基于核心素养的初中化学实验教学探究

李际霞

《义务教育化学课程标准（2022年版）》指出化学课程要培养的核心素养，主要包括化学观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任，是学生发展核心素养在化学课程中的具体化。化学实验教学充分体现了化学课程的育人功能，展现了化学课程学习对学生发展的重要价值。这就需要化学教师在教学中结合学科特点，精心设计实验，鼓励学生探究，在“做实验”中“学化学”。

一、开发家庭小实验，激发学生的探究兴趣

家庭小实验一定要紧扣教材，与课堂教学相辅相成，作为课堂教学的有效拓展和延伸，内容的选择要注意时效性、可行性、安全性、绿色化。

蜡烛燃烧是生活中常见的现象，你了解蜡烛吗？鲁教版五四制化学教材第一单元第二节“体验化学探究”就是以学生熟悉的蜡烛燃烧为载体，通过学生的合作探究，让其经历从发现问题到猜想与假设，再到设计并亲自动手实验，最后得出结论，进一步反思交流，直到改进实验不足的全过程。通过实验激发学生的探究兴趣，在好奇心的驱使下，学生还提出了更多在课堂上没有时间解决的问题。作为课堂内容的补充，教师可以安排家庭小实验，鼓励学生从不同的角度，对蜡烛继续展开探究。

探究1：如何证明蜡烛的燃烧产物是水和二氧化碳？通过探究，学生不但得出了证明蜡烛燃烧产物的方法，而且根據质量守恒定律得出蜡烛的组成元素中一定含有碳、氢元素，并且拓展延伸，发现用同样的方法可以证明酒精、纸张等也含有碳、氢元素。

探究2：让蜡烛熄灭的方法有哪些？学生的办法有很多，如用嘴吹灭、剪掉灯芯、金属勺子盖灭等。除了这些方法，还有哪些方法不用接触蜡烛也能让它熄灭呢？通过尝试，可以用烧杯扣在燃烧的蜡烛上或者将燃烧的蜡烛放在烧杯里，烧杯中加入碳酸钠粉末，倒入适量稀盐酸，过一会蜡烛也可以熄灭。通过探究，学生不但对灭火的原理有了深刻的理解，而且能在熟练二氧化碳性质的基础上，灵活运用碳酸盐和酸反应放出二氧化碳的原理解决问题。

探究3：蜡烛熄灭后，白烟的主要成分是什么？能否隔空点蜡烛？通过探究，学生运用学过的知识揭开了隔空点蜡烛的奥秘，成就感倍增。

探究4：用大烧杯扣在两根高低不同的燃烧的蜡烛上，哪根蜡烛先熄灭？学生探究的结论是上面的蜡烛先熄灭。由此得到启示，即火灾时应该低姿逃生，生命安全教育渗透其中。

干电池、铅蓄电池、锂电池、氢氧燃料电池等已走进人们的生活，你了解电池吗？鲁教版五四制化学教材第六单元第一节“化学与能源开发”中的探究实验：化学反应能否产生电能，帮助学生解开电池的奥秘。学生通过探究才知道，原来电池都是由化学反应转化成电能的，这种发现让学生感到化学的神奇，很想自己验证。教师及时安排了家庭小实验“自制果蔬电池”。实验方案：把一块锌片和一块铜片平行插入一个成熟的柠檬中，用导线把锌片和铜片连接起来，并在导线中间接入音乐贺卡上的小喇叭，听一听是否发出声音；或者改进装置，导线之间连接小灯泡或二极管，观察是否发光。学生在实验中，还把柠檬换成了其他酸性的物质，如苹果、橙子、土豆、甜瓜、西红柿等，分别进行尝试，乐在其中。该实验安全可靠，学生便于操作，效果显著。

为了进一步激励学生，学校举行了化学家庭小实验大赛。教师先根据课堂教学内容引导学生在多个实验题目中选择自己喜欢的实验，展开探究，鼓励学生写出探究报告并录制实验视频（边做边解说，包括对实验仪器和药品、实验步骤、实验现象、实验结论、反思评价等进行解说），从中选出优秀作品颁奖并展播，鼓励其他同学进行评价等。通过家庭小实验让学生对物质世界产生好奇心、想象力和探究欲，点燃学生的思维火花，保持学生对化学学习和科学探究的浓厚兴趣。

二、挖掘教材实验，发展创新思维

新课程标准要求学生要形成科学的态度，敢于提出并坚持自己的见解、勇于修正和放弃错误观点，在解决真实问题的过程中形成质疑能力、批判能力和创新意识。

（一）改进教材实验

化学教材中的实验编排只是为教学提供一种范例或思路，但不一定是最佳，甚至有的实验还有一定的缺陷。教师应鼓励学生勇于创新或大胆质疑，运用学过的知识积极地去改进教材中的实验，以获得最佳的效果。比如，鲁教版五四制九年级化学第89页的实验探究“工业炼铁的化学原理”，对于尾气的处理，从环境、能源等方面考虑可以有多种方法进行改进。图1采用了点燃的方法除去剩余的CO，防止污染空气。教师引导学生评价该实验，发现CO没有得到充分的利用，同时还浪费了酒精燃料。学生通过改进，设计用图1b装置代替图1a中的A装置，并进行评价。改进后的优点是既除去了CO2，又用排氢氧化钠溶液的方法收集CO再利用，丙装置还可防倒吸，缺点是氢氧化钠溶液虽然吸收CO2的效果好，却不能检验生成物CO2，若换成澄清石灰水，吸收效果欠佳，但可以检验生成物CO2。学生每一次对装置优缺点的评价都是一次能力的提升，在改进过程中，学生又提出：能不能直接点燃尾气做热源呢？学生进一步设计图1c装置，改进后的优点是将CO点燃给玻璃管加热，既节约能源，又防止空气污染，装置也更加简单。

（二）拓展教材实验

教材实验的安排具有针对性或代表性，学生通过探究实验掌握科学探究的思想和方法，从而达到运用学过的知识解决问题的实践能力。教师不仅鼓励学生改进课本实验，还激发学生通过课本实验，发展思维，触类旁通，完成更多类似实验。在探究金属铁生锈的条件时，学生充分利用了变量控制的思想进行实验设计。如图2，通过①②对比，得出铁生锈必须有氧气参加；通过②③对比，得出铁生锈必须有水参加。通过控制变量，进行对比实验，得出铁生锈的条件是铁与氧气和水蒸气共同作用。在此探究基础上，激发学生探究铜在空气中生锈的条件。同理，如图3，通过甲乙对比，得出铜生锈必须有氧气参加；通过甲丙对比，得出铜生锈必须有水参加；通过甲丁对比，得出铜生锈必须有二氧化碳参加。通过控制变量进行对比实验，得出铜生锈的条件是铜与氧气、水蒸气和二氧化碳共同作用。

如此，利用控制变量的思想，学生还可以设计实验比较金属的活动性、比较物质的溶解性、探究燃烧的条件等。

在教学中，教师要引导学生依托教材的学习，但不要拘泥于教材，激励学生敢于尝试创新和改进，发展科学思维。

三、设计探究实验，提升实践能力

新课程改革注重培养学生的探究意识和实践能力。要求学生能独立或与同学合作完成简单的实验任务，能主动提出有探究价值的问题。因此，教师要注重问题的生成过程，不要为了探究而设计探究问题，应激发学生探究的欲望，给学生充分的探究时间和空间，引导学生探究式学习。

情境一：实验室盛有氢氧化钠溶液的试剂瓶没有盖好瓶塞。学生提出质疑：氢氧化钠溶液是否已经变质？教师顺势引导学生通过已有知识判断变质的原因，并引导学生设计实验方案证明自己的猜想。经分析，证明氢氧化钠变质的关键就是检验碳酸根离子的存在。怎样证明呢？结合CO32-遇到H+会产生气泡，遇到Ca2+、Ba2+会产生白色沉淀的性质，引导学生分别选取三种类别不同的物质，设计实验。

方法一：加入稀盐酸或稀硫酸，观察是否有气泡产生。

方法二：加入氢氧化钙溶液或氢氧化钡溶液，观察是否有白色沉淀生成。

方法三：加入氯化钙溶液或氯化钡溶液，观察是否有白色沉淀生成。

若通过上述的方法证明氢氧化钠已变质，则进一步引导学生探究是部分变质还是全部变质？若部分变质，溶液中应有NaOH和Na2CO3两种溶质，若全部变质，溶液中应只有Na2CO3一种溶质。比较两种猜想，其实就是检验OH-是否存在，但要排除CO32-对OH-的检验造成的干扰。学生设计先加入足量CaCl2溶液或BaCl2溶液除去NaOH溶液中的Na2CO3。过滤后，往滤液中加入无色酚酞溶液，检验OH-是否存在。除了往滤液中加入无色酚酞溶液，还有哪些方法可以证明溶液否有NaOH？学生依据OH-的性质又找到了更多方法，如加入硝酸铜溶液、氯化铁溶液、紫色的石蕊溶液、红色石蕊试纸、测pH等。学生在选取药品的同时也对OH-的性质有了更深刻的理解。反思评价阶段，学生又提出新的问题：能否用Ca（OH）2溶液或Ba（OH）2溶液代替CaCl2溶液或BaCl2溶液除去溶液中的Na2CO3？通过书写化学方程式，得出Ca（OH）2溶液或Ba（OH）2溶液又引入新的OH-，对氢氧化钠的检验造成干扰。为了让学生更好地厘清探究实验的设计思路和方法，教师将整个探究过程制成微课，让学生反复观看。

利用类似的思路和方法，学生进一步设计实验，探究暴露在空气中氢氧化钙的变质情况，鼓励学生探索多种解决问题的途径，培养学生在真实情境中运用学过的知识解决实际问题的能力和创新实践的能力。

情境二：学生在学习氢氧化钠的性质时，氢氧化钠与二氧化碳反应没有明显现象，怎样变不可见为可见呢？利用压强差的原理，向盛有二氧化碳气体的软塑料瓶里加入少量氢氧化钠溶液，立即盖紧瓶盖，振荡，观察现象。学生观察到塑料瓶变瘪。有的学生认为：通过塑料瓶变瘪能证明二氧化碳跟氢氧化钠溶液发生了反应；有的学生认为：该实验不足以证明二氧化碳跟氢氧化钠溶液反应，因为二氧化碳溶解在水中也会产生类似的想象。学生的分歧很大，争论很激烈，教师因势利导，趁机激发学生，怎样设计实验进一步验证呢？采取分组合作探究的方式，展开讨论，并设计实验方案。

方案一：对比实验法。取相同体积的软塑料瓶，充入等体积的二氧化碳气体，倒入等体积的水，立即盖紧瓶盖，振荡，观察塑料瓶变瘪的程度。

方案二：化学方法。取少量反应后的溶液放于试管中，加入适量的稀盐酸，若有气泡冒出，证明生成了碳酸钠，从而证明两者已反应。

同样，在学酸和碱的反应时，氢氧化钠溶液与稀盐酸反应也没有明显现象。教学中怎样引导学生设计实验变不可见为可见呢？需要借助酸碱指示剂、无色酚酞溶液或紫色的石蕊溶液。

方案一：在盛有氢氧化钠溶液的试管中，加入少量酚酞溶液，振荡，溶液变红色。然后，逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，直至溶液变无色。

方案二：在盛有氢氧化钠溶液的试管中，加入少量石蕊溶液，振荡，溶液变蓝色。然后，逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，直至溶液变紫色或红色。

學生通过实验对比，发现借助酚酞溶液变色更明显。本实验是借助酸碱指示剂，通过证明氢氧根离子的消失，证明两者能反应。情境二中，学生遇到的问题不一样，可是解决问题的思路大同小异，只有学生通过科学探究掌握了方法和思路，才能提升实践能力。

实验教学作为化学教学的重要组成部分，通过自主与开放的实验活动，从不同视角设计、改进实验方案，不但能够深化学生对实验过程及其原理的理解，促进学生在探究过程中构建化学的基本观念，而且能提升学生的动手实践能力，提升学生的化学学科素养，真正实现科学育人的目的。

（作者单位：东营市胜利第一初级中学）

编辑：赵文静