利用学生实验培养学生的化学素养与科学探究能力

朱姣来

摘 要：学生在设计实验方案、进行实验操作、观察记录现象、进行数据处理、获取实验结论的过程中，不仅能获取知识、技能和方法，提高探究能力，还能形成良好的情感态度与价值观。化学实验是很生动、很直观的，实验中千变万化的现象最能激发学生的兴趣。

关键词：学生实验；化学素养；实验课；科学探究

化学素养是指对化学这门学科的学习态度、学习方法、学习技巧、喜好程度等。2009年1月温家宝同志在国家科技教育领导小组会议上所做的重要讲话中，把教育改革作为制定《国家中长期教育改革和发展规则纲要》需要研究解决的重大问题之一，并指出：“我一直信奉这样一句话：教是为了不教。不在于老师是一个多么伟大的数学家或文学家，而是老师能给学生以启蒙教育，教他们学会思考问题，然后用他们自己的创造性思维去学习，终身去学习。”这就要求学生能够通过对实验现象的观察主动获取知识，通过实验的操作培养学生严谨的习惯，具有进行数据的处理以获得信息，并对信息进行处理得出结论的能力，学生能够思考实验中的矛盾，在自主探究、合作学习的过程中，培养探究技能、反思能力、与人交流的能力、搜集和整理信息的能力。

一、利用学生实验，培养学生的化学素养

1.通过实验中的问题，培养学生“严谨求学”的学习态度

化学是一门以实验为基础的学科，通过实验可以帮助学生获得感知、真知。实验可以更好地培养学生的实践能力、“严谨求学”的学习态度和“学以致用”的学习习惯。

【实验1】乙醇与金属钠的反应：通过钠分别与乙醇、水反应的对照实验帮助学生了解（1）乙醇与钠反应的实验现象得出什么结论？（2）该对照实验现象的不同说明了乙醇具有哪些性质？（3）乙醇、水以及酸分别与相同大小的钠反应的速率怎样？考虑到学生的知识迁移能力和概括能力还不是很强，让学生回答第一个问题。至于第（2）（3）问，让学生运用以前所学的基础知识，通过预测，观察实验，对比现象，分析原因，归纳知识，得出结论。

学生在做实验的过程中很认真、很有兴趣，并且能由现象得出一些结论。如，对比实验中试管壁手感都热，说明钠与乙醇或水反应都是放热反应；水与钠反应速度比乙醇与钠的反应速度快。但在实验中也存在着一些问题。

[呈现的问题]

（问题1）实验前，学生习惯性地先用水清洗试管与烧杯，在清洗过的两只试管中分别加入相同量的水、乙醇，然后在这两只试管中加入相同大小的钠。结果实验现象区别不大。

（问题2）实验过程中，不能很好地描述实验现象以及解释原因。如，为什么有的学生实验中钠与乙醇的反应，钠沉在底部？有些学生的试管中钠却有些上下浮动？

（问题3）在实验结束后，有个别学生发现钠与水的反应已经结束，没有观察另一试管中钠与乙醇反应到什么程度，就直接将试管中的药品倒入下水池里，因为剩余的钠与水池中的水反应，产生了爆鸣声，引起了学生的恐慌。

本实验要求学生通过实验掌握基础知识。它要求学生有较好的观察能力、动手能力以及灵活运用知识的能力，并且有通过实验找出反应实质的能力即发现问题、解决问题的能力。学生受“旧”习惯的影响，没有真正明白该实验的目的以致忽略了实验步骤中的关键词“无水乙醇”，因为信息点的短缺或偏差从而导致实验失败。该实验能够让学生通过自己实验的失败，思考实验中（问题1）与（问题3），为什么会出现这种失误？在学生心中形成一个深刻的印象：对待学习与实验要“严谨”，对待生活要“严谨”，对待工作也要“严谨”。否则极容易因为自己的不严谨导致失败甚至更严重的后果。

学生不能解释（问题2）“为什么有的学生实验中钠与乙醇的反应，钠沉在底部？有些学生的试管中钠却有些上下浮动？”说明学生只是单纯地学习新知识，不能习惯性地将所学知识运用到自己的学习中，当学生离开校园就不能很好地“学会思考问题，然后用自己的创造性思维去学习，终身去学习”。

2.通过实验中的问题，培养学生“学以致用”的学习习惯

对比实验是化学学科研究的重要方法之一，是以正确的实验操作和观察的方法为基础，以实验现象为依据，在实验过程中通过人为控制所产生的两个类似现象之间的差异进行对比分析的一种实验教学过程。俄国心理学家谢切诺夫说：“比较是人类最珍贵的宝藏。”

【实验2】在亚铁盐的学习中要求学生做下面的对比实验：

[呈现问题分析]

该实验序号1中溶液呈现血红色，学生很有兴趣，学生对实验结果的描述也很准确，但是却有一部分学生拿着自己的试管提出了问题：为什么自己的亚铁盐与KSCN混合一段时间后会出现三层颜色——上层血红色，中层粉红色，下层无色？

做溶液实验时，我们为了缩短实验时间，普遍存在震荡试管使试剂的混合速度加快这一操作，有一些学生自动将本实验调整为三组：①氯化铁、KSCN，震荡；②氯化亚铁、KSCN，震荡；③氯化亚铁、KSCN，不震荡。马上就有学生运用从氢氧化亚铁处学习到的知识解释了这一现象：没有震荡的那组实验露置在空气中，因为最上面的Fe2+被空气中的氧气氧化成Fe3+，使上层显血红色，越接近试管底部，接触的空气越少，Fe3+越少，所以溶液颜色越浅。学生的这次自动自发的调整将“对比实验”运用得更加淋漓尽致，同时还复习了上节课的内容。对于学生能自觉进行“对比实验”，并运用已有知识解释实验现象，这是我没有想到的，我为此感到惊喜。我被学生的这一行为深深地触动了：我们往往只注重学生是否学习了理论知识，而不注重学生是否真正掌握并会运用这些理论知识；只注重怎样让学生更快地掌握知识，而不舍得把时间还给学生，让学生能够运用所学的理论知识、所掌握的实验技巧去学习、思考。长此以往，我们培养的学生将缺乏应有的化学素养，只会是一个死读书的学生。

二、利用学生实验，培养学生的科学探究能力

1.通过实验中的问题，培养学生“分析问题、解决问题”的能力

在化学教学中，教师要能够有意识地引领学生关注实验过程中所表现的形态变化，通过想象理解物质的反应实质，这对于学生在学习化学的过程中感受想象的乐趣、体验化学知识和概念产生的真实背景，从而促进其长远发展具有十分重要的意义。

【实验3】金属的化学性质：Na与水反应（提供实验药品与仪器：Na、CuSO4溶液、大烧杯、酚酞试剂）。Na与水反应的现象以及该现象体现出Na的什么性质，学生都能较准确地回答。

[探究一]

（1）书写Na与水反应的化学方程式与离子方程式，预测Na与水反应的实质。

（2）Na排在金属活动顺序表的前面，预测Na与CuSO4溶液反应有什么现象。

个别学生能很快地回答出“Na与水反应的实质”，给学生时间慢慢书写，一段时间后有更多的学生理解了Na与水反应的实质。在“预测Na与CuSO4溶液反应有什么现象”时，几乎所有学生都回答：溶液颜色变浅、有红色固体析出。

[探究二]

利用提供的药品与仪器，完成Na与CuSO4溶液反应的实验，准确描述实验现象，用化学方程式描述Na与CuSO4溶液反应的实验过程（提供实验药品与仪器：Na、CuSO4溶液、大烧杯、酚酞试剂）。

学生完成实验，发现实验现象与预测现象有很大区别：Na浮在液面上，发出嘶嘶的响声，熔成小球，游来游去，Na的附近溶液变红后消失，烧杯中有蓝色沉淀，部分学生的烧杯底部有黑色沉淀。这时教师只需要帮助学生归纳实验现象，但是为什么有这些现象则仍然留给学生时间思考：①Na与CuSO4溶液反应的现象和Na与水反应的实验现象有何异同？②用化学方程式描述Na与CuSO4溶液反应的实验过程。部分学生只用了5分钟时间就明白了整个反应过程，并用化学方程式准确描述出Na与CuSO4溶液反应的实验过程。

这一节课几乎都是在学生的思考与实验操作中结束的。这是一节教师参与很少，学生学得很快乐，知识掌握很迅速的一节课。这节课不仅告诉学生遇到问题时，需要运用所学知识分析问题、提出猜测、验证猜测、最后得出结论的学习过程，同时也提醒我：学生在求学过程中教师需要有耐心，给学生足够的时间去分析所学知识，慢慢思考、反复猜测、实验求证、真正理解，这样所得的知识才能真正属于学生，才能在高中阶段达到培养学生“分析问题、解决问题”的能力这一目的。

2.通过实验中的问题，培养学生“合作学习、探究学习”的能力

美国国家理科教育标准指出：“科学探究是发展其他标准所要求的理解力和能力的基础。”化学实验不仅要求学生掌握化学的基本理论知识，更重要的是让学生在实际实验操作中巩固在课堂上学到的理论知识，让学生在实验中发现问题，提出问题并解决问题，提高学生的综合素质。高考考试大纲对“化学实验基础”的要求提到能根据实验试题做到：（1）设计、评价或改进实验方案。（2）了解控制实验条件的方法。（3）分析或处理实验数据，得到合理结论。

【实验4】已知：Fe（OH）3红褐色沉淀，Fe（OH）2白色沉淀。铁的氢氧化物有两种：Fe（OH）3与Fe（OH）2。试完成下列表格，并解释原因（提供实验药品与仪器：铁架台、铁圈、酒精灯、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、FeSO4溶液、NaOH溶液、CCl4、植物油）。

该实验简单易操作，学生制取Fe（OH）3时很轻松，预测现象与实验现象一致。但是制取Fe（OH）2时发现了预测现象与实验现象有很大的区别。

[探究一]

（1）什么因素引起预测现象与实验现象有这么大的区别？

（2）如何控制实验条件使预测现象与实验现象一致？

（3）小组讨论，利用桌面上提供的药品，设计一个较完善的实验方案。

有一部分学生从铁元素的化合价以及氧化还原的角度分析得出亚铁离子不稳定，易被空气中的氧气氧化成+3价铁离子。为了能使实验成功，必须控制该实验在隔氧的环境下完成。

[学生的解决方案]

（1）用胶头滴管吸取NaOH溶液，插入装有FeSO4溶液的试管，在液面下再滴加。

（2）因为CO2的密度比空气大，在装有FeSO4溶液的试管上空缓缓充入CO2气体。

（3）抽取试管中的空气。

（4）不停地充入N2，然后反应。

（5）在装有FeSO4溶液的试管中加入CCl4以隔绝空气。

（6）在装有FeSO4溶液的试管中加入植物油以隔绝空气。

[探究二]

（1）同学们提出的方案有许多，但是哪一种最好？其他的方案有哪些不足呢？

（2）FeSO4溶液中溶解的少量空气对实验会不会有影响？怎样除去FeSO4溶液中溶解的少量空气？

学生通过小组讨论、思考发现，方案（2）（3）（4）没有对应的仪器与药品支持，且操作复杂。小组通过实验操作，发现方案1不能得到白色沉淀Fe（OH）2，方案（5）中CCl4密度大，在液面下层，不能达到隔绝空气的作用，方案（6）是最佳方案。“[探究二]”中第2问的提出，使学生意识到实验过程中漏了考虑溶液中的空气，不过学生很快就知道需要用加热的方式赶出FeSO4溶液中的空气。

叶圣陶曾说过：“所谓帮助，主要不在于传授知识，而在于引导学生自己去求得知识，也就是引导学生自己发现问题，自己去解决问题。”开展以实验为主的探究式学习，培养学生探究未知世界的能力。学生在实验过程中能够获取知识，有利于培养学生自主、合作、交流、活动、探究等学习能力。通过这些实验探究与实验操作，引起学生分析、理解并进行反思、批判，最终帮助学生建构自己的知识体系，并在这一过程中领悟获取知识的方法。化学是一门以实验为基础的学科，新课程标准要求：学生在设计实验方案、进行实验操作、观察记录现象、进行数据出炉、获得实验结论的过程中，不仅能获取知识、技能和方法，提高探究能力，还能形成良好的情感态度与价值观，通过学习基础知识体验科学探究活动，培养学生科学探究的能力，通过科学探究培养学生终身学习的能力。

参考文献：

[1]庄德刚.新课程下“镁的提取及应用”课堂实录与教学反思.中学化学，2010（10）.

[2]江敏.论化学学习中想象力的培养.中学化学，2010（10）.

[3]陆亚东.高中化学科学探究常态化教学的必要性.中学化学，2010（04）.

[4]曾国琼.广东高考化学实验题命题分析及教学建议.教学研讨会，2011（09）.

（作者单位 广东第二师范学院番禺附属中学）