实验在高中化学概念教学中的应用探索

◇洛阳师范学院化学化工学院 夏丹丹 卢怡静 赵 钰 冯 勋 张 甜

高中化学涉及许多抽象性强的概念，传统的灌输式教学不利于学生全面、深入地理解化学概念。在“素养为本”的理念下，笔者尝试挖掘实验在理解概念中的重要价值，通过实验手段引导学生主动参与课堂、完成自主建构，深化对基础概念的认识和理解，实现感性认识到理性认知的飞跃。本文探索了演示实验、探究实验、数字化实验、兴趣实验在氧化还原反应教学中的应用，以期改变化学概念教学中教师教和学生学的方式。

1 引言

化学概念教学是化学教学的关键点与难点，也是学生学好化学的基石。目前的化学概念教学中常见的方法是教师直接讲授概念的定义，让学生被动地接受化学概念，然后通过大量习题去巩固概念并机械记忆，这种传统的化学概念教学方式不仅低效而且忽视了概念学习对促进学生思维发展的作用。学生在学习纷杂抽象的化学概念时往往存在认知障碍，不能真正理解化学概念的内在含义，不易掌握化学概念在“宏观—微观—符号”之间的转换。在实际教学过程中，教师通常将实验教学与概念教学分开，导致实验和理论教学两张皮，没有很好衔接。因此，教师转变化学概念教学观念势在必行，教师应紧密围绕学科核心素养研究化学概念教学，从更新实验内容和方式、创新实验装置、开展数字化实验、组织兴趣实验等方面入手，合理利用实验提高化学概念教学的质量，打破传统课堂重概念记忆轻知识迁移，重题海战术轻实质理解的局面，使实验更好地辅助化学概念教学，发展学生的化学学科核心素养。

2 内容分析

2.1 氧化还原核心概念的重要性

氧化还原反应位于人教版高中化学必修一第一章第三节，是高中化学知识的重难点和化学核心概念之一，在整个中学阶段占据了重要的位置，该知识点是学习元素化合物、电化学等知识的基础，氧化还原核心概念的掌握情况直接影响以后的化学学习。氧化还原相关概念繁多，规律抽象且难以理解，因此可借助实验促进学生从低阶的概念理解转化为高阶的规律掌握和应用。

2.2 化学实验在概念教学中的作用

《普通高中化学课程标准》（2017版2020修订）指出实验教学可以帮助学生形成化学概念[1]，充分发挥化学实验的独特价值有利于学生自主构建化学概念。概念形成的过程是不断提出假设并验证假设的过程，而化学学科中验证假设的有效方法便是实验，实验能够很好地解释概念的内涵与外延，化学概念的建构也促进学生更深入地理解实验，两者相辅相成[2]。通过实验引导学生建立概念有利于实现“以讲授为中心”到“以探究为中心”的转变。巧妙利用化学实验可以化抽象为形象，转迷思概念为正确认识，帮助学生深层次地理解和掌握概念，最终实现化学概念的灵活应用，使学生成为核心概念的建构者。

3 实验辅助概念教学实例

3.1 借助演示实验，感知化学概念

化学是从微观上描述物质本质的学科，借助演示实验可以让抽象思维能力薄弱的高中生对化学概念进行直观感知。操作性强的实验可由教师亲自演示，教师通过演示变色龙、化学红绿灯、火龙写字或黑布作画等与氧化还原有关的趣味实验来创设情境，引导学生初步感知氧化还原反应，拉近化学概念与学生之间的距离。存在安全隐患或不易观察的实验可选择多媒体演示实验，在探究氯化钠形成的微观过程时，播放金属钠在氯气中燃烧生成氯化钠的实验视频及微观动画，引导学生基于宏观实验现象探究微观本质，感知钠原子和氯原子通过得失电子变成离子的过程，进而掌握电子得失与化合价升降的关系；在学习共用电子对偏移的概念时，播放氢气和氯气反应生成氯化氢的实验视频及微观动画，学生通过直观观察微观粒子的运动特征认识微观世界，之后利用单双线桥表征氧化还原反应的实质，引导学生基于三重表征初步认识和形成氧化还原反应核心概念。教师可将微格教学、微课以及实验微视频引入到演示实验教学中，为学生提供自制教学视频及资料，学生在碎片化时间可反复学习视频，进而深度掌握所学内容，此教学模式不仅为学生提供了新的学习方法[3]，还能提升教师的教学技能，帮助学生从宏观到微观、从变化到平衡等方面得到提升，有利于调动学生多感官协调并用。教师的直观教学要配合直观的语言讲解，切不可让多媒体代替了教师的主导地位。

3.2 借助探究实验，理解化学概念

化学课程标准强调在化学探究中内化相应的化学知识点，借助探究实验促进学生对概念本质属性的理解。在验证氧化还原反应电子转移的本质时，教师可引导学生对铜锌实验进行探究与改进，学生经历“猜想 —验证 创新 —总结”的自主探究与合作探究过程，加深了对概念内涵和外延的理解。开展探究实验教学不要仅仅拘泥于教材，教师需引导学生自主发现和提出有探究价值的化学问题，依据探究目的设计并优化实验方案，养成独立思考、敢于质疑的创新精神。按照传统铜锌实验开展实验探究教学会出现和教材结论有偏差的现象[4]，虽然可以达到一定的教学效果，但存在一些弊端：反应过程中锌片表面产生的气泡多于铜片表面、电流不稳定并逐渐减小等情况不利于学生抓住氧化还原反应的实质，甚至会误导学生。因此，教师设计开展优化的铜锌实验帮助学生掌握氧化还原反应的实质是十分必要的。笔者对本实验进行了创新：在锌片附近加入硫酸锌固体形成以Zn2+为主要阳离子的双电层以减少锌片表面气泡的产生，在实验装置中加入质子交换膜以保证电流稳定性，使探究实验教学更具科学性[5]。基于以上所述，探究过程中教师与学生活动及素养目标见表1。

表1 教学活动流程

基于教学环节，可创设出问题线、知识线、活动线和情感线四条主线，四线相辅相成，辅助探究实验教学，详情见图1。

图1 探究活动流程

3.3 借助数字化实验，领悟化学概念

数字化实验将先进的便携技术、网络技术与现代教学理念相融合，将定性描述转变为定量数据，将数据信息转变为曲线图像，将孤立信息转变为综合信息，弥补了概念教学中仅依靠文字表述与宏观现象分析的不足。在氧化还原反应的教学中，教师可以组织开展高锰酸钾和亚硫酸钠发生氧化还原反应使溶液发生颜色变化的数字化实验，通过测量向KMnO4溶液中滴加Na2SO3溶液过程中的电势变化，引导学生在曲线的实时变化中体会微观化学反应，建构“宏观—微观—符号—曲线”四重表征[6]，从定性定量两个角度抓住氧化还原反应的本质特征，完成对氧化还原反应相关概念的复习。开展数字化实验教学时，应注重发挥学生的主观能动性，引导学生从多种表征角度体悟概念的学习。实验的改进过程如下。

实验仪器：氧化还原传感器、滴数传感器、磁力搅拌器、数据采集器、计算机。

实验试剂：酸性KMnO4溶液、Na2SO3溶液。

实验主要步骤：①按要求安装好滴数传感器、氧化还原传感器等实验装置；②将装有KMnO4溶液的烧杯放置于磁力搅拌器上，将氧化还原传感器插入KMnO4溶液中，向滴管内加入Na2SO3溶液；③打开氧化还原传感器、滴数传感器、实验软件和磁力搅拌器并开始数据采集；④待数据收集完毕保持稳定后停止采集，关闭滴管阀门停止滴定。

实验观察：溶液变色情况以及仪器显示的溶液电势变化曲线图。

图2 数字化实验装置图

图3 电势变化曲线图

3.4 借助课外兴趣实验，应用化学概念

兴趣实验是对课内知识的延伸与补充，积极参与课外实验能加深对化学概念的理解，做到学以致用。教师需结合教学内容的特点、从学生实际出发，尽可能多的为学生提供能够独立完成的兴趣实验素材，积极组织和指导学生开展课外兴趣实验。学生发现问题后通过查阅资料、设计方案、实验探究、小组合作、交流讨论等方法找出合理的解决方案，在亲历问题解决的过程中巩固化学概念。例如，在探究如何防止苹果变色、食物腐败、钢铁腐蚀等常见的氧化现象时，结合所学设计实验并验证猜想，掌握预防氧化的有效措施，感受化学与生活的紧密相连。通过观看汽车尾气绿色化处理的相关实验视频和资料，学习如何用氧化还原原理减少汽车尾气对环境的污染，了解可持续发展赋予化学的使命，增强生态文明意识和社会责任感。此外，家庭实验也能激发学生的探究欲望，如法老之蛇、大象牙膏、白纸显字，银饰恢复原色、碘水褪色等氧化还原兴趣实验。学生亲身操作安全有趣的化学实验，体会化学的魅力，在实践中完成对氧化还原反应相关概念的建构。

4 结束语

在教学实践中，借助演示实验、探究实验、数字化实验和课外兴趣实验完成对化学概念的感知、理解、领悟与应用，弥补了传统概念教学重视知识与技能传授而轻视学科素养提升的不足，有助于走出“讲解式”教学的误区，挣脱应试教育的桎梏。在进行化学概念教学时，教师要将教学目标由“培养应试技能为中心”转变为“培养核心素养为中心”，发挥各种实验辅助手段独特而重要的教学作用，巧借化学实验优化化学概念教学，引导学生完成自我驱动，更深层次地理解和掌握知识，从而提高化学概念学习的质量。