依托实验情境，助力学生科学探究与创新意识的发展

许嘉

【摘 要】科学探究与创新意识是中学化学核心素养的重要内容，化学实验是引领学生学习化学知识，探究化学问题的重要渠道，亦能有助于培养学生探究精神和创新品质。借助于实验情境，从问题发现、问题分析、问题解决中，实现实践活动与认知的统一、科学过程与方法的统一，启发学生的问题意识，增进化学证据意识与创新能力。

【关键词】高中化学;实验情境;科学品质;核心素养

高中化学课标强调，教师要善于培养学生从宏观和微观两个层面辨识和探析化学现象，使之具备探究精神和创新的意识、科学的实验态度与强烈的责任心等核心素养。对化学理论的学习，少不了化学实验的验证，通过构建实验情境，激发学生的化学兴趣，发散化学思维，从化学实践活动中，发展科学探究与创新意识，增进学生化学素养的习得。从实验活动组织与设计上，要引领学生掌握基本的仪器使用、药品取用、架构实验模型等基本能力，要从实验认知与科学探究中发展问题意识、证据意识和创新精神。

一、加强实验观察与宏观分析，获取化学科学认知

科学探究与创新意识，作为指导学生化学实验教学的重要思想，教师要激励学生主动去观察化学实验，积极去动手获取实验事实，从实验科学探究中去分析、判断和推理，建立化学逻辑关系。化学学科离不开化学实验，实验情境的创设，便于学生从实验观察中获取具体的事实、数据和证据，促进学生得出结论和观点。在“钠与水的反应”实验中，我们通过科学实验活动，让学生从实践中去增进科学认知。首先，钠与水的反应实验，其基本过程是：在烧杯中加入大约一半高度的蒸馏水，再滴入数滴酚酞试液;静置后，用镊子取绿豆大小金属钠，并利用滤纸吸干金属钠表面的煤油;最后，利用镊子，小心将金属钠，放入烧杯的水中，然后观察实验现象。在整个实验过程中，教师以旁站指导的方式，做好每一步的说明，并将安全置于第一位。关于“钠与水的反应”，其实验现象是重点。金属钠浮在水面上，这一现象说明了什么？我们回顾物质与液体密度的关系，分析其沉浮状态，可以推测金属钠的密度，应该比水的密度小，才会浮在表面。金属钠在和水反应之后，熔化成闪亮的小球。从这一现象来看，物质在熔化中，需要吸热，才能得到熔点。说明金属钠与水反应时，需要释放热使其达到熔点。再根据室温条件下进行实验，可以推测金属钠的熔点应该很低。金属钠在水面上四处漂动，回顾物质的运动需要有力的作用，金属钠在水面上，与水反应时所产生的气体，才能推动其四处游动，说明钠与水反应有气体产生。根据“嘶嘶”声，说明金属钠在与水反应时，因物质之间的摩擦而产生声音，气体可能与水分子之间激烈摩擦，产生“嘶嘶”声。观察滴有酚酞试液的水溶液，发生变色，说明溶液有碱性物质生成。对于金属钠与水之间，具有碱性的物质有氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠，氧化钠、过氧化钠都与水反应，生成氢氧化钠，氢氧化钠是碱性，说明金属钠与水反应，生成了氢氧化钠。最终推理得出实验结论：Na+H20→Na0H+H2。由此来看，除了让学生参与实验操作，还要结合实验活动及现象，让学生从宏观现象中去获得化学感性认识，并借助于抽象、分析、推理，将化学实验转化为化学认知。

二、注重实验过程与方法衔接，获取化学科学方法

在化学科学探究中，实验过程的参与是必不可少的。通过参与实验，从实验中提出问题、引入猜想、制定实验计划、获取实验数据、推理和解释实验现象，得出实验结论。在整个实验过程中，学生需要结合实验现象、实验变量及条件，展开分析、比较、分类、归纳、抽象、判断、推理，从而获得科学实验方法。在认识“分散系及其分类”时，引入硫酸铜溶液与氢氧化铁胶体实验，让学生从实验对比中认识丁达尔效应。当光束照射硫酸铜溶液时，没有光亮通路，而照射过氧化铁胶体时，却出现光亮通路。为什么会出现这一现象？缘由是什么？由此引出分散系知识，根据分散质微粒尺度的差异性，划分为胶体、溶液、浊液三类，从实验对比中，让学生推理得出科学结论。同样，在二氧化硫漂白性实验中，我们结合实验过程，让学生从中获得科学的实验方法。首先，提出问题，根据二氧化硫能够让品红溶液褪色，说明二氧化硫具有漂白性。接着，请同学们猜想，二氧化硫与二氧化硫水溶液，两者是谁具有漂白性？要想对二氧化硫与二氧化硫水溶液进行判断，需要我们分别从有水和无水环境下，观察二氧化硫与品红之间的反应现象。具体过程如下：利用无水乙醇溶液放入品红，再将干燥二氧化硫放入其中，来观察品红是否褪色。根据实验现象，品红并不褪色，由此可以推测，干燥二氧化硫，不具备漂白性。二氧化硫水溶液，具有漂白性。但问题产生：为什么二氧化硫水溶液具有漂白性？如何验证该结论？首先，对二氧化硫水溶液进行分析，其成分较为复杂，有二氧化硫、亚硫酸，硫酸根离子、亚硫酸氢根离子、氢离子等。对于上述成分，哪一种具有漂白性？我们可以分别在将盐酸、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸分别滴入品红溶液中，观察实验现象，收集相关证据。实验发现，盐酸、亚硫酸钠滴入品红溶液后，不褪色;亚硫酸氢钠、亚硫酸滴入品红溶液后，褪色。借此可以进行推理，对亚硫酸、亚硫酸氢根，可以让品红溶液褪色，也就是说，亚硫酸、亚硫酸氢根与品红溶液发生反应后，而使其褪色。最后，通过拓展学习，查阅相关资料，对亚硫酸、亚硫酸氢根与品红溶液生成无色的物质。由此，在问题提出、假设猜想、获取证据、得出推论中，让学生掌握科学的实验方法。

三、从实验中提出有价值问题，发展学生问题意识

在化学实验情境中，问题的发现是关键。化学实验探究，要关注学生发现有价值的问题，根据问题展开假设、验证、推理，得出结论。胡适告诫广大青年，要“时时寻一两个值得研究的问题”;爱因斯坦曾说“提出一个问题，比解决一个问题更重要”。在化学领域，拉瓦锡提出燃烧的氧化学说，阿伏伽德罗提出分子假说，阿里尼乌斯提出电离说，玻尔提出原子结构模型等等，这些理论的提出，都是基于对化学实验的敏锐观察，从问题中去想象得来的。以电解水实验为例，电解水实验的教学功能有两点，一是通过电解水，让学生认识到水是由氢气、氧气构成的化合物;二是通过电解水实验，得到氢气与氧气的体积比为2：1，推导出水分子中氢原子与氧原子为2：1。在实验中，需要对氢气、氧气的体积进行测定，但在一般条件下，氢气体积与氧气体积比会大于2：1，为什么？藉由该问题，鼓励学生展开探究。通过查阅资料，开展电解水实验活动，就整个化学实验反应条件、反应装置及操作过程进行分析，推测造成氢气体积与氧气体积大于2：1的原因。在整个实验中，电解水反应速率快慢，与电解质溶液中离子迁移速率、电解电压、电极材质、电极间距、超电势、溶液酸碱性等条件有关。要想推测其具体原因，需要对各个因素进行分析。在采用铂电极、12%的氢氧化钠溶液，15V电压实验条件下，电解实验得出较快氢氧体积比2：1结果。由此，学生可以从化学本源分析中，通过类比、推理、变量控制、对比实验等方式，探究具体的实验方法。同样，在铁与水蒸气的反应实验探究中，存在一些问题。如氢气产量偏低，实验失败率高。根据教材中实验条件分析，原实验是将铁粉附着石棉绒上，石棉绒导热性不强，反应温度不足;现实验，将铁粉堆在一起，与水蒸气反应，接触面有限，铁粉与水蒸气无法充分接触。由此，我们提出改进实验方法。引入“钢丝棉”，该物质导热性好，且蓬松的特点，便于铁粉与水蒸气广泛接触;利用湿润的面巾纸包裹钢丝棉，置于试管，对试管进行加热，产生气体通过滴入洗洁精的溶液。借助于改进实验方法，可以更好的获取证据，对实验结论得出科学解释。

四、注重学生的证据意识培养，发展实验创新能力

傅斯年提出：“有一份材料，说一份话，有十份材料，说十份话。没有材料不说话”。对于所谓的“材料”，在科学领域就是“证据”。对于科学探究，要注重学生证据意识的培养，通过实验得出哪些证据，这些证据包括实验现象、实验数据、实验事实等内容。在高中化学实验情境中，分析实验条件，归纳实验现象，推测实验结论，需要学生学会收集、整理、加工和应用实验证据，来获得解释实验问题的学科素养。如“氯化钠在水中导电性”实验，我们通过设置“氯化钠”导电装置、“水”导电装置、“氯化钠加水”导电装置，对其实验现象进行对比，氯化钠没有自由移动的离子，所以不导电;水，没有自由移动的离子，所以不导电;氯化钠水溶液，有自由移动的离子，所以导电。同样，科学实验的本质是实践创新，创新品质要贯穿于化学实验教学目标及全过程。通过化学实验体验，让学生参与实验过程，积累实验经验，从实验“异常现象”中激活认知冲突，生疑解惑，改进实验方案，发展实验创新能力。

总之，科学探究与创新意识，需要学生在化学实验中，从基础知识、基本技能的学习中，培养学生应有的必备品格和关键能力。如实验仪器的辨识，实验药品性质、分类、存放方法，对实验中药品的取用、物质加热、仪器装置的连接、仪器的清洗等方法，都需要從实验实践中来锻炼。教师要注重实验情境的搭设，激活学生实验主动性、参与性，让学生从问题中启发化学思维，从科学探究中发展创新精神，为落实化学学科素养创造条件。

【参考文献】

[1]严西平.“科学探究与创新意识”导向下气体制备的教学——以“氯气的制取”为例[J].化学教与学，2020（06）：52-54+63.

[2]张宁.高中化学科学探究与创新意识的培养[J].考试周刊，2019（01）：171.

[3]林瞻，王念泵.基于科学探究素养的高中化学探究性案例设计[J].福建基础教育研究，2018（05）：114-116.