提升化学实验能力 发展学科核心素养

李明

摘    要：探究性实验由于具有不确定性，在实际高中化学实验教学中开展不多。而探究性实验可以有效提升学生的化学实验能力，发展化学学科核心素养。开展探究性实验可以从以下几个方面入手：先规范化学实验基本操作能力，让学生掌握化学实验设计的基本方法;再通过强化建模、回归实践，培养学生的化学实验科学探究能力，提升其化学实验综合应用能力。

关键词：高中化学探究性实验;实验能力

高中化学实验教学中，由于探究性实验具有不确定性，教师对其开展不多，也很少在课堂中把演示实验转变为探究性实验。这不利于培养学生的化学实验能力。基于此，笔者开展了提升学生化学实验能力的实践探索。化学实验能力，是指基于所学化学知识，根据一定的实验目的，顺利完成化学实验活动任务所需要的各种相关能力的总和。它是化学学科核心素养必不可少的组成部分，包含化学实验基本操作能力、化学实验设计的思想方法、化学实验探究能力及化学实验情感因素等方面。

一、夯实基础，规范化学实验基本操作能力

任何一个化学实验都是由一个个基本实验操作组成的，科学规范的基本实验操作是学生在实验中获取准确数据、保障实验顺利完成的关键，是体会科学研究过程、培养创新精神和实践能力的第一步。

微课程作为教育信息化的新型教学资源形式，既可以作为正式学习的辅助教学资源，也可以作为非正式学习的自主学习资源，有着巨大的发展潜力和应用前景。早在 1993 年，美国北爱荷华大学的 LeRoy A. McGrew 就在化学教育中提出 60 秒课程的设计思想，它将概念、讲解和举例浓缩到60 秒内，用于有机化学知识的普及[1]。

基于课标对化学实验的要求以及教材实验内容，化学实验基本操作能力包括仪器的使用和基本操作技能等。其中，仪器的使用要求了解实验所用仪器的名称、用途和使用中的注意事项，学会使用仪器的操作步骤和方法;基本操作技能要求明确实验操作的注意事项，掌握实验操作的关键。据此，本课题组成员录制了22个《化学实验仪器使用与基本操作》微课程，并制定了每个微课程的学习目标，旨在利用多媒体集文字、声音、图像、动画于一体的优点，让学生重复模仿并固化步骤，提升化学实验的基本操作能力。

利用微课程简短灵活的特点，教师可以有针对性地在化学课堂上选择一个或几个视频播放，或者在自习课上播放，学生也可以根据自己的需要，在节假日进行网上自主学习并反复播放。观看视频时，针对一些关键环节，教师应精准设问，以引导学生思考;课上播放时，可请学生演示，其他人仔细观察操作过程，教师应及时纠正学生的典型性错误。线上观看视频后，学生可利用活动课等课余时间，组队报名参加实验操作，教师再总体统筹安排。因为时间错开且相对自由，教师就可以更有效地利用紧缺的实验设备，安排更多的学生进行实际操作;因为学生可以自由选择实验内容，教师就可以有针对性地解决学生操作薄弱的问题。如此利用微课程，有助于学生将知识内化为自己的基本实验技能。

二、渗透思想，掌握化学实验设计的基本方法

学习的结果之一是思维方式和思维品质的变化。高中化学实验教学中，分析问题、设计实验方案的过程，既是整个实验教学的精华，也是科学方法的具体体现。其中，化学实验设计思想是高中化学实验教学的灵魂，掌握这些实验思想方法的过程比掌握知识本身更重要。学生只有真正掌握了方法，才能有效地解决实际问题，真正提高自己的创新意识和能力。

化学实验设计的基本方法是科学思维方法在化学实验中的具体表现，比如定性法、定量法、变量控制法、对照法、比较法、模拟法等。其中，变量控制在探究铁生锈的条件、比较金属活动性、影响固体物质溶解速度的因素、影响化学反应速率等方面有着重要的应用。控制变量是重要的科学研究方法，其基本思路是：在实验研究中只改变一个因素（调节变量），观察测定因调节变量而改变的因素（因变量），分析得到研究结论。其步骤如图1。

下面以《碳酸鈉和碳酸氢钠溶解性差异的创新实验设计》为例加以详细说明，见表1。

三、强化建模，培养化学实验科学探究能力

实验探究能力在化学实验能力结构中占据极其重要的位置，具体到实验教学情境，它是指学生结合已有的知识经验，积极思考、提出设想，再寻找信息、设计方案验证，最后给出合理的解释说明的能力。通过师生、生生之间的沟通交流，学生可以提高逻辑思维能力和创新能力。

在化学探究实验教学中，教师基于教学目标选择探究的内容，引导学生探究实验原理，讨论设计方法，完成实验验证，最后得到结论。探究实验教学设计流程如图2。在教师有意识的引导下，学生经过不断的实验探究，逐步形成实验探究的模型。这有利于学生掌握科学方法，提高分析、解决问题的能力。

下面以“过氧化钠与水反应实验”的教学片段为例进行说明。

【教学片段】过氧化钠与水反应实验

真实情境：实验意外现象。

苏教版普通高中课程标准实验教科书《化学1》专题2“过氧化钠与水反应实验”：在盛有过氧化钠（约1g）的大试管中加入10.0mL蒸馏水，检验产生的气体;反应停止至溶液中无气泡后，滴入2滴酚酞，观察现象。Na2O2与水反应：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑。预设的现象是溶液变红，实际现象是变红后马上褪色。

提出问题：为什么酚酞滴入溶液后先变红后褪色？

问题的探究解决：

[猜想假设1]酚酞的性质影响。

[查阅资料验证]NaOH浓度大于2mol/L时，酚酞结构发生变化而褪色。

结论：经计算，本实验NaOH浓度达不到2mol/L，酚酞不是因为碱浓度过大而褪色。

[猜想假设2]O2使酚酞褪色。

[设计方案、实验验证]向试管中加0.01mol/ L NaOH溶液3mL，滴加2滴酚酞，然后将H2O2和MnO2混合后产生的O2通入红色溶液中。

现象：溶液的红色较长时间不褪去。

结论：生成的O2不是造成酚酞褪色的主要原因。

[猜想假设3]Na2O2与水反应时生成了中间产物，根据元素守恒定律，推测可能是H2O2。

[设计方案、实验验证]取反应后的溶液加入MnO2粉末，观察是否产生气泡，产生的气体是否能使带火星的木条复燃。

实验现象：加入MnO2后产生大量气泡，并使带火星的木条复燃。

结论：Na2O2与水反应的实质：Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2   2H2O2=2H2O+O2↑。是H2O2使酚酞褪色。

在实验探究过程中，教师不仅要从化学实验知识和技能两方面去评价学生的基本能力，还要把学生在实验操作时的态度、方法、价值观、习惯等纳入评价范围（如学生是否具有问题意识、质疑精神，是否会提出新观点、新方法、新设想等），以此评价学生的创新精神与创新能力等。采用自评、互评、师评相结合的方式，可以让学生在现有基础上谋求实实在在的发展，形成正确的自我认识，找到自我进步的方法，从而真正实现评价促进发展的功能。

四、回归实践，提升化学实验综合应用能力

任何知识的学习、方法的提炼，最终都要回归生活生产的应用。新课程下的高中化学实验，不仅是在实验操作方式上发生改变，更重要的是以鼓励参与、强调过程、突出开放的教学情境，促使学生积极融入、主动研究并联系实际解决问题。在真实的情境中开展化学实验，更能激发学生对化学实验的兴趣与学习欲望，更有利于化学实验教学的开展。合理利用资源，根据化学知识在生活中的应用，向学生展现化学实验的发展，更有利于學生对化学知识的掌握，培养学生的化学核心素养。

在教学中，教师要依据课程标准的要求，改变教学内容、教学评价过于统一的倾向，要关注和尊重不同学生的发展需要，深入了解学生的学习基础、已有的化学知识水平、能力发展水平以及兴趣、爱好和潜能等，为他们创造良好的实验环境，提供足够的动手机会，增强其实践能力，激发其从事科学探究的兴趣。

以笔者所在课题组编写的省级精品网络课程“化学小制作”为例，课程中设计的内容都很注重与化学必修模块的衔接，是对必修知识的拓展和延伸，且大多来源于学生熟悉的素材，如制作豆腐花、消毒剂、叶脉书签、冰袋与暖袋、水果电池、手工皂、甜酒酿等。这些素材具有较强的趣味性，构建出实验活动任务的生动情境，可以让学生体验到学以致用的快乐，激发他们学习化学、探究化学的兴趣。[□][◢]

参考文献：

[1]MCGREW L A. A 60-Second Course in Organic Chemistry[J].Journal of Chemistry Education，1993（7）：543-544.