高中化学“科学探究与创新意识”素养下的实验创新策略

彭红英

(江苏省包场高级中学,江苏 南通 226001)

从高中化学学科核心素养视角来看,科学探究与创新意识是针对实验教学环节提出的,指的是学生主动发现与提出具有探究价值的化学问题,根据探究目的设计和优化实验方案,完成实验的操作,且结合观察记录与实验数据进行加工后得到结论,学生之间可以相互交流探究成果,提出改进或者继续探究的设想,他们要尊重证据与事实,不能迷信权威,需形成独立思考、敢于批判与质疑的创新精神.高中化学教师应以此为基本导向创新实验教学策略,带领学生积极参与到实验活动中,促进他们科学探究与创新意识素养的提高.

1 善于联系生活,创新化学实验内容

1.1 巧妙引入生活素材,精心设计生活实验

我国著名教育学家陶行知先生曾说过“教育即生活”的名言,化学正是源自于前人对自然与生活的归纳,又经过系统的学习让化学更好地服务于日常生活.在高中化学“科学探究与创新意识”素养下,教师可巧妙引入生活素材,精心设计生活化实验,由此创新实验内容,辅助学生更好地学习化学知识[1].

例如,在进行“氧化还原反应”教学时,教师事先准备好生活化素材,即比较常见的一杯茶水,现场演示实验:先往这杯茶水中加入少量的硫酸亚铁溶液,再往里面加入适量的草酸晶体,要求学生认真观察茶水颜色的变化情况,讨论茶水在加入不同物质后出现什么变化?他们结合看到的实验现象指出加入硫酸亚铁后茶水变成黑色,而加入草酸晶体后茶水又恢复至原来的颜色,借机设疑:大家知道茶水颜色为什么会出现变化吗?由此引出新课主题——氧化还原反应,激发学生对氧化还原反应的好奇之心,让学生在接下来的课堂教学中进一步集中注意力,确保课堂教学效果.之后,教师询问:你们在初中时期都学过氧化反应与还原反应吗?由学生结合学过的知识罗列出氧化反应与还原反应的化学方程式,引出话题:这两类反应是否是独立进行的?组织他们自由讨论和举例说明,明确这两个反应会同时发生,使其顺利得出氧化还原反应的概念.

1.2 开设课下探究活动,拓展学生实验空间

针对高中化学“科学探究与创新意识”素养下的实验教学来说,教师除在课堂上演示一些生活化实验以外,还要开始课下探究活动,带领学生深入到生活中,拓展他们的实验空间,使其拥有更多进行科学探究与创新的机会,改善自身的化学素养.

比如,在开展“有机合成”教学时,本节课要学到“油脂”这一常见的生活用品,学生知道家中做饭用的动物油与植物油均属于油脂,在碱性条件下通过水解生成的高级脂肪酸盐是肥皂的主要成分.学习完课本知识后,教师可以安排一些课下实验任务,如:调查家中是否放有过期的植物油?抽油烟机收集到的油是如何处理的?使用这些油脂与碱(或者用厨房中的食用碱代替碱)、食盐等物品自主动手制作肥皂;且给予提示:家中做饭用的锅可以当作实验仪器.步骤如下:先把废油脂与碱在加热情况下进行水解,再加入适量的食盐进行盐析,然后将收集到高级脂肪酸盐进行洗涤,最后压制成型.同时,学生在实验操作中,要思考以下问题:加热油脂时温度应控制在多高?油脂同碱或者食用碱按照什么比例配制反应的较为彻底?怎么检验水解反应是否彻底?加入多少食用盐进行盐析等,进一步拓展他们的科学探究空间,使其收获丰富的学习体验.

2 明确学生主体地位,创新化学实验形式

2.1 制造更多实验机会,鼓励学生创新实验

高中化学教师在平常教学中需要明确学生的主体地位,制造出更多的实验机会.将实验当作学习化学的一门常用手段,鼓励他们对以往的实验进行创新设计与操作.当然要以安全为前提,使其科学探究与创新意识得到发展[2].

以“有机化合物”教学为例,当学习到“苯酚”这一物质时,教师可出示苯酚软膏使用说明书,说明中指出“不能和碱性药物同时使用”,引导学生提出猜测“苯酚具有酸性”,以此为基础产生疑问:苯酚是否属于酸?酸性是弱还是强?假如是弱酸性,与碳酸相比是弱还是强?鼓励他们自主设计与操作实验,使其根据实验现象展开分析与推理.接着,学生可能设计出如下实验:(1)分别使用pH试纸与紫色石蕊试液来检测苯酚溶液的pH与酸碱性;(2)将大小一样的镁条分别同等量的苯酚溶液与蒸馏水反应,比较反应速率;(3)将适量的苯酚分别同氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液反应,结合实验现象推测结论;(4)向同氢氧化钠溶液反应后的澄清液中通入二氧化碳,结合现象推测结论.学生通过一系列实验突破常规思维的束缚,培养他们的科学探究与创新意识,使其思维向纵深处发展,提升思维能力.

2.2 引入小组学习模式,学生进行合作实验

高中化学知识对学生的综合化学能力有着更高的要求,有时他们仅仅依靠个人能力很难独立完成实验的设计与操作,极易陷入到思维障碍与困境之中.这时高中化学教师可基于“科学探究与创新意识”视角切入,适时引入小组合作学习模式,除指导学生操作一些常规的验证性实验以外,还要指导他们进行深入探究,多操作一些探究性的化学实验,借此发展其科学探究与创新意识[3].

例如,在“铁及其化合物”教学中,当学习氧化亚铁这一铁的化合物时,课本中并没有过多介绍氧化亚铁的性质,教师可以先引领学生结合元素化合价的特征尝试推测氧化亚铁的化学性质,使其根据所学的氧化还原反应原理推导出含有+2价铁的化合物同时具备氧化性与还原性,让他们初步认识氧化亚铁.接着,教师以上述结论为切入点设置问题:铁能够同水蒸气发生反应,那么氧化亚铁是否可以表现出同铁相似的性质同水蒸气发生反应?判断依据是什么?怎么证明出来?组织学生分小组进行合作分析与讨论,得出氧化亚铁和水蒸气发生反应的可行性:FeO能够同H2O(g)发生反应;能使用铁与水蒸气反应的反应装置;通过验证反应产物有氢气即可获得肯定结论.之后,教师指导学生在小组内按照方案进行合作实验,使其在相互帮助下一起完成实验探究任务,将学习内容同小组实验相结合,让他们在合作中增强科学探究与创新意识.

3 积极接轨时代发展,创新化学实验教学

3.1 借助现代教育技术,优化实验教学流程

对于高中化学“科学探究与创新意识”素养下的实验教学而言,教师应积极同时代发展相接轨,借助现代教育技术将一些不易操作、存在安全隐患的实验以信息技术手段模拟出来,不影响对学生科学探究与创新意识的培养[4].

比如,在“电解池”教学过程中,本节课主要学习电解原理及其应用,课本中通过“电解氯化铜溶液实验”引出电解原理,该实验操作起来难度较大,不易把控,容易出现失误,影响结果的准确性.课堂上,教师谈话导入:大家知道化学能会转变成热能,也可以转变为电能,要用到原电池装置,今天就带领你们学习电能是如何转化为化学能的.以此激起学生的好奇心与求知欲,使其对新课的学习充满期待.接着,在实验环节,教师可以利用多媒体设备播放“电解氯化铜溶液实验”的视频,并给予点拨:电解时为什么会有铜和氯气生成?通电前溶液中有哪些微粒?离子是如何运动的?通电后离子的运动情况有什么变化?电解氯化铜溶液时怎么形成闭合回路?为什么阴极上是铜离子得电子,而不是氢离子?阳极上是氯离子失电子而不是氢氧根离子?这与什么因素有关?使学生根据实验视频展开讨论,让他们认识电解池的原理.

3.2 渗透绿色化学理念,创新实验教学观念

高中化学教师创新实验教学时,应当积极渗透绿色化学理念,根据具体教学要求与目标操作一些微型化学实验,尽量减少有害物质的产生,将产生的废气、废液、废渣给处理掉,培养学生的科学探究意识、创新意识与环保意识[5].

例如,在实施“氯及其化合物”教学时,当学习到“制取氯气”这一实验时,教材中介绍氯气实验室制取方法,最常见的是使用浓盐酸和二氧化锰反应.当盐酸浓度较稀时,反应就停止,而氯气是有毒的刺激性气体,在该反应中采用向上排空气法收集氯气时,很难控制氯气不逸出,导致环境污染.考虑到绿色环保问题,教师可指导学生改进实验方法,利用氯酸钾和浓盐酸反应来制取氯气,在氯离子+氧化剂+酸性环境下,用氧化性较强的氯酸钾,只需3 g左右的氯酸钾粉末与2 mL左右的浓盐酸即可,用到的药品较少,还无需加热就能够直接发生反应,而且整个实验装置处于一个全封闭的空间内,尾气处理得较为完全,操作起来比较简便,还不会对环境产生污染,整个实验过程安全可控制,能够得到更好的实验结果.这样通过渗透绿色化学理念培养学生科学探究与创新意识素养,增强他们的环保观念.