“實驗探究與創新意識”核心素養培養策略

張向榮

[摘? ?要]目前學生實驗中存在 “三多三少”現象，不利于學生“實驗探究與創新意識”核心素養的培養。以二氧化碳制取與性質實驗為例，提出引導學生“像科學家一樣探索思考”的三個策略，以促進學生應用科學方法和技能來進行實驗，從而規范實驗探究流程，養成良好的科學研究習慣。

[關鍵詞]核心素養;實驗探究;創新意識;學生實驗

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2018）35-0062-02

實驗是化學學習的靈魂，通過實驗，特別是學生實驗，可以促使學生主動積極地獲取化學知識，認識并解決化學問題，利用化學知識更理智地思考生活中碰到的實際問題，培養學生“實驗探究與創新意”核心素養。

一、問題的提出

與課程改革之前相比，學生實驗在大多數學校已經得到了應有的重視，但是審視目前的學生實驗，仍然存在一些欠缺，而欠缺的這些方面直接關系到學生化學核心素養的培養。

1.事前預設多，實驗生成少

初中化學有八個基礎實驗，在做基礎實驗前，常會看到，教師和學生一起對于即將開展的實驗從實驗目的、實驗步驟、實驗現象、實驗結果、實驗注意事項等方面進行地毯式研究后，學生才開始進行實驗。特別是一些驗證性實驗，學生對于結果已經了然于胸，實驗過程不過是照方抓藥。過多信息的提前獲知抑制了學生的好奇心，實驗假設往往就是實驗結論，即使在實驗中出現一些異常現象，也會被打上“不小心失誤”的標簽一帶而過。

2.感性認知多，理性思考少

化學實驗是對學生化學知識的驗證和應用，是學生認知的第二次飛躍。“探究”其實就是“探個究竟”的意思，實驗是“探”的手段，“究”是對結果的分析，而在實際教學中，感性認知多，理性思考少，也就是探得多，究得少，有時究的內容其實學生已經有所了解，因此不能提升學生思維的廣度和深度。

3.事實性知識多，技能性知識少

化學事實性知識是指反映物質的性質、存在、制法和用途等多方面的元素化合物知識及化學與社會、生產和生活實際相聯系的知識。在實驗教學中，為了讓學生多快好省地掌握實驗要求，教師往往會把實驗細分成若干知識點，甚至是實驗中可能會出現的一些問題一股腦地告訴學生，表面看上去，豐富了學生的知識經驗，但是這些都是通過教師直接傳授，充其量只是增加了一些事實性知識，而觀察、對比、抽象、概括、自我學習等用于解決問題的實驗技能性知識仍嚴重欠缺，具體表現為沒有形成科學觀念，當要求獨自設計和完成綜合實驗時往往無從下手。

建構主義學習理論認為，學生的學習是在與周圍環境的相互作用中自主建構起來的。因此，教師要為學生提供多樣化的學習活動，使學生在“用知識學習”的過程中不斷加深對化學的認識，不斷提高自己運用化學知識解決問題的綜合能力。而目前學生實驗中存在上述“三多三少”的現象，沒有很好地體現建構主義學習理論，不利于學生“實驗探究與創新意識”核心素養的培養。

鑒于此，我對“實驗室制取二氧化碳分組實驗”進行了一些探究與嘗試，在數據分析、裝置改進、異常現象探討等方面，引導學生應用科學方法和技能來進行實驗，從而培養學生的“實驗探究與創新意識”核心素養。

二、“實驗探究與創新意識”核心素養的培養

根據教材的編排，“實驗室制取二氧化碳分組實驗”是學生遇到的第二個分組實驗，做這個實驗時，學生有高錳酸鉀制取氧氣的分組實驗做鋪墊，且已經掌握了基本的化學實驗操作，對于化學分組實驗也有初步的認識。這個實驗主要圍繞驗證二氧化碳化學性質，培養學生的操作技能和觀察能力來設計，探究性不強，思維容量較小，易設計成“照方抓藥”式驗證性實驗。一般20～25分鐘就可以完成，本身難度不大，而關于二氧化碳的內容無論是課內知識還是課外知識，都有很多的相關內容，有較大的二次開發的空間。

教材中關于“實驗室制取二氧化碳”的學生分組實驗，經過多年的教學實踐檢驗，被公認為經典實驗設計。在繼承與發揚經典實驗的基礎上，我根據自己的教學特長以及任教班級學生的特點，在教學過程、實驗手段、思維探究、知識遷移、科學交流等方面進行了一些探索，提出了“實驗探究與創新意識”核心素養的幾點培養策略。

1.關注實驗生成，拓展研究范圍

化學實驗之所以讓人愛，是因為化學實驗變化多端，實驗中聲、光、色不同凡響，引人入勝;化學實驗之所以讓人恨，也是因為化學實驗變化多端，可能會出現一些與預設不同的變化，不易操作。預設與生成的不同，就會引出一些新的值得探究的問題。

著名教育學家蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個發現者、研究者、探索者。而在兒童的精神世界中，這種需要特別強烈。”

學生在實驗過程中會發現一些“異常”現象，這些現象出現的原因可能是實驗原理、實驗操作或藥品等方面的問題，如二氧化碳通入澄清石灰水中的時間太長，石灰水由渾濁又變澄清，這是由于發生了其他化學反應所致，是實驗操作的問題;若二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水不變渾濁，則可能是鹽酸太濃，也可能是石灰水變質所致;若二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水渾濁不明顯，則可能是石灰水太稀，也可能是石灰水有部分變質，或是通入二氧化碳的時間太短，等等。對于這些異常現象，有時需要照原樣重復實驗，看看是不是偶然原因;有時需要從藥品的種類、用量上考慮;有時需要借助工具書，在浩如煙海的知識中尋找信息;有時需要和老師一起探討，才能查明原因，解決問題。而這樣的解決問題的方式正是科學家進行科學研究時必須經歷的過程。

2. 結合定量研究，掌握探究手段

滬教版教科書中寫道：“在通常狀況下，二氧化碳的密度比空氣大，因而常用向上排空氣集氣法收集二氧化碳。”書中卻沒有關于排水法收集二氧化碳的研究，為了讓學生比較兩種收集方法的效果，我把24個實驗小組分成兩大組，12小組學生先用排水法收集2瓶二氧化碳，然后再用向上排空氣法收集，另外12小組學生的收集順序則相反，每組分別用秒表記錄收集滿一瓶二氧化碳所用的時間，并用描點作圖法在一個坐標系里畫出折線圖，比較收集氣體的速率。再將澄清石灰水分別倒入集氣瓶中，用定性的方法比較石灰水的渾濁程度。通過比較，發現排水法得到的氣體純度更高。

用排稀酸法收集不同體積分數的二氧化碳和空氣的混合氣體，再用燃著的木條測試，測得當20%體積的CO2與80%體積的空氣混合時，木條時燃時熄，得出：當二氧化碳在空氣中的體積分數高于20%時，燃著的木條就會熄滅。再利用二氧化碳傳感器測出排空氣法得到的二氧化碳的濃度是58%，而排水法得到的二氧化碳濃度高達86%。通過定性、定量實驗的對比，讓學生比較不同收集方法的優缺點，客觀看待不同收集方法。

通過這樣從定性到定量的細致研究，使學生了解到，科學是嚴謹的，進行科學探究的技術手段是多樣的，技術對科學探究的影響可以從多個角度來考慮，而對實驗結果要通過分析推理來進行證實或證偽。

3.推進思維深度，培養創新意識

二氧化碳的發生裝置有很多種，我們可以用生活用品代替實驗儀器，如用注射器代替分液漏斗，用吸管代替導管，用礦泉水瓶代替錐形瓶。這些生活用品的使用拉近了學生與化學的距離，活躍了學生的思維，使學生能關注生活，關注身邊的點點滴滴，這對于化學知識的普及大有裨益。

初三是化學的啟蒙教育，既然是“學科教育”，那么不僅要注重思維的發散性，更要注重思維的深刻性，以培養學生的化學核心素養，使學生意識到探究是科學家運用邏輯進行思考和解決問題的方式。

如本實驗的發生裝置按“簡易裝置→可控制反應速率的裝置→可控制反應的發生與停止的裝置”逐步改進，引導學生聯系物理知識，通過改變氣體壓強，實現固氣分離;收集氣體的方法從向上排空氣法到排水法再到多功能瓶排空氣法、排水法。所有的改進與創新都是在分析前一個裝置或一種方法的缺點的前提下，提出改進方向，設計新的實驗裝置或方法。在這樣一個逐步推進的過程中，學生的認知獲得了飛躍式的發展。

另外實驗時，還可先給出不同實驗儀器的圖片，讓學生選擇合適的儀器進行組合，然后再將儀器連接在一起進行實驗，觀察能否達到實驗預期。這樣先抽象再具體的過程，使學生能專注于裝置的設計上，體驗工程師先進行圖紙設計，再進行設備安裝的工作狀態。

三、實驗啟示

1.規范實驗探究流程，養成良好的實驗習慣

這些年，雖然各種培養學生學科核心素養的論文不斷涌現，但文章中鮮見強調探究的整體性，即“像科學家那樣思考探索”，基本實驗流程也慢慢淡出學生的視野。而在實驗教學中，實驗習慣的養成至關重要，實驗前預習，完成預習作業;實驗中，填寫基本實驗報告;實驗后，整理實驗報告，撰寫實驗論文。只有這樣，才能使學生既能專注于學習探究過程中的各個零散的部分，又能從整體上把握實驗的進度，而在實驗后進行總結，可以升華思想。科學寫作，盡可能詳細地描述操作步驟和程序，與他人分享自己的觀點和實驗成果，這也是科學探究的一個重要環節。

2.合理設置探究環節，保護化學學習興趣

學生初三才開始學習化學，有趣的事實性知識，讓學生感到化學可親可敬，對化學充滿了興趣，對學好化學充滿了信心。在培養學生“實驗探究與創新意識”核心素養的過程中，不能操之過急，在分組實驗的安排上，要注意疏密有致，探究、討論整理的環節要適當，調控好課堂的節奏，靈活地處理和把握實驗探究步驟，最大限度地保護學生的化學學習興趣。

愛因斯坦曾經說過：“教育就是學生忘記了學校所學的一切后剩下的東西。”化學核心素養就是化學學科留在學生內心深處的那一抹綠。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 成尚榮.回到教學的基本問題上去[J].課程·教材·教法，2015（1）：21-28.

[2]? 中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3]? 王國崢.從教材結構向教學結構“轉化”的研究[J] .中學化學教學參考，2018（3）：42-44.

[4]? 鄧文勇.基于交互教學系統的多維參與式學習研究：以“二氧化碳制取的研究”教學為例[J] .中學化學教學參考，2018（5）：8-11.

（責任編輯 羅 艷）