基于高中化学核心素养培养学生的实验探究能力

徐 岩

化学是一门以实验为基础的学科,《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》指出,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。认识化学实验是研究和学习物质及其变化的基本方法,是科学探究的一种重要途径。发展对化学实验探究活动的好奇心和兴趣,养成注重实证、严谨求实的科学态度,增强合作探究意识,养成独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神。基于核心素养的要求和化学学科的特点,教师应该注意积极调动学生的学习兴趣,在兴趣的带领下主动参与对化学实验的探究,重视开展以素养为本的实验探究,重视对教学内容的结构化设计,激发学生学习化学的兴趣,促进学生学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力。

一、化学实验探究的基本方法

高中的化学是在初中化学的基础上广泛而又深入的学习,联系生活中的例子学习具体的化学物质。在学习过程中,通过实验探究认识物质,让学生亲身参与到实验探究的过程中,从而培养学生的动手能力,帮助学生掌握化学知识。基于高中化学学科的特点,开展化学探究实验应该把握实验的特点,在探究过程中遵循科学探究的基本方法并有序地开展化学实验。

(一)控制变量法(研究单一变量对一个事件的影响)

控制变量法是化学实验探究的一个基本方法,运用控制变量法首先需要明确探究的对象(因变量)和可能的影响因素(自变量)这两个要件。在实验探究的过程中,首先确立探究对象,化学实验的探究对象比较直接,学生容易在实验探究中确立,要考虑影响化学实验探究的外在因素,学生通过分析,确定因变量和自变量,罗列可能影响化学实验的因素,我们可以在学生已有的知识或常识基础上设疑来引起思考,而后提出可能对探究对象产生影响的因素,将因变量与自变量联系起来,通过控制自变量中的某一个因素,控制该变量因素,通过观察改变该变量因素对实验结果的数据变化的情况,归纳总结该因素对实验结果的影响。学生通过对变量中的一个变量进行探究和观测后,对罗列的变量进行更换,探究新的变量对实验结果有什么样的影响,将各个变量的实验结果进行总结,得出最终的实验结果。将各个变量对实验的影响进行探究,让学生通过控制变量的结构进行总结,得出结论,通过运用控制变量法初步探究反应的规律。

(二)假设实验法(大胆猜测,小心论证)

基于从已有的研究结果中归纳出来的假设,或由联想和直观的推测所构成的假设等,来计划实验、确定实验的方法。探究过程中,学生对实验中的结果进行假设,通过假设,设计相对应的想象情境,然后在整体的假设和想象中,确保学生可以在大胆猜测、小心论证的过程中,对相关理论知识进行充分认知和有效优化,在深入理解的过程中把相关理论内容融入实验探究过程中,这样才能让学生全过程全方位地融入实验操作环节,在假设和验证的过程中体现对各类知识的融会贯通和强化应用。

在具体操作环节,教师要设计相应的实验进行验证,如果该假设通过实验被验证是正确的,则这个假设可以作为命题被采用;如果这个假设通过实验验证与假设不一致,则这个假设是错误的,从而提出新的假设,反复实验进行验证。由此可见,假设实验法是以假设为先导,通过假设,让学生提出以探究为目的的实验,通过探究提出新的理论,树立科学的实验探究的目的,发展科学的理论。假设实验是基于学生提出的实验假设,通过学生动手实验进行验证,让学生在实验的过程中树立化学学科实验探究的科学性。

二、化学探究实验开展的基本步骤

化学探究实验的有效开展是基于一定的理论,通过实验探究进行验证的过程,化学实验探究过程中一般要遵循化学实验的基本步骤有序展开,这就要求学生在进行探究实验时,不仅要具有基本的化学理论知识,还要掌握实验操作的基本步骤,确保相关步骤能够在实践过程中有效衔接,协同推进,这样才能让学生在化学探究实验的操作过程中,进一步强化自身的实验能力和探究效果,让学生在自主学习和实践操作过程中明确化学相关原理,并且在实验论证、探究实践过程中,对相关知识进行融会贯通和强化应用,这对学生实验探究能力增强和化学学科核心素养的培养有关键作用。

化学探究实验的开展对学生知识与能力具有一定的要求,需要确保学生在探究意识和能力方面得到切实提升,然后进一步通过实践探究的形式,对各类化学知识进行灵活应用和融会贯通,体现出教育教学的针对性和可行性,使实验情境之中可以充分融合相关知识,并且在对实验的验证过程中,使学生的知识实践和融会贯通能力得到切实增强。由此可以进一步充分明确,只有通过实验探究才能应用知识,学生还能在实验探究的过程中充分发挥能动性,通过对化学实验的探究培养学生的兴趣和动手能力,以及在实验探究的过程中渗透高中化学核心素养的基本要求。

(一)明确探究问题

在探究化学实验之初,是基于问题为导向进行的,要明确实验围绕什么问题进行探究,要解决这样的问题会涉及哪些知识?怎样运用知识进行问题的解决?这是开展化学实验探究的基础。

(二)作出合理假设

在对化学实验探究的问题明确后,基于问题提出进行假设,假设的提出要围绕问题的解决,根据提出的假设进行分析,搜集相关的证据,验证提出的假设是否具有合理性,为化学实验的探究提供具有可行性的参考。

(三)设计实验步骤

在明确了探究的问题后,对实验进行合理的分析与假设,设计实验探究的步骤,化学实验探究一般遵循以下步骤。

1.实验目的

在明确实验的问题后,根据实验探究的需要有针对性地开展化学实验,通过化学探究实验的确定建立实验的目的。

2.实验原理

化学实验是基于一定的化学知识进行的,在具有了一定的化学知识的基础上掌握化学实验探究中所涉及的基本原理,让学生运用化学知识解决化学实验中的问题。

3.实验用品以及装置

掌握了化学实验的原理,学生针对探究实验中涉及的化学实验药品和仪器进行准备和组装。在准备化学实验试剂时,应根据实验的需要选择合适的试剂,试剂的选择一般要求是用量少、实验现象明显、易于反应的试剂。选择的实验药品确定后,根据实验的需要组装仪器,仪器的组装根据实验的反应类型进行,仪器应该简单,具有可操作性。

4.实验操作及规程

化学实验探究过程中要按照实验的基本流程进行操作,要注意实验操作的基本要求,按照实验操作的顺序及规范进行化学实验探究的操作。

5.实验结果处理

在实验探究的过程中学生要注意观察实验的现象,及时记录实验的数据,通过对数据的记录,解释实验的现象和其中的变化规律。

6.实验程序

按照实验探究的基本流程,学生有序进行实验探究的操作,根据实验操作,完成全部探究实验的过程。

围绕设计化学实验的六要素,学生以实验探究的问题为导向,在现有知识的基础上查阅相关资料,对实验探究的问题进行假设,假设的内容是否具有科学性,要通过实验设计进行验证。基于实验设计的六要素,将各个要素按流程进行,把握各个要素在实验探究中的重要作用,有助于为化学实验探究提供准确的对结果的预测和得出结论。

(四)预测实验结果

针对化学探究实验的相关资料的查阅,在以问题为导向的实验探究中,基于相关资料和原理对实验的结果进行预测,对可能性的结果从不同层面给出预测,以确保实验探究结果的科学性。

(五)得出实验结论

根据实验过程中的现象,记录相关的数据,通过分析数据,对化学探究实验中的假设进行结果分析与判断,对实验假设进行验证。

化学实验探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。化学探究实验不仅能让学生通过动手实践探究事物中的变化规律及反应原理,还能通过实验现象揭示事物变化的规律。

三、化学实验探究开展中的诊断分析

诊断分析是化学实验探究的一个重要环节,是基于化学实验探究的过程中对实验的现象及存在的问题进行思考与分析。在掌握了化学实验探究的一般过程与方法后,有针对性地选择合适的途径与方法,便于化学实验探究的有效开展。分析化学实验中出现的问题,可基于高中化学核心素养中对化学实验探究的要求,在化学实验探究的过程中对出现的问题,可以查找相关的文献资料,通过阅读分析文献资料,针对问题进行诊断,诊断主要围绕问题进行,从问题出发,解答问题或者提出优化的方案以提高化学实验探究的可行性和有效性。

化学实验在探究中对各个环节的设计和实验方案的确定是建立在对化学实验探究的有效诊断与分析上的。因此,有效诊断与分析是化学实验探究中的一个重要环节。有效诊断与分析是对化学实验中存在的问题进行改进与完善的重要途径。通过诊断与分析,能发现实验中的不足与缺陷,让实践者在探究过程中能查找出问题,进一步寻找或提出优化的方法或方案,以获得化学实验探究的最佳途径或方案。优化实验的各个环节,提出更具有合理性和可行性的方法,是保证化学实验探究能有效开展的重要环节。

四、化学实验探究的有效评价

在教学过程中,想确保学生的化学核心素养及实验探究能力得到切实提升,在实验探究过程中要充分作好评价,要确立多元化评价机制,如学生的自我评价、生生评价和教师的总体评价,在多元评价的推动之下,使学生可以明确自身存在的问题,然后在查漏补缺的过程中使其得到相应的成长和进步,这样可以切实培养学生的实验探究能力,使其在自主探究和合作学习的工作中,充分掌握相关知识,且强化实践应用,培养其化学学科核心素养。这对从整体上推进高中化学教学有关键作用,同时也体现出新课改的具体要求和核心素养培养的根本需要。基于高中化学核心素养下,培养学生的科学探究意识与创新意识,激发学生学习化学的好奇心和兴趣,是评价过程中的重要内容,也是必然要求。在具体的评价过程中要引导学生实现查漏补缺,让学生可以积极参与评价全过程,进而在强化其自主意识和自主学习能力的基础之上,使其得到正确指引,积极地参与到化学实验的探究中来,通过探究让学生依据实验提出具有价值的方案,培养学生学习高中化学的兴趣和创新能力。

基于化学学科核心素养中提出的对化学实验探究的有效评价,化学实验探究的评价主要针对学生在实验探究活动中的具体表现,观察学生的行为表现,将评价贯穿在实验探究的各个环节中,最终形成整体性评价。化学实验探究的评价围绕化学实验探究的内容和实验者操作过程的规范性两个方面进行。从化学实验探究的内容方面进行评价,主要针对化学实验探究方案的可行性、安全性、绿色化等方面。

首先,可行性。评判化学实验探究的方案是否具有可行性和科学性,是化学实验探究的一个重要方面,主要围绕实验原理、实验的操作、实验步骤、实验效果进行评价,通过评价让学生在探究中能按照科学探究的步骤进行,同时,让学生能结合实验探究的内容制订具有可行性的实验探究方案。

其次,安全性。化学实验探究的前提是安全性,评价主要针对化学实验探究的各个环节,如对化学实验药品的选择、实验探究选择的方法、实验探究的科学性进行评价,通过评价确保化学实验探究的过程具有操作性,使学生在化学实验探究中树立科学意识和安全意识。

最后,绿色化。化学实验探究中对试剂的选择和实验探究方法的绿色化进行评价,旨在使化学实验过程中减少对有毒有害物质的排放,尽可能地使用较少量的试剂进行实验,节约药品,减少尾气的排放,通过评价渗透绿色化学的理念。

从实验者操作过程的规范性进行评价,主要针对化学实验探究过程中实验操作的步骤、实验现象、数据的记录进行评价。

首先,实验操作的步骤。化学实验探究是有序开展的活动,对化学实验操作步骤的评价即是对化学实验探究过程性的评价,评价基于高中化学核心素养的要求,让学生在实验探究的过程中能运用化学知识按照化学实验探究的步骤进行探究,通过评价让学生能掌握科学探究的一般步骤与方法,使学生通过评价能不断提升科学探究的能力。

其次,实验现象。化学实验探究中一个重要的环节是实验现象,实验现象能准确地说明化学实验探究呈现的结果,对实验现象进行评价能反馈实验过程中的问题,帮助学生在评价中进行反思,形成良好的总结习惯。

最后,实验数据的记录。化学实验探究中对实验数据的记录是化学实验数据呈现的结果,通过对实验数据记录进行评价,能帮助学生提升科学探究的素养与能力,让学生能充分认识到实验探究过程中最终结果呈现的重要性与实验数据记录与处理的科学性,对自身有更为客观与全面的认识。

化学学科核心素养的提出,从学生能力的提升及化学实验探究的过程进行系统的评价,能全面地进行观察与分析评价,评价方式的多样化,有助于培养学生化学实验探究的能力,树立科学探究的精神。

基于化学核心素养,让学生通过实验探究培养创新能力,引导学生亲自参与,掌握科学探究的方法与步骤,有利于培养学生科学探究的精神与创新能力。同时,学生在化学实验探究的过程中能体会科学探究的乐趣,掌握科学探究的方法,体会科学探究的价值与意义,达到化学核心素养提出的目标要求。