基于化学学科素养的课外实验设计——以“粉笔中各组分含量测定实验在教学中的应用”为例

祝飞红,刘 翠,梁 静,沈金晶,韩莹莹,王 洁

(1.江苏师范大学化学与材料科学学院，江苏 徐州 221116；2.江苏师范大学 教师教育学院，江苏 徐州 221116)

学科素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。《普通高中化学课程标准》中指出：“化学核心素养包括' 宏观辨识与微观探析'、' 变化观念与平衡思想'、' 证据推理与模型认识'、' 科学探究与创新意识'、' 科学精神与社会责任'五个维度”。上述化学学科素养设计是对化学学习的各个方面的总体要求。化学是一门以实验为基础的学科，实验是化学的灵魂。实验的探究性、操作性，是培养学生化学核心素养的重要内容。化学实验分为课堂实验和课外实验。课堂实验一般都是精挑细选的，具有典型性的实验。课堂实验一般是由教师演示实验和学生分组实验。但受制于时间、空间、仪器及药品，学生的科学探究能力得不到充分挖掘。化学课外实验是课堂实验的延伸和拓展，在化学实验教学中具有非常重要的地位。课外实验给予了学生充足的时间去构思和设想，因而可以充分发挥学生的主动性。

1 课外实验的价值

化学实验作为化学课程的重要组成部分，是培养学生化学学科素养的重要途径。依托化学实验，培养高中生化学学科素养，关键在于如何深挖教材，整合课程化学实验资源的同时，引导学生自主探究、自主设计实验，进而在化学实验中培养化学学科素养[1]。课堂实验因其种种局限性，无法给及学生充足时间去探究和自主设计实验，因而效果不佳。而课外实验作为化学实验的补充，可以让学生在紧扣生活实际的同时，与同伴开展一系列的实验探究活动。在提出假设，查阅资料，验证实验，收集证据，总结结论这些活动中锻炼思维，培养创新意识和探究能力。主要体现在以下几个方面。

1.1 课外实验延伸课堂教学，关注学生日常生活

在学生生活的日常世界中，每时每刻都在发生着化学变化。课外实验将化学知识与学生的日常生活实际相联系，有助于学生感受生活，认识世界的同时，形成一种科学的思考方式，达到举一反三，学以致用的学习效果。

1.2 课外实验延伸课堂教学，巩固学生化学知识

学生在课外实验探究活动中对课堂上的知识进行验证，探究理论知识是如何在实践中得到证明的，并对“意外”情况进行分析，这样就能达到深入了解课堂知识的效果，从实验中学习化学、认识化学、感悟化学，并更好的把化学知识应用于生活实践的各个方面，达到巩固知识、学以致用的结果。

1.3 课外实验延伸课堂教学，提高学生综合能力

课外实验是一个小型的探究课题，相较课堂实验而言，更具形式多样性和内容丰富性的特点。学生在完成该实验探究的过程中，他的设计实验能力，探究思维，搜集资料能力都会得到极大提升。这是一个综合性的活动任务，是需要团体进行分工合作，因而也锻炼了学生的合作能力和交流能力。

2 课外实验的设计原则

《化学教学论(第四版)》中提到化学实验的设计原则：科学性原则；绿色化原则；可行性原则；安全性原则；简约性原则。根据此原则和中学化学课外实验的真实情况，又有以下标准：一是简单。简单包括装置简单，操作简单，实验用品易得等。二是安全。安全是避免使用有毒化学试剂和具有一定危险性的实验操作。三是明显。主要是指实验现象明显。四是探究性。探究性是指实验方法和实验结果具有一定开放性，它可以用多种实验方法去探索，不同的实验方法指向不同的实验结果。多样性的实验既可以提高学生探索的积极性，也避免了单一，枯燥。

3 课外实验教学实例

3.1 设计意图

该实验旨在培养学生动手操作、善于思考、理论与实验相结合的能力，在此过程中，学生不仅仅关注实验的趣味神奇，还需了解每一步骤中所包含的化学本质，了解整个实验的设计思路，才能顺利完成实验。再者，实验结果的多样性有利于教师基于学生各自的实验提出针对性的指导，了解每个学生对于实验的独特思考，促进学生个性的发展。实验中每一步的变化及加料的作用和原因也是教师考察学生理论知识掌握程度的依据。丰富的化学变化、基于理论的实验原理以及课外实验的多样性特点都将极大地提升学生的综合素养。

现版苏科版高中化学选修《实验化学》专在第二单元“物质的分离与提纯”这一专题分为了3个课题，包含了7个实验，涉及了物质的分离与提纯的基本方法如蒸馏、过滤、萃取以及一些新的分离方法如层析、渗析等，“物质的制备”中介绍了一些物质制备的程序，研究对象都为与生活息息相关的物质，以生活中的科学入手，不仅有利于为学生提升化学的基本实验技能，还可以增加化学的趣味性，让学生理解化学的实用性。

为了提高学生的科学探究能力，本研究选取了教学生活中常用的物质——粉笔，设计粉笔末混合成分测定实验。从探究粉笔中各物质含量，让学生从问题和假设出发，依据探究目的，设计粉笔成分的探究方案，并运用化学实验进行探究，最终得出结论。在这一过程中，同时也让学生熟练应用过滤(抽滤)这一基本分离方法和酸碱滴定实验操作，理解微溶与难溶概念，提升数据处理能力。

3.2 教学活动的设计

教师在课前让学生查阅相关资料，了解粉笔的主要成分和相关知识点。课堂开始后，教师让学生两人一组，一人负责沉淀部分，一人负责溶液部分，分组进行本节课的学习。首先，教师通过提问了解学生课前预习的情况，为了让学生了解本实验的目的、原理，教师通过分析和提问引导学生自主发现实验方案，在此过程中，引导学生领悟宏观和微观的密切联系，鼓励学生积极思考，最终得出最佳方案并通过实验获取数据。课堂过程中，帮助解决学生可能遇到的各种问题，主要问题包括各种物质的含量如何测定，酸式滴定管的使用，抽滤的操作步骤，产率如何计算等。

教师组织学生讨论实验方案，并完成工作单1，见图1。

图1 工作单1

学生分小组完成实验探究，并完成工作单2。小组1完成的内容，见图2。

图2 工作单2

4 结论

通过本实验的学习可以让学生深刻体会到化学与生活的紧密联系，使学生乐于去探索课堂之外的化学世界，体会化学的价值。轻松趣味的课后实验能够有效的提高学生的学习积极性，以学生为主体，创建小组学习是课后实验探究的重要手段。引导学生自主探究、自主设计实验，进而在化学实验中培养化学核心素养。运用小组教学完成本实验的学习可以使学生与学生、学生与教师形成全方位的交流模式，丰富课后实践活动可以开发学生的创新能力，提高教学质量，对学生今后的发展也有重要影响。