基于学科核心素养的高中化学实验创新实践

文/东莞市第一中学

化学是一门以实验为基础的自然科学，学生对化学知识的获得、能力的形成都是在实验的基础上建立起来的。应试教育思想根深蒂固、课程安排课时不足、以学生安全为由不开设或少开设实验教学，是现阶段高中化学实验教学的普遍现象。这就造成微课视频实验多，现场操作实验少；教师演示实验多，学生分组实验少；照本照做实验多，创新探究实验少；验证性质实验多，探究应用实验少的不良局面。这与培养学生科学探究与创新意识的教学目标背道而驰。

笔者结合多年的教学经验，在高中化学实验教学中，就如何提高学生的科学探究与创新意识方面进行了一些实践和思考。

一、化学实验教学的重要意义

在化学教学中，化学实验对于学生养成变化观念、证据推理、实验探究与创新意识、科学精神起着重要的作用。笔者认为，高中化学实验按照开设目的不同，可以分为以下三种情况。

1.教师演示实验

教师演示实验有助于学生掌握相关知识点，验证相关理论知识。如SO2对品红溶液的漂白作用，其原理与氯水不一样。通过实验验证可以很直观的了解“SO2溶于水后生成的亚硫酸跟有色物质直接结合成无色的暂时稳定的化合物，加热后能恢复原色”，从而掌握SO2漂白作用的“暂时性”；又如演示强酸与强碱的中和滴定实验能直观验证滴定终点的判断：“当最后一滴液体滴下后，锥形瓶内溶液颜色发生变化，且在半分钟内不变色”。通过实验，学生有真切体验感受，就会更加容易理解对应的理论，甚至会主动深入探究等当点和滴定终点的本质区别。

2.学生分组实验

分组实验指的是学生在教师的指导下，在实验室中自主进行的实验。在分组实验活动中，只要不涉及实验安全问题，教师大可以放手让学生“犯错”，让他们在“错误”中一步步成长。只有“误入歧途”，才可能出现不同的实验结果，才会和其他小组交流实验结果，进而发现和提出有探究价值的化学问题。如铁的氢氧化物制备实验，有这么一段描述“因Fe(OH)2在空气中迅速被氧化，变成灰绿色，最后变成棕红色的Fe(OH)3”，问题是：“灰绿色物质是什么？是Fe(OH)2和Fe(OH)3混合物？”学生在实验过程中提出的种种问题，其实就是创新点，是“发现和提出有探究价值的化学问题”。

3.创新探究实验

创新探究实验是指学生在掌握基本实验方法和相应知识的基础上，通过主动地发现问题、查阅资料、实践操作、总结成果、表达交流等探究性活动，获得知识和技能的学习方式和学习过程。创新探究实验的一个重要特征是开放性，包含选择探究问题的开放性、探究过程的开放性和探究结果的开放性。学生的“科学探究与创新意识”培养就应该从学生打破书中常规实验、勇于质疑和自主探究实践等方面着手抓起。在遇到课程之外的问题时，具有“科学探究与创新意识”科学素养的学生往往能够以开放的思维角度，主动寻求解决方法，并在这样的良性循环过程中，形成科学价值观。

二、高中化学实验教学创新实践

1.新媒体融合高中化学实验教学，将不可视变成可视

信息技术高速发展，新媒体推陈出新，促使高中化学实验教学发生重大变革。PPT课件、可视光盘、微课慕课、VR仿真虚拟等新媒体素材，经过教师的筛选、组合，可以形成优秀的教学资源，融合到高中化学实验教学，能够创设开放性信息化学习环境。

微粒(如原子、分子、离子、胶粒等)的运动和相互作用，物质的微观组成和结构、晶体的聚集状态等微观领域，一般显微镜都不能直接观察。我们可以利用微课、3D视频、VR仿真虚拟，变抽象不可视为形象可视，让学生直观形象地认识微观世界，理解化学反应的原理。如在进行选修4化学反应原理相关实验时，引入“PH计”“电流计”“温度传感器”等数显传感器设备，能直观检测溶液PH值、导电性、温度变化，变定性分析为定量监测，学生更容易对实验信息进行加工并获得结论。

实验教学充分发挥新媒体优势，就可以把学生的感知直接引导到看不见也摸不着的微观世界里，让学生感受到课本上的知识其实就在身边发生着。

2.改进演示实验、分组实验，省时省事，节约环保

化学教材中编写的实验是结合化学课程标准的要求，综合考虑各方面需求所提供的范例实验。但是范例实验并不一定是最佳的实验方案，教师可根据实际条件和需求对一些实验进行优化和改进。

教材部分演示实验、分组实验，对试剂的量、实验环境等要求较高，微小的差别或者变化都会导致实验结果发生偏差，实验现象异常，甚至造成实验失败。如银镜反应，氨水的使用量难以控制，很难得到明亮的银镜；由于Fe2+极易被氧化，FeSO4溶液滴加NaOH溶液，很难观察到白色沉淀；焰色反应实验很难观察到满意的实验现象，等等。

还有一些实验使用的试剂、反应的生成物会对环境造成污染，特别是某些实验生成了有毒气体，但没有对这些气体进行有效处理，在一定程度上影响学生的环保意识。

笔者经实践探究，改进了几例演示实验，节省操作时间，实验现象更易观察，教学效果更明显。

(1)氨与氯化氢的反应产生白烟，按照教材通常是将两根分别沾有浓氨水与浓盐酸的玻璃棒靠近，实验现象受温度、湿度、风速、背景颜色等因素的影响，产生的白烟持续时间较短，而且难以看出是白色固体(到底是烟还是雾)。若改为使用两团棉花分别蘸取浓氨水和浓盐酸，置于大烧杯底部两侧，并用表面皿盖住烧杯口。这样改进后，学生非常容易观察现象并确认产物是白色的烟。

(2)在学习二氧化硫的性质时，教材只是安排了演示实验验证SO2溶解性、酸性、漂白性，对于它的还原性、氧化性一般只能用化学反应方程式来描述。教辅资料经常出现图1的装置图，倒是可以一次性完成SO2制备和性质检验，但是实验仪器多、操作复杂、反应时间长，不利于教师演示操作。我们可以利用点滴板，如图2所示，在Na2SO3固体里加入1∶1硫酸后，用另一个表面皿反盖上，很快可以观察到实验现象。

图2

(3)焰色反应按照教材的做法，学生想看到和教材图片上的鲜艳颜色几乎不可能，只能机械地记忆课本上所提供的实验结果，造成理解不深刻、记忆困难的情况，严重打击学生学习的积极性。我们可以把滤纸(或者宣纸)切成的纸条(类似纸槽)，将纸条分别浸泡在待测盐的饱和溶液里，片刻后取出，晾干；用坩埚钳夹持含有不同待测盐的纸条在灯焰上灼烧，灯焰就会呈现不同色彩。这样操作简单，现象非常明显，学生意识到简单的改变就可以改进实验，进而学会独立思考。

3.对教材的演示实验，主动延伸探究、敢于提出质疑

在进行教材的演示实验后，教师可适度引导学生发现实验的“异常”，帮助学生提出有探究价值的化学问题，并探究形成进一步改进实验的设想，或者验证“异常”出现的原因，培养学生敢于质疑和批判的创新精神。

如选修4为了进一步验证温度对反应速率的影响，在实验2-3基础上，又设计了一个科学探究：已知4H++4I-+O2=2I2+2H20，现有1mol/LKI溶液、0.1mol/LH2SO4溶液和淀粉溶液，请探究溶液出现蓝色的时间与温度的关系。经过必修2学习，学生已经知道了升高温度能加快反应速率。但是，这个科学探究有可能出现的结果是温度较高的热水中的混合溶液反而变色慢，甚至不变色，与学过的知识恰好相反。

又如必修1设计了一个科学探究来验证Fe2+和Fe3+的相互转化。FeCl3溶液加入铁粉充分反应后，滴加KSCN溶液，不变红色，即不含Fe3+，Fe3+被还原为Fe2+；把上层清液倒入另一个试管，再加入几滴氯水，若变红，则可以证明Fe2+又被氧化成Fe3+。但是实际操作过程中，若滴加的氯水过量，则会看到先变红后褪色。

这些实验的“异常”一经学生发现，就是一个思维碰撞的火花，就是一个研究性课题。教师可以指导学生课后自行查阅资料，深入探究，并进行实践验证。只有这样，才能激发学生学习兴趣，提高科学探究与创新意识。

4.开设校本化学创新实验课程，培养科学探究与创新意识

要培养学生科学探究与创新意识，除了教材开设的分组实验和科学探究实验之外，新课标要求将化学与生活、化学与社会、化学与科技作为化学教育教学的重要组成部分，实验是化学中最容易激发学生学习兴趣的部分，开发校本化学创新实验课程，已经成为近几年高中化学实验教学的一个创新点。

“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要”，我校化学科组几位教师将化学知识与实际生活联系起来，设计了多门校本选修课程，并吸引了相当一部分学生参加。该课程开放实验室，学生分组后自主完成实验方案设计，自行动手实践并得出实验产品。经过校本课程学习，提高学生对化学实验的兴趣，培养学生动手实验的能力、解决问题的能力和创新设计的能力。摘录部分课程计划如下：自制手工肥皂、自制酸碱指示剂、手工唇膏、自制创意蜡烛、趣味变色实验、固体酒精与焰色反应、固体酒精与法老之蛇、自制熔岩灯、七彩荧光趣味实验。