基于化学学科核心素养培养的探究实验教学

彭毅

【摘 要】初中化学老师在教学中培养学生的化学学科素养，通过实验带领学生进行探究，观察实验结果的方法，同学积极参与思考、讨论和实验，能有效锻炼和提升学生的合作学习能力，培养学生的创新意识和创新能力，对于中学化学的教学具有很好的促进作用。

【关键词】探究实验;学科核心素养;教学

2017版普通高中化学课程标准明确提出，高中化学课程以发展学生的化学学科核心素养为主旨。初中化学老师理应顺应学科素养发展的要求，在教学中着力于对学生化学学科素养的培养。通过教师引导学生基于基础的化学实验进行探究和拓展，无疑对提升学生科学探究和创新意识这一学科素养大有裨益。

2018年苏州市初三化学实验操作考查的实验题目之一是探究“碳酸氢钠、碳酸钠分别与稀盐酸的反应”，实验考查的内容和步骤为：用钥匙的柄端分别取少量碳酸氢钠、碳酸钠粉末加到2支试管底部，再各倒入约1ml稀盐酸，振荡片刻，对比观察现象。该实验题目涉及到的实验是一个基础的化学实验，实验题目主要是考查学生基本实验操作技能的掌握情况。笔者基于该实验带领学生进行了适度的探究，收到了良好的教学效果。

一、引导学生挖掘实验中蕴藏的问题资源，培养学生发现和提出问题的能力

能发现和提出有探究价值的问题是科学探究素养的重要方面。爱因斯坦曾经说过：提出一个问题比解决一个问题更重要。所以，我们在进行实验教学时要敏锐地抓住可以利用的教学资源，引导学生主动对实验的原理、过程或结果中可能蕴藏的问题进行挖掘和探究，从而培养学生发现和提出问题的能力。

上述实验中，学生可以清楚地观察到碳酸氢钠、碳酸钠与稀盐酸都能进行剧烈的反应。在此基础上，笔者引导学生去挖掘关于这个实验是否还有需要研究的问题。同学们经过思考和交流，提出了这两个反应哪个更加快速？这个反应速度的快慢是否能通过实验加以研究？反应速度的快慢受到哪些因素的影响？等一系列问题。

通过这个教学过程，学生认识到在观察和分析实验时不能仅仅停留在描述实验现象这个水平上，還可以对实验的过程和结果进行深层次的研究。这样不仅学生的问题意识能得到培养，发现和提出问题的能力也能得到锻炼和提升。

二、安排学生进行实验方案设计，培养学生设计探究方案的能力

能从问题和假设出发，确定探究目的，设计探究方案也是科学探究素养的重要组成部分。在学生分析实验提出问题后，教师就需要因势利导组织他们设计并完善探究方案。教师通过将学生分为几个探究小组，根据已经提出的问题设计实验方案，并就实验中每一步的操作要点和要求进行细化研究，能使自己设计的方案更具合理性和可操作性。

通过讨论，同学们确立的探究问题是比较碳酸氢钠、碳酸钠与稀盐酸反应的速率哪一个更快速。围绕这个实验探究的目的，学生根据自己所学习的知识，并经独立思考和小组合作确定了基本的探究方法：通过控制单一变量来进行对比实验。实验的唯一自变量是反应物之一的种类不同，分别是碳酸氢钠、碳酸钠，另一种反应物盐酸是相同的。从控制单一变量的要求来看，实验条件是要保证除了碳酸氢钠和碳酸钠两反应物不同外，其他条件都相同，包括碳酸氢钠和碳酸钠的量相同，固体颗粒粗细大小相同，盐酸的浓度和量相同等等各种条件。

在确定总体实验方案的基础上，学生又对实验中的一些具体问题进行了分析和探讨。例如学生们研究了加入盐酸的量多少合适？要保证加入的碳酸钠和碳酸氢钠完全反应，则应根据哪一种反应物来计算盐酸的合适用量？选择什么浓度范围内的盐酸浓度比较合适？运用什么办法能比较直观地观察到实验的结果？等等一系列问题。随着这些细节问题的逐渐明晰，各学习小组就基本能够形成比较合理的实验探究方案。

学生通过对真实的有探究价值的问题的研究和分析，在自己的独立思考和小组合作的基础上，能够提出一个比较完整而且合理的探究方案。学生通过参与和感悟这个过程，他们就能真切而具体地体会到构建探究方案的基本步骤和方法。古人说：“夫耳闻之，不如目见之;目见之，不如足践之”，要提高学生设计探究方案的能力，培养学生科学探究的化学学科素养，就需要让学生围绕真实问题进行身体力行的实践。

三、启发学生围绕实验进行创新思考，培养学生的创新意识和创新能力

在当今世界，创新意识和创新能力越来越成为一个国家国际竞争力的决定因素。创新意识和创新能力就属于化学学科核心素养的重要组成部分。我们在进行化学教学时要努力培养学生的创新意识和创新能力。在进行问题探究和实验方案设计的过程中，学生可以围绕需要研究的问题进行合理而多样的创新性的思考和设计，从而达到培养学生创新意识和创新能力的教学目标。

学生在讨论上述实验方案的细节时，对于反应物碳酸钠与碳酸氢钠固体颗粒的大小和用量进行了分析。首先关于两种反应物的用量，几乎所有同学都认为只要碳酸钠和碳酸氢钠固体等质量就可以，于是我启发同学思考下列问题：本实验要研究的问题是什么？我们通过观察什么现象来进行实验结果的对比？等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量的盐酸完全反应产生的二氧化碳是否相等？同学们经过分析发现本实验通过观察单位时间内产生的气体量来比较反应速率，而等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量的盐酸完全反应产生的气体（二氧化碳）量是不同的，不利于比较。在此基础上，我再启发学生思考如何解决这一问题？学生们能够分析出：由碳酸钠和碳酸氢钠与过量盐酸反应能够产生等量二氧化碳来确定碳酸钠和碳酸氢钠的应该用的质量或质量比。理论上假设与足量盐酸都产生0.44g二氧化碳，则碳酸钠应该用1.06g，碳酸氢钠应该用0.84g，即碳酸钠和碳酸氢钠的质量比应该是106：84（即53：42）。由计算来看碳酸氢钠所用质量比碳酸钠的少，如果所用固体质量少在短时间内产生二氧化碳多，就更能说明碳酸氢钠与盐酸反应速率快。由于固体颗粒物的大小影响了反应物之间的接触面积从而影响了反应速率，我向同学们提出如何使反应物的颗粒大小基本一致呢？学生讨论方案多种多样，最有代表的是：①手工挑选较大的、颗粒大小程度相同的两种固体颗粒;②有同学想到都研磨成粉末状;③极少数同学提出用粗一点的筛子先筛下固体颗粒，留在粗筛子上的固体弃用;再用稍细一点的筛子筛选粗筛子漏下的固体颗粒，取用留在细筛子上的固体颗粒（弃用细筛子漏下去的颗粒），这样取用的固体颗粒就是能漏得下大一点的筛子而漏不下小一点筛子的颗粒，能基本保证固体颗粒粗细大小基本相同。

在这个教学过程中，教师通过启发学生思考和讨论，对反应物的用量进行深入地分析，破除了在对比实验中反应物用量一定等质量这样的思维定式，而是从产物量的角度来分析反应物的用量。对于固体反应物颗粒大小的研究，少数同学提出的上述第三种解决方案非常具有创造性。这样的探究过程中无疑对于培养学生的创新意识和创新能力是具有很好的促进作用。

四、组织学生进行小组合作，培养学生在探究学习中的合作能力

合作学习是一种中重要的学习方式。学生能够很好的参与合作学习，在合作学习中表现出很好的合作精神和合作能力也是作为人的重要的核心素养之一。在解决探究性问题时，这些探究性的问题往往具有一定的复杂性，从问题的提出、方案的设计、细节的考虑、到最终进行科学实验并对实验结果进行分析，可能还需要对探究过程中出现的新问题进行进一步的研究。这个复杂的学习和探究过程就需要教师组织学生建立学习小组通过相互合作的方式来推进。

学生在研究通过什么办法来观察实验结果的时候，各学习小组展开了热烈而充分的讨论，每个学习小组都提出了各自的方案。有些小组通过合作探究提出同时用相同型号的气球收集产生的气体，看它们在相同时间内胀大的速率的方案。而通过这个方案来进行实验的结果的对比，就需要两组实验同时进行，还需要有同学及时记录实验的结果。显然这个实验过程需要学习小组内的同学进行合理的分工和合作，保证实验能够顺利进行。实验中，同学们将等量的适宜浓度的盐酸注入试管，将碳酸钠和碳酸氢钠颗粒放在相同的气球中，然后通过小组同学的配合同时将碳酸钠和碳酸氢钠颗粒加入到盐酸中，另外的同学负责记录实验结果和拍照。最后的实验结果如下图：

实验的结果非常好的说明了相同条件下，碳酸氢钠与盐酸的反应速率更快，同学的探究实验取得了成功。在该教学过程中，小组合作学习得到了比较好的体现，各学习小组的同学积极参与思考、讨论和实验，学生的合作学习能力得到了有效的锻炼和提升。

化学是一门以实验为基础的学科。在初中化学教学中，我们会接触到很多的实验，如果我们初中化学教师都能做一个有心人，带领学生围绕一些具有探究价值的基础性化学实验展开适当的拓展和探究，引导学生提出问题、设计方案、适度创新、加强合作，就能为培养学生的化学学科素养提供了一条切实可行的路径。