基于核心素养的高中化学教学中创新教育探讨

周苗苗

(江苏省连云港市南师大灌云附属中学,江苏 连云港 222200)

当前,根据新课程标准要求,发展学科核心素养成了课程教学的重要目标,而根据化学学科特点,学生的核心素养发展主要体现在“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”维度.新的教学要求需要对教学实践进行创新,同时学生创新素养的发展也需要良好的教学环境.因此,高中化学教师应深入研究课程标准,并基于核心素养的要求积极探索创新教育的实践策略.

1 整合教学内容,激发学生创新意识

在核心素养下,高中化学教学中创新教育的实现需要丰富多元的教学内容作为依托.部分学生对教材中单一化的内容缺乏兴趣,无法调动他们的好奇心和求知欲.针对此,教师可以适当调整课程内容,并利用信息技术手段对其进行优化,调动学生的学习热情,从而激发学生的创新意识[1].

例如,在“人类对原子结构的认识”这一单元的教学指导中,为培养学生的创新意识,教师通过教学研究打破了教材知识呈现的顺序,利用信息技术整合多种教学资源,形成新颖且有逻辑的教学内容,并引导学生展开项目式学习.在探究原子结构的项目式学习中,教师为学生创新安排了如下学习内容:(1)对原子结构的探究.这部分内容包含汤姆孙的阴极射线实验视频,视频展现:1891年,赫兹发现阴极射线可以穿过金属箔,提出阴极射线不是粒子,而是“今天所说的电磁波”;1859年,普吕克尔发现阴极射线在电场发生偏转,将风车放在阴极射线旁,风车会旋转;1899年,汤姆孙测定各种物质产生的阴极射线,证明了阴极射线是带负电的粒子,并测定一个粒子的质量是一个氢原子质量的1/1 836,随即命名为电子,而且是原子结构的一部分.学生基于化学史料进行原子结构探究,发展了证据推理素养,理解了观点、推理和证据之间的逻辑关系.同时在根据史实资料与视频内容画出自己推理想象中的原子结构模型,发展模型建构和模型认知素养[2].(2)发展学生模型认知素养.这部分内容包含α散射实验视频,视频介绍:1909年,卢瑟福和助手做了α粒子轰击金箔散射实验,现象是:①大多数α粒子穿过;②少数α粒子大角度偏转;③极少数(八千分之一)α粒子被反弹;1914年,卢瑟福用阴极射线轰击氢,发现了质子;1919年,卢瑟福用粒子轰击氮核,猜想原子核内存在不带电的中子;1935年查德威克根据对原子核轰击实验,发现从原子核里发出的γ射线可以把质子从原子中撞出来,确认γ射线中的微粒是中子,中子不带电,质量与质子相近.学生基于史料情境的证据推理与原子结构模型迭代,发展了“模型建构、模型应用、模型发展”的模型认知素养.同时,学生根据史实资料与视频内容再次画出推理想象中的原子结构模型,并以此模型来解释实验结果与资料事实,进一步发展模型建构和模型认知素养.(3)认识质量数、核素和原子结构示意图的意义.这部分内容包含图文介绍:1914年里查兹(美国)用化学实验证明了存在不同相对原子质量和放射性,但其他物理、化学性质完全一样的化学元素变种,这些变种具有相同的质子数.学生通过原子结构模型的演进和相关性质的归纳与演绎,认识了质量数、核素和原子结构示意图的意义,发展了归纳与演绎素养.(4)从微瀚海到宏宇宙的升华.这部分内容包含介绍“宏观元素与微观粒子”的短视频,学生通过视频了解宏观世界与微观世界的关系,感受化学家在探索宏观与微观世界过程中所付出的努力,进而在人文的熏陶中提升科学精神和社会责任.

2 构建问题情境,启发学生创新思考

只有善于发现问题、分析问题,才能创新性地解决问题[3].针对此,在高中化学创新教育中,教师应结合学生核心素养发展要求构建问题情境,利用问题驱动学生创新思考、实践探索,进而实现创新发展.

例如,在《金属钠及钠的化合物》这一单元的教学指导中,教师根据“钠的燃烧实验”构建问题情境,并引导学生动手操作,激发学生创新思考,改进实验方案.在实验指导中,教师首先提出问题:钠的燃燃生成了淡黄色的固体过氧化钠,但在实际燃烧过程中常常伴随着黑色物质的生成.不少学者认为产生大量黑色的原因是钠在燃烧时与CO2反应生成了黑色的碳;除此之外,还有一些学者认为钠中存在杂质铁元素,导致产物中含有黑色物质.你认为这些钠在燃烧过程中产生的黑色物质是什么?在问题的驱动下,学生进行猜想,并分组实验来检验钠燃烧后的黑色物质.根据教材的指导,各组学生在实验操作中向实验后含有黑色物质的仪器中先加入稀盐酸,然后向反应后的溶液中加入KSCN,最后根据实验现象及结论:加入稀盐酸,黑色物质部分溶解,加入KSCN溶液后,溶液变红,可判断钠燃烧产生的黑色物质中含有铁的氧化物.根据这一实验过程,教师提出了问题:你确定燃烧的物质全都是钠吗?如何改进实验,才能有效减少黑色物质的产生?学生通过小组讨论、集思广益后,围绕“钠的燃烧实验条件”进行探究,并创新设计了可操作的实验改进方案.其中方案一:先用吸水性更好的纸巾吸干钠块表面的煤油,然后取稍大的钠块,用纸巾吸干钠表面煤油后用小刀切除钠块的四周,以更好地除去表面的煤油后再按照新人教版进行燃烧实验.多次实验后可知:切除钠四周后再进行钠的燃烧实验,可有效地减少黑色物质的生成,同时能更明显地观察到淡黄色的物质的生成.方案二:先用吸水性更好的纸巾吸干钠块表面的煤油,然后取稍大的钠块,用酒精洗涤钠的表面,以除去钠表面的煤油,接下来,用滤纸吸收表面的酒精,最后按照规范的步骤进行燃烧实验.多次实验后可知:先用酒精洗去钠块表面的燃油,再进行钠的燃烧实验,也能有效地减少黑色物质的生成,更加明显地观察到淡黄色的物质生成.教师对学生给出的实验改进方案给予了充分的肯定,认可了学生创新实验的成果,然后根据实验探究进行总结:钠在燃烧过程中常产生大量黑色的原因是钠与CO2反应生成了黑色的碳,如果减少CO2的产生,可有效减少钠燃烧产物中黑色物质的生成.此外,为了进一步培养学生严谨的实验态度,教师还对改进实验提出了建议:演示钠实验时,尽可能除去钠表面的煤油;注意控制火焰温度,防止温度过高.最后要求学生根据建议进行反思,进一步优化自己的实验方案.

3 开展科学实验,培养学生创新精神

化学是一门以实验为基础的学科,而组织学生展开化学实验也是发展其学科核心素养的重要途径.化学实验是科学严谨的,而参与实验的过程也是发展创新精神的过程.基于此,在高中化学创新教育中,教师应立足学生学科核心素养发展组织开展科学实验活动,引导学生在设计、改进实验的过程中实现创新发展.

例如,在学习“钠的化合物”相关内容时,教师结合教材内容为学生展示了“侯氏制碱法”的视频资料,进而创新设计实验教学,组织学生在实验室模拟工业侯氏制碱法的工作原理制备NaHCO3.在实验探究中,教师充分参与到学生之中,引导学生创造性地改造制碱流程,形成更加科学合理的方案.如教师可以启发实验小组将化工流程中向饱和食盐水中先通入足量氨改为直接配制氯化钠的饱和氨水溶液,以提高操作效果;指导学生将传统使用的分液漏斗改进为恒压滴液漏斗,以保证制备CO2过程中稀盐酸能够顺利流下;向学生讲解控制反应速率的方法,提升学生实验创新能力;提示学生灵活运用T形玻璃导管来控制实验过程中气体的流向,提高NaHCO3的产率,等等.在教师的指导下以及学生的创新实践下,“侯氏制碱法”的工作原理被搬进了实验室,学生完整地体验了气体的制备、气体的净化、气体性质的反应实验过程,实现了创新探索,也有效发展了学科的核心素养.

4 组织拓展活动,促进学生创新实践

拓展活动是落实创新教育的重要途径.根据新课标的要求,高中化学教师在教学指导中应积极组织拓展活动,打破学科之间的界限,为学生提供创新实践的机会,锻炼学生的实践能力,并实现学科核心素养的综合发展.