核心素养视角下教材实验的创新应用探索

胡卫林 巫继军

摘要：实验在化学教学中承载着多种功能。如何发挥实验在课堂教学中的作用是一个值得不断思考和探讨的问题。结合课堂教学实际，利用教材实验素材，通过增设、优化或改进实验来激发学生学习兴趣、帮助学生理解化学概念与原理、培养学生探究与创新思维能力和科学精神，促进学生人文精神和学科核心素养的发展。

关键词：实验教学;实验创新;核心素养

文章编号：1008-0546（2018）12-0076-03中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.025

没有实验的化学就像没有了灵魂的躯壳，永无进步与创新。新“课程标准” [1]中有18个学生必做实验，不同版本教材中也有较多的演示实验和学生实验，可见实验在中学化学教学中的重要地位。然而，由于升学指挥棒的影响，老师用手在黑板上板演实验，用口复述实验已成为中学化学课堂教学的一种常态，使得实验在化学教学中的功能和价值逐步丧失。如何充分挖掘教材实验素材，发挥实验在化学教学中的作用呢？

一、提供感性素材，帮助学生理解概念和原理

化学概念和原理即是化学教学的主要内容，也是实验探究的理论前提。在教学过程中，教师能从学生已有的认知水平出发，将学生未知的化学概念和理论通过新的实验活动进行总结、归纳，将化学知识以实验的形式表现出来，使学生通过对实验的观察或亲自探究实验获得有关基本概念和基础理论的知识，这有助于学生化学知识的有意义构建 [2]。

如在氧化还原反应的教学中，为便于学生更加直观形象地了解氧化还原反应实质是电子转移，增设了如下两个实验，如图1、2。

实验1：将已打磨过的锌片插入盛有硫酸铜溶液的烧杯中，如图1，观察实验现象。

让学生通过实验现象，写出有关化学反应方程式并判断是否为氧化还原反应，若是，依据是什么？学生根据氧化还原反应的概念可知锌和硫酸铜之间发生了氧化还原反应，教师引导学生分析氧化还原反应中元素价态变化是什么因素所致？并让学生根据图2组装仪器进行实验。

学生通过实验发现，锌片溶解，铜片表面有铜析出（铜片表面增厚变亮），且电流计指针偏转，得出氧化还原反应中伴随着电流的产生。结合实验现象，根据有关物理知识，可归纳出：锌片失去电子，价态升高，电子由锌片经导线定向移向铜片，铜离子在铜片表面得电子价态降低而析出，从而让学生认识到氧化还原反应实质是电子转移（得失或是偏移）。

在讲解氧化还原反应的实质时，教师并没有直接将结论呈现给学生，而是根据学生已有的认知水平，将抽象的概念转化为形象具体的实验现象，学生亲自实验，从可看得见的实验现象入手，应用从宏观到微观，从现象到本质的思维方式，逐步分析得出氧化还原反应实质是电子转移。然后再从电子转移的角度概括氧化反应与还原反应的概念，并建立结构化内容体系，帮助学生加深对概念的理解与记忆，掌握氧化还原反应的核心概念及实质。

二、创设问题情景，开阔学生思维境界

学生积极的思维是基于原有认知与新接收到的信息之间出现的非平衡情况产生冲突，迫切需要解决某个问题开始的。根据认识冲突，通过问题启发学生积极的思维活动，拓展学生的思维空间，激发学生探究的欲望。

如在硝酸的氧化性教学中，根据教材 [3]装置进行铜与浓硝酸反应实验，可以发现溶液呈绿色、试管内充满红棕色二氧化氮气体，再用此装置进行铜与稀硝酸的反应实验时，学生发现溶液变蓝，也产生红棕色气体，只是颜色较浅;但根据教材内容可知铜与稀硝酸反应的确是生成了硝酸铜与无色的一氧化氮气体，为何会出现红棕色气体呢？课堂气氛瞬间活跃起来，最开始学生认为是由于硝酸的浓度所导致的，即前者硝酸浓度大，反应快，气体量多且浓度大，颜色深;而后者硝酸浓度小，反应慢，气体量少且浓度小，颜色浅。但查阅资料后发现，一定浓度的稀硝酸与铜反应的确是只生成无色的一氧化氮气体，否定了此猜想。结合一氧化氮的性质：一氧化氮易与空气中氧气化合生成红棕色的二氧化氮，学生提出了装置中有氧气的存在。据此猜想，设计实验方案，一是将装置内的空气排出，二是防止氮氧化物对环境的影响。经过讨论优化后画出如下装置图，如图3，并进行实验操作。

（1）实验时，先关闭a，打开b，将装置B下移，使碳酸钙与稀硝酸接触产生气体，当C处产生白色沉淀时，立刻将装置B上提，并关闭b。

（2）将铜丝下移，使之与稀硝酸接触，可观察到有无色气体产生，A中溶液由无色变成蓝色且有无色气泡冒出，稍后将铜丝上拉，使之与稀硝酸分离。

（3）打开a，挤压E，使少量空气进入A中，观察现象，可观察到A中液面上出现红棕色气体。

（4）打开b，交替挤压E和F，至装置内氮氧化物气体被氢氧化钠溶液充分吸收。

将稀硝酸换成浓硝酸进行同样的操作，观察现象。

通过铜与浓、稀硝酸反应实验，使学生已有认知与新接触的信息产生冲突，进而打开思维空间，激活学生思维活动，通过讨论分析，用优化后的装置进行实验，让学生消除已有错误认知，加深对正确知识的理解，多个角度体验浓、稀硝酸的强氧化性及其差异性，满足了学生内在的探索欲望，开阔了学生的思维境界，深化了学生思维认识。

三、实施实验探究，培养学生科学思维品质

化學是无数科学家通过实验探索、分析推理、去伪存真发展起来的一门基础学科，化学的学习过程离不开实验探究 [4]，而教材中一些实验安排的主要目的仍是验证物质性质，缺乏对学生逻辑思维形成的深入引导和培养，致使学生参与的积极性不高，阻碍了学生逻辑思维发展的形成和创造性思维的提升;因此，可根据教学内容适当增加或改进一些实验，使其变成趣味化、绿色化的创新型的探索性实验。

如在浓硫酸性质的教学中，将教材 [5]实验装置优化改进，如图4所示，进行实验，通过以下两个环节进行教学。

环节一：

（1）气球变大，是什么原因所导致的呢？

学生提出了气球变大是由于浓硫酸与蔗糖反应放热使空气膨胀所致，但将装置在空气中放置一段时间后，发现气球基本没有大的变化，说明不是主要原因。同学们通过资料查阅与分析，得出气球膨胀主要原因是由于反应产生大量气体所致。

通过此环节的教学，学生的分析问题和论证推理能力得到提升，由于实验的趣味性，课堂气氛也比较活跃，对下面的探究教学起到积极的推动作用。

环节二：

（2）反应产生了什么气体？怎样证明你的推测？

学生发表不同观点：有的说是一氧化碳、有的说是二氧化碳、有的说是二氧化硫、还有的说是它们的混合气体。通过一系列推理论证，同学们最终得出反应生成的是二氧化碳与二氧化硫的混合气体，然后设计实验方案。由于充分尊重学生的自主意识，所以在同学们所设计的实验方案中，仪器的选择多样化，气体检验试剂的选择也是百花齐放，如二氧化硫气体检验，有用品红的，高锰酸钾的，还有用氯化铁溶液的等。学生根据实验方案进行实验探究，并通过实验过程说出自己所发现的问题和所取得的成效！进一步对自己的实验方案进行优化。在同学们所设计的方案中，虽然有些方案还存在一定的缺陷与不足，但整个方案的设计和探究活动过程，确实促进了学生的实验技能及学科素养的提升。

此环节重在培养学生的逻辑思维能力和创新性思维能力，通过对实验方案的设计，对实验内容的探究，对实验方案的再优化等过程，使学生的实验技能和创新思维能力得到培养！

以上几个案例，均是在利用原有实验素材的基础上或改进、或优化、或增加，生成新的探究学习内容，变性质验证实验教学为探究实验教学，增加了实验的趣味性，有效地促进了学生的主动探究意识的形成;不仅在学生理解化学概念和原理上有很大帮助，在学生创新性思维和科学素养的培养中也起到了关键的作用。因此，平时教学中，教师要善于发现和挖掘教材实验资源，增设、改进或优化实验，改变传统单一的、填鸭式的实验教学方式;让实验真正成为学生学习化学的好帮手，成为教师培养学生化学核心素养的得力助手，成为学生锻炼能力的训练场;让学生在化学实验教学中，实验操作能力、探究思维与创新思维能力、科学精神及社会责任得到真正的提升，让化学教学完成新课程赋予的新使命，促进学生人文精神和学科核心素养的形成，落实立德树人的根本任务。

参考文献

[1]  中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017：105

[2]  孙丹儿，王祖浩.化学教师实验研究选题的新视角[J].上海教育科研，2009（2）：91-92

[3]  王磊.普通高中课程标准实验教科书：化学1（必修）[M].山东济南：山东科学技术出版社，2007：80

[4]  吳明好.基于高考对学科核心素养的考查谈高中化学教学[J].中国考试，2017（3）：31-37

[5]  宋心琦.普通高中课程标准实验教科书：化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：100-101