优化实验教学环节 提升化学核心素养

黄文煌

《化学课程标准》（以下简称《标准》）指出，化学是一门以实验为基础的学科，在教学中创设以实验为主的科学探究活动，有助于激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的实践探究能力。学好化学实验，掌握科学探究的方法，有助于培养与提高学生的综合实践探究能力和核心素养。但在教学实践过程中，有些教师仍然沿袭传统的教学方法、教学策略、实验方式等等，无法适应新时代的教育教学要求，这已经成为素质教育的阻碍。改进化学实验教学是化学素质教育的重要议题，也是新课程改革要解决的重要课题。“今美于昨，明日复胜于今。”优化化学实验方式，改进化学教学，能为提高实践能力、培养核心素养打好坚实的基础。

一、改进实验内容

1.多样化实验吸引学生的注意力

化学实验是化学教学的重要环节，也是最受学生欢迎的教学环节。但是，随着化学学习的深入，学生对一般的实验，完全可以通过理论推导而进行“思想实验”，渐渐地对书本上的实验失去了好奇心。针对这样的状况，教师需要适时设计一些具有视觉和思维冲击力的实验，让学生眼前一亮，以提高学生的注意力，增强实验教学效果。比如：在教学《金属与酸反应》时，可以设计铁与稀盐酸反应、锌与稀盐酸反应、镁与稀盐酸反应、钠与稀盐酸反应等实验。在实验中，铁、锌、镁与稀盐酸反应都有气泡生成，只是气泡产生的速率不同，其现象再普通不过。但是，将钠投入稀盐酸中，不仅有气泡产生，还会发出“嘶嘶”的轻微爆炸声，金属钠在水中不停地跳直至消失。其实验现象让人眼前一亮，有利于激发学生参与实验的兴趣与热情，加深学生对知识的理解与记忆，并且让学生体会学习化学的奥妙与乐趣。

2.反常化实验激发学生的积极性

皮亚杰认为，认知冲突是个体已有观点与新的问题情境互相矛盾而产生的一种心理不平衡，是学习者已建立的认知结构与当前面临的情境之间的暂时矛盾与冲突，是已有知识和经验与新知识之间存在某种差距而导致心理失衡的一种认知状态。引发认知冲突是提高学生学科知识与实践能力的重要途径。比如：教师在教学《二氧化碳的化学性质》时，可以设计两个反常实验，分别是将二氧化碳倒入梯形的蜡烛和镁条在二氧化碳中燃烧。通常大家都会认为，二氧化碳不燃烧且不支持燃烧，那么镁条怎么能在二氧化碳当中燃烧？实际情况到底又会如何？通过实验自然能见分晓。学生在兴奋和焦虑的心理状态中，会迫不及待地想参与实验或观察实验，得出二氧化碳不燃烧且不支持燃烧的结论。通过此类实验，不仅能帮助学生加深理解反应原理，还能让学生感受到化学实验的无穷魅力。

3.探究性实验培养学生的创新能力

实验目的不只是帮助学生习得知识，更重要的是在获取知识的过程中体验到知识的形成和发展，同时提高分析问题和解决问题的能力。在化学活动和探究的基础上，有意识地设计一些探究性的后续实验环节，提供学生自主探究的机会，能够延伸课外实践，保持学习动力的持久性。比如：在进行《铁钉生锈》实验时，在学生持续观察一周、取得探究初步成果的基础上，因势利导地引导学生思考与探究：还有哪些情况会使铁器生锈呢？让学生在课外自行设计实验，拟出实验报告。当学生纷纷得出在糖水、醋、酱油、盐水等情况下铁器也会生锈的事例时，相信学生基本理解与掌握了金属防腐、防锈的知识。这个过程锻炼与提升了学生的实践探索能力，培养了学生的创新精神。

二、改换实验原理

通过改换化学原理进行实验，可谓独辟蹊径，能使实验教学焕然一新、出奇制胜。这种实验主要针对物质的性质、制备实验以及探究物质组成的实验等，但要注意保留原有实验的教学意图和教育功能。比如：在进行《测量空气中氧气的体积含量》实验时，传统教学都是采用磷燃烧消耗氧气的化学原理，其中也涉及水与氧气等量替换的物理原理。在学习钢铁锈蚀的条件后，教师可以启发学生使用暖宝宝中的发热剂（主要包括铁粉、活性炭、食盐和水等成分）来代替红磷；由于改进后实验的耗氧原理是常温下的缓慢氧化，使用了生活中的物品进行实验。又如：在进行《燃烧的条件》实验时，通常演示《烧不坏的手绢》的实验，并告诉同学，虽然手绢有与氧气接触，其实燃烧的条件之一是可燃物的温度需要达到其着火点。在学习铵态氮肥之后，学生已然清楚铵态氮肥受热易分解，产生氨气，氨气不能燃烧反而还可以用于灭火。为了验证这一特点，可以将一块普通的棉布浸在氯化铵的饱和溶液中，片刻后取出晾干，就成为防火布了。用火柴去点燃这块经过化学处理的布，其结果自然是点不着，只会冒出白色的烟雾。引导学生通过探究、讨论，得出燃烧的条件之一是可燃物与氧气接触的结论。这种实验，也适合学生进行课外探究。教师要鼓励学生组成课外兴趣小组，在确保安全的前提下，积极开展此类课外实验研究，培养学生的实践应用能力，提升他们探究实验的积极性。

三、更新实验方法

方法常常比知识更重要。化学实验有其相对固定的科学方法和操作要领，对于初中学生来说，好的实验方法要求操作简约、现象明显、过程流畅、结论准确。但是，有些传统的实验方法不够科学，操作也不甚合理，既影响实验的直观性与结论的准确性，又影响学生对化学知识的理解、科学方法的认识。教师要从多方面大胆地进行实验方法变革与创新。比如：在进行《蜡烛燃烧》实验时，人们习惯于采用吹气法将蜡烛熄灭，虽然方便，但是白烟因此分散而蜡烛不易被引燃。为了改进这一传统实验，教师可以逆向思考：如果蜡烛粗、棉芯粗，则蜡烛熄灭时产生的白烟就多；如果将蜡烛罩灭而不是吹灭，则白烟集中。因此，可以改用罩灭蜡烛火焰的方法，达到白烟既多又集中、且蜡烛易被点燃的目的，这样的实验操作性、可复制性更强。又如：在进行《一氧化碳还原氧化铁》实验时，排尽玻璃管内空气这一过程经常困扰实验者，如果按照常规操作，难以及时知道玻璃管内的空气是否排完；可以先计算玻璃管的容积，在玻璃管的一段连接注射器挤入空氣，在玻璃管的另一端收集气体，当收集气体的体积大于玻璃管的容积，就可以说明玻璃管内的空气已经排尽。改变传统实验方法，进行深入浅出的简化操作能让学生习得更多的方法，感受到化学实验有趣、学习化学有益，体验到化学学习与实验的无穷乐趣。

四、拓展实验方式

化学实验教学方法方式很多，教师要善于将演示、学生实验、自主探究等多种方式兼容并蓄、综合运用，丰富实验方式方法，促使实验引导和启迪思维相统一，更好地提升学习效果。化学是初三的一门新学科，学生本来带有一定好奇心。在开始学习化学、接触化学时，教师做一些有趣的实验给学生看，自然能够增加新鲜感；而如果能将实验主动权交给学生，让学生在做中学、在学中做，不仅能夠让学生获得实践体验，提高实践综合能力，还能够更好地调动学生学习的积极性、主动性与创造性。比如：在进行《氢氧化钠溶液吸收二氧化碳的喷泉》实验时，教师可以让个别学生事先预习喷泉实验的步骤和原理，或利用课外时间辅导个别学生提前进行实验，然后到课堂上进行实验示范，担当“小先生”，再由这些“小先生”指导更多的学生进行实验体验，让学生明白化学实验操作并不是那么复杂、那么困难，从而增强学生学习化学、参与实验的信心。在学习《酸碱中和反应》实验时，教师可以指导学生围绕“如何将传感数字化技术融入到化学实验”这一问题进行讨论、探究，设计实验方案，然后放手让学生自主完成实验，让学生从学习者变成探究者，甚至成为“专家学者”，将知识的学习权掌握在手中，激发学生的实验探究热情，充分调动学生的学习主动性。在进行《配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液》实验中，教师事先按照优化组合等原则，将学生分成若干实验小组，选定优秀学生担任小组长，由各小组长带领本组成员进行实验，引导小组成员在实验中互相学习、互相指导，发现错误、问题及时互相纠正，并由组长将问题汇总给学科代表，然后由学科代表进行小结，分析这些问题在实验中会造成什么样的误差，指出在实验考查中应该如何避免再次犯错，并提出一些改进实验的方式方法。这种让学生参与实验或小组探究等方式，不但将枯燥、累赘的实验变成有趣、有深度的实验，而且解放了教师的工作，解放了学生的思维。

五、开展课题研究

在学生中开展化学实验小课题研究能够充分发挥学生的主体作用，挖掘学生的内在潜力，调动学生科学探究的热情，培养学生探究能力、组织能力。比如：在学习《常见的酸》后，可以提出《关于白醋的性质探究》小课题，利用家里的生活用品，结合日常生活经验，自己单独或与其他同学合作，通过实际行动探究酸的性质，加深对酸的认识与理解；在学习《溶液的酸碱性》后，可以提出《关于酸碱指示剂的自制》小课题，供学生在课余进行研究，让学生体会到身边的化学物质，感受到化学来源于生活，加深学生对指示剂的理解；在学习《金属的性质》后，可以提出《硬币的材质探究》小课题，引导学生利用金属的物理性质和化学性质，分析硬币材质，进而探究硬币的金属材质选择等深层问题。教师要事先提供往届学生成功的研究案例，介绍他们课题研究的措施与成效，供学生参考；鼓励与支持学生组成课题兴趣小组，帮助他们进行任务分工，认真做好完整而科学的课题研究方案；指导学生按照科学探究的实验方法，大胆动手、亲身参与实践体验，分工又合作地开展课题研究，充分发挥他们的潜能；提醒他们注意积累资料，随时记录研究数据，写下参与过程的感受体会等；组织课题分享活动，放手由学生自己进行研究总结；最后，教师要适当地对每个课题的研究及其成果进行综合性点评，尽可能地给予正面的评价、积极的表扬，让每个学生体验到课题研究成功的快乐。

《标准》指出，义务教育阶段化学课程中的化学实验，是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实验。化学实验教学是化学教学的重要一环，也是提升学生核心素养的关键一环。为提高化学实验的实效性，激发学生参与化学实验的兴趣与热情，教师要与时俱进地改进实验内容、改换实验原理、更新实验方法、拓展实验方式、开展实验课题研究，从而有效地培养与提升学生的核心素养。

【本文系安溪县教育科学研究2020年度小课题《通过实验培养学生探究能力的研究》（课题编号：AX2020—010）的研究成果。】