生通過(guò)自主操作滴定管,結(jié)合化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程,逐漸形成知識(shí)應(yīng)用能力,還能促進(jìn)其邏輯思維能力的發(fā)展[。同時(shí),學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,可以在理解反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后,自主操控變量實(shí)驗(yàn)或?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn),從中獲得發(fā)展思維、探究思維等能力的發(fā)展。
(二)有利于提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力
高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)著重實(shí)踐操作,學(xué)生基于對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的理解和反應(yīng)機(jī)理的認(rèn)知,通過(guò)驗(yàn)證化合反應(yīng)和離子鑒定等具體知識(shí),強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果,深化記憶。例如中和滴定實(shí)驗(yàn)需要精準(zhǔn)控制試劑用量,焰色反應(yīng)需規(guī)范操作流程。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能幫助學(xué)生在操作中建立“量”的概念,鞏固化學(xué)計(jì)量計(jì)算能力,有助于學(xué)生深入理解知識(shí)本質(zhì),學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)中的顏色變化及氣體生成等現(xiàn)象,能夠建立起宏觀現(xiàn)象與微觀機(jī)制的關(guān)聯(lián)性認(rèn)知,同時(shí),形成實(shí)驗(yàn)安全意識(shí),了解規(guī)范化操作的重要性。
(三)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力
化學(xué)作為研究物質(zhì)組成與變化規(guī)律的學(xué)科,其發(fā)展史本質(zhì)上是通過(guò)實(shí)驗(yàn)突破認(rèn)知邊界的過(guò)程,從元素周期表的發(fā)現(xiàn)到綠色合成工藝的創(chuàng)新,均需經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。新高考中物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)、工藝流程優(yōu)化類試題占比顯著提升,這對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維與遷移能力提出更高要求。一方面,教師可借助銀鏡反應(yīng)、原電池設(shè)計(jì)等探究性實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,激發(fā)創(chuàng)新意識(shí);另一方面,將新型催化劑研發(fā)、碳中和技術(shù)等前沿成果融入教學(xué),通過(guò)模擬工業(yè)制備實(shí)驗(yàn)拓展思維維度,為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的化學(xué)人才奠定基礎(chǔ)。
二、新高考背景下提升高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的要素分析
(一)改進(jìn)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)施
高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)依賴充足的硬件資源作為支撐。學(xué)校需基于國(guó)家教育政策,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,增加實(shí)驗(yàn)設(shè)施投資,以契合高考對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。為滿足高中化學(xué)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)要求,需配置必要設(shè)備,包括酒精燈、試管、量筒、pH試紙、滴定管及電子天平等,以創(chuàng)造適宜的實(shí)驗(yàn)條件。學(xué)校應(yīng)根據(jù)具體需求,周期性地對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)施維護(hù)與保養(yǎng),設(shè)立專屬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室,并強(qiáng)化環(huán)境的維護(hù)與修繕工作。此外,學(xué)校可根據(jù)自身的實(shí)際情況,構(gòu)建智能化、專業(yè)化與情境化的化學(xué)智能實(shí)驗(yàn)室,以支撐高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利實(shí)施。例如:實(shí)驗(yàn)室中集成多媒體設(shè)施,運(yùn)用視頻、動(dòng)畫及虛擬仿真工具演示風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)(如濃硫酸稀釋過(guò)程、氣體爆炸模擬)與精細(xì)操作(如滴定技術(shù)、結(jié)晶提取),旨在使學(xué)生直觀掌握原理,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效能。
(二)明確高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)
新高考背景下,教師在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,需要圍繞具體目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì),確保學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)形成科學(xué)探究能力,促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。教師需結(jié)合化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn),基于高考對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾橐螅鞔_實(shí)驗(yàn)題型的關(guān)鍵考查點(diǎn)(如實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)象分析、誤差解釋),并以此制定教學(xué)目標(biāo)。一方面,需強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能,例如規(guī)范使用儀器(如移液管、容量瓶)、準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生不僅需掌握實(shí)驗(yàn)步驟,還需在實(shí)驗(yàn)前提出探究問(wèn)題(如“濃度如何影響化學(xué)反應(yīng)速率”),設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案,最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。另一方面,需注重培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任意識(shí)。例如:在“污水處理模擬實(shí)驗(yàn)”中滲透環(huán)保理念,在“易燃試劑操作”中強(qiáng)調(diào)安全規(guī)范,引導(dǎo)學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)習(xí)慣和正確的學(xué)科價(jià)值觀。通過(guò)多維目標(biāo)的設(shè)定,幫助學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)研究方向,提升探究質(zhì)量。
(三)科學(xué)制定高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效開(kāi)展需以規(guī)范的操作標(biāo)準(zhǔn)為支撐。為適應(yīng)新高考對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊螅枇⒆憬滩膬?nèi)容(如“物質(zhì)的量濃度溶液配制”“原電池原理探究”),結(jié)合學(xué)生實(shí)際水平,制定分層次的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。例如:基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(如酸堿中和滴定)需明確步驟細(xì)節(jié)(如檢漏、潤(rùn)洗、終點(diǎn)判定),探究實(shí)驗(yàn)(如影響分解速率的因素)需規(guī)定變量控制與數(shù)據(jù)分析方法。同時(shí),教師可參考近年高考實(shí)驗(yàn)真題(如2023年全國(guó)卷“沉淀轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)分析”),提煉考查重點(diǎn),將其融入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。例如:在“鈉與水的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中,從現(xiàn)象觀察、反應(yīng)方程式書寫到安全注意事項(xiàng),均需設(shè)定明確規(guī)范。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo),學(xué)生能夠更高效地掌握實(shí)驗(yàn)核心要點(diǎn),減少操作失誤,提升學(xué)科關(guān)鍵能力[2]。
三、新高考背景下提升高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的策略
化學(xué)被視為高中階段的基礎(chǔ)學(xué)科,涉及化學(xué)原理、知識(shí)和性質(zhì)等內(nèi)容,學(xué)習(xí)這些內(nèi)容離不開(kāi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的支持。所以,高中化學(xué)教師不僅要做好知識(shí)講解工作,更要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和科學(xué)探究能力。引導(dǎo)學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境中深化概念認(rèn)知,明確物質(zhì)轉(zhuǎn)化原理,在自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,發(fā)展拓展和實(shí)踐創(chuàng)新能力。具體操作如下:
(一)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)情境,激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣
“興趣是最好的老師”,為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量與效率,需通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生的探究欲望,使其主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析。傳統(tǒng)教學(xué)模式偏重教師演示,學(xué)生操作機(jī)會(huì)有限,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程流于形式,難以深入理解反應(yīng)本質(zhì)。因此,教師需優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,以學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐為核心,通過(guò)真實(shí)情境增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)代入感[3]。
以蘇教版必修一“鈉的性質(zhì)探究”實(shí)驗(yàn)為例。該實(shí)驗(yàn)聚焦金屬鈉與水反應(yīng)的劇烈現(xiàn)象及產(chǎn)物驗(yàn)證,器材需求簡(jiǎn)單(如鑷子、濾紙、酚酞試液等),適合開(kāi)展分組探究。教學(xué)時(shí),可創(chuàng)設(shè)“消防員如何撲滅金屬鈉火災(zāi)”的實(shí)踐情境,引導(dǎo)學(xué)生思考鈉的性質(zhì)與滅火方法的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生需完成以下任務(wù): ① 用鑷子取綠豆大小鈉塊,吸干煤油后放入水槽; ② 觀察反應(yīng)現(xiàn)象(熔化成小球、嘶嘶聲、溶液變紅); ③ 收集氣體并驗(yàn)證為氫氣; ④ 討論鈉保存方法及事故處理措施。通過(guò)“現(xiàn)象觀察一原理分析一實(shí)際應(yīng)用”的遞進(jìn)設(shè)計(jì),學(xué)生既能掌握鈉的化學(xué)性質(zhì),又能理解實(shí)驗(yàn)結(jié)論與生產(chǎn)生活的聯(lián)系。再如蘇教版選修四“鐵離子檢驗(yàn)”實(shí)驗(yàn),教師可結(jié)合“水質(zhì)檢測(cè)員”職業(yè)情境,提供含 Fe3+ 的待測(cè)水樣,要求學(xué)生設(shè)計(jì)檢驗(yàn)方案。學(xué)生需自主選擇試劑(如KSCN溶液)、規(guī)范操作(膠頭滴管垂直懸空添加),觀察溶液顏色變化,并撰寫檢測(cè)報(bào)告。這種情境化教學(xué)能將抽象知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際問(wèn)題解決方案,顯著提升實(shí)驗(yàn)參與度。
(二)以問(wèn)題為導(dǎo)向,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維
新高考背景下,教師需通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)推理的科學(xué)思維,使其能系統(tǒng)分析化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)與規(guī)律。化學(xué)原理(如勒沙特列原理、氧化還原規(guī)律)均需通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推導(dǎo)得出。教師應(yīng)設(shè)計(jì)階梯式問(wèn)題鏈,引導(dǎo)學(xué)生在“假設(shè)一驗(yàn)證一結(jié)論”的閉環(huán)中構(gòu)建認(rèn)知體系,強(qiáng)化邏輯推理與批判性思維能力。
以蘇教版必修二“催化劑對(duì)過(guò)氧化氫分解速率的影響”實(shí)驗(yàn)為例。教師可設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈: ① 不同催化劑( FeCl3 、 MnO2 、生物酶)的催化效果有何差異? ② 催化劑用量是否影響反應(yīng)速率? ③ 溫度變化會(huì)改變催化效率嗎?實(shí)驗(yàn)前,學(xué)生分組討論提出假設(shè)(如“ MnO2 催化產(chǎn)氣速率最快”),利用注射器定量收集氧氣、秒表計(jì)時(shí)等方法驗(yàn)證猜想。通過(guò)對(duì)比單位時(shí)間內(nèi)氣體生成量,學(xué)生可歸納出“催化劑種類是影響速率的關(guān)鍵因素”等結(jié)論。實(shí)驗(yàn)后延伸討論:醫(yī)用雙氧水消毒時(shí)為何產(chǎn)生氣泡較慢?如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化傷口處理方案?這種問(wèn)題驅(qū)動(dòng)模式能有效提升學(xué)生從現(xiàn)象到本質(zhì)的推理能力。再如蘇教版選修四“濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響”實(shí)驗(yàn),教師可設(shè)置探究問(wèn)題:① 向 K2Cr207 溶液中滴加濃硫酸,溶液顏色如何變化? ② 加入NaOH溶液后為何顏色恢復(fù)? ③ 如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明濃度改變確實(shí)引起平衡移動(dòng)?學(xué)生通過(guò)觀察橙紅色( Cr2072- )與黃色( Cr042- )的相互轉(zhuǎn)化,結(jié)合比色卡定量分析濃度變化,最終理解勒沙特列原理的核心邏輯。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn):引入數(shù)字化傳感器(如pH計(jì)、分光光度計(jì))精確測(cè)定數(shù)據(jù),增強(qiáng)結(jié)論說(shuō)服力。通過(guò)層層設(shè)問(wèn)與實(shí)證分析,學(xué)生逐步形成“宏觀現(xiàn)象一微觀解釋一符號(hào)表征”的化學(xué)思維模型。
(三)創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn),深化科學(xué)探究
新高考背景下,高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需強(qiáng)化學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化方案的能力,通過(guò)變量控制、對(duì)比分析、結(jié)論遷移等環(huán)節(jié),培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究素養(yǎng)。教師應(yīng)基于教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(如“酸堿中和滴定”),通過(guò)材料替換、條件優(yōu)化、裝置改進(jìn)等方式拓展探究維度,引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)證中理解學(xué)科本質(zhì)[4]。
以蘇教版必修一“Fe的檢驗(yàn)方法”實(shí)驗(yàn)為例。教材采用直接滴加KSCN溶液法驗(yàn)證 Fe3+ 存在,教師可創(chuàng)新設(shè)計(jì): ① 提供含 Fe2+ 、 Fe3+ 的混合溶液,要求學(xué)生設(shè)計(jì)分離檢驗(yàn)方案; ② 對(duì)比不同顯色試劑(如KSCN、NaOH)的靈敏度差異; ③ 探究溶液pH值對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響。學(xué)生通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)“先加 H202 氧化 Fe2+ ,再加KSCN溶液顯色”的優(yōu)化路徑,并延伸討論“如何檢測(cè)補(bǔ)鐵劑中的鐵元素形態(tài)”。若實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)異常(如溶液未變紅),則引導(dǎo)學(xué)生回顧試劑添加順序、氧化劑用量等變量,培養(yǎng)誤差分析與方案迭代能力。再如蘇教版選修四“原電池創(chuàng)新設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn),突破教材(銅鋅—稀硫酸模型)限制,提供檸檬、土豆等生物材料替代電解液,或探究不同金屬電極(鎂條、鉛筆芯)的電流輸出效能。學(xué)生通過(guò)多組對(duì)照實(shí)驗(yàn)總結(jié)“電極活性差異與電解質(zhì)導(dǎo)電性是決定電池性能的關(guān)鍵因素”,并嘗試解釋“為什么水果電池?zé)o法持續(xù)供電”。這種開(kāi)放式探究將知識(shí)應(yīng)用與實(shí)際問(wèn)題解決結(jié)合,切實(shí)提升學(xué)生的創(chuàng)新思維與工程實(shí)踐能力。
(四)聯(lián)系生活實(shí)際,增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感
新高考背景下,化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需強(qiáng)化學(xué)科價(jià)值與社會(huì)應(yīng)用的融合,通過(guò)真實(shí)問(wèn)題解決(如環(huán)境污染治理、資源循環(huán)利用),引導(dǎo)學(xué)生理解化學(xué)知識(shí)在可持續(xù)發(fā)展中的關(guān)鍵作用。教師應(yīng)挖掘教材實(shí)驗(yàn)的生活延伸點(diǎn),在“現(xiàn)象觀察一原理分析”基礎(chǔ)上增加“社會(huì)影響評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié),促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)倫理觀與公民責(zé)任感。
以蘇教版必修一“水體中氯離子的檢測(cè)與處理”實(shí)驗(yàn)為例。教師可設(shè)計(jì)情境任務(wù): ① 采集校園池塘水、自來(lái)水、雨水樣本; ② 使用硝酸銀溶液檢測(cè)氯離子濃度; ③ 對(duì)比《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》分析水質(zhì)安全。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)池塘水氯離子超標(biāo)后,延伸探究“如何用化學(xué)沉淀法(如加 Na2C03 )降低氯離子含量”。學(xué)生通過(guò)繪制處理方案流程圖、計(jì)算試劑投放量,理解工業(yè)廢水處理的科學(xué)原理。實(shí)驗(yàn)總結(jié)階段,可討論“含氯消毒劑對(duì)生態(tài)環(huán)境的雙刃劍效應(yīng)”,引導(dǎo)學(xué)生辯證看待化學(xué)技術(shù)進(jìn)步與社會(huì)責(zé)任的關(guān)系。再如蘇教版選修四“食品中鐵元素含量測(cè)定\"實(shí)驗(yàn),教師提供補(bǔ)鐵劑、菠菜、動(dòng)物肝臟等材料,要求學(xué)生用比色法測(cè)定鐵含量,對(duì)照《中國(guó)居民膳食指南》給出飲食建議。通過(guò)分析“缺鐵性貧血人群的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)方案”,學(xué)生既能掌握分光光度計(jì)使用方法,又能深刻體會(huì)“定量分析在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值”。這種教學(xué)策略使知識(shí)習(xí)得與責(zé)任意識(shí)培養(yǎng)同步實(shí)現(xiàn)[5]。
結(jié)束語(yǔ)
新高考改革對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出更高要求,教師需以“素養(yǎng)導(dǎo)向、生活關(guān)聯(lián)、創(chuàng)新實(shí)踐”為核心,通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)激活探究興趣、問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)發(fā)展科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)改良深化探究能力、社會(huì)責(zé)任滲透強(qiáng)化學(xué)科價(jià)值,構(gòu)建四位一體的教學(xué)體系。實(shí)踐中應(yīng)充分挖掘蘇教版教材實(shí)驗(yàn)的拓展空間,將“溶液配制”“物質(zhì)檢驗(yàn)”等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與能源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)等現(xiàn)實(shí)課題有機(jī)結(jié)合,使學(xué)生在解決復(fù)雜問(wèn)題的過(guò)程中形成關(guān)鍵能力與必備品格,真正實(shí)現(xiàn)“知能并重、知行合一”的育人目標(biāo)。
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