基于学科核心素养的化学实验探究能力培养的实践与思考

作者:田丽 来源:考试周刊 2019年75期
  摘 要:化学实验是进行科学实验探究、学习化学知识的重要途径,通过化学实验活动,可以体验科学研究的一般过程,了解科学研究的常见方法,学习必要的实验技能,养成科学精神、科学态度和创新意识。本文以高一教材第五章第三节《浓硫酸》中“蔗糖脱水实验的改进”的探究教学为例,体验促进实验探究能力的发展途径,提升学生的化学学科核心素养。
  关键词:化学核心素养;实验探究能力;教学改进
  
  “倡导真实问题情境的创设,开展以化学实验为主的多种探究活动,重视教学内容的结构化设计,激发学生学习化学的兴趣,促进学生学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力”是2017年版《普通高中化学课程标准》理念之一。《上海市高中化学学科教学基本要求》也明确指出化学实验是进行科学探究、学习化学知识的重要途径,也是学生需要不断发展的一项能力。“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”以及科学探究中必然经历的“证据推理”是化学学科核心素养的外延之一。在实际教学中我们可以通过开展以实验探究为主题的教学改进来提升学生的化学学科核心素养。下面以高一教材第五章第三节《浓硫酸》中“蔗糖脱水实验的改进”的探究教学为例,体验促进实验探究能力的发展途径。
  一、 基于教学内容的化学实验探究能力发展空间分析
  蔗糖脱水实验的改进探究活动属于化学实验方案创新设计探究,在这个探究活动中,学生从“绿色化学”的视角,基于实验方案设计的科学性、安全性、可行性、简约性等方面研究蔗糖的脱水实验,形成化学实验方案优化设计的基本思路,了解化学实验设计的基本原则,发展多角度思考问题以及创新思维的能力。
  实验改进方案设计探究的基本思路是明确實验目的和实验原理;根据实验的目的和原理以及反应物和生成物的性质、反应条件,如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器和橡皮、反应是否加热及温度是否控制在一定范围内等,选择合理的化学仪器和药品;从“绿色化学”的视角出发,设计出合理的实验装置和实验操作步骤。这类探究活动的关键策略是路线优化、发散性思维和创新设计能力的培养。
  二、 教学改进过程展示
  (一) 教师原始教学设计
  蔗糖脱水实验是上海市教材高一第二学期第五章《§5.3节硫酸》这节的内容,旨在通过该实验讨论浓硫酸的脱水性。在以往的教学中,笔者按处方抓药,先演示实验,学生观察并记录实验现象,根据实验现象推断浓硫酸在该实验中表现了什么特性。在原始教学设计中,教学目标设定为:
  1. 观察并记录实验现象,根据实验现象推测浓硫酸的化学特性。
  2. 能区别浓硫酸的吸水性和脱水性。
  3. 通过“黑面包”实验,激发学生的学习兴趣,提升观察事物、分析问题的能力。
   在以上教学设计中,“黑面包”演示实验对学生的视觉冲击比较大,能瞬间激发学生的学习兴趣。学生能清晰地看到:蔗糖变黑,体积迅速膨胀;学生也能闻到:产生大量刺激性气味的酸性气体;学生用手触摸:烧杯的外壁有发热现象。通过以上现象,学生很容易分析出浓硫酸在实验过程中表现出吸水性、脱水性和强氧化性。但是这份教学设计中,没有全面、深入地挖掘高中化学学科核心素养的素材,对学生实验探究的能力没有清晰的培养目标。
  (二) 基于化学学科实验探究能力研究的教学设计
  根据以往的教学经验,该实验设计的不足之处有:该实验是一个开放体系,蔗糖与浓硫酸的反应过程会产生有毒的二氧化硫气体,污染室内空气,危害师生健康,不利于培养学生的环保意识,也不能证明浓硫酸的强氧化性。但是,以上的不足之处正好是渗透绿色化学理念,播种实验创新设计种子的良好时机。因此,本次教学引导学生针对实验的不足进行实验方案的改进,优化路线、利用实验室常用仪器进行创新设计是重要任务。
  通过以上分析,本次教学做出以下教学改进:
  实验探究能力发展的目标设定为:
  1. 能根据实验室的常见仪器自主设计实验方案,既符合绿色环保的理念,又能证明浓硫酸的强氧化性。
  2. 能通过合作讨论的方式,优化实验方案。
  3. 能熟练地进行实验装置的组装。
   (三) 试讲片段展示
  利用修改后的教学设计,进行试讲,现展示一下实验方案设计片段:
  教师:针对实验方案中的不足之处,请大家根据实验室中的常见仪器重新设计实验方案。
  学生:讨论实验并展示实验方案(包括装置图)
  学生1:方案:
  
  阐述:我们组采用封闭式系统,用氢氧化钠溶液吸收尾气,解决了污染环境的问题,用品红和澄清的石灰水检验SO2和CO2,由此证明浓硫酸的强氧化性。A装置中的品红检验SO2,B装置中的酸性高锰酸钾溶液除SO2,C装置中的品红检验SO2是否除尽。
  学生2:1. 除SO2可不可以用溴水?2. 酸性高锰酸钾溶液后面的品红可不可以不要?
  学生3:证明浓硫酸的强氧化性,是不是只需要证明SO2就可以了?
  教师:这两位同学,思维活跃,敢于思考。请大家讨论一下。
  学生讨论后共同回答:可以用溴水吸收SO2气体。
  教师:如果去掉酸性高锰酸钾溶液后面的品红溶液,装置相对简单一点,但是有什么现象可以说明SO2被吸收完了?
  三、 反思与建议
  本次教学是基于化学学科核心素养背景下的化学实验探究能力的一堂课,与以往的常规教学相比,本次教学改进更能体现:问题意识、探究意识、开放意识、环保意识、创新意识和实验操作能力。通过教学实践发现:学生的创新意识和动手能力比较薄弱,所以在实验方案展示环节必须要给予充分的时间,放手让学生自主完成实验方案设计以及装置的搭建;教师自己设计的方案,比如最后一个利用生活中的废品制作的简易装置可以不展示,留给学生课后自己设计,这样既可体现课后的延伸,也能引起学生的学习探究的兴趣。
  建议:教师在教学过程中应注重设计多类型、有层次的化学实验探究活动,让学生真实、深度地参与实验探究活动,提升实验操作能力,升华化学核心素养。
  参考文献:
  [1]王磊.基于学生核心素养的化学学科能力研究[M].北京:北京师范大学出版社,2018.
  [2]中华人民共和国教育部定制.普通高中化学课程标准(2017年版),北京:人民教育出版社.
  作者简介:
  田丽,上海市,上海市崇明区崇明中学化学组。

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