“科学探究与创新意识”在高中化学实验教学中的实践研究

徐祚寿

(福建省建宁县第一中学,福建 三明 354500)

高中化学实验教学中培养“科学探究与创新意识”核心素养,其既属于学习过程必备的一种精神,又是学习过程必备的科学态度,让学生在探究学习中,发现当中的异常,积极质疑权威,在原本实验的基础上进行自主创新,以提高学生分析与整合问题的能力,并促使其形成相应的科学态度.学生在进行实验探究中,需将化学问题的假设作为出发点,依据实验内容,设计实验方案,并依据课堂学习的知识及其自身经验,合理解释各种实验现象.通过该教学过程,不仅能够使学生形成相应的团队协作力,而且还能对其动手能力进行培养,从而使学生经过实验探究,形成创新意识,并促进学生的思维能力提高.

1 高中化学实验教学中培养“科学探究与创新意识”的价值

第一,有助于调动学生的学习兴趣.就化学学科而言,其虽然属于义务教育过程的一门主要课程,但是,学生接触化学知识的时间却比较短,普遍是在九年级才接触到,缺乏坚实的学习基础.就化学学科来说,其兼具了复杂性与抽象性,学习难度不低于物理、数学等学科,想要使学生实现高效学习,就需教师加强引导,激发学生的课堂学习兴趣[1].在实际教学时,若只是让学生学习理论知识,就会使学生觉得单调、枯燥,对化学知识的理解也较为肤浅,长此以往,就会影响到学生学习化学知识的积极性,并降低了学生学习知识的效率.而化学实验的开展,则能将抽象、复杂的化学知识转变成生动、形象的演示过程,以便于学生有效理解相关化学知识,这不仅能够使学生对于知识的探究形成浓厚的兴趣,而且还有助于学生深层次地理解以及掌握相关内容,以实现高效学习.

第二,有助于加强学生的自学能力.新形势下,课堂教育愈来愈关注学生的个性化发展,降低学生对教师的依赖度,注重对学生的自主探究、独立思考的能力进行培养,以落实新课程标准的相关要求.

第三,有助于学生形成创新意识.创新既是社会发展以及科技进步的重要推动力,又是培养优秀、高素质人才必须具备的素养与能力,这对学生实现长远发展有着重大意义.一般来说,理论知识的学习是生硬、刻板的,实验学习则是可操作的、能动的,只有将理论与实验有效结合,将理论知识当作指导,通过实验操作加以验证,才可以激发学生的创新意识,突破教材的限制,积极探索新知识,从而使学生学习到丰富的知识,并获得新结论.

2 高中化学实验教学中培养“科学探究与创新意识”核心素养的实践策略

2.1 基于任务驱动的探究实验开展

任务驱动法是立足于建构主义理论的教学方法,其教学理念是将学生作为中心,教师把具体教学内容转变成任务完成的过程.任务探究过程,主要包含了提出任务→制定方案→归纳结论→任务评价→反思总结[2].学生将完成任务作为驱动,通过合作探究,明确任务完成的方法,以完成“知识和能力”的教育目标,以促进学生的化学学科核心素养发展.

例如,在对“铁的重要化合物FeO”的相关知识进行学习时,教材中没有涉及太多与FeO性质有关的内容,教师在对这部分内容进行处理时,主要立足于证据推理与模型认知的思维,指导学生依据元素化合价具备的特征,推测得出FeO具备的化学性质,学生通过自己所掌握的氧化还原反应的有关理论,就能快速了解到有+2价铁的化合物,不仅具备氧化性,而且还具备相应的还原性.化学教师可基于学生已初步得出的结论,设计相应的任务:铁与水蒸气可以反应,FeO是否具备与铁相似的性质能够和水蒸气产生反应?判断依据是什么?怎样证明?学生经过小组合作的形式进行分析探讨,就能得到氧化亚铁(FeO)和水蒸气反应的相关知识点:(1)FeO能够与H2O(g)产生反应;(2)反应装置能够运用铁与水蒸气的反应装置;(3)经过验证反应产物是否含有H2,就能得出肯定的结论.接着,通过教师的引导,依据实验方案实施探究,当完成实验探究后,进行交流讨论与任务评价.在反思总结的过程,教师可设置相应的任务:除去H2,从可能性的角度分析,还会有Fe3O4与Fe2O3两种,是否可以从理论与实验两个角度,分别进行证明呢?通过任务的合理设计与解决,则能使学生通过自主查找相关资料、设计对应的实验方案,在实验过程进行自主探究,可促使学生形成相应的科学探究与创新意识.

2.2 基于实际问题解决的探究实验开展

科学探究和解决实际问题的能力通常是培养学生化学核心素养必备的品格.对学生的学习能力进行检验的主要方式就是让学生解决实际生活中遇到的问题.实际问题解决的探究实验开展环节为:提出问题→找到解决方式→得到问题答案→迁移应用,其主要是立足于建构主义理论,加强知识构建,这种教学模式的采用,不仅能调动学生的学习积极性,而且还能使学生产生一定的问题意识[3].

以学生胃痛时吃胃药的成分探究为例,一般来说,胃痛是因为胃酸(盐酸)过多而造成的,医生给开的胃药中包含的抗酸剂,其主要成分是氢氧化铝、碳酸氢钠,此时,教师可引导学生依据其学习的知识,设计相应的探究方案,明确样品药当中的成分氢氧化铝、碳酸氢钠,哪个治疗效果更好.在这个探究活动中,教师可立足于学生的学习知识与已知信息,设计实际问题,引导学生解决问题:(1)药品中的成分都有什么?(2)对比氢氧化铝和碳酸氢钠的有效成分和盐酸的反应,哪个效果更好?并设计盐酸和药品两种成分反应的实验方案.解决问题(1):可取适量的盐酸与任意药品成分反应,反应过程,有气泡产生的药品中含有碳酸氢钠,没有气泡产生的药品中含有氢氧化铝;解决问题(2):取适量的盐酸与氢氧化铝、碳酸氢钠进行反应,对比两种药品的具体消耗量,因为药品当中的有效成分实际含量相对较小,在实际操作时,可采取对比精准的滴定法.在实际探究中,学生可通过已掌握的知识,解决实际生活中的问题,以达到学以致用的效果.经过整个探究,不仅培养与锻炼了学生自身的高阶思维,而且还能使学生学会从不同角度来看待问题,以实现问题的有效解决,从而使学生的创新意识以及动手操作能力得到有效提高.

2.3 基于情境化教学的探究实验开展

在实验教学中,情境创设需尽可能贴近学生的实际生活,从学生的实际生活当中,挖掘相关实验素材,并在实验方案的设计中,巧妙地融入化学原理,以引发学生的学习共鸣,促使学生积累到丰富的化学知识,有效解决生活问题,从而使学生形成相应的科学探究与创新意识[4].

例如,在对“镁条、铝粉、铁丝在氧气当中的燃烧现象”进行探究时,教师可创设相应的情境,即演示镁条、铝粉、铁丝在氧气当中燃烧的过程,学生在观察过程中会发现,铁丝在燃烧过程中会有四射的火星,此时,教师可提出探究性问题:为什么铁丝在实际燃烧中会出现四射的火星?并给予学生相应的指导:火星四射属于轻微的爆炸,铁丝在燃烧过程,可能会生成气体.接着,教师可指导学生猜测:细铁丝实质上就是铁合金,其中存有少量碳,碳于氧气当中进行燃烧,常常会生成二氧化碳,这也是导致火星四射出现的主要原因.与此同时,教师可准备相应的实验器材,让学生亲自进行实验探究,即让铁丝在氧气当中进行燃烧,观察是否存有四射的火星?最终使学生得到火星四射的原因是因为铁丝当中含有碳的结论.通过情境的创设,学生在教学活动与实验探究中,就会积极思考其中的性质、规律,以促使学生形成发散思维,并形成科学探究能力.

2.4 基于知识应用的探究实验开展

只有知识的迁移,才能提高能力,才是探究实验开展中所要实现的目标.因此,化学教师在进行探究实验设计时,需通过实验带动知识点,以达到学生能力训练与提高的目的.同时,教师需依据反馈信息,给予学生针对性辅导、补偿、矫正与深化,引导学生内化知识,将其纳入到自己的知识体系,并对知识进行补充,以实现认知结构的完善,并经过优化评价,激发学生的学习成就感.在探究实验开展中,其更倡导“练”为主,即有目的性、针对性地进行变式训练,适当地开展强化练习以及追踪练习,经过有效训练,不仅能深化学生对知识的理解与应用,而且还能经过问题解决,将知识转化成能力.

例如,讲解了“原电池原理”的相关内容后,教师可布置易拉罐电池或者水果电池;在讲解了“环境保护”的相关内容后,教师可引导学生对生活中的废水进行净化处理,并布置学习任务,让学生调查家乡中的固体废弃物品种及其回收价值.通过知识应用,不仅可以使学生获得更多将教材知识运用于实践活动中的机会,而且还能促进学生的实践操作能力提高,从而使学生形成相应的创新意识以及创造能力.

综上所述,高中化学实验教学中培养学生的“科学探究与创新意识”核心素养,教师需立足于素质教育,开展探究实验,并依据学生的实际学情以及教学条件,设计相应的教学方案,优化教学策略,从而使学生的化学学科核心素养得到有效提升,并为学生的高效学习以及良好发展奠定坚实的基础.