基于“科学探究与创新意识”的高中化学实验教学实践研究

韦 和

(广西壮族自治区钦州市第二中学,广西 钦州 535099)

高中学生科学探究能力与创新意识的培养,并不是一两天就能够完成的,需要学生在长时间的积累和学习之下掌握科学探究及创新的技巧和原理,进而在不断的碰壁和挫折之下形成较为良好的科学探究能力及创新能力.实验教学是验证学生理论性知识的主要途径之一,在受到空间、时间、危险性等因素束缚之下,学生需要彰显自主意识和自主能力,在突破原有教学束缚之下,全身心地参与到化学实验操作之中,以此实现提升学生科学探究能力及创新能力的目标.

1 高中化学实验教学中培养学生科学探究与创新意识的意义

高中阶段,学生正处于身心发展的关键时期,个性发展相对较快,因此学校在教育工作等方面均面临着巨大的挑战.新课程不仅对学科类型及相关内容进行了适当的调整,其难度与深度也相对提升.这种现象便需要全体学生能够在学习理论知识的过程中有意识地培养与提升自身的创新意识与探究能力.在高中化学课堂中,教师可以根据内容设计相应的问题,引导学生们进行分析.经过短暂的分析与思考、猜测与假设后,便可以从中提取出相应的过程信息,并以数据为基础,推导出正确的结论.通过这种方式,还可以间接培养学生的反思能力.同时,高中阶段也是培养学生们养成良好科学态度的关键时期.通过化学实验,可以渗透科学探究与创新意识的培养工作,充分激发他们的想象力与创造力,令学生们在实际操作的过程中能够不断地提出问题,通过师生或生生之间的深入探讨,取得共同进步的学习成果.

2 高中化学实验教学中培养学生科学探究与创新意识的具体措施

2.1 挖掘化学演示实验所蕴含的价值

化学实验的优势之一在于可以帮助学生在实验过程中理解概念和化学原理,培养学生的实验技能,有效激发学生的科学探究兴趣.笔者在长期的化学实验教学研究中发现,通过挖掘化学演示实验中所蕴含的功能价值,可以实现培养学生的科学探究能力与创新意识[1].教师可以通过演示实验来强化学生对实验操作的探索性.

以苏教版“钠与水反应实验”这一实验教学内容为例,教师可以根据学生的学习能力增加两个拓展性实验.第一个拓展实验是分析并操作 Na与CuSO4溶液是否可以置换出Cu,第二个拓展实验是通过实验来明确Na与FeSO4有什么样的反应现象.基于学生对相关的化学知识已经有了前概念,因而第一个实验很容易便可以得出结论,即Na与CuSO4可以生成Na2SO4和Cu,但实际上会有蓝色絮状物质产生,同时会产生大量的气体,没有看到预计的红色固体.对于第二个拓展实验来说,有很多的学生会有所疑惑,但是通过实验则可以发现,白色的Fe(OH)2在发生沉淀后会转变为红褐色的Fe(OH)3,这为后续学习铁及其化合物的知识做了铺垫.这两个拓展实验均有一定的迷惑性,通过真实的实验操作学生可以一步步地掌握真相,活跃自己的学习思维,对培养学生化学学科核心素养有重要意义.

2.2 创设学生喜欢的实验氛围

化学实验本身具有很强的趣味性和可操作性,学生对此有着很浓厚的学习兴趣,可以积极参与到课堂学习中去.为更好地激发学生参与化学实验操作的积极性,教师可以为学生创设更多富有趣味性的实验氛围[2].

比如在苏教版《金属钠及钠的化合物》的教学中,关于过氧化钠的性质课本上只介绍了过氧化钠与水、与二氧化碳反应两个化学方程式.利用这两个反应教师可以设计“滴水生火”和“吹气生火”两个实验.这两个趣味实验不仅与学生的认知起冲突,同时也活跃了课堂气氛.再比如教师还可以为学生创设课外家庭实验情境,将化学实验延伸到学生的生活中去,让学生在生活化的学习情境中培养探究能力与创新意识.以“物质的分离与提纯”这一节知识点为例,当讲完萃取的知识点后,教师可以安排一个简单的实验,即准备西红柿、水和油,让学生去煮一个西红柿汤.待实验完成后即可以向学生提出三个问题,一是西红柿汤为什么会出现分层现象?二是西红柿汤颜色最深的那一层是什么?三是所使用的油在西红柿汤中起着什么样的作用?待学生回答完这三个问题后,教师可以点明主题,即“西红柿汤”和本节课所学习的“碘水”和“溴水”是相对应的,“西红柿煮汤过程”则是与“萃取”知识相对应的.相信通过安排这样贴近于学生生活的化学实验,不仅可以突破教材内容,活跃课堂氛围,而且可以更好地培养学生的化学探究能力.

2.3 让学生自主完成实验

在教学过程中,当学生自主完成实验操作后,其收获的化学实验思维是理论课教学远不能比的.如果学生在日常学习中遇到了问题,化学实验思维将成为学生独立思考和思考问题的一个强力手段.此外,在化学实验课堂的开展过程中,学生的探究能力的培养并没有得到教师的重视,他们所关心的只是学生对实验的验证过程.长此以往,尽管学生的操作能力确实增强了许多,但在化学实验思维能力的培养上却毫无进展,而且这对提升学生的化学实验探究能力也起不到实质性的作用.

以苏教版《金属钠及钠的化合物》为例来进行阐述,前文已经介绍了通过“滴水生火”来引入钠的氧化物的教学,引发学生的兴趣.这个实验的本质可以引导学生对氧化钠和水的反应以及燃烧的条件进行预测.学生很容易猜到产物可能是氢氧化钠和氧气.怎么设计实验进行验证?通过初中的学习可以用酚酞和带火星的木条来检验这两种物质.要求学生通过提出问题、做出假设、设计实验流程、实际操作和验证等步骤来得出最终实验方案.通过实验学生会提出过氧化钠与水反应的溶液虽然能使酚酞变红,但后面会褪色,这又是什么原因造成呢?漂白性的物质是什么呢?通过元素守恒的思想学生猜想可能是过氧化氢.初中学过二氧化锰可以加速过氧化氢的分解,再次通过实验验证猜想.这样层层猜想、推理、设计、验证,对学生而言,不论在化学学科素养,还是在实验探究能力方面,都能得到很大的提升.

2.4 小组合作强化学生探究意识

在化学学习过程中,化学实验的开展和教学对学生化学理论的学习起到很好的作用.而在传统的高中化学实验教学过程中,课堂容量有限,大多数的化学教师总是更多地倾向于自身的演示实验,很少有机会能够让学生自己动手投入到实验中去.长此以往,许多学生就会对实验的认知停留在简单的初级阶段,且并不能很好地在实验过程中提高自身的动手能力.因此,需要在传统的化学实验教学过程中增加学生的动手实验机会,让学生能够在实验过程中充分发挥自身的科学探究能力,使实验教学能够顺应教学初衷.

例如,苏教版“探究铁及其化合物的转化”中关于铁盐和亚铁盐的检验以及转化的知识,可以通过学生分组实验进行探究.在探究亚铁和三价铁的转化实验,教师要事先准备多种氧化剂和还原剂给学生选择,学生通过小组讨论设计不同的实验方案,并进行实验验证.在这样的化学实验学习过程中,学生不仅能够轻松地掌握实验步骤和实验过程,并且还能够了解实验背后所蕴含的一些深层次的化学知识,更重要的是,学生在这样的探究过程中,还能够使自己的化学学习能力得到提升和锻炼,有效提高了“科学探究与创新意识”核心素养.

2.5 运用多媒体降低化学实验的危险系数

学生进行化学实验时难免会接触到许多形色各异的化学药品,部分药品有危险性,教师如果对此依旧按照课本操作,就会存在安全隐患.如果不进行操作,就会降低学生的化学学习效率,不能够充分理解实验的化学原理.因此有一些危险的实验就会成为学生理解化学知识过程中的拦路虎,大大影响化学实验的教学效果.对于以上问题的解决,教师能够合理地应用多媒体教辅设备,对化学实验多做创新.

例如,当探究钾和钠的活泼性时,可以对比两者与水的反应现象.但钾与水反应的实验现象太剧烈,可能会引起爆炸.可以利用化学虚拟实验室APP进行实验操作,进行模拟实验教学.选择一个烧杯,控制钾和水的用量,反应发生后会在屏幕上显示化学方程式.模拟实验和真实的实验现象几乎一样.这样不仅最大限度地保证高中化学实验教学完整实施,同时还能保证师生进行化学实验操作的安全.借助多媒体技术的辅助,就能够在一定程度上避免实验过程中有可能带来的危险,也能够通过多媒体使学生更加直观清楚地观看实验结果,从而有效提高高中化学课堂效率,帮助学生更好地掌握实验背后所蕴含的化学知识.

2.6 开展创新实验

创新实验不一定必须引入一些新的化学实验,而是教师可以对教材上的实验进行改进.实验教学作为化学学科的一种重要的教学活动,苏教版教材上安排了较多的化学实验,但是有些化学实验的现象并不是特别的明显,或存在一些安全问题和环境问题,甚至因为一些客观原因,不能看到相应的化学实验现象,因此教师对教材上已有的化学实验进行改进是非常有必要的.

例如苏教版中“氨与浓盐酸的反应”实验课本上是在烧杯中分别放两团棉花,在棉花上分别滴加浓氨水和浓盐酸,盖上表面皿观察实验现象.学生可以观察到明显的白烟,同时也闻到了相当刺鼻的味道,不利于师生身心健康.教师在授课时可以准备空的输液瓶,用两支分别装有浓盐酸和浓氨水的微型注射器注射药品观察现象,最后再注射适量的水.改进后的实验既能观察到明显的实验现象,也能避免药品对环境的污染.实验后让学生对实验进行反思与评价,有助于激发学生的创新意识,提升学生的探究能力.