芻議核心素養(yǎng)下高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

陶媛媛

摘 要：高中化學(xué)新課程要求要突出學(xué)生的化學(xué)知識(shí)和核心素養(yǎng)，結(jié)合化學(xué)試題的變更，教師在高中化學(xué)教學(xué)中更應(yīng)當(dāng)注重對(duì)學(xué)生核心學(xué)科素養(yǎng)能力的培養(yǎng)，充分認(rèn)識(shí)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，結(jié)合高中化學(xué)教學(xué)實(shí)際，尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，綜合提高化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和綜合能力。

關(guān)鍵詞：新課程；核心素養(yǎng)；高中化學(xué)

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)的核心素養(yǎng)包括科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新能力、社會(huì)責(zé)任、操作能力、信息素養(yǎng)以及合作能力等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以幫助學(xué)生掌握化學(xué)基本知識(shí)，更可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?chuàng)新思維能力和觀察能力，對(duì)學(xué)生的全面發(fā)展以及培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)起著關(guān)鍵作用。在高中化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生積極參與到實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，根據(jù)所掌握的化學(xué)基本概念理論自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)解決實(shí)際問(wèn)題，不僅能激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)操作能力，更能鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的核心素養(yǎng)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐活動(dòng)，需要學(xué)生具備一定的理論知識(shí)和操作技能，更需要學(xué)生擁有探究型思想、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)行為習(xí)慣等，新課程改革對(duì)高中化學(xué)的核心素養(yǎng)主要內(nèi)容包括變化觀念和平衡思想、科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任、宏觀辨識(shí)和微觀探析、實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識(shí)等?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生能力的要求則和新課程下的化學(xué)核心素養(yǎng)不謀而合，很大程度上達(dá)到了和諧和統(tǒng)一，尤其是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所包含的創(chuàng)新能力、合作交流能力、科學(xué)態(tài)度等都對(duì)學(xué)生的核心素養(yǎng)起到了重大促進(jìn)作用，也是學(xué)生達(dá)到個(gè)人發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步協(xié)調(diào)一致的重要途徑。因此培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)核心素養(yǎng)是培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。

實(shí)驗(yàn)核心素養(yǎng)以實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)為基礎(chǔ)，以學(xué)生的全面發(fā)展為方向，其中實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)、概念、操作技能和思維方式?jīng)Q定了實(shí)驗(yàn)的維度，因此掌握實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)核心素養(yǎng)的前提和基礎(chǔ)。

二、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)核心素養(yǎng)的教學(xué)案例設(shè)計(jì)

物質(zhì)分離和提純是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)項(xiàng)目，也是考試的重難點(diǎn)之一。在授課過(guò)程中，筆者會(huì)先通過(guò)幾個(gè)生活中常見(jiàn)的事例激發(fā)學(xué)生的探究精神。

教學(xué)設(shè)計(jì)：利用多媒體軟件播放荒島求生的畫(huà)面，在天海一色中出現(xiàn)一座孤島，一個(gè)船員漂到孤島上，而孤島沒(méi)有水，那么該船員怎么做才能獲得可飲用的淡水？

觀看完這個(gè)視頻后，筆者向?qū)W生提出問(wèn)題：如果你是該船員，應(yīng)該怎么做？讓學(xué)生討論、交流。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)視頻引發(fā)學(xué)生思考和交流，并通過(guò)物理提純的方式引出化學(xué)提純的方法，帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)施、預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)等，為下面的探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做好鋪墊。

等學(xué)生交流結(jié)束后，讓學(xué)生回答我的問(wèn)題，大部分學(xué)生想到了最簡(jiǎn)單混合物物理分離方法，當(dāng)固體和液體混合的時(shí)候，可以用蒸發(fā)的方法，選取海水加熱直到沸騰，收集水蒸氣凝成的水珠，直到海水蒸發(fā)完，獲取NaCl和H2O。

因此本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：

使用酒精燈、燒杯、試管、導(dǎo)管、分液漏斗根據(jù)蒸餾原理把NaCl溶液中的H2O分離出來(lái)。

實(shí)驗(yàn)分析：蒸發(fā)、過(guò)濾、分液和萃取等是混合物常見(jiàn)的分離方法，而根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析可以發(fā)現(xiàn)混合物中兩種或多種物質(zhì)的沸點(diǎn)要有一定差距，如果沸點(diǎn)或熔點(diǎn)相近，那么蒸餾的方法就缺乏可操作性。因此蒸餾法的原理是要分離的液體混合物中組成成分的沸點(diǎn)不同。那么對(duì)于沸點(diǎn)相近的甲與乙混合物，該如何將甲、乙分離出來(lái)？

探究實(shí)驗(yàn)1：某實(shí)驗(yàn)小組要從碘水中分離碘，請(qǐng)你為該實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)方法，并提出具體的分離方法是什么？

我將學(xué)生分成幾組去做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，以其中一個(gè)小組的答案為例進(jìn)行分析：

該小組的實(shí)驗(yàn)方案是這樣的：

實(shí)驗(yàn)工具：2個(gè)10 mL量筒、2個(gè)100 mL燒杯、酒精燈、試管、125 mL分液漏斗、鐵架臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)材料：碘的飽和水溶液，CCl4

實(shí)驗(yàn)原理：溫度為25°C時(shí)根據(jù)碘在水中的溶解度為0.034g，在CCl4中的溶解度是2.9g。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.混合：用量筒取碘的飽和水溶液10 mL，倒入分液漏斗中，再加入4 mL CCl4，蓋好玻璃塞。

2.震蕩：用右手壓住分液漏斗上端的玻璃塞，左手握住活塞部分，用力震蕩。

3.靜置：將分液漏斗放在鐵架臺(tái)上靜置，觀察發(fā)現(xiàn)上層無(wú)色、下層紫紅色。

4.分液：等液體分層后，將分液漏斗的玻璃塞打開(kāi)，將漏斗下面的活塞打開(kāi)，沿?zé)瓋?nèi)壁慢慢倒出液體，當(dāng)紫紅色液體接近流完時(shí)迅速關(guān)閉活塞。燒杯中的溶液就是碘的CCl4溶液。將分液漏斗中的溶液倒入另一燒杯。

在該小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)萃取劑的核心原理存在認(rèn)知困難，部分學(xué)生不理解萃取劑的選取原則，應(yīng)當(dāng)在什么情況下使用，以及使用萃取操作有什么好處。

而在該實(shí)驗(yàn)中有學(xué)生也提出了一個(gè)問(wèn)題，如果不使用CCl4，而使用其他物質(zhì)能否將碘從原溶劑中萃取出來(lái)？

探究實(shí)驗(yàn)2：以酒精（乙醇）作為萃取劑將碘從碘水中萃取出來(lái)。

學(xué)生采用和第一個(gè)實(shí)驗(yàn)相同的實(shí)驗(yàn)方法和步驟，在試管中加入兩滴管飽和碘水，然后再加入一滴管乙醇，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)靜置后試管中的混合物無(wú)法分層，碘無(wú)法從碘水中萃取出來(lái)。

根據(jù)以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，我向?qū)W生提出一個(gè)問(wèn)題：為什么同樣的實(shí)驗(yàn)步驟下，乙醇無(wú)法將碘從碘水中萃取出來(lái)？

學(xué)生經(jīng)過(guò)討論后認(rèn)為問(wèn)題出在乙醇上，乙醇和水相溶，因此當(dāng)用乙醇作為萃取劑時(shí)，乙醇會(huì)溶于碘水中成為另一種混合物。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中探究和創(chuàng)新性素養(yǎng)的培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新精神是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的關(guān)鍵素養(yǎng)之一，也是化學(xué)教學(xué)的核心素養(yǎng)的重要組成部分；實(shí)驗(yàn)教學(xué)是突出化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的重要功能，也是實(shí)現(xiàn)化學(xué)概念規(guī)律的基本手段。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲取化學(xué)知識(shí)，了解化學(xué)概念，掌握化學(xué)研究方法，進(jìn)而感悟化學(xué)實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)思想。

（一）演示性實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生的探索精神

實(shí)驗(yàn)教學(xué)能培養(yǎng)學(xué)生的觀察力和思維能力，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在于教和學(xué)。高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)中演示性實(shí)驗(yàn)是最為普遍的一種教學(xué)方式，關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作方法是經(jīng)歷過(guò)無(wú)數(shù)次的反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般是在意料之中。

在上述實(shí)驗(yàn)案例中，我通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)引出學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探討，物理實(shí)驗(yàn)是一種演示性實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榇蟛糠謱W(xué)生知道海水加熱使之沸騰形成的水蒸氣遇冷會(huì)凝結(jié)為水，即，實(shí)驗(yàn)結(jié)果已出，只需要掌握實(shí)驗(yàn)操作步驟即可。

新課程背景下，演示性實(shí)驗(yàn)不應(yīng)當(dāng)僅僅滿足于示范作用，而應(yīng)讓學(xué)生在演示的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，激活學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。因此教師可以在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中對(duì)操作方式進(jìn)行一些改進(jìn)，將實(shí)驗(yàn)本身置于創(chuàng)新性的想象上進(jìn)行，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)可以使演示實(shí)驗(yàn)的效果增強(qiáng)，并為學(xué)生提供更加鮮明客觀的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)果上提出新的創(chuàng)造性想法。

（二）精心設(shè)置問(wèn)題，注重實(shí)驗(yàn)討論，激發(fā)創(chuàng)新思維

在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上要給學(xué)生討論的空間，無(wú)論是對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的改進(jìn)還是實(shí)驗(yàn)操作的質(zhì)疑都要允許學(xué)生提出問(wèn)題。由于學(xué)生的水平有限，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程不可能每次都正確，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不一定符合預(yù)設(shè)的目標(biāo)。筆者在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中允許學(xué)生犯錯(cuò)，并對(duì)學(xué)生的失誤進(jìn)行總結(jié)和反饋，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論。

如，在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，筆者提出蒸餾方法的使用范圍，從而引出不適用蒸餾法的混合物分離方法，這樣就可以引出萃取法。當(dāng)然讓學(xué)生分組討論需要在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行，否則會(huì)導(dǎo)致學(xué)生言語(yǔ)和行為上的盲目性及表達(dá)上的空泛。在本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者重視學(xué)生由簡(jiǎn)到難的認(rèn)知規(guī)律，從物理實(shí)驗(yàn)引出化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從蒸餾實(shí)驗(yàn)法引出萃取實(shí)驗(yàn)法，從萃取實(shí)驗(yàn)引出萃取劑的核心問(wèn)題。巧妙設(shè)置問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生關(guān)于實(shí)驗(yàn)的討論，層層遞進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生注重知識(shí)生成和解決問(wèn)題的過(guò)程。

創(chuàng)新本就是在解決問(wèn)題的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，當(dāng)教師提出問(wèn)題后更要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思考，如，探究實(shí)驗(yàn)2就是在學(xué)生思考的基礎(chǔ)上衍生出來(lái)的。探究性實(shí)驗(yàn)1結(jié)束后，筆者就提出問(wèn)題為什么選擇CCl4作為萃取劑？這個(gè)問(wèn)題把學(xué)生放在主體地位，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行思考，當(dāng)學(xué)生回答不出感到困惑的時(shí)候，筆者再適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行點(diǎn)撥——CCl4和水是不相容的，進(jìn)而把學(xué)生思考的焦點(diǎn)放在相溶性上。于是思維比較活躍的學(xué)生就提出了，如果換一種可以和水相溶的物質(zhì)能否把碘從碘水中萃取出來(lái)。

這個(gè)提議就是學(xué)生的創(chuàng)新性思維，是他們?cè)谔骄啃蛯?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的反向思維，反映了學(xué)生善于追根尋底重視深度研究的學(xué)科精神。

（三）注重探究性實(shí)驗(yàn)

新課程背景下，高中化學(xué)教學(xué)也應(yīng)改變過(guò)去一刀切的灌輸知識(shí)方法，無(wú)論在教材還是教學(xué)方法上都要出現(xiàn)適當(dāng)?shù)摹傲舭住?，?duì)部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)規(guī)律和實(shí)驗(yàn)結(jié)果敘述不要追求完整，而是設(shè)計(jì)一些問(wèn)題，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀察的過(guò)程中會(huì)不自覺(jué)地思考這些問(wèn)題并嘗試作答，當(dāng)他們答不出來(lái)的時(shí)候就會(huì)想到通過(guò)新的實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取答案，這就是探究型實(shí)驗(yàn)的衍生過(guò)程。

在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)積極地參與到問(wèn)題的設(shè)置、問(wèn)題的沖突和解決上，是學(xué)生獨(dú)立思考性的集中體現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生將觀察實(shí)驗(yàn)、理性思維和創(chuàng)作實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)。

正如本次教學(xué)設(shè)計(jì)的探究型實(shí)驗(yàn)1和2，兩次實(shí)驗(yàn)都不是筆者提出的，而是在筆者提出問(wèn)題后，學(xué)生很難回答出來(lái)，因此他們自己想到通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決問(wèn)題。當(dāng)然在當(dāng)下的高中化學(xué)教材中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)仍舊占據(jù)較大比重，因此教師可以在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行挖掘，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)變成探究型實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮學(xué)生的主體地位，讓他們自己參與到創(chuàng)設(shè)問(wèn)題、潛心研究和用心設(shè)計(jì)的過(guò)程中。在這個(gè)過(guò)程中，教師也可以鼓勵(lì)學(xué)生用新的科學(xué)方法和思維方法，從而增強(qiáng)他們的創(chuàng)新意識(shí)。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)解決的是知其然的問(wèn)題，是學(xué)生從實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到的感性經(jīng)驗(yàn)，而探究型實(shí)驗(yàn)解決的是知其所以然的問(wèn)題，是學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中獲取的理性經(jīng)驗(yàn)。在本次實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)探究型實(shí)驗(yàn)2發(fā)現(xiàn)乙醇無(wú)法把碘從碘水中分離出來(lái)，而乙醇是可溶于水的，進(jìn)而總結(jié)出萃取劑的選擇最關(guān)鍵的一個(gè)要素是萃取劑和原溶劑不能相溶，這就是學(xué)生通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)得出的理性規(guī)律。其實(shí)在探究實(shí)驗(yàn)1中，筆者給出過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)原理：溫度為25°C時(shí)，碘在水中的溶解度為0.034g，在CCl4中的溶解度是2.9g。這是一個(gè)容易被學(xué)生忽略的知識(shí)點(diǎn)，而部分思維比較靈活的學(xué)生從這點(diǎn)提示中總結(jié)出：萃取劑對(duì)溶質(zhì)的溶解度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原溶劑。這是學(xué)生從探究實(shí)驗(yàn)中自行總結(jié)出的第二條萃取劑選取原則，學(xué)生自己觀察并總結(jié)出規(guī)律，就是一個(gè)創(chuàng)造性的理性思維過(guò)程。

總之，高中化學(xué)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方式，合理利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向探究型實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化，不僅能鞏固教材知識(shí)點(diǎn)，更能啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新探索能力和理性思維能力，進(jìn)而培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)化學(xué)思維，提升化學(xué)核心素養(yǎng)。

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編輯 李琴芳