核心素养视域下化学实验探究课的教学

俞桂飞

摘要：实验是激发学生学习兴趣、培养学生学科核心素养的重要途径，素养为本的课堂教学是当前实验课堂教学的应然选择。文章以“氧气的制取”为例，提出基于核心素养视域下的初中化学实验探究课的教学设计要以生为本：创设问题情境，激发学习兴趣;开展实验探究，发展核心素养;促进深度学习，提升思维能力。

关键词：化学核心素养;情境;实验探究;深度学习

文章编号：1008-0546（2021）03-0068-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.03.016

一、问题的提出

化学是初三学生的启蒙学科，化学课堂应该有“化学味”，特别要让学生感受到化学实验独特的魅力，让学生爱上化学。初三学生学习化学的时间短，部分老师的化学课堂采用压缩实验探究的时间，强化向学生灌输化学基本知识，忽略了学生的实验技能的培养，学生的化学学科素养得不到提升。新课标要求教师开展“素养为本”的化学课堂教学，高中化学课改必然影响初中化学的课堂教学，“素养为本”的课堂教学也必将成为初中化学新课改的应然选择。“素养为本”化学课堂教学要以发展学生化学学科核心素养为主旨，将落脚点放在课堂教学设计和实施上[1]。下面笔者以“氧气的制取”为例，谈一谈初中化学实验探究课如何落实发展学生的化学核心素养。

二、教学理念与设计思路

课堂教学要培养学生终生学习的能力。“氧气的制取”是沪教版初中化学上册第2章第1节“性质活泼的氧气”中的内容，学生在第1课时学习了氧气的性质和用途，学生很想知道老师带来的氧气是怎么制取的。由于氧气是学生在初中首次重点学习的气体，通过氧气的制取要使学生掌握气体制取的一般思路。而氧气的制法包含工业制法和实验室制法，故把氧气的制法分为2课时内容，第2课时主要介绍氧气的工业制法和实验室用高锰酸钾制取氧气，并采用分组实验的形式让学生在实践中增进理解，同时要求学生用自己制取的氧气来进行铁丝燃烧的实验，以巩固铁丝燃烧的现象及操作要点。第3课时主要介绍双氧水和二氧化锰制取氧气以及用氯酸鉀和二氧化锰制取氧气。本节课的教学内容起着承上启下的作用，同时为后面学习CO2和H2的制法打下基础，对学生化学核心素养的培养具有重要作用。本节课的教学流程如图1所示。

1.联系生活，感知应用

师：在淘宝上有各式便携式氧气呼吸器（如图2），它方便了一些特殊人群，你们知道氧气呼吸器中氧气是怎么制取的呢？

生：不知道。

师：是植物的光合作用形成的吗？为什么？

生：不是，光合作用产生的氧气不便于收集。

师：此氧气呼吸器中的氧气是通过工业制法获得的。对于气体的制法，我们一般要研究其工业制法——即大量气体的制取方法，还要研究其实验室制法——即少量气体的制取方法。图2便携式氧气瓶呼吸器

设计意图：淘宝是学生感兴趣的购物平台，以学生生活中可能要用到或见过的氧气呼吸器来引入氧气的制取，以此来激发学生的学习兴趣，也体现学以致用的理念。

2.阅读课本，提取信息

师：工业上如何获得大量的氧气呢？

师：我们周围最容易得到含有氧气的资源是什么？用什么方法可以得到氧气呢？

生：空气。……

师：好，请同学们阅读课本P35“交流与讨论”和正文的第一节内容，并结合课本内容和PPT上展示的图片（如图3），回答以下问题。

师：①工业制氧气的方法叫什么？其原理是什么？

②工业制氧气是物理变化，还是化学变化？为什么？

生1：分离液态空气法;原理是利用氮气、氧气的沸点不同。

生2：是物理变化。因为变化过程中没有新物质生成。

师：分离液态空气制取氧气就是工业上获取大量氧气的方法。此方法原料易得，并且成本低。

设计意图：通过文本的阅读，培养学生的自学能力和信息提取能力，利用工业制取氧气简图培养学生建模能力，进一步深化理解工业制取氧气的原理，培养学生深度学习的能力。

3.教师演示，提升示范

师：如果想要制取少量的氧气用于课堂实验，该如何制取呢？

生：用实验室制法。

师：对，前面一节课老师带到班上实验用到的氧气就是在实验室制得的。同学们想不想用实验室制法来亲手制一瓶氧气呢？

生：（齐声）想。

师：实验室是通过化学变化制氧气，那么选择药品的原则是什么呢？

[PPT提示]：一种物质可以通过化学变化变成其他物质，但反应物与生成物含有同种元素[2]。

师：那么用于实验室制氧气的药品在组成上应具备什么条件呢？

生：原料要含有氧元素。

师：含氧元素的物质是不是都可以用于实验室制氧气？

PPT提示：

师：加热氧化汞和电解水适合实验室制取氧气吗？为什么？

生：都不适合。加热氧化汞生成汞，会造成空气污染，而电解水会消耗大量电能，操作复杂。

师：对，上述方法不适合在实验室制取氧气，你们认为选择制取氧气的药品时要考虑哪些因素呢？同学们可以讨论一下，然后再回答。

生：选择制取氧气的药品时要考虑这几个原则：①药品中含有氧元素;②环保;③操作简单;④节能。

师：充分考虑上述因素，在实验室制氧气可选择的药品有：①高锰酸钾;②过氧化氢;③氯酸钾。

设计意图：通过具体制取氧气的原理介绍和讨论，使学生掌握选择药品的方法，首先要考虑药品要含有某种元素，即遵循元素守恒思想，同时要求产物要环保，操作要简单、节能，以此来培养学生的元素观、守恒观、变化观、绿色观等。

师：好，这一节课我们先来学習用高锰酸钾来制取氧气。

师：同学们看一下，高锰酸钾是一种紫黑色的固体。其制取氧气的反应原理是：

师：我们该选择什么样的装置来制取氧气呢？下面有3个装置你们认为选用哪一个装置？（PPT展示，如图4）。

生：选择装置A。

师：为什么选装置A，而不选择装置B或C呢？

生：反应条件是加热，反应物高锰酸钾是固体，而装置B和C的反应物中有液体。

师：哦，那气体发生装置的选择要考虑什么呢？

生：要考虑反应物的状态和反应的条件。

师：制出的气体该如何收集呢？我们来看一个资料。

【PPT提示】：气体的收集方法

师：根据提供的信息，氧气可以选择哪些方法收集呢？

生：可以选择排水集气法或向上排空气法。

师：你选择氧气的收集装置的理由是什么？

生：因为氧气不易溶于水，所以可用排水集气法;同时氧气的密度比空气大，所以又可用向上排空气法。

师：选择一种气体的收集方法需要考虑气体的哪些性质？

生：需要考虑气体的密度和溶解性。

师：对，气体的收集方法是由气体的密度和溶解性决定的。

师：（PPT展示装置图，如图5）这是制取氧气的装置图，左边是发生装置，右边是收集装置。请同学们来说一说该实验中用到哪些仪器？

生：有铁架台、酒精灯、试管、集气瓶、水槽、导气管……

设计意图：通过呈现气体收集资料卡，使学生了解气体的一般收集方法，帮助学生建立模型，为后面将要学习的气体莫定基础，培养学生“证据推理与模型认知”的能力。

师：下面由老师给同学们演示一下用排水法和向上排空气法各收集一瓶氧气，请同学们注意观察老师的操作，并总结出实验步骤……

师：老师在试管口放塞一团棉花的作用是什么？

生：防止高锰酸钾粉末进入导气管。

师：如果水槽中的水变红了，则在操作上有什么错误？

生：试管口没有放一团棉花。

师：老师在排水法收集氧气时，看到什么现象时，证明集气瓶已满？

生：有气泡从瓶口向外冒出时，证明氧气已满。

师：老师现在用向上排空气法收集氧气，如何证明已集满氧气？

生：用一根带火星的木条放在瓶口，若木条复燃，则氧气已满。

师：用排水法收集的氧气是纯净的，但不干燥，而用向上排空气法收集的氧气是干燥的，但不纯净，它们各有利弊。

师：从老师刚才的实验中，你能总结出用高锰酸钾制取氧气并用排水法收集的步骤是什么？请同学们思考并讨论后回答。

生：①检查气密性→②装药品→③固定仪器→④点燃酒精灯→⑤收集气体→⑥从水槽中移除导管→⑦熄灭酒精灯

师：这么多步骤很难记住吧，你们有什么更好的方法吗？

生：……

师：我们知道我国的税收取之于民，用之于民，这个步骤我们采用谐音记忆为：“连茶庄定点收利息”。这样好记吗？

生：太好记了……

设计意图：通过教师演示实验取代播放实验视频，进一步增强示范作用，让学生感悟化学的真和美，培养学生建模能力。用谐音记忆使学生掌握制取氧气的步骤，培养学生的抽象思维能力。

4.学生分组，增强实践

师：刚才老师示范了氧气制取的整个操作，下面请同学们以小组为单位进行分组实验，用高锰酸钾制取2瓶氧气，其中1瓶用排水法收集，另1瓶用向上排空气法收集。用排水法收集的氧气来进行铁丝燃烧的实验，药品高锰酸钾用量约4药匙，请同学们协作完成。

师：（在各小组间指导学生操作）略。

生：（合作完成分组实验）略。

师：好，请同学们放下手中的仪器。通过观察，我发现共有6组铁丝成功燃烧，你们观察到铁丝在氧气中燃烧的主要现象有哪些呢？

生1：在氧气中剧烈燃烧，产生火星四溅的现象，生成了黑色固体。

师：铁丝在氧气中燃烧现象很剧烈，但还有两组中铁丝未燃烧，请实验未成功的小组分析下实验未成功的原因并各派1名学生代表回答。

生2：可能收到的氧气不纯。

师：经过怎样的操作会导致收到的氧气不纯呢？

生3：导管口刚冒气泡就开始收集气体，导致收到氧气不纯。

师：是的，刚冒气泡就收集，发生装置中的空气受热膨胀进入集气瓶中，因而氧气浓度低，铁丝无法燃烧。另外1小组你们失败的原因找到了吗？

生4：我们在收集满氧气时，先将集气瓶移离出水面，然后再盖上玻璃片的，氧气逸出了一部分。

师：有可能。用排水法收集氧气时，集气瓶要在水下盖好才能取出并正放在桌面上，以避免氧气逸出。请其它小组再来谈谈你们成功的经验。

生5：收集的氧气要纯净，同时铁丝要打磨光亮，要待火柴梗快燃尽时伸人氧气瓶中。

生6：铁丝伸人集气瓶时，不能将玻璃片拿开，仍要盖住一部分，避免过多氧气逸出。

师：铁丝燃烧的现象令人震撼，很精彩，这个实验只要我们规范操作、注意细节就能成功。老师发现有两组的大试管破裂了，你们这两组的大试管破裂的原因是什么？请你们思考并讨论一下原因，然后说明原因。其他组的同学听听他们说的是否合理。

生7：可能是大试管口未略向下倾斜，冷凝水倒流使试管炸裂。

生8：停止实验时，我们是先撤导管，再灭酒精灯的，使水槽中的水倒流到大试管中了。

师：你们认为他们分析的原因合理吗？其他组的同学，你们认为还有可能是什么原因造成的？

生9：他们的分析是合理的，还有可能是加热试管时未充分预热，或者试管外壁有水未擦干就直接加热了。

师：是的，造成试管破裂的原因有很多，究竟是什么原因？我們要根据实际的实验来分析原因。

师：实验成功的6个小组集气瓶有破裂的吗？不要紧张，老师不要你们赔偿，但要求你们能分析出原因即可。

生10：我们这组在操作时，有点紧张导致铁丝碰到了集气瓶壁，所以集气瓶外壁炸裂了。

生11：我们这一组在收集氧气时忘记在集气瓶底留少量水，生成物掉人集气瓶底导致瓶底炸裂了。

师：同学们分析得很好，实验中造成仪器破损并不可怕，关键要能从实验中获取经验和教训，有时失败的经历比成功的经验更具有价值。

设计意图：通过学生分组实验，培养学生实验操作能力，用理论指导学生实践，在实践中培养学生的反思能力，要让学生学会分析，特别是实验失败原因;通过师生深度对话，培养学生的“证据推理和模型认知”的能力。

5.巩固总结，促进反思

练习：略。

师：同学们，你们学习了这节课，有哪些收获？

生1：我收获了如何选择制取气体的药品、会选择气体的发生和收集装置、掌握了高锰酸钾制取氧气的原理和操作。

生2：通过实验我收获了如何进行合作，知道实验失败并不可怕，关键要弄清楚失败的原因。

师：你们能把本节的学习内容构建成一张思维导图吗？请每位同学在下面画一画。

投影：用希沃授课助手投影学生画的思维导图样例，如图6。

师：氧气的制取是同学们在初中首次重点学习的气体制取方法，我们要把研究和学习氧气制法的方法用到今后将要遇到的其它气体的学习和研究之中，让这种含“氧”的学习力伴随你们的一生。同时希望同学们在将来能研究出更简易的氧气制取方法，来造福我们的人类吧。

设计意图：引导学生在熟练掌握本课知识和技能的基础之上，提炼和汲取学习化学的方法，帮助学生树立正确的价值观，培养学生的“科学精神与社会责任”，从而为学生的终身学习莫定基础。

三、总结与反思

1.创设问题情境，激发学习兴趣

在学习过程中，如果学习者得到的是一个适当的境脉而不只是一个提议或一条信息，那么对知识的拥有就会变得很容易;实际上，在某些条件下，这个过程会因某个“教学环境”而变得简单或加速进行L3]。富于情境的知识，就如同加了“佐料”的菜肴，吃起来更有味。许多老师在公开课教学中设计了特定的问题情境，在一定程度上激发了学生的学习兴趣，同时让学生觉得学习更有价值。通过问题情境来串联与本课相关的零散的知识，引导学生思考并解决实际问题，使学生达到掌握知识和技能的同时，实现化学学科素养的提升。教学情境要想激发学生学习兴趣，其内容要能与时俱进，而不是再现学生早已了解的内容。情境素材的选择既要源于学生生活，又要高于学生的认知，这样才能激发学生的探究欲望。教学情境素材的应用也要有连续性，一节课开头的引入、中间和结尾要尽可能围绕情境的系列问题而展开，这样的情境应用才更有效。情境教学固然好，但常常因“一境难求”，老师们在常态课中应用不多。因此，初中化学老师平时要注重积累，要做一个有心人，有意识地收集一些跟教学内容相关的热点事件和前沿科技信息，争取把自己平时积累的素材和书本知识有机结合起来，为课堂教学添彩。

2.开展实验探究，发展核心素养

实验探究不仅是学生学习化学知识的重要途径，也是发展化学思维的行之有效的方法，其目的是让学生在获得结论的同时，体验探究过程，了解探究方法[4]。意大利教育家蒙台梭利曾说过：我看到了，我忘记了;我听到了，我记住了;我做过了，我理解了[5]。教师的演示实验给了学生最直观的示范，但是学生的愿望还远不满足于看，学生们都想亲自做一做实验，哪怕自己在实验中失败。课堂上不仅需要学生观察、思考，还需要给学生创造亲自实验探究的机会。学生能通过对实验现象的分析、实验装置的认知等，逐步形成“证据推理和模型认知”的能力。只有学生亲自经历实验探究活动，学生的“科学探究与创新意识”才能真正发生，在真实的实验探究活动中培养学生的科学价值观。学生的化学核心素养的培养也是一个循序渐进的过程，要落实到每一节课中。一节课虽也不能保证把所有化学核心素养都能培养到，但是要合理结合教学环节重点培养学生一到两个化学核心素养。落实发展学生化学核心素养的主要责任人是化学教师。因此化学教师每节课都要思考：这节课要培养学生哪些化学核心素养？这节课的教学活动究竟如何合理设计？……

3.促进深度学习，提升思维能力

教是为了不教，教育的本质是培养全面发展的人，学生将来要适应瞬息万变的社会，要学会学习。深度学习是一种面向真实社会情境和复杂技术环境的学习方式和学习理念，倡导通过深度加工知识信息、深度理解复杂概念、深度掌握内在含义，主动建构个人知识体系并迁移应用到真实情境中解决复杂问题，最终促进全面学习目标的达成和高阶思维能力的发展[6]。课堂上教师的言行要能激发学习的内驱力，通过设计有价值的问题链，引导学生在理解的基础上利用原有的认知来解决陌生的问题。促进学生深度学习的有效方式是进行反思，化学教师要给学生创造反思的机会，学生的思维能力需在不断反思中成长。问题和习题是促进学生深度学习的重要手段，教师可通过追问、一题多变来训练学生的思维，使学生达到举一反三、触类旁通的学习效果，进一步提升学生的学习力。

总之，实验探究课的设计要以生为本，创设合理的教学情境，结合化学的学科特色，开展丰富多彩的实验探究活动，同时注重学生思维能力的提升，培养学生终生学习的能力。

参考文献

[1]郑长龙，孙佳林.“素养为本”的化学课堂教学的设计与实施[J].课程·教材·教法，2018，38（4）：71-78

[2]邓锦松.建构初中化学元素观的单元整体教学设计[J].福建基础教育研究，2014（8）：81-82

[3]裴新宁，王美.为了儿童学习的课程——中国情境教育学派李吉林情境课程的建构[J].教育研究，2011，32（11）：89-94+103

[4]申燕，杨显江，李迪.在实验探究中发展化学核心素养和关键能力——以“金属的化学性质”为例[J].化学教学，2019（2）：46-50

[5]陈春凤.家庭小实验——化学课堂的延伸[J].化学教与学，2013（11）：91-92+67

[6]吴秀娟，张浩，倪厂清.基于反思的深度学习：内涵与过程[J].电化教育研究，2014，35（12）：23-28+33

*本文系江苏省教育科学“十三五”规划重点课题“‘实践取向的乡村化学教师专业能力提升策略研究”（课题号：J-b/2020/10）;中国化学会“十三五”规划课题“基于证据推理的初中化学实验教学研究”（课题号：HJ2018-0045 ）阶段性研究成果。