核心素養(yǎng)下的化學(xué)微型實驗探討

■吉林省農(nóng)安縣實驗中學(xué) 郭守山

微型化學(xué)實驗是20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)的，其可解釋為以微型化裝置作為實驗儀器所展開的、使用劑量少于常規(guī)實驗90%的化學(xué)實驗。這類實驗儀器是以常規(guī)化學(xué)實驗儀器為依據(jù)進(jìn)行微型化處理，并不是單純體積層面的縮小，它符合新時代所提出的綠色化學(xué)實驗理念，在實驗過程中具有安全、節(jié)約、綠色等優(yōu)勢。基于時代的發(fā)展與教育的變革，傳統(tǒng)的以教師示范為主的化學(xué)實驗已不能滿足新時代的發(fā)展需求，學(xué)生必須具備自主開展實驗的能力，并在實踐中創(chuàng)新發(fā)展，微型化學(xué)實驗恰好符合這一要求。同時，學(xué)生通過化學(xué)微型實驗的親身體驗，也能提升自身在實踐創(chuàng)新、節(jié)約環(huán)保、安全意識、社會責(zé)任等方面的核心素養(yǎng)，對個人全面發(fā)展具有積極影響。根據(jù)我國近些年來中學(xué)實驗教學(xué)特別是農(nóng)村中學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，在化學(xué)學(xué)科的教學(xué)中開展微型實驗，已經(jīng)被國內(nèi)化學(xué)教育工作者高度重視。

一、實驗是化學(xué)研究和學(xué)習(xí)的重要途徑和手段

化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展與實驗密不可分，實驗是化學(xué)學(xué)習(xí)最直接、最常用、最有效的手段和方法。進(jìn)行化學(xué)實驗要在一定的理論基礎(chǔ)上保證化學(xué)實驗的整個過程均符合實驗操作的規(guī)范和要求，學(xué)生在化學(xué)實驗過程中獲得科學(xué)的理論與知識，既符合學(xué)生的年齡特征，又符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，因此實驗在培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)方面是行之有效的。

在化學(xué)實驗過程中，學(xué)生通過對物質(zhì)間發(fā)生反應(yīng)所采用的方法及措施、化學(xué)反應(yīng)變化情況及操作流程、化學(xué)現(xiàn)象的分析，得出化學(xué)反應(yīng)所需要特定的條件與措施。同時，能夠使學(xué)生學(xué)會從物質(zhì)平衡與變化的角度進(jìn)行深入分析，了解化學(xué)反應(yīng)的變化規(guī)律及實質(zhì)。

在進(jìn)行化學(xué)實驗時，學(xué)生應(yīng)根據(jù)實驗內(nèi)容提出猜想與假設(shè)，進(jìn)一步在實驗中對自身的猜想進(jìn)行驗證，這一過程要保證科學(xué)性與合理性，保證實驗結(jié)論符合具體情況。實驗過程和實驗方案的設(shè)計，能夠使學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立解決問題的能力，形成科學(xué)思維方法和開拓創(chuàng)新的能力，提高分析處理化學(xué)信息及文字表達(dá)的能力，形成團(tuán)隊精神。

實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度與創(chuàng)新精神，使學(xué)生在日常生活與學(xué)習(xí)中主動關(guān)注與化學(xué)相關(guān)的社會現(xiàn)象，踴躍參與社會活動，進(jìn)而有效結(jié)合學(xué)習(xí)與生活，了解社會、環(huán)境、化學(xué)、技術(shù)等領(lǐng)域之間的交互特征，清楚科學(xué)技術(shù)對人類社會發(fā)展的重要性，主動承擔(dān)起促進(jìn)社會發(fā)展的使命和責(zé)任，以綠色發(fā)展的健康觀念規(guī)范日常行為和學(xué)習(xí)。

二、微型化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的新途徑

微型化學(xué)實驗是盡可能減少化學(xué)試劑消耗同時又能保證實驗結(jié)果科學(xué)準(zhǔn)確的一種新興的實驗方法，其宗旨是提倡勤儉節(jié)約與綠色化學(xué)理念，能夠減少化學(xué)實驗所消耗的試劑量，進(jìn)而減少化學(xué)實驗帶來的污染，符合新時代提倡的可持續(xù)發(fā)展理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生勤儉節(jié)約的生活習(xí)慣，具有創(chuàng)新性、科學(xué)性、可操作性、典型性、趣味性、合作性等特點，適合學(xué)生的年齡特征。微型化學(xué)實驗可以概括為：實驗室的微型化和超微型化、實驗儀器及裝置的微型化、實驗微型化的創(chuàng)新重組、可操作性家庭實驗的微型化。學(xué)生在運(yùn)用微型化學(xué)儀器進(jìn)行化學(xué)實驗時，通過安裝操作、動腦思考、現(xiàn)象分析等，將化學(xué)學(xué)習(xí)中遇到的枯燥乏味的概念用語、原理定律等變成形象直觀的感性知識，促使學(xué)生主動參與科學(xué)探究，激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)奧秘的欲望，體驗成功的喜悅，養(yǎng)成健康的學(xué)習(xí)習(xí)慣和生活習(xí)慣，激發(fā)對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)造力，是一項理想的提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、責(zé)任擔(dān)當(dāng)和樹立“綠色化學(xué)”環(huán)保意識的教學(xué)手段。

微型化學(xué)實驗中，從實驗儀器的改良到實驗藥品的選擇和制備，從實驗期間出現(xiàn)諸多精彩的化學(xué)現(xiàn)象到顏色、狀態(tài)、氣味的改變，以及化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的聲、光、電、熱等現(xiàn)象，都會呈現(xiàn)出豐富生動的感官沖擊，給學(xué)生帶來無限的思考和探究空間。微型實驗實施過程中，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過查找資料，根據(jù)實驗?zāi)康脑O(shè)計化學(xué)實驗步驟及所用儀器，對實驗儀器進(jìn)行重新組裝與整合，準(zhǔn)備有序開展化學(xué)實驗所需的化學(xué)試劑與材料等，通過詳細(xì)記錄化學(xué)實驗過程及發(fā)生的現(xiàn)象，對其原因及結(jié)果進(jìn)行分析，找到化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生規(guī)律，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及求知欲，培養(yǎng)了學(xué)生的個性和團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊精神。學(xué)生在這期間思維能力與創(chuàng)新精神均能得到強(qiáng)化，使學(xué)生由被動接受教師傳授的知識轉(zhuǎn)向為主動親身參與知識的獲取，有利于學(xué)生的全面發(fā)展，而教師的教學(xué)目標(biāo)也從簡單的內(nèi)容傳輸轉(zhuǎn)到對化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，讓學(xué)生主動掌握學(xué)習(xí)方法，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，保持嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度，進(jìn)而提升自身的核心素養(yǎng)。

微型化學(xué)實驗與傳統(tǒng)化學(xué)實驗的差異在于其具有安全、無污染、現(xiàn)象明顯、操作簡單、耗材少等特征，在實驗成本及實驗效果等方面均有顯著優(yōu)勢。在微型實驗過程中，對實驗過程的精心設(shè)計、實驗過程可能發(fā)生問題的預(yù)判，以及實驗現(xiàn)象和結(jié)果的分析，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生主動參與化學(xué)學(xué)習(xí)的激情，使學(xué)生的核心素養(yǎng)得到升華。

三、加強(qiáng)微型實驗的研究，改變實驗教學(xué)現(xiàn)狀

化學(xué)實驗一直是教育工作面對的難題，十幾年來，我國雖然在實驗教學(xué)上有了較快的發(fā)展，但與許多發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距，主要表現(xiàn)為：一是不做實驗。很多學(xué)校特別是農(nóng)村學(xué)校幾乎沒有化學(xué)實驗室，有實驗室的也是擺幾樣儀器和藥品應(yīng)付上級檢查。傳統(tǒng)實驗課多是教師在課堂上演示或講解，甚至只播放視頻，而學(xué)生只負(fù)責(zé)觀看和記錄，幾乎沒有動手操作的機(jī)會，如果需要學(xué)生做實驗也完全是模仿教師的實驗步驟及內(nèi)容，學(xué)生缺乏自主性與創(chuàng)新性；二是實驗條件差。實驗室不能保證在時間、空間上滿足教材中所規(guī)定的教學(xué)實驗，學(xué)生更是可望而不可及，開放性與實用性不高，阻礙了學(xué)生的個性發(fā)展；三是實驗室更新慢、資金短缺。由于化學(xué)實驗儀器藥品損耗快，學(xué)校不能及時引進(jìn)新儀器，購買實驗藥品。

新高考改革的目的之一是充分發(fā)揮“高考指揮棒”的作用，采取諸多手段培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，實現(xiàn)學(xué)生的全方面發(fā)展。新教材是為了配合新高考的實施和培養(yǎng)全面發(fā)展的學(xué)生而編寫的，其編排的順序及內(nèi)容都是為了適應(yīng)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。2020年秋季我省使用的高中化學(xué)新教材從主要欄目設(shè)置就可以看出，實驗研究與實踐活動等內(nèi)容占有大量的篇幅，幾乎每章每節(jié)都有實驗。因此，新教材的使用中，必須重視實驗教育，通過實驗教學(xué)提高學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的認(rèn)知水平，進(jìn)而使其科學(xué)探究能力、實踐能力、創(chuàng)新能力、環(huán)保意識等都能得到提高，具有社會責(zé)任感和使命感。為了達(dá)成這一目標(biāo)，要求教師充分發(fā)揮自身的指導(dǎo)作用，為學(xué)生的實踐活動創(chuàng)造條件。開展微型化學(xué)實驗，既能解決實驗資金短缺和沒有實驗場所的難題，又能配合新課改培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展的核心素養(yǎng)。

微型實驗已有二三十年的研究歷史，世界上許多國家和地區(qū)參與了這項研究工作。這些年來，各國的化學(xué)教育工作者對微型實驗的研究取得了大量成就，教學(xué)中的實際應(yīng)用證明，微型化學(xué)實驗在教學(xué)中能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，在全面進(jìn)行高考改革和教學(xué)改革大環(huán)境下，微型化學(xué)實驗作為培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要手段和化學(xué)實驗的補(bǔ)充，已經(jīng)超出傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ?，要求我們能夠利用生活中現(xiàn)有的條件和材料隨時做實驗，其重要性也日益凸顯出來。比如，用醫(yī)用點滴管做膠頭滴管、用礦泉水瓶做燒杯、用墨水瓶做酒精燈等來完成一些課堂實驗、家庭實驗，通過有趣的小實驗激發(fā)學(xué)生的化學(xué)實驗熱情，豐富學(xué)生的知識儲備。同時在此期間，學(xué)生的社會責(zé)任、創(chuàng)新水平、科學(xué)意識等均能得到增強(qiáng)。因此，微型化學(xué)實驗具有很好的教學(xué)效果和功能，在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)受到關(guān)注，并逐漸生活化。

總之，微型實驗在化學(xué)教學(xué)中作為常規(guī)實驗的補(bǔ)充，其作用與功能是無法代替的，學(xué)生通過微型化學(xué)實驗可在實踐創(chuàng)新、健康生活、責(zé)任意識等素養(yǎng)方面均得到大幅提升。在當(dāng)前高考改革和教學(xué)改革中，微型化學(xué)實驗的發(fā)展又是化學(xué)實驗的創(chuàng)新和變革，化學(xué)教育工作者應(yīng)根據(jù)微型實驗的發(fā)展引入新的教學(xué)觀念與教學(xué)方法，完成提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要目標(biāo)。因此，微型化學(xué)實驗的研究前景非常廣闊。