化学核心素养中“实验探究与创新意识”的培养——以教学中“实验情境”创设为例

周 斌

(浙江省桐庐中学 311500)

《高中化学课程标准(征求意见稿)》将化学学科核心素养划分为“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”“实验探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等五个维度.这些维度的内涵虽不同，作用也有差异，但它们并非孤立存在，而是统一于化学活动中.“实验探究与创新意识”作为其中之一，体现了化学学科的学科特色，直接影响其它几个维度的达成，进而影响学生核心素养的养成.笔者在教学中“实验情境”创设来培养“实验探究与创新意识”，塑造实验探究精神、培养学生掌握科学研究的方式、丰富和开阔学生的探索视野等方面，做了一些探索与思考.

一、“实验探究与创新意识”与化学核心素养的内在联系

随着新课程改革、招生制度的改革不断地深化推进，新的教育教学方式也在这种转型中不断发展，在新一轮课程改革发展中，学生核心素养的提出便是尝试从顶层设计解决理念与落实的存在的问题.基于以生为本的教育教学理念，正在教学中不断影响到教学行为的转变，从而落实学生的学科核心素养培养，真正使学生在课堂的教学过程中，潜移默化的形成发展自我、接轨社会应具有的知识、技能与品质.

化学核心素养中的“实验探究与创新意识”的内容，王云生教授指出，“实验探究与创新意识”要求学生发现和提出有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对过程记录的实验信息进行加工并获得结论，能与同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进设计的设想，能尊重事实和证据，不迷信权威，具有独立思考，敢于质疑和批判的创新精神.由此，作为“实验探究与创新意识”的内涵，关键是里面的两个关键词“探究”、“创新”，“探究”是正确实验方法探究真实的化学反应，“创新”是独立思考、质疑与批判.

唯有探究求真，质疑创新，才彰显核心素养.核心素养要求学生形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和解决问题的素养与关键能力，立德树人.在化学学科学习中，在实验探究中，“立德”就是要树立尊重实验事实，尊重科学逻辑.钠在石棉网上加热，除了有淡黄色固体，往往还生成黑色固体；铜与浓硫酸加热反应，试管里溶液变绿色，底部有黑色物质生成，铜片上逐渐产生大量气泡，试管上部有白雾产生等丰富现象；锌铜原电池，锌片上往往有气泡产生；乙醛的银镜反应，得到的银镜不如想象中那么银白光亮，等等，都要尊重事实.“树人”就是成为学会科学实验方法，具备创新意识、科学精神的人.研究各因素对于化学反应速率的影响实验中，控制变量的科学实验方法；酸碱中和滴定时，用数字化实验技术反映整个滴定过程的创新方法；做SO2性质实验时，进行的微型化创新实验(用培养皿罩住，气体的发生、性质实验都在点滴板孔穴中进行)等等，都可以帮助学生掌握科学方法，树立创新意识.

化学课堂教学创设实验情境，Brown等人在《情境认知和学习文化》(1989)一文中首次提出情境认知和情境学习的观点，他们认为，知识是具有情境性的，而且是被应用于其中的文化、背景及活动的副产品，知识是在情境中通过活动与合作而产生的.创设实验情境，进行实验探究，依然是化学科学及我们化学课堂之魅力所在，是提高学生学习兴趣，发展探索、分析、研究能力，提升思维水平的不可或缺的环节.

二、基于“实验探究与创新意识”的实验情境创设

课堂教学中，教师通过创设化学实验情境，让学生带

着真实的实验现象走近新知识的学习，领悟科学探究的方法，给学生创设一系列的探究环境，课堂教学从学生发现问题开始，到问题解决并形成新的学科认知结构结束.通过探究性课堂教学培养学生的创新精神和实践能力.

1.创设“意外”实验情境，诱发新知探究

课堂过程中，遇到实验的“意外”或“矛盾”，有些是预设到的，有些是临时出现或学生提出的.课堂教学需要提倡少用试题、多用原始材料，以提升学生化学学习质量.出现的“意外”情境正是提供实验探究的优质原始材料，不但不要回避，应因势利导进行转化为教学利用.

情境片段：钠的燃烧.

在石棉网上燃烧钠时，最后往往得到黑色物质，淡黄色物质容易被遮盖.这黑色物质是什么呢？怎样避免产生这些黑色物质？不回避，让学生猜测与探究.

学生回答：黑色物质应该是碳，因为其他物质都不符合颜色要求.

教师追问：碳元素哪里来的呢？

学生回答：空气中的二氧化碳，煤油中有碳元素.

学生补充：酒精灯挥发的酒精中含碳元素，石棉网中可能有碳

教师：请同学们设计实验，检验你们的猜想

学生实验：

实验序号实验设计实验现象1钠与二氧化碳在玻璃管中加热,观察有没有黑色物质.玻璃管中部产生大量黑色固体,钠球滚落到玻璃管口处有淡黄色固体.2少量钠与煤油、酒精分别在蒸发皿中燃烧,观察有无黑色物质.黑色固体,几乎无淡黄色物质.3酒精灯加热新石棉网,观察石棉网朝上部分是否变黑.呈现灰色4除净表面煤油的钠,放置在蒸发皿中加热.钠块表面变白,融成银白色小球,剧烈燃烧,生成大量淡黄色固体(犹如很多桂花蕊)

在学生设计实验进行探究的的过程中，“意外”的实验情境让学生更理解金属Na的活泼性(与O2、CO2、有机物反应)，比简单地识记Na与O2生成Na2O2丰富得多.学生设计实验方案、实验操作时会考虑反应仪器的选择：石棉网、玻璃管、蒸发皿，那么自然还会列举其余的仪器及方法，比如在铁片、铜片上加热等，创新意识自然就萌发.完成实验后，对于“基于问题、提出假设、选择合适试剂和条件设计实验方案、实施实验、获取证据并得出合理结论， 最后反思评价”的实验探究方法，就更能理解并运用.

2.创”高阶思维”实验情境溯知识本源

浅层学习和低阶思维可以通过讲授灌输完成，但深度学习和高阶思维必须在有意义的情境中完成，创设情境有利于学生进入知识的意义领域，实现知识教学的发展价值.实验不能就是追求表面、流于肤浅，只注重形式，造成最后结果是正确的，过程却缺乏逻辑，甚至不科学.这就需要在常规课堂设置实验情境时，有梯度、有深度，让学生即兴的思考转化为真实的探究，理性地思考，让思考有序、深度.

情境片段：分离碘和CCl4的实验.

新高一学生在学完有机溶剂萃取碘单质内容后，往往心存疑惑：用CCl4萃取碘水中的碘以后，还是没有得到纯净的单质碘啊？要得到纯净单质碘，该如何继续操作？在做海带提取碘单质学生实验时，就补充一个实验探究环节，来解决这个疑惑.

有的学生提出用溶解性更好的溶剂(又自我否定了)，有的学生提出蒸馏法.教师出示CCl4和I2的沸点，CCl4沸点78℃，I2沸点184.35℃，沸点相差106.35℃，理论上可以蒸馏分离，用常规蒸馏装置，水浴加热.此时告诉学生实际效果不理想，大部分碘会和CCl4一起被蒸馏出，常压蒸馏是不能有效分离它们的.继续讨论分离方法，教师提示这两种物质那么“形影不离”，能否使其中一种物质化学反应后“跑”出来.学生逐渐进入提取信息、分析应用的高阶思维，让“谁”反应呢？只有I2啊！最后师生一起得出实验方案：向碘的四氯化碳溶液中加入强碱，分液后，所得水溶液(可滴管吸取上层水溶液)加稀硫酸，利用碘在水中的溶解度很小(100g水在常温下可溶解约0.02g碘)，沉淀过滤即可分离.完成实验操作，最后书写反应的化学方程式:

学生完成从宏观的现象到微观的机理，再到符号表征的三重表征的建构，该实验情境的展开中，也协助学生完成思维从低阶的记忆、理解跨到高阶的分析、综合.

3.创”数字实验”情境，让探究走向深入

数据也是引发更深度学习的一种辅助手段.英国人维克托在《大数据时代》中提出观点：“世界的本质就是数据”.借助数字实验，使学生接触到数据的情境，将一些定性实验定量化、实验变化过程可视化，学生就可以关注实验现象背后的本质，帮助学生想象微观世界，理解化学核心概念.

情境片段：金属的电化学腐蚀教学片段.

教师提问：铁在水中被谁腐蚀了？

学生A：O2

学生B：水中还溶解有CO2，有弱酸性啊

继续追问：什么证据说明是O2腐蚀了铁？预测书本上实验现象.

探究实验：连接盛有铁粉和碳粉混合物的潮湿密闭大试管，导管中红墨水上升，说明空气中某种成分被消耗，认为是氧气.追问：消耗的一定是氧气吗？

数字实验：氧气传感器测定腐蚀过程中氧气含量.(将氧气传感器伸入装有铁粉、碳粉混合物的试剂瓶内测定，装置及测定数据如下图)

教师总结：中性条件和弱酸性条件下，发生吸氧腐蚀为主.虽然水也微弱电离出H+，也有氧化性，实验证明最终是O2参与了反应，发生了吸氧腐蚀.

让数据说话，用科学思考，可以更深刻理解铁在水中的腐蚀过程.

4.创”生活化”情境，让学习更走心

化学归根结底是要为人类服务，与生活要相结合.现在的高考命题也经常出现鲜活的、与实际结合的情境，重视考查创新应用.这就要求学生的化学学习要多与生活结合，多进行创新应用活动，探索新情境.

情境：《重力电池的制作与探究》.

这是笔者在2016年杭州市创新实验比赛中参赛的项目，获得一等奖，可作为创新应用的例子在教学中使用.在完成原电池的教学后，课堂引入重力电池，一则增加趣味性，二则检验原电池的学习.

实验：取一支试管，加10mL稀ZnSO4溶液，再用移液管将10mL饱和CuSO4溶液液体慢慢注入试管底部，请学生预测是分层还是混在一起.(学生都说混在一起)，结果出乎预料，分成较明晰的上下两层，并且告诉学生：静置几天后分层界限依然没有大的变化.将导线连接的锌片、铜片依次慢慢放入上下两层，简单的锌铜重力电池就做好了.电流计检验，指针偏转，串联电池后能使发光二极管灯珠闪亮，用电压、电流传感器分别测电压、电流，电压、电流数据稳定(如下图)，并能稳定使用几星期(学生表示“惊异”).

继续探究：还有没有其它材料和试剂来做重力电池？(学生举例：镁、铝、铁与硫酸铜溶液，Cu与FeCl3溶液等)请画出设计图.学生甚至“脑洞大开”，提出氢氧燃料电池的重力电池.

教师讲述：实际上，根据大家画的设计图，Cu与FeCl3溶液的重力电池在实验室制作时，往往会失败，你觉得原因是什么？同时思考氢气与氧气混合在一起，真的也会分层吗？

讨论回答：实验容易失败的原因是导线里面的铜丝与氯化铁溶液直接反应，导致断路，还需要做好密封，铜丝避免与溶液接触.氢气与氧气混合例子请注意考虑气体分子运动.

重力电池引入，并不为“新”而“新”.在双液原电池中，盐桥连接了“横”着的两种溶液，形成了闭合回路，而重力电池是将两种液体“竖”了起来，提供重力电池这种新的实验载体，可以更好地理解原电池的原理，不会加重学生负担.学生可在选修课或者课外制作，动手动脑、创新应用.

类似例子还有很多，学生创新应用热情也很高，所以我们专门组织学生举办化学趣味实验大赛，学生自己动手设计、完成有趣实验，并且让优秀节目上微信公众号、参加元旦汇演，探究活动由课内走向课外，激发了学生的兴趣，促进了个性发展、能力提高.

总之，培养学生的化学核心素养是社会发展的大势所趋，课堂教学是落实核心素养的主阵地，创设实验情境，培养学生实验探究和创新意识是不可或缺的重要途径！教师应紧紧围绕学科核心素养开展教学，转变教学方式，引导学生学习方式转变，探究求真，质疑创新，不断促进具有化学特质的核心素养的发展，培育社会发展所需“全面发展的人”，任重而道远！.

参考文献：

[1]陆军.化学教学中引领学生模型认知的思考与探索[J].化学教学,2017(9)：19.

[2]王云生.基础教育阶段学科核心素养及其确定——以化学学科核心素养为例[J].福建基础教育研究，2016(2)：7-9.

[3]林肃浩.创设化学实验情境培养学生创新能力[J].中学化学教学参考,2015(6)：33.

[4]陈进前.核心素养导向下的化学教学[J].中学化学教学参考,2017(1，2)：1.

[5]陈进前.基于发展化学学科核心素养的教学情境创设[J].中学化学教学参考,2017(9)：17.