基于“科学探究与创新意识”培养的线上实验教学研究

古家欣

[摘 要]化学实验教学是培养学生化学学科核心素养的重要手段。文章通过论述根据“提出探究问题—设计实验方案—优选实验方案—实验验证—迁移应用”的思路进行的“溴乙烷取代反应和消去反应产物的探究实验”线上教学，总结有效的线上实验教学策略，以使教师能更好地挖掘学生的创新潜能，提高学生的实验科学探究能力，并促进学生“科学探究与创新意识”核心素养的培养。

[关键词]线上实验教学;科学探究;创新意识;核心素养

[中图分类号]    G633.8            [文献标识码]    A          [文章编号]    1674-6058（2022）11-0071-03

《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出，新课程应以发展化学学科核心素养为主旨，重视开展“素养为本”的教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，培养学生的创新精神和实践能力[1]。“科学探究与创新意识”是化学学科核心素养之一，更是影响学生终身学习和发展的必备技能和关键素质。

疫情期间，线下实验教学受到很大影响。为此，笔者积极尝试线上实验教学，通过引导学生设计实验方案，观看实验视频，让学生掌握两种实验技能：一是发现和提出有探究价值的问题，依据探究目的设计适合的实验方案，描述或优选良好的实验方案，对实验探究时需要使用的仪器、采取的操作程序等做出决策;二是根据实验视频交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进的设想，勤于实践、敢于质疑、勇于创新。这能为学生形成适应个人终身发展和社会发展需要的核心素养打下基础。下面，笔者以人教版“溴乙烷取代反应和消去反应产物的探究实验”的线上教学为例，探究基于“科学探究与创新意识”培養的线上实验教学策略。

一、基于“科学探究与创新意识”培养的线上实验教学模式

依据课程标准，高中化学教师可在创设真实情境、遵循学生学习规律的基础上，按“提出探究问题—设计实验方案—优选实验方案—实验验证—迁移应用”的思路，构建基于“科学探究与创新意识”培养的线上实验教学模式（如图1）。

（一）创设真实情境，构筑情境线

科学探究的基本目的之一是解决问题，而发现和提出问题是科学探究的基础[2]。因此，教师在教学过程中应创设真实的学习情境，引导学生主动发现和提出有价值的问题。在实验教学中，化学教师可以基于生活现象、实验现象或根据学生已有的知识经验指导学生以假设等形式提出探究问题。实验探究问题的提出是实验方案设计的前提。

（二）遵循学生的认知特点，形成知识线

实验原理是原理探究型实验设计的核心。学生通过解析实验原理，寻找合适的实验对象，运用已有的知识进行实验方案设计，并针对实验方案进行交流讨论，提出实验方案中存在的不足，进而优化实验方案。基于化学思维规律，结合化学学科核心素养的培养，可以“物质的结构特点—反应原理—产物的检验方法”来形成探究实验的知识线。

（三）以学生为探究的主体，设计活动线

学生是学习的主体，课堂教学要突出学生的主体地位。教师应充分发挥学生的自主性，引导学生主动发现问题，学会分析有关信息和现象。为了调动学生解决问题的积极性，教师应设计活动来为学生提供参与的机会与条件，通过实验方案的设计、展示、讨论、评价，让学生成为学习的真正主人。

二、基于“科学探究与创新意识”培养的线上实验教学实践

“卤代烃”作为人教版高中化学选修5第二章“烃和卤代烃”的重点内容，是学习有机化学后续各章节内容的基础。卤代烃是有机合成中常见的中间体，在整个有机合成中起着重要的桥梁作用，它的取代反应和消去反应是有机合成中从卤代烃转化为含羟基或不饱和键官能团的有机物的两个重要反应。对于“烃的衍生物的性质与应用”这一专题内容，课程标准要求“能写出烃及其衍生物的官能团、简单代表物的结构简式、名称;能够列举各类有机化合物的典型代表物的主要物理性质;能描述和分析各类有机化合物的典型代表物的重要反应;能基于官能团、化学键的特点与反应规律分析和推断含有典型官能团的有机化合物的化学性质”[1]。 基于上述要求，选修阶段卤代烃的学习重点是通过“溴乙烷取代反应和消去反应产物的探究实验”活动，理解溴乙烷在不同条件下发生的不同反应类型以及断键、成键的特点，以掌握通过分析有机物的结构特点，反应过程中官能团的转化及断键、成键的特点来概括反应特征及规律的方法，进而学会预测有机化合物的性质。具体教学目标如下：

1.知识与技能（必备知识）

（1）溴乙烷取代反应和消去反应的反应原理。

（2）溴离子和乙烯的检验方法。

（3）实验仪器的使用方法。

2.关键能力（核心素养）

（1）通过设计实验验证溴乙烷取代反应和消去反应的产物，培养学生的科学探究能力与创新意识。

（2）通过设计和评价实验方案，并提出进一步探究或改进的设想，培养学生勤于实践、敢于质疑、勇于创新的良好学习品质。

在目标的引领下，教师指导学生基于探究目的设计合适的实验方案，评价并选取良好的实验方案，依据实验方案开展实验探究，了解卤代烃在不同条件下发生的不同反应以及断键与成键的特点，验证关于卤代烃化学性质的猜想，从而学会预测有机化合物的性质的方法，培养“科学探究与创新意识”核心素养。具体的教学设计如图2所示。

（一）创设情境，引发学生思考

本环节基于向溴乙烷中滴加硝酸银溶液没有产生浅黄色沉淀的实验情境（播放实验视频），提出“如何检验溴乙烷中的溴原子”的问题，并结合溴乙烷的取代反应设计实验方案。

（二）科学探究，构建知识体系

教师引导学生先从溴乙烷的化学键的特点出发，猜想其可能具有的化学性质，然后通过化学反应将溴原子转化为溴离子，最后用硝酸银溶液进行检验。学生积极设计实验方案，勇于展示，勤于优化，最终得出验证溴乙烷与氢氧化钠溶液发生取代反应的最佳实验方案（如图3），并掌握实验中的关键操作（先加入硝酸酸化，再加硝酸银溶液）。在此基础上，教师进一步提出问题：“如何验证溴乙烷与氢氧化钠乙醇溶液发生消去反应？”学生积极设计不同形式的实验方案（包括流程图、实验装置图），再通过生生评价，进一步优化实验方案，得出验证溴乙烷与氢氧化钠乙醇溶液发生消去反应的最佳实验方案（如图4），并掌握实验中的关键操作（将生成的气体直接通入溴水或溴的四氯化碳溶液，或者将生成的气体先通入水除去乙醇，再通入高锰酸钾酸性溶液）。这样做能很好地培养学生科学探究、敢于质疑、勇于创新的良好学习品质。

（三）注重思想渗透，挖掘创新潜能

化学本身蕴含着丰富的化学思想。在中学化学中出现的化学思想有现象与本质、结构与性质、一般与特殊、定性与定量、守恒思想等。在教学过程中，教师应注重渗透化学思想。例如，在讲授完研究有机物的一般方法和溴乙烷取代反应以及消去反应的原理后，让学生从本质出发设计合理的实验进行探究和验证。这照应了近年来高考实验题所蕴含的思维方法，即从实验原理出发理解实验装置、实验设计和实验目的。在本节课的实验教学中，教师引导学生设计不同形式的實验方案，并与学生讨论交流优化实验方案的方法，让学生学会用化学思想去思考、解决问题，从而挖掘学生的创新潜能，锻炼学生的创新思维。

（四）深度学习，提高学科素养

深度学习是指在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心投入，以体验成功、获得发展的有意义的学习过程。深度学习是学生的思维、感知、情感、意志和价值观充分参与的活动，其目的指向人的全面发展[3]。深度学习是课程改革的必然追求，是培育和发展化学学科核心素养的基本途径。在本实验教学中，学生通过设计不同形式的实验方案以及对实验方案的进一步优化，实现了深度学习，提高了思维能力和灵活运用知识的能力，掌握了研究有机化合物的一般方法。

三、教学思考

（一）呈现真实情境

真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台。近年来，高考考查的内容主要聚焦能够反映核心价值的生活实践问题和学习探索问题，从而考查学生在分析与解决这些问题时所表现出的核心价值、学科素养、关键能力的综合水平和必备知识掌握程度。化学是材料科学、生命科学、环境科学、能源科学和信息科学等现代科学技术的重要基础。化学与实际生活问题的结合，可有效激发学生学习化学的兴趣与动机，进一步提高学生运用知识的综合能力。

（二）预测学生问题，补充相关实验视频

线上教学与线下教学的很大区别是学生不能动手完成实验，不能现场观察实验现象，且没有机会对异常实验现象提出疑问。因此，教师备课时要认真钻研教材和教学内容， 预测学生可能存在的问题，并基于这些可能存在的问题录制相关实验视频，弥补学生不能动手实验、直接观察分析实验现象的缺陷。

（三）增强学生主体意识，加强基础知识和实验基本操作技能的学习

化学实验方案的设计不仅要求学生掌握一定的理论知识与实验基本操作技能，还要求学生能够灵活地、创造性地运用这些知识，对学生综合运用知识的能力要求较高。为了有效培养学生的化学学科核心素养，教师在创新实验教学的同时，还应从学生的实际情况出发，全面加强对学生思维的引导，帮助学生不断习得基础知识和实验基本操作技能，以增强学生的学习信心。同时，教师要从学生的角度出发，突出学生的主体地位，使学生在学习中获得乐趣和启发。

[   参   考   文   献   ]

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  瓮秀秀. 基于培养“科学探究与创新意识”的元素化合物教学策略研究：以人教版必修1为例[D].成都：四川师范大学，2018.

[3]  杨雪萍，吴晓红.深度学习理念下中学化学教学研究综述[J].新课程研究，2020（19）：46-48.

（责任编辑 罗 艳）