从一道高考题谈科学探究实验对培养学生的化学素养的重要性

师姚妮

摘要：新课改对于高中学生化学实验应用能力要求更高，高考中化学实验试题占有举足轻重的地位。通过2018年理综化学实验综合题的分析发现高考化学试卷中关于实验考题的得分比较薄弱，本文浅谈科学探究实验在化学教学中培养学生化学学科素养的重要性和意义。

关键词：高中新课改化学实验科学探究化学学科素养

新课改背景下，高中化学教学模式在不断地进行着优化与创新。高中化学教学既要求学生掌握一些主要的化学基础知识，还要了解诸多化学知识在实际生活中的应用。化学综合实验，作为高考全国卷必考题型，一般作为理综化学的第一道大题，包括基础的仪器的辨识与使用方法，物质检验、分离和提纯的操作，实验现象的描述，实验方案的设计与评价等。因此，高中化学教师应在化学实验教学过程中，重视学生实践操作能力、自主探究能力的培养，在提升学生化学核心素养的同时，也能够实现提高教学有效性的目的。下面根据2018年高考理综I卷化学实验综合题进行分析，从高考角度阐述高中化学实验教学中通过科学探究实验培养学生的化学学科素养的重要性。

【2018年高考理综I卷】26.醋酸亚铬[（CH3COO）2Cr·H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析 中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示，回答下列问题：

（1）实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是_________，仪器a的名称是_______。

（2）将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置，打开K1、K2，关闭K3。

①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为________。

②同时c中有气体产生，该气体的作用是_____________。

（3）打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是________ ；d中析出砖红色沉淀，为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是___________ 、_________、洗涤、干燥。

（4）指出装置d可能存在的缺点 ______________。

第（1）小题中“蒸馏水经煮沸后迅速冷却”出自人教版化学课本选修1《化学与生活》科学探究实验“不同条件下铁钉的锈蚀”。得分点为“除氧”，答“除去水中的溶解氧”，“降低氧气的溶解度”，“除去氧气”等得2分；“除去水中的空气”，“防止Cr2+被氧化”，“防止空气中的氧气溶于水”等不完整表示得1分；“除去水中的杂质”等不相关表述不得分。改卷当中发现学生的主要错误在于去分析“煮沸”对气体溶解度的影响，以及回答“除去空气”。反映出学生对课本科学探究实验不熟悉，不清楚实验目的是什么。第（2）小题②c中产生的气体的作用，得分点为“排空气（氧气）”2分；答卷中有“排除装置内的气体，防止Cr2+被氧化”等不完整表述；还有相当一部分“控制速率”，“增大压强”，“防止空气进入装置”等不相关表述。第（3）小题中为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是___________ 、_________、洗涤、干燥。得分点为“冷却”1分、“过滤”1分，顺序不能颠倒。该空错误较多为“蒸发浓缩、冷却结晶”；“冷却、结晶”；“结晶、过滤”等不完整答案。第（4）小题有两个得分点，“敞开体系”1分，“与氧气反应”1分，错误的学生很多，主要错误集中在“处理尾气”“污染环境”、“发生倒吸”。

由以上分析可以看出，学生在实验探究方面比较薄弱，答题过程中分析能力不强，容易根据惯性思维或固有模式给出自己熟悉的答案，反映出在化学教学中探究性实验教学的弱化。

化学是一门以实验为基础的科学，新课程大幅度地增加了实验探究活动，《考试说明》特地补充22个学生必做化学实验内容，以强调对实验教学的重视。但由于部分教师对化学学科本质及实验对化学学习与研究的价值等认识不到位，多数学校以实验条件不足、课时紧张等为理由，盲目削减化学实验教学，学生少做甚至不做实验，“视频播实验”、“黑板画实验”、“耳朵听实验”、“考前背实验”的现象普遍存在，导致学生化学实验基本技能与探究能力普遍低下，而“科学探究”实验更加不被重视。在《新课程标准》中，科学探究既是学生的學习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。[1]

在化学教学中如何通过科学探究实验培养学生的化学学科素养？

一、设计探究性的课堂学习模式

1.课本探究实验的实施。课堂是师生进行探究性学习的主阵地。课堂上教师将有些化学问题学习的主动权交给学生，让学生自己选择自己的研究课题，由学生利用课余时间查阅资料，独立或小组合作设计初步方案，再交由教师审阅，教师从中选出具有代表性的方案，集中在课堂上由设计者进行演示、交流，介绍自己设计的实验原理、方法和步骤，由学生评定优劣，共同探讨实验成败的原因。这样既激发了学生的兴趣，调动了学生的学习积极性，又有利于培养学生的化学素养。[2]

案例：探究不同条件下铁钉的锈蚀

在分组学习活动中，各小组同学对不同条件下铁钉的锈蚀进行了实验，设计出以下几种实验方案进行对比。

实验内容一周后进行观察并回答问题：（1）铁钉被腐蚀程度最大的是______（填实验序号）。（2）实验？中主要发生的是______（填“化学腐蚀”或“电化学腐蚀”）.（3）铁发生电化学腐蚀的负极反应式为：______.（4）根据上述实验，你认为铁发生电化学腐蚀的条件是______.

根据已经学过的知识，小组讨论并分析上述装置中铁生锈的条件，并根据实验现象的观察和对比，得出铁的腐蚀速率的影响因素。从而让学生对金属的腐蚀和防护形成系统的认识，加深了基本概念和实验环节的理解。这样既能激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，又能激发学生踊跃参与问题讨论和敢于探索的创新意识。

二、让探究式实验取代原来的验证性实验

课本探究实验的改进。在教学过程中我们发现，教材中的个别实验内容存在设计不严密、过程不环保等缺陷。因此，我们鼓励学生敢于质疑、大胆创新，自行设计了有关实验的改进方案。

案例：铁的氢氧化物的制备

在教材设计的实验步骤中“在2支试管里分别加入少量氯化铁和硫酸亚铁溶液，然后滴入氢氧化钠溶液。观察并描述发生的现象。”在该实验中很难观察到氢氧化亚铁的白色絮状沉淀，与课本上的描述不相符，学生在此产生了疑惑。因为空气的干扰，使得实验过程不够严谨。针对这一情况让同学们进行探究并改进。

在此可以让学生设计“如何避免生成的氢氧化亚铁接触空气，从而观察到课本中描述的氢氧化亚铁白色絮状沉淀”。可以画出装置图，也可以组装实验装置。学生通过查阅资料，实验室改装实验，得出了很多种制备氢氧化亚铁的方法。在探究实验中提高了学生分析问题解决问题的能力，增强了学生的动手能力。

三、课外探究性学习

作为化学课堂教学的延伸，课外探究实验的开展有助于延续学生学习化学的兴趣。如让学生测量家中一些物品的pH；研究土壤的酸碱性，将一定体积的蒸馏水加入一定质量的土壤中，充分搅拌后，过滤并留取滤液，测滤液的pH后向滤液中滴加氨水，每加入2mL氨水就搅拌均匀并测量溶液的pH，记录实验数据，并以加入的氨水体积为横坐标，pH为纵坐标绘制曲线图。在习题中有很多类似的学生可以在生活中完成的探究性实验，教师可以在布置习题中的作业的同时，提供少量实验器材和药品让学生进行实验探究，其他的仪器和药品，需要学生从生活中寻找。例如过滤实验，生活中用什么替代漏斗和滤纸？有的学生用废弃饮料瓶剪去一半，将上半部倒转过来，就是一个简易的漏斗，有的学生用多层医药纱布扎住瓶口充当滤纸，有的学生想到用化妆棉做滤纸。用什么替代烧杯、量筒和玻璃棒？有的学生用一次性医药针筒替代量筒；有的学生用筷子替代玻璃棒；有的学生用玻璃杯替代烧杯；有些学生从食品袋中找出干燥剂配制成澄清石灰水，有的食品袋里装有一小袋铁粉作保鲜剂，还可以用吸管代替导气管......实验替代品的收集，让学生成为生活中的有心人，还培养了学生变废为宝、勤俭节约的好习惯。在课外探究实验中，每位学生找到的材料以及对实验的方案设计可能都不一样。有时，同一实验会因实验条件各异，而产生的实验现象有所不同，这就会激发学生的求知欲；而有些现象书本未提及，老师也未提及，却在实验中出现了，为了弄个明白，他们查阅资料，请教老师，不断寻找答案。自己发现的问题，又由自己找到了答案，成功的体验，使学生更加坚定了学好化学的信心，良好的不断探索的科学品质也得到了培养。[3]

四、复习中再创探究情景

近几年高考化学试题命题中突出了实验能力的考查。在化学复习教学中，要带领学生重新走进实验室，重做典型的动手实验。实验教学中，不应满足于实验基本操作的训练，更应作为物质及其变化研究的方法与手段，从而充分发挥实验的认知功能、方法论和教学论功能。应再创设适宜的探究情境，引导学生经历“提出问题-作出猜想-设计方案-得出结论-反思评价”等过程；要求学生对比、归纳、总结常见仪器装置的使用原理、用途特点和规律；领会实验操作的实质与内涵：对操作原理的认识（解决实验操作理论依据的问题），对操作方法的认识（解决如何操作的问题），对操作目的的认识（解决为何要安排这样操作的问题），对错误操作造成后果的认识（解决为何要这样操作的问题），掌握科学规范地进行实验操作的技能；加强实验目的、步骤和原理分析，学会控制条件、使用仪器、观察分析、得出结论、解释结果、设计或评价或改进简单的实验方案。多问“怎样做”“为什么这样做”“还可以如何做”，培养与发展学生的实验探究能力。[4]

在高三复习阶段，化学实验综合题型研究环节中应尽量开放实验室给学生，创造更加有利的条件让学生进行化学实验探究。在做实验综合题过程当中会遇到不同类型的实验流程图，如果有條件可以让学生进入实验室组装流程。根据题型进行实验组装或实验探究，不仅可以激发学生化学研究的兴趣，提升学生的实验操作技能、探究能力、分析问题的思路，而且以实验来突破知识的疑难点，可以更好地提高高考复习效率。

例如（2017·厦门第2次质检）（1）利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）制取硫酸亚铁晶体用下图所示过程进行实验。

（2）探究硫酸亚铁分解产物，按下图所示装置进行实验。

我们可以让学生利用课余时间到实验室进行装置的组装，学生能够更好地理解实验装置中每个环节的作用，能力较强的同学可以进一步进行探究。学生的学习效率得以提高，学生能根据自己不同的情况进行不同程度的探究，为每个学生都创造了化学能力提升的机会。

在近几年的化学教学活动中充分验证了在化学学习过程中设置合理的问题，为学生创设良好的实验探究环境，在实验探究活动中培养学生主动探究的意识，不仅提高了学生学习化学的兴趣，增强了学生的动手能力，提升了学习质量，更重要的是使学生真正体验获取知识的乐趣，学习和探索成了学生积极的内心需要，进一步培养了学生的化学学科素养。

参考文献：

[1]2018年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明[M]. 高等教育出版社 ， 教育部考试中心， 2017

[2]新课程标准下化学探究性学习的实践与探索.张传英.《教育学文摘》2014年3月总第114期

[3]在化学实验教学中培养学生科学素养的研究[J].尚晓峰.中学课程辅导·教师教育.2018年9期

[4]2018高考化学大纲解析：强化实验与探究能力