基于核心素养的高中化学探究性实验的实践

张百群

摘 要：化学是一门实验学科，大部分化学知识都来自实验。但在目前中学化学教学过程中，部分教师仍然通过讲授式的模式进行教学，学生通过实验后再对知识进行深层次的理解，这不免有些本末倒置，这种教学模式不利于激发学生的学习自主性。在传统的实验教学中，多为验证性实验，学生的科学探究与创新意识等核心素养未得到较好的培养。因此，我们需要结合新教材，结合核心素养以及学情对当下的实验教学进行改进，多尝试探究性实验，重视学生本位思想，让学生得到全面的发展。

关键词：核心素养；化学教学；探究性实验

一、研究背景

化学是一门以实验为基础的自然学科，化学实验是化学学科理论产生和发展的实践基础。《普通高中化学课程标准》（2017年版）提出，要重视“素养为本”的教学，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。但在实际教学过程中，由于化学教学时间紧张、学生学习任务重、高考压力大等因素，一些教师会忽视化学实验的价值，减少实验教学的时间，更多地采用口头讲述或者粉笔教学。在这样的教学课堂中，教师与学生互动不和谐，学生很难快速掌握知识点，对化学也会降低学习热情。

根据学生在学习知识过程中发挥的作用，化学实验可分为验证性和探究性两大类。传统化学教学实验多为验证性实验，以2019年版的人教版化学必修1为例，实验多为教师演示实验和学生必做实验，在“研究与实践”栏目增加了少量的探究性实验，例如，检验食品中的铁元素。验证性实验和探究性实验具有各自的特点和作用，前者可以加强学生对化学知识和原理的理解，但是降低了学生的学习自主性，更不利于学生科学研究和创新意识素养的培养；后者能够充分体现学生本位的思想，激发学生的兴趣与情感，并开展“素养为本”的教学。所以，在高中化学教学中应尽可能地实践探究式实验[1]，学生从被动式的学习转向积极主动式的学习，从而提升学生的化学核心素养[2]。

二、高中化学探究性实验的实践路径

（一）结合生活资源，让学生意识到生活与化学的紧密联系

有学生觉得现实生活离课本上的化学知识很远，其实不然，生活处处是化学，引导学生从生活中发现化学，激发学习热情。而从生活情境到化学本源的过渡，可以培养学生宏观辨识与微观探析的素养。例如：每天吃的大米饭，主要成分是有机物淀粉；铅笔的外部是纤维素，内部是碳。不仅要让学生联想到生活与化学的关系，更要引导学生从化学现象中发现问题，并用实验去探究问题，探究生活的本质。比如，现在大街上出现很多电动汽车，对化学燃料的大量消耗得到了缓解，但是电动汽车的电瓶平均三年需要换一次的原因是什么？此生活情境的创设，会唤醒學生的探究欲望，促使学生积极主动参与到电化学的工作原理、蓄电池的使用寿命等探究学习中。再比如，教室里有很多学生在自习时戴上隔音耳塞来提高注意力，不同种类的耳塞其隔音效果有何不同？该情境与学生的日常息息相关，极大激发了学生的学习兴趣。同时教师可以引导学生对材料的组成和制备方式产生研习的兴趣。这样的生活实例不胜枚举，处处透露着化学气息，教师甚至可以引导学生在家中进行一些小的探究实验，利用一些生活用品，通过化学实验丰富业余生活，增加生活乐趣，还可以促进对化学知识的理解。

（二）验证性实验向探究性实验转化，实现化学实验类型的改革

传统化学教材实验多为教师演示实验和验证性实验，教师为主、学生为辅。在演示实验中，学生是看客的角色，参与度较低；在验证性实验中，学生按照教材的提示或教师的引导，按照步骤完成实验，出现的现象和结果是在预知范围的，很难产生深层次的思考，同时对于培养学生的创新意识也是不利的。探究性实验教学坚持学生本位思想，在合理的情境中，引导学生主动提出疑问做出假设，采取先实验后理论的方法增强了课程的趣味性，也增强了学生的科学探究意识。探究式实验教学多发生在特定的情境中，化学知识点的不同，适用的情境也不同，具体情境可分为生活常识、高新科技等。

以碳酸钠与碳酸氢钠性质比较的验证性实验为例。在日常生活中，很多人都会把“食用碱”和“小苏打”搞混淆，因为绝大多数人都会把食用碱当成小苏打使用，大多做面食失败，以食用碱的成分探究为主题展开探究实验。学生首先通过互联网，收集食用碱的主要成分的资料，为确定实验方案做准备。接着根据学校的实验条件，学生自主设计样品中碳酸钠和碳酸氢钠成分检验和含量鉴定的实验方案，并准备实验所需的仪器和用品等。学生根据实验方法进行实验，确定食用碱成分。最后，学生可总结出食用碱的使用指南，用于面食制作。

以铁及其化合物的性质实验为例，可以高新科技为情境。现代社会高速发展的科技在提供社会便利的同时，也带来了严重的电磁辐射污染。而吸波材料能较大程度减轻这种污染，铁是其重要的组成成分之一，以吸波材料中铁元素的鉴定及回收为主题展开探究实验。首先引导学生提出铁在吸波材料中的可能存在形式，学生自主设计实验方案探究铁元素的状态，并分析不同价态铁元素的化学性质。接着学生小组讨论铁元素之间的相互转化方式，设计实验方案回收吸波材料中的铁元素。

（三）从教材中发现探究性实验，引导学生自主设计实验

高中化学的理论知识具有一定的抽象性，例如电离、氧化还原反应等概念，脱离生活实际，常规的知识传授方法不能让学生较好地掌握这些内容。而探究实验教学通过具体的实验操作，将一些抽象的理论知识转变为具体可行的实验操作，帮助学生更好地理解，同时提高了教师的授课效率，达到预期教学目标。

以氧化还原反应为例，传统的教授方式中常显得这个知识点晦涩难懂，可以将其设计成探究性实验，激发学生的学习热情，同时培养学生变化观念与平衡思想的核心素养。学生自主选择合适的金属，投入硫酸铜溶液，观察溶液以及金属的颜色变化。实验现象除了给学生带来美的享受、视觉上的冲击外，也让学生直观地感受氧化还原反应的神奇。接着学生小组讨论不同金属的活泼性强弱，确定不同金属加入硫酸铜溶液的添加顺序，根据学校和实验室的实际情况制订实验方案。在实验过程中实时监测溶液中的金属离子变化，探究不同还原剂和氧化剂的强弱。

以胶体为例，这是一个全新的概念，区别于溶液和浊液。学生对这部分内容是完全陌生的，对胶体知识有距离感。而教材中胶体性质的学习是通过教师演示实验，学生观察实验现象得出结论而实现的。在这样的课程中学生课堂参与度明显不足，教师向学生灌输知识的痕迹较重。可以将这部分内容设计成探究性自主实验，开展“素养为本”的教学。溶液、胶体和浊液隶属于不同的分散系，给学生提供氢氧化铁胶体、硫酸铜溶液以及泥浆水用于探究。学生通过讨论确定研究陌生物质性质的方法，例如，从导电性、稳定性、酸碱性、透光性、颜色等方面进行研究，制订相应的实验方案。学生根据实验现象实时调整实验策略，通过小组讨论得出胶体的性质。

以铁合金的学习为例，为了加深学生对铁合金知识的理解，增加学生的学习热情，可以将其设计成探究性实验。鼓励学生在家里积极寻找各类铁合金制品，比如，铁质炊具、铁质钥匙、铁质容器等。根据原先所学关于铁的性质，学生自主设计实验探究各类铁合金的性质。通过实验现象和互联网搜索到的信息，学生总结出钢合金中所添加的金属元素所发挥的作用。

教材中的内容，是否具有设计成探究实验的价值，不仅要考虑学生的需要，还要考虑学生所在学校的基础条件。探究的问题如果过易，学生不需要怎么思考就能解决，或者问题过难，学生不管怎么思考也难以解决，这样的问题就不具备太大的探究价值。而实验探究所用的试剂和设备应是所在学校所具备的。

（四）利用实验现象特殊性，设置问题开展探究性实验

化学实验教学过程中，往往会出现一些与预期实验结果不符合的现象，比如，异常的颜色变化、特殊的产物气味、突发的实验状况等。当实验现象出现异常时，如果不及时引导，会影响教学效果，给学生留下知识盲点。但如果以异常现象作为契机，引发学生思考，可以培养学生实事求是和严谨认真的科学态度，同时提高学生的自主探究能力。

教材中硫酸亚铁与氢氧化钠溶液反应的过程中，出现先产生白色絮状沉淀，迅速转化为灰绿色，一段时间后转化为红褐色的现象。我们着重于讨论白色的氢氧化亚铁被溶解在溶液中的氧气氧化为红褐色的氢氧化鐵，忽略了灰绿色沉淀的产生。基于这个特殊现象的出现，引发学生思考灰绿色物质是什么。学生之间进行讨论，提出灰绿色物质的可能性：Fe（OH）2和Fe（OH）3组成的混合物、Fe（OH）2和大量SO42-的配合物、Fe（OH）2和大量Fe2+的配合物、Fe（OH）2的水合物等。小组先进行讨论假设是否符合实际，比如，白色沉淀和红褐色沉淀的混合物能否为灰绿色，排除不合逻辑的假设。接着学生根据假设，以及所学知识设计实验方案，引导学生从试剂的滴加顺序、反应物的浓度、滴加方式、与温度对实验的影响几个方面设计实验进行验证。每一小组探索一种可能性，利用实验验证假设的正确性。根据实验现象得出结论后，将结论应用于Fe（OH）2的制备实验。

教材中苯酚与浓溴水反应的过程中，学生因为试剂加入顺序的先后引起截然不同的实验结果。将苯酚溶液加到浓溴水中，观察不到白色沉淀，针对这个异常现象可组织学生小组讨论其原因，可能是：苯酚量不足反应没进行到位、产生的白色沉淀溶于过量的浓溴水中、溴水过量将苯酚氧化生成了其他产物等。在此过程中，学生通过上网查询三溴苯酚的性质分辨假设的正确性，摒弃不合理的假设，并根据自己的猜想，从溴水的浓度、溴水的用量多少、试剂的滴定顺序等方面入手设计实验方案。学生自主设计并完成实验方案，在此过程中不仅探究了异常现象的产生原因，而且厘清了苯酚和溴水的反应原理，同时意识到实验试剂量和操作规范性的重要性。

实验室有些药品长期放置或者保存不当，会与空气中的O2、H2O等物质发生反应而变质，导致实验过程中出现异常现象。比如，在检验SO32-时，常见方法为：往待测液中加入BaCl2溶液后产生白色沉淀，加入稀盐酸后，沉淀溶解并产生使石蕊试纸变红的酸性气体。但是无论盐酸加多少，始终有少量白色沉淀无法溶解。意想不到的实验现象引起了学生的学习兴趣，白色沉淀是什么？为何不溶于盐酸？是什么原因导致SO32-水溶液变质？学生通过回顾SO32-的性质，自发地探究白色沉淀的成分，并设计探究性系列实验验证。在此过程中，学生不仅解决了异常现象问题，同时也注意到实验药品要规范保存。

（五）灵活运用多种实验探究教学模式

根据教材中章节内容的不同，灵活地运用多种实验探究模式，这样不仅保证了化学实验探究式教学目标的实现，也做到了因材施教。学生在不同的实验探究式学习中，体会到课堂充满趣味性，从而能够主动地融入课堂的学习当中，提高化学学习的效率。

1.经典案例引入法

经典案例引入法是指学生在已有实验的基础上，将学习方法应用到新的实验知识中。这要求学生对学习内容能总结出规范的学习步骤、对实验现象能够进行合理的解释，并具备一定解决问题的能力。例如，在《氯及其化合物》一课的学习中，先引导学生复习钠及其化合物的相关内容：从物性到微观结构，再从化性到保存方法。随后引导学生分析氯气的性质。鼓励学生自己选择合适的反应试剂和实验装置，设计实验探究氯气的化学性质。学生在实验过程中学习、在现象分析中学习、在内容总结中学习，不仅提高了课堂参与度，也有利于加深对新知识的理解。

2.基本原理引入法

基本原理引入法是指在实验前，首先引导学生对化学实验相关的原理进行分析，再明确具体实验方案的操作步骤。这要求学生能够从大局出发，以基本原理为导向，明确理论知识与实际目标之间的关系，并能利用基础原理知识解决探究实验出现的问题。例如，在《离子反应》一课的学习中，先引导学生学习离子反应的实质，分析离子反应发生的条件。在这样的理论基础上，学生自主探究如何产生自由移动的离子并进行证实、如何发生离子反应等问题，并设计相应的实验方案。学生在实验现象的分析和归纳中学习到了新的知识，同时激发了学生的学习热情。

3.化学史引入法

融合化学史与化学实验的教学让学生沉浸在真实实验探究的历史情境中，学生在实验过程中发现问题，小组讨论相应的问题，并设计实验进行验证。化学史的引入侧重于人文与科学精神的交互作用，学生在感悟化学家的智慧的同时，把握化学学科的发展历程。这样的学习活动突出了学生的主体地位，学生产生了勇于探索的积极心态。例如：在“化学能与电能”教学中，教师有机地引入化学家伽伐尼探究“生物电的产生”的化学史实，组织学生进行小组讨论，学生在模拟伽伐尼的实验过程中，自主设计实验探究电流的形成条件，选择合适的试剂仪器进行验证。学生在了解科学家的经典实验后，通过讨论分析，肯定会产生疑问。质疑是学生探究学习的动力，激发学生去解决问题，在此过程获得新的化学知识。

结束语

综上所述，在高中化学探究式实验教学中，教师需要激发学生的学习热情，培养他们形成浓烈的学习兴趣，增强教学效果。具体来说，教师通过结合生活资源、将晦涩的知识难点与探究性实验相结合、将验证性实验转化为探究性实验、利用实验现象特殊性设置探究性实验、灵活运用多种实验探究教学模式等方式，调动学生的主观能动性和积极性，促使学生建立完整的知识体系，树立正确的实验意识，最终实现全面提高学生的化学核心素养。

参考文献

[1]董海峰.化学实验教学改革研究[J].化工设计通讯，2020，46（4）：2.

[2]李丽.基于核心素养的中学化学实验教学探究[J].甘肃教育，2022（3）：63-66.