基于科学精神培养的化学教材实验拓展教学

韩红芳

摘要：围绕学生科学精神核心素养培养，以初中化学教材实验为基础，通过凸显证据推理与模型认知、关注教材实验现象异常、鼓励引导学生提出问题等视角，开展教材实验的拓展性教学，进而培养学生理性思维、勇于探究、批判质疑等科学精神。

关键词：科学精神;培养;教材实验;拓展教学

文章编号：1008-0546（ 2019）09-0074-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn. 1008-0546.2019.09.022

初中化学是一门以实验为基础的自然学科，实验既是化学学习的主要手段，也是化学学习的重要内容。化学家波义耳曾说过：“不应该把理性放在高于一切的位置，知识就是从实验中获得的，实验是最好的老师。”浙江省教育厅于2015年正式颁布了《关于深化义务教育科学课程改革的指导意见》，要求教师积极开发内涵丰富的拓展性课程，实现科学课程的拓展性教学，但基于什么？通过化学拓展性教学培养学生什么素养？却一直困扰着广大化学教师。幸运的是，2016年9月，《中国学生发展核心素养》正式颁布，科学精神作为六大核心素养之一，包括理性思维、批判质疑、勇于探究三点。为此，围绕科学精神这项核心素养，以化学实验为载体开展了拓展性教学的实践与思考。

一、凸显“证据推理”与“模型认知”，培养学生理性思维

《中国学生发展核心素养》指出，理性思维是崇尚真知，能理解和掌握基本的科学原理和方法;尊重事实和证据，有实证意识和严谨的求知态度;逻辑清晰，能运用科学的思维方式认识事物、解决问题、指导行为等[1]。在初中科学实验教学中，许多教师大多重视学生实验操作的规范性，注重引导学生通过实验验证或探究概念规律，却很少开展拓展性实验教学，忽视对学生理性思维的培养。化学实验的理性思维主要表现为“证据推理”和“模型认知”两个方面，教师可在拓展实验教学的同时，融入学生理性思维的培养。

如图l装置所示的三颈烧瓶中充满C02气体，A颈连接的注射器内充满NaOH溶液，B颈连接的注射器内充满盐酸，C颈插有的玻璃导管一端跟外界连通，

在开展拓展实验时可具体操作如下：

（1）A颈连接的注射器向瓶内注入NaOH溶液，觀察小气球形状变化。

（2）然后B颈连接的注射器向瓶内注入盐酸溶液，观察小气球形状变化。

通过A颈往瓶内注入氢氧化钠溶液，观察到的证据是：小气球变大。也可通过推理得出：因为氢氧化钠溶液与瓶内CO2反应，导致瓶内气体量减少，气压变小，小于外界大气压，而小气球内空气与外界相连，故小气球变大。过一段时间后通过B颈往瓶中注入盐酸，观察到的证据是：小气球变小。推理可知：由于烧瓶内有Na2C03，故注入的盐酸与Na2C03反应，产生CO2，使烧瓶内气体量增大，气压变大，大于外界大气压，故小气球变小。

C02与NaOH溶液、Na2C03溶液与盐酸反应是化学教材中常见实验，通过三颈烧瓶把它们联系起来，开展拓展性教学，结合气压知识，进行推理，既有助于培养学生分析问题的能力，也有利于培养学生科学推理的理性思维。

美国国家科学研究理事会NRC指出，传统课堂教学中学生记忆的科学知识很容易被遗忘，而“参与科学推理”的过程会让学生的科学思维得到发展，同时促进对科学知识的理解[2]。在拓展性实验教学中，教师可引导学生结合所学知识来推导化学实验的结果，并与实际现象对照，以此激活学生理性思维。在化学实验拓展性教学中，引导学生参与科学推理有利于培养学生的理性思维，通过模型认知也是培养学生理性思维切实可行的一条途径。

在电解水实验中，教师往往引导学生通过建立模型，从微观视角去认识化学变化。为此教师也可通过组织学生开展一些拓展性实验，引导学生基于微观视角，建立模型，培养学生模型认知能力。如开展“丹砂烧之成水银”实验，“丹砂”指的是硫化汞，可结合实验现象，写出化学方程式：HgS+O2=△=Hg+SO2，然后引导学生建立模型，如图2所示。

科学思维是科学教学的核心，而建构和使用模型是形成科学思维的基本途径[3]。在化学拓展性实验中，教师也可通过实验图表，实验过程的示意图等模型来培养学生的理性思维。

库恩认为，理性思维是智力发展的最终目标，教育的核心在于发展学生的思维，尤其是理性思维。通过化学实验拓展教学，既是深度学习化学的需要，也有助于促进学生形成基于证据的推理、模型建构与认知的理性思维方式。

二、关注教材实验异常现象，促进学生勇于探究

科学探究活动是培养学生科学观念与能力的重要途径，也是培养创新精神与实践能力的有效手段[4]。《中国学生发展核心素养》对勇于探究素养的要求是：具有好奇心和想象力;能不畏困难，有坚持不懈的探索精神，能大胆尝试，积极寻求有效的问题解决方法等。教师可引导学生通过关注教材实验异常现象，提出问题，建立假设，设计实验方案，开展探究活动，培养学生科学探究能力。

如铜与硝酸银溶液反应的实验，在教材中其实验目的是为了探究金属活动性顺序。在实际操作中，学生很容易观察到铜丝表面有银白色固体出现，但细心的同学有时会发现试管内溶液未显蓝色，与所学知识不符，这是什么原因呢？教师可组织学生展开讨论，作出不同的假设。如溶液未显蓝色可能是因为Cu2+浓度太小之故，并设计方案如下：用浓度更大的多组AgNO3溶液，多次实验，观察实验现象，得出结论。有的小组作出铜丝中可能含有比铜活泼的金属的假设，设计相应的探究方案：取上述相同的铜丝，浸入硫酸溶液中，观察实验现象，若有气泡产生，则可证明铜丝中有比铜活泼的金属，反之没有。或者也可把铜丝插入硫酸铜溶液中，通过观察硫酸铜溶液颜色是否变浅或变色来判断。

新课程理念要求我们积极开展拓展性课程教学，促进学生科学探究。化学教材实验是由专家编撰、久经检验的经典实验，但教师可通过引导学生关注实验异常现象，提出解决问题的方案，不仅有助于培养学生科学探究能力，也有利于丰富化学拓展性教学的内涵。

三、鼓励引导学生提出问题，培养批判质疑品质

批判性是思维活动中独立分析和批判的程度，是思维活动中善于严格估计思维材料和精细地检查思维过程的智力品质[3]。《中国学生发展核心素养》对批判质疑的要求是：具有问题意识，能独立思考，独立判断;思维缜密，能多角度、辩证地分析问题，做出选择和决定等。在开展教材化学实验教学时，教师要鼓励学生勇于质疑，敢于提出问题，并积极采取措施解决问题，进一步拓展教材实验的外延，以此来发展学生的批判性思维品质。如在用KCl03制02的实验中，反应的化学方程式为：2KClO3=Mn02= 2KCl+302↑，教师在实验结束后可专门安排时间组织学生讨论，鼓励学生提出问题。学生会提出质疑：①KCl03不用Mn02加热会产生02吗？②产生的02有可能是Mn02加热分解产生的吗？③催化剂就是Mn02吗？④为什么用KCl03制02时试管口不要放一团棉花，而用KMn04制02时却需要？

针对学生提出问题，通过小组讨论、查阅资料，开展探究实验，可以逐个解决。如①可通过直接加热KCl03，发现加热较长时间后，KCl03也能缓慢分解，产生02，由此说明Mn02在KCl03分解反应中起到了加速化学反应速率的作用;②直接加热Mn02，发现没有02产生，说明产生的02不是由Mn02加热分解产生的;③催化剂是一种改变反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有改变的物质，Mn02可以作为分解KCl03的催化剂，对于其它反应不一定能作催化剂，不同的化学反应选择的催化剂有可能不同;④通过查阅资料可知，用KCl03和Mn02制02时，KCl03会熔化成液态，并将Mn02包裹在液态KCl03里，所以不会有固态物质同氧气一起进入瓶中，而用KM-n04制02时，由于KMn04不会熔化，会有一部分固态KMn04随02进入瓶中导致02不纯，变为淡红色。

在化学拓展性实验教学中，教师可在教材实验的基础上，引导学生围绕实验原理、手段、操作、现象、结论等展开质疑，提出自己的看法，并通过交流讨论，开展探究，或通过查阅资料解释原因，进而培养学生质疑批判的能力，也有助于学生问题解决能力的提高。

现代课程观认为，教材不再是单纯承载知识的“教本”，而是师生共同探索新知识的“学本”[6]，目前使用的化学教材实验具有更多的弹性和张力，而科学精神又是学生十分重要的一项核心素养，基于学生科学精神核心素养的培养，以实验为载体开展拓展性教学，既有助于化学拓展性课程的“二次开发”，丰富拓展性课程的内涵，也有利于促进学生核心素养的提高。

參考文献

[l]核心素养研究课题组.中国学生发展核心素养[J].中国教育学刊，2016（10）：7-9

[2]杨铭，刘恩山.在生物学课堂中培养学生理性思维[J].生物学通报，2017，52（8）：12-16

[3]何美，裴新宁，科学教学中的建模活动：若干概念与研究主题[J].全球教育展望，2009（2）：84-88

[4] 沈伟云.基于课程标准的科学拓展性课程开发的实践与思考[J].现代中小学教育，2017（6）：20-22

[5]林崇德.培养思维品质是发展智能的突破口[J].国家教育行政学院学报，2005（9）：21-26，32

[6]王小莉.新课程化学教材二次开发的实践与体会[J].中学化学教学参考，2011（8）：37-38