核心素养导向的高中化学研究性学习实施路径探讨

李力

摘 要：根据新课程标准要求，高中化学教师引导学生自主探究化学实验，发展学生化学学科核心素养。本文简要分析了核心素养导向的高中化学研究性学习的基本模式，根据“硫酸亚铁铵的制备”实验教学开展了核心素养导向的高中化学研究性学习，本次呈现的“硫酸亚铁铵的制备”研究性学习活动过程，提出相关建议，以期能够为推动高中化学教育教学发展提供可靠借鉴。

关键词：核心素养；高中化学；研究性学习；硫酸亚铁铵的制备

硫酸亚铁铵的制备是高中化学实验教学内容之一，这个实验是一个操作复杂、耗时较长且有一定实验危险性的实验活动。在传统高中化学课堂教学中，教师会先给学生讲解本次实验的原理与操作方法，之后进行实验。而学生可能会出现操作不够规范、实验操作过程统筹协调性较差等问题。在研究性学习中，教师整合实验教学活动各环节，利用实例给学生展示研究性学习环境，同时引导学生以创新思想参与化学实验设计与硫酸亚铁铵的制备，简化实验过程，增强探究性，有效落实学生的学科核心素养。

一、核心素养导向的高中化学研究性学习的基本模式

核心素养导向之下，教师根据实验教学开展研究性学习，应当从四个方面对课堂教学活动进行把控。

（一）教学目的

在研究性学习中，教师可以正确引导学生对实验涉及知识进行学习、对实验原理与过程进行研究探索。相较于传统教学模式，研究性学习更侧重学生获得知识的主动性，鼓励学生运用获得的知识与技能，支持学生发散思维、积极思考，让学生主动选择、主动思考、主动探究、主动参与到化学实验的操作与观察中。在这一过程中，学生可以充分发挥自身思维能力与敏锐性，从实际生活出发，利用相关方法巩固自身已学知识、创新实验方案。可见，高中化学课堂教学中开展研究性学习，主要目的是：（1）辅助学生知识迁移与运用，让学生们可以在研究经典的化学理论之后展开探讨。

（2）解决实际问题、创新探索实验、发展化学创新思维与科学思维，让学生将个人所学知识运用到实验操作中，转化为化学观念与思维能力。教师要紧紧把握研究性学习目的，以目的为出发点对课堂教学活动进行调整，如此才能构建出有效的研究性学习支架。

（二）教学模式

研究性学习，本身是一种较为科学新颖的教学模式，在化学课堂教学中运用这一模式，需要教师根据新课程标准要求、学科特点与课堂教学需要，不断更新自己对化学知识的理解，调整自己的课堂教学引导手段，从而提升课堂教学效果。在落实这一教学模式时，化学教师需要结合教学实际情况，选择合适的方法辅助教学。比如：在化学概念知识讲解课堂上，教师可以采用小组合作、案例分析等方法，为学生搭建研究的支架，让学生通过研究与探索获取对概念知识的理解，归纳出概念知识。再如：在实验课上，教师可以采用模拟实验、小组合作、自主实验设计与实验创新、项目式学习等方法，为学生搭建开放、自主设计与自主操作的实验学习支架。在支架支持之下，学生可以根据自己对化学实验的了解，自主选择合适的实验材料与实验操作方式，从而开始对实验原理、现象、过程与结果的研究，通过一系列研究分析出实验的内在机理，加强对课程知识的掌握，同时发展化学核心素养。

（三）課堂活动

高中化学课堂教学中的研究性学习，侧重于学生自主探索。教师需要从学生的兴趣、生活角度出发，选择合适的内容作为研究性学习方向，以此激发学生的兴趣，让学生在实验操作中活学活用。比如：生活中打开自来水龙头，发现刚刚流出的水有难闻的气味[1]。可以将这一现象作为研究性学习活动的“引子”，引出化学药品制备的现实意义。再如：硫酸亚铁铵的制备工艺中，某种药品的量增加过多，但是其产生的产品量并没有变化，由此引起学生对“过饱和状态与产品制备的关系”的辩证思考与讨论，让学生认识到在硫酸亚铁铵制备中药品量增加的合理性，从而对“增加量的范畴”进行研究。通过课堂活动的把控，让研究性学习活动有序开展，不仅可以让学生掌握实验操作的方法，也可以培养学生关注身边小事的思想，让学生认识化学与生活之间的关系，形成积极正确的化学观念。

（四）评价体系

在研究性学习的课堂教学中，评价体系十分重要。教师需要根据课程内容构建合理的评价体系。第一，应当明确评价方向。当前化学课堂教学中，学生为主，教师为辅。教师在对学生进行评价时，应当注重过程性评价与结果性评价相结合，侧重指向学生的研究过程、导向学生的核心素养发展。这种教学评价之中，教师需要对学生的课堂小组合作研究情况、研究性学习成果展示情况进行评价。

二、核心素养导向的高中化学研究性学习的实施——以“硫酸亚铁铵的制备”实验教学为例

为了进一步发挥研究性学习教学模式的有效性，让教师在课堂上开展研究性学习活动，更好地培养学生的核心素养。本次研究以“硫酸亚铁铵的制备”这节化学实验课为例，展示实验课中教师组织学生开展研究性学习教学准备、实施过程，具体如下。

（一）实验阐述

“硫酸亚铁铵的制备”是高中化学实验课，本节课属于无机化学部分，旨在通过实验呈现部分无机化学原理与化学反应，让学生通过实验学习发展严谨逻辑思维、科学精神，感受化学对现代社会的重要价值。本节课主要分为两个部分，一部分是硫酸亚铁的制备，另一部分是硫酸亚铁铵的制备。实验操作过程，包括称量、水浴加热、溶解硫酸铵、蒸发、浓缩、结晶、烘干等。本次“硫酸亚铁铵的制备”实验的研究性学习，主要是为了简化复杂的实验学习过程，提高实验教学高效性。

（二）实验教学的研究性学习思路

在“硫酸亚铁铵的制备”实验的研究性学习中，教师应当根据鲁科版化学教学内容，选择合适的学习素材。学习素材的选择直接影响学生的学习效果，关乎是否可以有效发展学生的化学核心素养。对于研究性学习的素材，应当以探究式的实验作为主要内容，实验原理与过程聚焦核心理念，运用素材构建情境，强调知识的形成过程。教师也可以从学生的实际生活、现代社会生产生活角度出发，选择合适的素材，拉近化学学科与学生的关系，激发学生的探究欲望[2]。基于此，教师确定本次“硫酸亚铁铵的制备”的研究性学习思路：根据教材中的“硫酸亚铁铵的制备”实验方案，调整实验材料为硫酸亚铁溶液、硫酸铵固体，以便于缩短实验试剂的制备周期；将教材中原方案中的硫酸铵用量进行调整，促使实验方案更稳定安全，让实验设计更符合现代工业生产实际，促使研究性学习可以有效发展学生的观察与分析能力，指向学生核心素养。

（三）教学与学情分析

本节课学习之前，学生已经经历了多次实验学习活动，对实验设计与操作方法、实验探究学习、小组合作共同探索实验具备一定经验，且具有一定的实验探究能力、操作能力、问题分析能力，具备利用科学语言描述化学实验过程与现象的能力，具有较强的好奇心与探索欲，对新事物有强烈的体验意愿等。同时，“硫酸亚铁铵的制备”实验教学知识点难度适中，学生能从已学知识中发散思考，运用到本节课的实验探究中。为了让学生更有效地参与实验研究活动，教师可以根据课堂实验教学的实施情况，提出不同难度的研究学习任务，引导不同能力水平的学生参与，从而促进全体学生的学习与发展。比如：在硫酸铵用量的分析与调整环节，教师可以引导学生进行定性分析，同时提出精准计算的要求。有此能力的学生自然会参与到计算过程中，而能力普通的学生则可以参与到定性分析过程中。

（四）实验的研究性学习目标

本次“硫酸亚铁铵的制备”实验的研究性学习活动，最终导向是学生的化学学科核心素养。因此，本节课的所有教学环节、教学活动均需要为学生核心素养的发展而服务。教师根据新课程标准要求，结合研究性学习教学模式特征，提出研究性学习目标：（1）分析“硫酸亚铁铵的制备”实验的反应条件、反应物的用量，了解二者对实验过程与结果的影响；发展学生的分析能力、探究思维、严谨科学态度。（2）通过实验设计与实验问题探究，发展学生的创新精神、实践能力。（3）通过操作实验的结晶环节、分析实验内减压过滤原理，体验实验探究的过程，探索研究性学习方法。（4）通过研究晶种结晶环节，感受化学的神奇之处，感受化学与现代社会发展之间的关系，发展学生的化学价值观念与社会责任意识。

（五）研究性学习过程

1.实验导学案辅助学习

“硫酸亚铁铵的制备”研究性学习中，教师要充分发挥学生的学习主体性，让学生真正参与到实验的研究与探索中，才能够促进学生核心素养的有效发展。因此，教师需要在课前为学生提供研究性学习导学案（见表1），为学生课前预习提供帮助，让学生更有效地预习，引导学生提出疑问，提出问题。

在导学案的支持之下，学生提前了解了硫酸亚铁铵这种化工材料的制备工艺与方法，知道了硫酸亚铁铵在净水、化工生产中的作用。学生利用微信进行小组内的交流，提出问题，为之后课堂交流互动做好准备。

2.课堂质疑拉开研究性学习序幕

课堂上，教师可以结合学生的课前导学案的学习情况，引导各学生小组说出自己的疑问。

教师：在课前环节，我们已经了解了现代工业中的硫酸亚铁铵材料，请问大家是否有关于“硫酸亚铁铵”的疑问或者不懂之处呢？

各学生小组纷纷交流，提出自己的疑问。

A学生小组：在教材的实验图中，向硫酸亚铁溶液中加入硫酸铵固体，在此之前需要加热，为什么要加热呢？另外，固体溶解之后也有加热步骤，我们不太懂。硫酸亚铁与硫酸铵之间本来就会发生化学反应，而加热反而增加了实验危险，这个步骤是否是多余的呢？

B学生小组表示：我们看到实验中直接提到了硫酸铵的用量，那这个用量范围是怎么确定的呢？是以什么为参照的呢？若用量过少或者用量过多，应该会对实验产生影响吧？

教师：很好，看来大家都有很认真地思考问题。虽然老师没有办法直接给大家答案，但是，可以告诉大家的是，答案都隐藏在实验中。请各小组以自己的问题拟定研究性实验学习方案，提出你们想要研究的问题，根据这一问题操作与研究实验吧。请大家认真观察实验现象，根据你们的观察、思考、交流与推理，探寻问题的真相。

3.学生研究性学习与探究

在教师提出研究性学习要求之后，要观察班级中各学生小组的表现与研究情况，适当参与其中，为学生提供指导，让学生在不同的研究活动中发展化学核心素养。

考虑到实验的整体性与学生的学习需求，教师将学生的问题整合起来，要求学生从头开始进行实验研究，分别将每组学生的疑问作为研究环节。这样一来，学生不仅可以解决自己的疑问，也可以进一步拓展化学实验研究范畴，提高学生的研究性学习高效性。

研究活动（1）：学生小组以“实验中加热环节的合理性与必要性”为主要研究内容。研究方案为：以“加热”为变量，在确定不变量的基础上，调整变量的实验时间/条件，观察实验变化，推理实验结果。学生提出：“可以先根据教材内容统一这组实验的反应条件，确定药品用量。”在实际操作时，学生控制铁屑量为2g，3monl·L-1H2SO4溶液的用量为15ml。学生按照教材中提供的实验图示，在步骤③配制硫酸亚铁浓溶液之前进行水浴加热观察实验，在步骤⑤操作之前进行水浴加热观察实验。学生开展了5次相同的实验，每次实验中药品用量与其余化学实验条件不变，加热时间逐渐缩短至20min。学生记录多组实验数据，将每次实验中的现象记录下来，进行对比，互相交流。这一过程，既可以让学生理解这个实验中“加热”的意义，更能培养学生的严谨科学态度，让学生掌握比较法的科学分析方法，发展学生的核心素养。

研究活动（2）：学生小组以“确定硫酸铵的用量”为研究内容。研究方案：根据“硫酸亚铁铵的制备”实验提出硫酸铵用量的假设，构建虚拟的实验反应物之间的关系，经过讨论对硫酸铵的用量进行计算与分析，掌握硫酸铵用量与硫酸亚铁转化率之间的关系。学生提出这样的假设：20ml溶液与相同体积的纯水之间溶解能力存在差异，那么，硫酸銨用量与溶液溶解能力之间的关系，可作为硫酸铵用量的范围参照。之后，学生开展定性分析，得到结论：硫酸铵的用量，最多不可以超过溶液所能够溶解的硫酸铵的最大值。得到这个结论之后，各学生小组内能力较强的学生表示：“还可以计算出更精准的数据。”在能力较强学生的带领之下，各小组学生纷纷参与研究中。学生假设实验为常温条件下进行，而常温之下硫酸铵的溶解度是75.4g，计算上限值是15.1g。学生交流认为：“硫酸铵固体加入的下限不应当比硫酸亚铁等物质少”，其根据教材中的实验流程，计算已经反应的铁的质量，根据方程式进行计算，最终确定下限值3.5g。这一环节中，学生将“硫酸亚铁铵的制备”实验的原理分解融入研究学习活动中，通过探索问题进行化学反应推理、化学关系分析、化学反应中物质量的计算，能够进一步发展学生的化学语言分析能力、化学表达能力、计算与分析能力、逻辑推理能力，多角度提升学生的核心素养。

研究活动（3）：学生小组通过实验操作与观察分析，解决了之前存在的疑惑。之后，教师给学生播放一组实验演示视频，让学生发现“某化工厂中，过饱和状态的溶液没有晶体析出”这一现象，构建真实的化工生产情境，引起学生的实验探究欲望。学生纷纷表示：“为什么过饱和就不析出了呢？溶液中某种物质过多，不是应当更容易析出吗？”教师提出研究性实验活动要求：“那么，请大家利用实验室中的器材，进行实验操作，在操作中寻找答案吧！”各学生小组纷纷利用实验样品设计“硫酸亚铁铵的制备”的实验方案。学生为了模拟视频中的“过饱和状态”，对实验方案中反应物的量进行调整，分别开始了2组不同反应物的量的实验操作与观察，通过实验观察，学生发现实验的冷却结晶时间存在差异，且加入晶种与不加入晶种会出现不同的实验现象[3]。在学生研究与操作的过程中，教师观察学生的探究情况，适当给予提点，比如：在学生小组要加入硫酸铵固体之前，教师提出：“是否需要将硫酸铵压碎呢？你们想一想，压碎与不压碎是否会有不同呢？想好之后做出决定吧！”在实验中，教师巡视指导各学生小组的操作过程，及时纠正学生不规范操作的行为。若某学生小组在实验中出现不理想的情况，则教师可以参与其中，与学生共同分析原因，引导学生探究问题。通过这一环节，学生自主设计实验方案，根据自己的目的创新实验细节，同时操作与观察实验，能够进一步发展学生的研究性学习思维，提高学生核心素养发展水平。

4.研究性学习成果与展示

在学生完成研究性学习之后，教师组织学生轮流展示自己的研究性学习成果，并且开展多元化的教学评价。

教师：请大家分别展示你们小组的实验方案、实验过程与成果，说说你们的结论。

学生小组：我们小组从“实验中加热环节的合理性与必要性”入手，经历了“确定硫酸铵的用量”“某化工厂中，过饱和状态的溶液没有晶体析出”两个环节的实验研究，得出结论：硫酸铵溶液中饱和程度过高，浪费材料；蒸发浓缩时，晶膜过少的转化率较低。因此，在制备硫酸亚铁铵时，应当控制好反应物的量、加热的时间与晶种的投入量，协调三者与实验的关系，才能以最低的成本获得最多的硫酸亚铁铵产品。

之后，教师分别从学生小组的“提出疑问”“探索与解决疑问”“实验中是否出现常见操作错误”“是否严谨观察与记录实验现象”“是否提出自己的观点”“是否能够提出新的思考角度”等评价指标，让学生自我评价、互评。最后，教师客观提出对各学生小组的评价，并且提出关于实验操作、研究性学习的方案，为学生提供学习建议。

结束语

综上所述，硫酸亚铁铵的制备是高中化学实验学习内容之一，以这组实验为内容开展研究性学习，大大丰富了学生的实验探究过程，促使学生在实验设计与操作中更直接地感受化学实验操作的严谨性与科学性，让学生在深度掌握硫酸亚铁铵的制备的相关化学知识的同时，发展化学科学精神与逻辑思维，提升学生的化学学科核心素养发展水平。在今后的高中化学教学中，为了更好地培养学生的核心素养，建议教师借鉴本次硫酸亚铁铵的制备实验教学活动，优化设计实验教学的过程与活动形式，为学生搭建研究性学习支架。

参考文献

[1]汪玉露，童金元，陈茂盛，等.核心素养下高中生物学研究性学习的实施策略：以“城市湖泊遗爱湖水质调查”为例[J].中学生物教学，2023（15）：24-26.

[2]龐春辉，刘文.基于学科核心素养的高中化学研究性学习实践与研究：以“镜子的制备”为例[J].中学教学参考，2023（14）：64-67.

[3]许美羡，张贤金.真实情境下的高三化学项目式实验专题复习：以“硫酸亚铁铵的制备和组成的分析测定”为例[J].福建基础教育研究，2023（4）：115-118.

本文系南平市“十四五”中小学（幼儿园）学科教学带头人培养对象教育科研课题“化学探究性实验在研究性学习项目中的应用案例研究”的研究成果。