素养为本的实验探究教学设计

付元兴　周矗

[摘   要]以“金属与水的反应”教学为例，探索在化学实验探究教学中如何进行学科核心素养的渗透，促进学生发展动手能力和高阶思维能力，培养学生的科学探究能力与创新意识。

[关键词]实验探究;核心素养;教学设计;金属与水的反应

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）20-0064-03

《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出了五个维度的化学学科核心素养，明确指出以培养学生化学学科核心素养为主旨，重视“素养为本”的教学理念，促进学生化学观念的建构，注重实验为主的多种科学探究。为此，笔者选取了化学必修1第三章第一节《金属与水的反应》教学为例，详细阐述如何在实验探究教学中渗透核心素养。

针对本节内容，教材安排了一个实验和一个科学探究，教学中笔者还增加了铝与水反应的实验，以钠、铝与水的反应进行实验教学，以铁与水的反应进行实验创新，然后根据金属活动性顺序表对金属与水的反应的一般规律进行总结，使学生对此有一个总体的感性认识。

一、教学流程

本节课以“问题—活动”为线索，创设情境;以实验为手段，展开活动教学策略。教学过程以“问题—活动”为坐标展开：以问题为纵坐标，由4个问题串起一堂课，层层深入;以活动为横坐标，让学生置身于实验活动的过程中，以素养为本开展学科知识的学习和探究，初识金属与水反应的规律特征和科学本质。（如图1）

二、教学目标

1.了解金属钠与水的反应，观察钠与水反应的各种现象并能解释产生这些现象的原因;设计铁与水蒸气反应的实验装置，了解铁与水蒸气的反应。

2.通过分组实验和实验装置的设计，感受化学实验在化学研究中的重要性，体验科学探究过程的艰辛与喜悦，培养实事求是的科学精神。

三、教学过程

1.情境导入，提出问题

【实验1】滴水点灯（教师演示）

教师用胶头滴管吸取蒸馏水滴1～2滴在酒精灯灯芯处，让学生观察发生了什么。

学生：哇，点着了！

教师：其实，老师事先在灯芯上放了一小块神秘的金属。今天我们就来学习当金属遇到水会发生什么。

教师（引出）：金属能与水反应吗？

学生：思考、猜想。

教师（追问）：如何证明金属能与水反应？

学生：寻找证据→实验探究。

设计意图：创设情境，以趣味实验“滴水点灯”引发学生的认知冲突：水通常用来灭火，为何能点燃酒精灯呢？揭秘：灯芯上事先放了一小块金属。进而提出问题：金属能与水反应吗？如何证明？引导学生思考，寻找证据，进行实验探究。

2.寻找证据，实验探究

【实验2】金属钠与水的反应

学生分组实验1：①在烧杯中加一些水，滴入2～3滴酚酞，用镊子取一小块金属钠，用滤纸擦干金属钠表面的煤油，放进烧杯;②观察，在导学案上记录实验现象，并思考产生该现象的原因。

学生：整理现象，得出结论，小组发言。

教师（补充完善）：

[现 象 解 释 结 论 钠浮在水面上 密度比水小 钠与冷水剧烈反应，生成了碱性物质和气体 熔化成一个小球 反应放热，钠熔点低 四处游动 反应产生了气体 发出嘶嘶嘶的响声 反应很剧烈 酚酞溶液变红 生成了碱性物质 ]

过渡：通过这个实验说明钠与冷水能发生剧烈的反应，是否所有金属都是如此呢？带着这个问题完成学生分组实验2。

【实验3】金属铝与水的反应

学生分组实验2：①取一段铝条，用砂纸打磨光亮，折叠后放入试管中;②加入少量蒸馏水（1～2 mL），滴入2～3滴酚酞，观察铝条表面和周围有何现象。

学生：整理现象，得出结论，小组发言。

教师（补充完善）：

[现 象 结 论 冷水时，铝条上气泡很少，加热后气泡迅速增多;酚酞溶液变红 铝与冷水反应缓慢，与热水反应迅速，生成了碱性物质和气体 ]

设计意图：选取常见的金属钠和铝，通过它们与水反应的实验，证明了金属与水发生反应的可能性。同时，根据二者反应现象的异同，引导学生思考本质原因，进行产物的推断。

过渡：两个实验均产生了气体，它们到底是何种气体呢？

思考与交流：钠、铝与水反应产生的是什么气体？

将一小块钠用铝箔包裹起来，用针扎一些小孔，用镊子夹住伸入盛有水的烧杯里，用排水法收集一小试管气体，待收集满后用大拇指堵住，然后靠近酒精灯火焰，发出尖锐的爆鸣声，证明气体是氢气。（如图2）

寻找理论支撑：上述两个反应中，金属Na、Al的化合价升高，依据氧化还原反应原理，必然存在其他元素化合价的降低，而氧元素已经是最低价（-2价），所以只可能是氢元素的化合价降低，生成氢气。

设计意图：通过实验探究和理論分析，证明产生的气体是氢气，培养学生的思考和分析能力;可以据此深入推导其他金属与水的反应，形成规律性结论。

3.设计实验，探索创新

过渡：是否所有金属都是如此呢？铁与水能反应吗？

教师：提升温度，铁能与水反应吗？

学生：思考。

设计意图：先让学生结合生活中的事例说明铁与水不发生反应，再提问提高温度能否反应，以此展开讨论，引出探究性实验。

【实验4】金属铁与水的反应

学生：用三支试管、水槽、蒸发皿、胶塞、导管、酒精喷灯及其他必要的仪器和物品，设计一个铁粉与水蒸气反应的实验装置，画出装置简图（可参考教材第50页的科学探究）。