指導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 提升化學(xué)核心素養(yǎng)

曹軍亭 張 紅

湖北省江漢油田廣華中學(xué)(433124)

核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”。高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)是新課程背景下提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要手段，通過(guò)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主提出問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，在此過(guò)程中既獲得了對(duì)知識(shí)更深刻的理解，又培養(yǎng)了探究精神及創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)全面提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)具有不可替代的作用。如何引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

1 問(wèn)題引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的意識(shí)

要讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，就應(yīng)該采取合理的引導(dǎo)方式讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究以獲得具體的答案，這樣可以顯著提升學(xué)生的思維能力和探究能力。

比如，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室制備氯氣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的主要是讓學(xué)生掌握Cl2的制備方法，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。因此，教學(xué)過(guò)程可以這樣設(shè)計(jì)：教師在引導(dǎo)學(xué)生掌握Cl2性質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合氯元素的存在形態(tài)，激發(fā)學(xué)生利用氧化還原反應(yīng)的知識(shí)，尋找合適的氧化劑(如MnO2、KMnO4、K2Cr2O7、KClO3等)與濃鹽酸反應(yīng)來(lái)制備Cl2，再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合反應(yīng)物的狀態(tài)及反應(yīng)條件，設(shè)計(jì)發(fā)生裝置、凈化裝置，結(jié)合氯氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)確定收集及驗(yàn)滿氣體的方法、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中尾氣處理的方法，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)應(yīng)在通風(fēng)櫥中完成，以免中毒。在實(shí)驗(yàn)方法確定后，教師讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，安全完成實(shí)驗(yàn)并做好記錄。

上述案例主要是通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)引出學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容，讓學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)得出具體的結(jié)果，這種對(duì)知識(shí)的精細(xì)加工策略更有利于學(xué)生靈活地掌握化學(xué)知識(shí)與技能。

2 成就驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生自主探究的熱情

高中生自身能力有限，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)常常存在一些不完美的地方，并且很多結(jié)果與實(shí)際情況存在較大差異。根據(jù)美國(guó)著名教育心理學(xué)家桑代克(E.L.Thorndike)的試誤理論，人的學(xué)習(xí)本身就是通過(guò)嘗試錯(cuò)誤并逐步減少錯(cuò)誤獲得成功的過(guò)程，為此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)并通過(guò)查閱相關(guān)資料，大膽設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，提高實(shí)驗(yàn)操作水平，并通過(guò)試誤，減少錯(cuò)誤，獲得成功的體驗(yàn)，以增強(qiáng)學(xué)生的自我效能感。

比如，在探究濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)，學(xué)生設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果卻得出了相反的結(jié)論，具體內(nèi)容見(jiàn)表1、2。

表1 甲組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)

表2 乙組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)

甲組的同學(xué)得出H2C2O4的濃度越大，溶液褪色越快，反應(yīng)速率越大，與影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素的原理一致。而乙組的同學(xué)卻得出KMnO4溶液濃度越大，褪色越慢，反應(yīng)速率越慢的結(jié)論，與化學(xué)反應(yīng)速率原理恰好相反。在此基礎(chǔ)上組織學(xué)生討論，找出欲使KMnO4溶液褪色，就應(yīng)該使KMnO4完全反應(yīng)，在相同體積的溶液中，KMnO4濃度越大，其中含有的KMnO4的物質(zhì)的量越多，使其褪色所需的時(shí)間既與KMnO4的物質(zhì)的量有關(guān)，又與反應(yīng)速率有關(guān)，因此會(huì)得出相反的結(jié)論。通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及探究告訴我們：①控制反應(yīng)過(guò)程中只有一個(gè)自變量，再研究其對(duì)因變量的影響，在研究化學(xué)反應(yīng)原理及其他關(guān)于對(duì)某些變量的影響因素時(shí)非常重要；②學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤是難免的，而學(xué)生的錯(cuò)誤若利用得好，是難得的課程資源，對(duì)學(xué)生正確地、全面地掌握知識(shí)與技能，提升素養(yǎng)具有非常重要的作用；③學(xué)生認(rèn)識(shí)到錯(cuò)誤的原因后，積極地改正、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，從而得出正確的結(jié)論,既是科學(xué)的探究道路和態(tài)度，又是成功的基礎(chǔ)。

3 類比交流，引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟⒎莾H對(duì)應(yīng)一種實(shí)驗(yàn)方案，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，盡量設(shè)計(jì)不同的方案，并通過(guò)類比交流，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選出最佳實(shí)驗(yàn)方案。既能多角度地理解不同的知識(shí)，又能培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。

比如，在高中化學(xué)“弱電解質(zhì)的電離”一節(jié)的教學(xué)中，學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明CH3COOH為弱電解質(zhì)，有的學(xué)生配制0.1 mol/L的CH3COOH溶液，然后使用pH試紙測(cè)定溶液的pH；有的學(xué)生配制等物質(zhì)的量濃度的鹽酸和醋酸溶液，分別與鎂條反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)速率確定醋酸是弱酸；有的學(xué)生設(shè)計(jì)出在醋酸鈉溶液中加入酚酞溶液，根據(jù)其溶液呈堿性得出結(jié)論；還有的學(xué)生在醋酸溶液中加入石蕊試液呈紅色，再加入醋酸銨固體，溶液紅色變淺等。

對(duì)此，教師不需要急于給出結(jié)論、評(píng)價(jià)正誤或評(píng)定最佳方案，而是鼓勵(lì)學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)方案同其他學(xué)生進(jìn)行類比，從原理是否合理、原料是否易得、操作是否簡(jiǎn)單等方面進(jìn)行比較，從而優(yōu)化自身方案或確定最佳方案。這樣不但可以幫助學(xué)生更加全面的認(rèn)識(shí)自己的實(shí)驗(yàn)方案，而且還能夠使學(xué)生在交流中開(kāi)闊眼界，繼而提升化學(xué)核心素養(yǎng)。

4 積極探索，提升學(xué)生定量實(shí)驗(yàn)探究的能力

總之，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)正確引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生在自主探究的過(guò)程中培養(yǎng)及提升自身科學(xué)思維、創(chuàng)新實(shí)踐能力，促使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神，極大提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。