在创新化学实验教学中提高初中生科学素养的策略

【摘要】本文着重论述初中科学素养与高中学科核心素养的关系，并基于化学学科以实验为基础的鲜明特点，提出通过创新化学实验教学提高初中生科学素养的策略：通过丰富认知培养学生的人文精神和科学态度，利用现代信息技术辅助教学发展学生的宏观辨识与微观探析核心素养，设计序列化实验培养学生的创新精神和科学探究能力，引导学生在解决生活问题的过程中深刻理解社会责任和发展创新实践能力。

【关键词】科学素养 化学实验教学 实践策略

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）01-0094-03

《义务教育化学课程标准（2011年版）》明确提出：义务教育阶段的化学课程是科学教育的重要组成部分，应体现启蒙性和基础性。义务教育阶段的化学教育，要激发学生学习化学的好奇心，引导学生认识物质世界的变化规律，启迪学生的科学思维，培养学生的实践能力;引导学生认识化学、技术、社会、环境的相互关系，理解科学的本质，提高学生的科学素养。

科学素养是人们为了适应时代发展，在接受科学知识的过程中所形成的基本品质和能力。按照国际公认的观点，科学素养应包括科学知识、科学研究的过程和方法、科学技术对社会和个人所产生的影响三个组成部分。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》作为最新修订的基础教育化学课程标准，以核心素养立意，认为：普通高中化学课程是与义务教育化学或科学课程相衔接的基础教育课程;化学学科核心素养是学生必备的科学素养，是学生终身学习和发展的重要基础;化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”五个方面，其中的“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”三个方面核心素养指向化学学科的思想和方法，“科学探究与创新意识”意在激励学生实践创新，“科学态度与社会责任”则揭示了化学学习更高层次的价值追求。

众所周知，化学是一门以实验为基础的学科，在培养学生科学素养方面具有独特的优势：教师在教学中创设以实验为主的科学探究情境，有助于学生树立变化观念与平衡思想，培养科学态度和社会责任，激发科学探究的兴趣，形成宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等学科核心素养。但是，由于初中化学课程到初三时才开设，一线教师在启蒙学生化学学科知识的同时又要面临中考备考的压力，所以通常情况下，他们会有意无意地忽略实验教学，偏重理论知识和解题方法的讲授，哪怕是仅有的实验教学，也是以教师演示实验为主且多数是照本宣科式的演示，教师改进和创新实验极少，很少鼓励学生自主实验或者向课外拓展科学探究。近年来，笔者尝试通过创新化学实验教学提升初中生的科学素养，取得了较好的实践效果。

一、基于教材内容引入课外关联素材，丰富学生认知，铺垫实验情境，培养学生的人文精神和科学态度

对化学学科来说，“科学态度与社会责任”要求学生具有安全意识和严谨求实的科学态度，具有探索未知、崇尚真理的意識;深刻认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献;具有节约资源、保护环境的可持续发展意识，从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式;能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断，能参与有关化学问题的社会实践活动。

九年级的学生刚接触化学知识，培养学生化学学科应有的情感·态度·价值观尤其重要，而化学实验教学在培养学生好奇心、引导学生探索和发现未知世界方面具有得天独厚的优势。为此，教师不能满足于照本宣科地传授教材知识，而应基于教材内容，通过引入一些与教学内容相关的科学实验视频、科学家进行相关科学研究的故事、科学史上对相关现象进行持续实验研究的完整历程等，努力拓宽学生的科学视野，激发学生学习科学的兴趣;通过引入化学知识在社会生活和科技前沿的应用案例，让学生感知化学的魅力，培养严谨求实的科学态度和社会责任。

二、用现代信息技术辅助实验教学，在培养学生变化观念的同时，发展学生的证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析核心素养

对于化学学科来说，“变化观念与平衡思想”要求学生能认识物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律;能认识化学变化的本质特征是有新物质生成，并伴有能量转化;能认识化学变化有一定限度、速率，是可以调控的;能多角度、动态地分析化学变化，运用化学反应原理解决简单的实际问题。“证据推理与模型认知”要求学生具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪;建立观点、结论和证据之间的逻辑关系;知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。“宏观辨识与微观探析”要求学生能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类;能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念;能从宏观和微观相结合的视角分析和解决实际问题。

由于化学是一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的自然科学，许多内容是人类肉眼所不能直接看到的。教师可以尝试利用信息技术创设数字化的实验教学环境，比如借助AR技术模拟实验场景，向学生展示一个“肉眼可见”的立体、鲜活的微观世界，以此拓展学生思考的广度和深度，帮助学生从不同层次去认识物质的多样性，感受物质在微观领域的变化与运动，发展学生的证据推理与模型认知思想。例如，在执教九年级上册（本文所用课例均来自科粤版教材，下同）《2.2 构成物质的微粒（Ⅰ）——分子》一课时，笔者分析，该课作为化学微观启蒙第一课，为学生开个好头极为重要，然而，教材中的分子运动实验因密闭性不好，导致实验过程中会有刺激性气味——氨气挥发到空气中，造成教室环境污染，不利于培养学生的安全意识，而且该实验不能用于探究温度对分子运动的影响。于是，笔者对实验装置进行了改造，用锥形瓶与带注射器的胶塞装置代替了原装置。接下来，笔者在小试管中加入蘸有酚酞溶液的棉球，再把小试管放入锥形瓶中，将注射器中的氨水推进锥形瓶中的小试管，此时学生可以看到棉球明显变红了。之后笔者把锥形瓶放到不同温度的热水中，学生观察并分析温度变化对分子运动的影响。如此改进实验，不仅实验过程安全，而且操作简单、现象明显、移动方便，关键是可以多次重复试验，便于学生接下来展开分组自主实验，让学生都可以直观地发现和分析出分子运动速度的变化是随着温度的增高而加快。教师在学生分组实验时灵活走动，捕捉学生操作实验中的细节，并用手机等媒介将学生实验操作的细节实时拍摄下来并投放到教室大屏幕，向全班学生实时分享，引导学生针对实验操作展开生生互评，总结成功经验，吸取失败教训。在本实验中，学生所观察到的分子运动，其实只是试剂颜色的改变，由颜色改变推导出分子的运动即氨水中挥发出了氨气、氨气再溶于酚酞棉球，由热水温度的改变观察酚酞棉球颜色变化的快慢并推导出温度与分子运动速度的关系。接下来，教师用视频展示分子运动的微观过程，让学生“肉眼可见”分子间有间隔、不同状态的分子间隔不同、分子的质量和体积都很小、分子一直处于运动中等微观世界的真实状态。基于实验观察与视频学习，学生已然可以将宏观现象与微观运动结合起来，顺利突破了对微观世界进行直观观察的壁垒，变化观念由此确立，证据推理与模型认知、宏观辨识和微观探析核心素养得到了有效的培养。

三、精心设计序列化的实验内容，将改进实验、新增实验与自主设计开放实验相结合，着力培养学生的创新意识，发展学生的科学探究能力

对于化学学科来说，“科学探究与创新意识”要求学生认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动;能发现和提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究;勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新。

传统的化学实验教学，学生被动观察教师演示课本上的实验，从实验的准备到实验过程、分析、记录等，都有固定的模式、规范的流程，不利于引发学生的探究欲望。另外，笔者以为，初中化学实验教学，不仅要让学生掌握化学知识的学习方法和技巧，还应培养学生的创新意识和科学探究能力。为此，教师应精心设计每一次实验教学，比如：以层次性问题引发学生的思考，以开放性问题推动学生自主探究，用科学严谨的态度指引学生在实验中仔细观察、记录;对于实验操作和实验现象，鼓励学生大胆质疑、提出个性化见解，甚至鼓励学生改进实验过程、创新实验内容，并通过自主设计实验方案、开展自主实验来验证猜想，发展科学探究能力。例如，在执教九年级下册《7.2 物质溶解的量》一课时，教材安排了一个“在15mL水中分别加入3g硝酸钾和3g氯酸钾进行对比”的实验引出饱和溶液与不饱和溶液的概念，接着在饱和硝酸钾溶液中继续加水、加热，之后再加硝酸钾，然后冷却。如此又是加水（溶剂）加热又是加硝酸钾（溶质），导致学生对“是否能继续溶解某溶质”意识模糊。另外，该实验所用烧杯较大，耗材较多，加热和冷却的时间也比较长，都不利于学生在课堂中开展自主分组实验。为了发展学生的实验探究能力，笔者改进了该实验操作：将烧杯改成试管，药品的用量减少三分之二;用沸水代替酒精灯加热，既省时又节省了仪器;用冰水代替自然冷却，观察药品析出的过程，不仅实验时间短，而且实验现象明显。完成上述实验后，笔者又增加了一个“在硝酸钾饱和溶液中加入少量高锰酸钾”的实验，让学生观察溶液由无色变蓝色的过程，将“一定温度、一定量的溶剂、某种溶质、能否继续溶解”这四个知识要点很好地通过实验过程进行了展示，加深了学生对饱和溶液和不饱和溶液概念的理解，并从科学本质上理解了二者之间为什么可以相互转换。最后，笔者给学生提供了硝酸钾、氢氧化钙和水三种物质，让学生进行分组开放实验——自主设计实验方案，自主探究溶液是否饱和与溶液浓稀之间的关系，并开展组间评比。最后，学生从实验中顺利得出“饱和溶液不一定是浓溶液、不饱和溶液不一定是稀溶液”的认知。将改进实验、增加实验与开放实验相结合，让学生在设计实验方案、展开实验过程的过程中，梳理、内化和应用知识，不仅使学生从科学本质上理解了饱和溶液和不饱和溶液的概念以及溶液是否饱和与溶液浓度之间的关系等核心知识，而且有效培养了学生的创新意识，发展了学生的科学思维和科学探究能力。

四、引导学生在应用化学知识解决生活实际问题的过程中进一步培养科学探究与创新意识，深刻理解科学态度与社会责任

知识来源于生活，也服务于生活。脱离生活场景的教学很难让学生认识到化学与社会生活的关系，导致学生对化学知识缺乏认同感。在创新实验教学的过程中，笔者将教材知识与学生的生活实际相结合，给学生创设真实的问题情境，引导学生去思考化学在生活中的意义，认识化学在社会发展中的作用，进而懂得应用化学知识探索和解决现实问题，深刻理解科学态度与社会责任。例如，执教九年级上册《4.1 我们的水资源》一课，笔者先向学生展示了自来水的生产过程，揭示了其中的化学原理，让学生掌握了过滤、沉淀、吸附、消毒等化学知识和科学方法;之后引导学生应用这些知识和方法去理解生活中的各种实践活动，比如豆汁与豆渣的分离用的是过滤的知识与方法，将活性炭放入冰箱中除臭用的是碳的吸附性知识等;接着调查学生家庭生活用水情况，向学生普及北海市周边海域海水状况，引导学生分析净水原理，掌握野外净化水源的简易方法，进一步实践应用生活中常见的塑料瓶、吸管、纱布、活性炭、棉花、石英砂等物品设计自制净水器，并对比净化北海不同海域海水的实际效果，将所学知识运用于生活，增强爱护水资源、保护环境的意识;学习了硬水与软水的概念，再引导学生回家后用肥皂水检测自家饮用水的软硬程度，深刻理解长期使用和饮用硬水的危害，尝试在生活实践中利用加热、煮沸的方法使硬水软化，享受化学知识给自己带来的健康生活。

笔者还曾带学生走进广西红树林研究中心，與研究人员一起研究红树植物对海水中重金属元素的净化作用，并将研究成果在各级各类中小学创新发明展、电视台等平台进行展示、宣传，激发了更多学生参与到红树植物的研究与保护当中。这样的课外实践探究活动，不仅为学生打开了一扇应用化学知识从事科学研究的窗户，而且给学生应用所学知识服务社会创造了机会，使学生慢慢爱上化学、爱上科学。

总之，教师创新化学实验教学提高初中生的科学素养，不仅具有重要的现实意义，而且于学生发展也大有裨益。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版集团，2012：1-2.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020：3-4.

[3]孟祥珍.初中化学实验教学创新研究[J].科普童话·新课堂，2019（1）：26.

[4]庄月娥，张贤金.重视化学实验教学提高学生科学素养[J].中小学实验与装备，2019（5）：14-16.

作者简介：唐荣蓉（1985— ），广西北海人，中学一级教师，研究方向为中学化学教学。

（责编 白聪敏）