聚焦核心素养 优化实验教学

赵玲

摘 要 以“探究铜与浓硝酸反应”为例，通过以化学实验为主的探究活动开展物质性质的研究，并从元素的宏观视角认识物质及其变化的规律、从粒子的微观层面揭示物质及其变化的本质。把化学学科素养的内涵与教材内容及教学过程紧密的联系起来。

关键词 实验探究與创新意识;宏观辨识与微观探析;科学精神和社会责任;铜与浓硝酸;绿色环保

中图分类号：G632                                                      文献标识码：A                                                  文章编号：1002-7661（2019）13-0158-02

一、实验设计理念及过程

为落实“立德树人”的教育任务、充分发挥课程在人才培养过程中的重要作用，高中化学课程标准修订组根据“中国学生发展核心素养（征求意见稿）”和高中化学课程特点，提出包含“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”“实验探究与创新意识”“科学精神和社会责任”等五个要素的高中化学化学学科核心素养（简称“化学学科核心素养”）。化学学科核心素养，应该是“化学课程的核心素养”，可以界定为化学学科教学中应该注意培养的核心素养。物质的组成及其变化是化学研究的基本问题。这一问题的解决，强调运用实验、假说、模型、分类等方法，通过以化学实验为主的多种探究活动开展物质及其变化的研究，并从元素的宏观视角认识物质及其变化的规律、从粒子的微观层面揭示物质及其变化的本质。在“高考的指挥棒”作用下，如何利用简单的实验来开展“科学本质”的实验教学，如何在教学的过程中体现化学学科的核心素养，这是探究科学素养培养的重要课题。

铜与浓硝酸的反应是中学化学一个重要的性质实验，也是学生探究物质性质的重要实验之一，但该实验的过程中会产生有毒的气体，污染大气，影响学生的健康，所以不便于学生进行实验探究。对该试验如何改进使其操作简单化，绿色化，以便于学生分组实验或老师的演示实验，开展体现以“设计”为核心的实验教学已成为教学研究的重要内容。

实验用品：浓硝酸、铜片、NaOH溶液、CuO粉末、注射器、软管、烧杯、止水夹

（一）铜与浓硝酸反应

（1）实验装置：（见图1）

（2）实验原理：

Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O

（3）实验步骤：

①取一25mL的注射器，并连接一软管，拔出活栓，放入约3cm的铜丝，并使其平放在注射器的底部，然后推进活栓。

②将导管口浸入浓硝酸中，抽拉活栓，吸入体积3-4mL的浓硝酸，夹紧止水夹，倒置（见图1）。

现象：铜与浓硝酸剧烈反应，活栓向下移动，产生红棕色的气体，得到了绿色溶液。

学生疑惑：Cu²⁺是蓝色的，怎么是绿色的溶液？

老师：引导学生猜测可能性的原因并设计实验方案来探究。

猜测可能性的原因有两点：（1）铜与浓硝酸反应生产的二氧化氮溶于其中导致溶液呈绿色;（2）铜离子的浓度大导致溶液呈绿色。

组织学生明确探究目的、有针对性地设计探究方案，并执行探究方案。培养学生在探究中独立思考、合作交流，对于“异常”现象，要勇于说出自己的想法的科学精神与社会责任感;还可以提升他们“分析信息，提出新命题，驾驭知识体系的能量”。《化学课程标准》指出，“要让学生有更多的机会主动地体验探究过程，在知识的形成、联系、应用过程中养成科学的态度，获得科学的方法，在‘做科学的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力”。科学精神与社会责任，旨在引导学生树立严谨、求真务实的科研态度，在科学探究的过程中获得新的、有价值的发现。

（二）探究溶液呈绿色的原因

将注射器正立，打开止水夹，缓缓推动活栓，取少量反应液与小试管中（见图2），再夹紧止水夹，将导管插入氢氧化钠溶液中，防止有液体滴下。

实验步骤：

（1）确认绿色溶液中溶有NO₂

方法：向外抽活栓（见图3）或在酒精灯上微热（见图4），观察液面上方气体的颜色变化。

现象：液体上方气体颜色均加深，说明液体中溶有NO₂

学生：加热不能证明溶液中溶有的NO₂，有可能是浓硝酸受热分解产生NO₂使液面上方气体的颜色加深。

学生继续思考，可以通入氢气或氮气来回避硝酸分解的干扰。

培养学生尊重事实和证据，不迷信权威，具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神。化学是一门在原子层面上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学，宏观辨识、微观探析和符号表征是化学学科有别于其他学科的基本特性之一。此实验操作虽然简单，但实验现象的变化却可以让学生对“变化观念与平衡思想”有具体的感性认识，相关核心素养的也能得到有效落实。

（2）确认溶液呈绿色，与NO₂是否有关

方法：取一洁净试管，注入一定量的绿色溶液，在酒精灯上加热（见图5），用氢氧化钠溶液以吸收逸出的二氧化氮，防止污染大气，加热后液体的颜色变蓝（见图6）。

（3）确认溶液呈绿色是否与铜离子的浓度有关

方法：向小试管中加入一定的氧化铜粉末（见图7），振荡，静置，一段时间后溶液变蓝（见图8）。

疑惑：氧化铜粉末消耗了硝酸，是否有可能是浓硝酸导致溶液呈绿色？引导继续思考

学生：向绿色溶液中通入氮气时，硝酸浓度不变，溶液颜色变蓝。

在此实验的过程中，生成一个新的知识，二氧化氮与水反应是可逆的。学习的实质时“主动地形成认知结构，并通过把新获得的知识和已有的知识结构联系起来，积极地建构其知识体系”“宏观辨识与微观探析”素养的培育是学生通过一系列的化学认识过程逐步培育的。科学精神与社会责任是化学核心素养的重要组成部分。

（三）实验结论

由此可见，铜与浓硝酸反应后的溶液呈绿色是由于蓝色的Cu（NO₃）₂溶液中溶有NO₂的缘故，与铜离子的浓度大小无关。

二、改进后的优点

（一）本试验所用的药品量较少，密闭装置内反应，毒气不易外排，减少了有毒气体的排放。

（二）取材方便，装置简单，容易搭建，操作简单，现象明显，适合学生分组实验或教师演示实验。

（三）在确认绿色与铜离子的浓度是否有关时，实验设计一举两得，既增加了铜离子的浓度，又消耗了二氧化氮气体，溶液仍变成蓝色，充分说明了溶液呈绿色与铜离子的浓度无关。

三、评价

《普通高中化学课程标准（2017年版）》重视开展“素养为本”的教学，倡导真实问题情景的创设，具有终身学习的意识和严谨求实的科学态度;具有可持续发展意识和绿色化学观念。将知识转化为一种能力，解决生活，工作及学习中的遇到的问题;关注与化学有关的社会热点问题，深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系，清楚化學在社会发展过程中的重大贡献，能运用已有知识和方法综合分析对环境可能带来的负面影响，权衡利弊，勇于承担责任，积极参与有关化学问题的社会决策。在化学教学中，引导学生实验探究，可以培养学生的问题意识;在解决问题的过程中有助于培养学生的创新意识;通过相互合作完成实验，对实验现象进行信息加工并获得结论，有助于培养学生的科学态度、科学思维和合作意识。所以说实验探究既是化学学科核心素养的内在要素，又是综合培养学生化学学科核心素养的一种有效方法。

参考文献：

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