基于培养化学学科核心素养的实验教学

王强

摘要：通过创设情境，问题驱动等方式引导学生结合已有经验和文献信息，设计方案，实验验证，优化方案，最终以甘油为分散介质制备卤化银甘油溶胶，清晰呈现胶体的丁达尔效应和卤化银的感光性，并比较光解速率的大小。知识迁移用家用洗洁精使卤化银光解实验生活化，充分发挥实验的教学功能，培养学生化学学科核心素养。

关键词：实验教学;核心素养;卤化银;感光性

文章编号：1008-0546（2021）09-0092-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.024

一、指导思想

化学实验凝练着化学学科特质的学科思维与学科品质，从实验创新和探究视角引导学生发现问题，通过实验方案设计、实验探究外显思维方法，对发挥化学实验的育人功能和化学学科核心素养培养功能有着重要作用。《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个维度的化学学科核心素养。化学实验教学是践行“素养为本”教学理念、转变教学行为的学科教学关键领域。

将化学学科核心素养的培育真正落实于课堂教学，应倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变[1]。在教学过程中充分发挥化学实验的教学功能有助于学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的科学思维，培养学生的科学态度和价值观[2]，使化学学科核心素养的培育与鲜活的知识、灵动的教学紧密结合。

以“卤化银感光分解创新实验”为载体，实施基于学生化学学科核心素养培养的实验教学。

二、教学背景分析

1.教材分析

苏教版必修1专题2第一单元的资料卡，旨在介绍卤素单质的部分性质、简单卤素阴离子（X-=Cl-、Br-、I-，下同）的檢验和卤化银在实际生产、生活中的部分应用[3]。然而教材并没有关于卤化银感光性的演示实验，学生无法直观感受卤化银的感光性。

2.学情分析

授课对象为高二年级，将化学学科作为高考选考科目的学生。学生可进行简单的实验操作，结合生活情景，学生容易接受卤化银的物理性质、感光性等化学性质的相关学科知识。有迫切进行实验直观感受卤化银感光性的愿望。但是学生自主设计实验能力偏弱，在文献研读、创新思维和实施陌生的实验探究活动等方面的能力有待提升，需要教师通过真实创新实验情境教学提升学生思维能力和探究能力。

三、教学目标

1.知识层面：通过情境问题分析与实验探究，了解卤化银的物理性质、化学性质，并对化学变化进行符号表征。

2.技能层面：在卤化银感光分解创新实验设计与实施过程中，增强学生文献分析与概括能力，增强学生实验设计能力、操作能力、观察能力，体会科学探究的思路和方法。

3.素养层面：在卤化银相关学科知识体系构建与感光性创新实验设计与探究等各项能力提升的基础上，以创新意识与科学探究为起点，增强宏微结合分析问题的能力，从各个维度培养学生化学学科核心素养。

四、基于学生化学学科核心素养培养的实验教学流程

通过创设情境，让学生感知化学与生产、生活密切相关，体会化学学科价值，激发学生学习化学的兴趣，通过问题驱动确立具有探究价值的化学问题，通过文献研讨和任务驱动引导学生独立思考、合作交流、设计方案、实验验证、优化方案、展示成果，从而达成实验教学目标，促进知识体系的构建，实验技能的形成和化学学科核心素养的培养。具体教学流程及素养培养目标如图1所示。

通过实验的设计和验证，帮助学生建立用已知理论指导实践，并通过实践论证进一步加深对理论的认知，收获解决问题的成就感，不仅可以充分发挥实验的教育教学功能，加深学生对知识的理解和应用，更能培养学生思考、探究、实践的学科素养和问题解决能力。

五、教学实施

1.课前准备

药品：甘油、AgNO，溶液、NaCl溶液、NaBr溶液、Nal溶液、稀氨水

仪器：试管、烧杯、玻璃棒、激光笔

文献：利用甘油制备溶胶或乳液的相关文献

2.实施过程

[创设情境]展示变色眼镜镜片在强光照射下颜色变深，在暗室中颜色变淡的过程，让学生猜想镜片中物质可能具备的化学性质，组织学生根据相关化学性质讨论预测物质组成，得出结论。

学生根据宏观可观察的实验现象，猜想变色眼镜可能包含某种见光可分解的物质。并根据自己的知识储备讨论该物质可能的成分。随后教师点评、揭秘：变色眼镜变色的秘密在于卤化银的感光性，并要求学生对此变化过程进行化学符号表征。

设计意图：创设生活情境，激发学生探究兴趣，实时问题驱动，引导学生根据宏观现象，推测物质的组成和可能具备的性质。让学生了解化学与生活密切的联系，感受化学的学科价值，同时，让学生观察到化学不仅可以带来神奇的现象，更重要的是通过化学学习可以感受科学思维的魅力。从而培养学生“宏观辨识与微观探析”“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养。

[任务设置]在课本没有演示实验的情况下，怎样利用实验室现有的药品与仪器展示卤化银的感光性？

学生已经了解卤化银具有感光性，根据已有的经验，猜想用硝酸银溶液与X-离子直接混合制备卤化银。然而在实验过程中用此方法制备的卤化银形成沉淀，即使在光照强的室外也很难光解，从而形成认知冲突，教师可以借助认知冲突设置问题。

[问题驱动]卤化银具备感光分解的性质，那么为什么我们制备的卤化银却观察不到感光性？原因是什么？怎么改进？并组织学生讨论。

学生经讨论形成结论：由于变色眼镜中的卤化银是均匀分布在镜片中的，可充分吸收光的能量，而我们制备的卤化银是沉淀的形式，吸收光能量效果差。只要将卤化银均匀分布在溶液各个部分就可以满足实验需要了。

设计意图：利用任务驱动和问题驱动，引导学生根据已有的知识和经验，根据物质的组成、性质，独立思考、提出猜想、合作交流，设计实验方案，借助实验结果验证猜想的真伪。在认知冲突的基础上进行问题驱动，进一步引发学生思考，优化实验方案，从“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等方面提升化学学科核心素养。同时感知接触面积的大小可以影响化学反应速率，深化变化观念。

然而卤化银除了氟化银外都是难溶的，很难将卤化银均匀地分散在水中。鉴于学生的认知水平，很难想到将卤化银均匀分布在液体中的方法，需要教师提供帮助，展示提前准备好的文献[4-6]，供学生参考。

[文献节选]节选“甘油分散含银溶胶的制备及抑菌性能研究”部分内容，为学生提供思路。节选内容如下：

“可以设想，若能将纳米银的制備与无水甘油体系相结合，直接在无水甘油体系中，以甘油作为分散介质，可能获得稳定无水甘油分散溶胶体系”。

设计意图：当学生由于认知水平受限，使方案设计陷入困境时，教师及时提供相关文本资源，扩展学生认知水平，同时提升学生对文献内容进行分析、概括、点评的能力。通过知识和技能的迁移，优化实验方案，解决实际问题，增强学生实验操作能力，强化学生创新意识。

经过分析讨论，制定方案，以甘油为分散介质，以溴化银甘油溶胶为例，制备卤化银甘油溶胶：

1.取一洁净试管，倒人5mL甘油;另取适量0.05mol/L AgNO3溶液，配制银氨溶液;向盛有甘油的试管中分别滴人3滴新制的银氨溶液，振荡，使之混合均匀，得到混合液。

2.向上述试管中滴入3滴0.05mol/L NaBr溶液振荡，可以观察到溴化银甘油溶胶的生成。

3.采用类似方法制备氯化银甘油溶胶、碘化银甘油溶胶。

4.激光笔照射，观察实验现象。在红光的照射下呈现明显的丁达尔效应（以溴化银甘油溶胶为例），如图2所示。

[实验探究]用红光照射卤化银甘油溶胶时，可以看到明显的丁达尔效应，但是移去光源，却很难观察到卤化银光解的现象，再次产生了认知冲突。教师引导学生从光的能量角度思考，并引导学生改用波长较短的蓝光照射卤化银甘油溶胶。

实验证明：用波长较短的蓝光照射卤化银甘油溶胶时，可产生银斑。照射数秒后移去光源，可清晰地观察到光通过的地方，卤化银感光分解，产生黑色银颗粒，记录了光路信息，如图3所示（以溴化银甘油溶胶为例）。

激光笔照射卤化银甘油溶胶时，学生还会思考为什么在红光的照射下容易观察到丁达尔效应，而蓝光则容易使卤化银感光分解，进而促使学生探索光的颜色、波长与能量之间的关系、光的波长与丁达尔效应之间的关系。

设计意图：打破学科之间的壁垒，建立物理、化学学科之间的联系，促进不同学科知识的融合，在解决新的问题过程中外显思维方式，提升学生综合探究能力，促进学生能力、思维进阶，确立“提出问题——猜想假设一收集证据一制定方案一实验验证一得出结论一反思评价”的实验探究思维模型。同时让学生直观感知化学变化需要一定的条件，培养学生变化观念。

[问题驱动]氯化银、溴化银、碘化银在相同条件下，感光分解速率大小关系如何？

学生根据已有经验：氯溴碘非金属性逐渐减弱，卤化氢的稳定性对比关系为：HCl>HBr>HI，HI最不稳定，最易分解。通过类比猜想，相同条件下感光分解速率大小关系为：AgI>AgBr>AgCl。

[实验验证]猜想是否正确？往往还需要实验验证。引导学生按照上述溶胶制备方法，控制变量，在相同的条件下，探究物质种类对化学反应的影响。结果表明：相同条件下感光分解速率大小关系为：AgBr>AgCl>Agl，与之前的猜想不符。然后进一步引导学生进行文献研讨，为实验结论寻找证据支持。经文献研讨，得知实验结果与李群燕[7]的相关研究一致，可证明实验探究过程和结论的科学性。

设计意图：通过问题驱动强化学生对已有知识的记忆、理解与迁移应用，但是需要学生明白，经过类比进行知识迁移得出的结论，仍需要通过实验进一步验证，培养学生规范操作、合理控制变量的实验技能与尊重事实、严谨求实的科学态度。

[知识迁移]从另一个角度提出问题，是否可以用其他的试剂替代甘油。经猜想，设计方案和实验探究，家用洗洁精等可替代甘油作为分散介质，应用于卤化银感光创新实验，同样实验效果明显，还可实现创新实验的生活化。

设计意图：通过知识迁移，进一步提升学生科学探究与创新意识的素养，强化建立思维模型，运用模型解决问题的能力。

六、教学反思

卤化银感光分解创新实验操作简便，现象明显，重复率高，填补了教材缺乏演示实验的空白，使学生直观地感受到卤化银的感光性，加深了学生对知识的理解。同时，在实验的设计与实施过程中，实现了知识、技能、素养有机结合，发挥了实验的教学功能和素养培养价值。

化学学科核心素养内隐在化学教学活动中，各有侧重，相辅相成，不同的教学内容对核心素养的培育侧重点不同，切不可将这些教学内容承担的任务孤立、切割[8]。实验教学过程中，始终贯穿着证据推理和创新意识等化学学科核心素养的培养，需要从学科思想、实践层面、价值追求整体全面地认识化学学科核心素养。

学生化学学科核心素养的培养是自我构建、循序渐进的过程，教师应长期坚持“素养为本”的教学，倡导真实问题情境的创设，开展实验探究活动，使学生在化学知识学习的过程中逐渐形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：1-6

[2]肖中荣，周萍.再谈碳酸钠和盐酸反应的实验改进[J].化学教学，2019（10）：54-57

[3]王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学1[M].南京：江苏教育出版社，2007：47

[4]李群燕.关于卤化银化学分解实验的设计[J].化学教育，2000（11）：41

[5]傅广生，杨少鹏，李晓苇，等.卤化银感光材料光作用动力学研究进展[J].感光科学与光化学，2002，20（1）：66

[6]郑寅，陈硕平，王苏展，等.甘油分散含银溶胶的制备及抑菌性能研究[J].材料导报B：研究篇，2017，31（6）：30-32

[7]李群燕.关于卤化银化学分解实验的设计[J].化学教育，2000（11）：41

[8]陈进前.关于化学学科核心素养的三个建议[J].中学化学教学参考，2018（9）：3