核心素養觀照下的化學實驗復習教學研究

李宏春

摘要：以“無機化合物的制備”復習課教學為例，從實驗制備合成、分離提純、純度測定三個角度進行探討，滲透了科學探究與創新意思、證據推理與模型認知、科學精神與社會責任等化學核心素養。

關鍵詞：核心素養；化學實驗；復習教學

文章編號：1008—0546（2017）11—0054—04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.018

一、設計背景

隨著《中國學生發展核心素養》總體框架頒布推廣，一線教師需積極面對新一輪課堂教學改革。學生發展核心素養是指學生應具備的、能夠適應終生發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。科學探究與創新意識是化學核心素養的實踐基礎，證據推理與模型認知是科學探究的思維本質與基礎，科學精神與社會責任是科學探究與創新的價值追求和價值立場。化學實驗教學要引導學生依據實驗目的設計并優化實驗方案，分析操作步驟及細節緣由；在條件許可情況下動手操作并對實驗中一些反常現象提出質疑，提出實驗改進設想；從而培養學生規范操作和證據推理意識，在實驗探究中建立觀點、結論和證據之間邏輯關系。

實驗復習是化學選考總復習中的重要內容之一，它既可以鞏固和強化實驗基本技能，又能對元素化合物知識、化學基本理論的掌握起到深化與提高，對于全面發展學生的化學學科核心素養有極重要的作用。綜觀近年浙江省化學選考試題，實驗題是每次必考的題型，然而每次的答題情況不甚理想。表現問題如下：基礎知識不扎實、實驗探究能力缺失、問題回答表述不規范、信息現場遷移能力差、化學觀念不清等。學生在考試中暴露出的種種問題歸根結底是由于復習浮于表面、不深入不扎根，教師目光不夠長遠，功利地直接瞄準“考點”，停留在知識的淺層記憶，忽略思想方面的培養；學生缺乏化學基本觀念的支撐，思維品質欠佳，面對新情境知識遷移能力和分析解決問題的能力差。

二、設計思路

物質制備實驗的知識涉及面廣、能力綜合度高，能較好發展學生科學探究與創新意識等化學核心素養，能讓學生認識科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動；能發現和提出有探究價值的問題；能從問題和假設出發，確定探究目的，設計探究方案，進行實驗探究；在探究中學會合作，面對“異常”現象敢于提出自己的見解。基于以上分析，本節課教學價值如下：

從知識維度來看，通過無機化合物制備復習可以進一步了解常見簡單無機化合物的制備原理和方法，鞏固儀器名稱實驗裝置及功能、操作步驟及原因分析、試劑選擇及作用、產品的雜質分析、純度計算等化學核心知識。

從能力維度來看，無機化合物制備是體驗科學探究、創新意識等核心素養的有效平臺。通過復習可以培養學生閱讀素材獲取信息能力、綜合運用能力、分析表達能力、遷移計算能力，提升思維的敏捷性和批判性。

從人文維度來看，無機化合物制備是培養創新意識、科學精神、社會責任的優質載體。

通過對學生已有認知結構分析，本課時可能遇到的困難和問題如下：

（1）對制備物質有關信息比較陌生；

（2）對一些大學儀器使用方法和測定原理不是很清楚。

依據《中國學生發展核心素養》有關精神，結合考試說明和學科教學指導意見有關要求，本節復習的重點是設計并優化實驗方案，熟悉有關物質制備的操作流程及注意事項，從而落實“科學探究與創新意識、證據推理與模型認知、科學精神與社會責任”等化學核心素養。具體教學實施如下圖1所示。

三、教學過程

1.創設情景，導入主題

【引入】展示硫酸銅晶體圖片

【教師】某化學興趣小組利用銅粉為原料制備少量的硫酸銅溶液，請利用實驗室常見的藥品，設計可行的制備方案。

【學生】分小組進行交流與討論。

【教師】收集典型設計方案，引導學生進行分析評價優缺點。

方案1：將銅粉在某儀器中反復灼燒，使銅粉與空氣充分反應生成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應。

【學生】思考：下列儀器（圖2）中，在灼燒固體物質時必須用到的儀器名稱是什么？

【學生】評價灼燒固體物質能耗大。

【教師】方案2：將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，加熱則能使之反應完全，過濾可制得硫酸銅溶液。

【學生】思考：（1）寫出燒瓶中發生反應的化學方程式。

（2）把濃硝酸分多次加入銅粉與稀硫酸混合物中的目的？

【教師】方案2用圖3裝置進行實驗是否科學？

【學生】評價銅粉與稀硫酸、硝酸混合液反應產生NO不能被NaOH溶液吸收污染環境，氮氧化物直接通入NaOH溶液反應易倒吸。

【教師】請你畫出反應改進裝置圖。

【學生】展示銅粉與硝酸硫酸混酸反應改進裝置圖（圖4）。

【教師】方案3：將3.2g銅粉放到45mL1.5mol·L^-1的稀硫酸中→緩慢滴加18mL10%的H₂O₂→水浴加熱（反應溫度保持在40-50%）→反應完全后（若有過量銅粉，補加稀H₂SO₄和H₂O₂）→加熱煮沸2分鐘→趁熱過濾（棄去不溶性雜質）→得到硫酸銅溶液。

【學生】評價改方案能耗低，環境污染小。

【教師】思考：

（1）水浴加熱，需保持溫度在40-50℃，可能的原因？

（2）為什么要趁熱過濾（棄去不溶性雜質）？

【學生】小組合作與交流

【小結】化學反應條件（溫度）的控制endprint

設計意圖：通過硫酸銅晶體制備實驗方案設計討論，創設物質制備實驗設計的認知模型，知道化學變化需要一定的條件，并遵循一定規律，突出科學探究和創新意識核心素養。實驗方案設計討論過程中使學生自主學習、合作探究、交流反饋等學習方式得以培養，知識應用能力得以鍛煉。通過實驗裝置的創新優化滲透可持續發展意識和綠色化學觀念，突出社會責任化學核心素養。通過生產中反應條件（溫度）的選擇分析，突出嚴謹求實的科學態度。

2.證據推理，定量設計

【教師】結合表1信息如何從硫酸銅溶液中得到純凈（干燥）的硫酸銅晶體？請說明選擇分離方法基本依據。

【教師】提出問題引導學生進行討論。

【學生】思考：

（1）分離提純硫酸銅晶體操作流程。

（2）為什么不直接蒸干？為得到較大顆粒的硫酸銅晶體，冷卻結晶注意什么？

（3）如何洗滌？

（4）能否烘干？

【教師】展示減壓過濾裝置，引導學生回憶操作注意事項。

【學生】觀察思考。

【教師】如何測定硫酸銅晶體純度？

【學生】沉淀法：利用硫酸銅晶體中SO₄^2-形成BagO₄沉淀測定。

【學生】沉淀法步驟多，損失大從而造成測定結果誤差大。

【教師】研究硫酸銅晶體組成，發現還可以通過Cu²⁺進行分析，同樣測定Cu²⁺用沉淀法不行。Cu²⁺具有氧化性配成溶液后可以進行氧化還原滴定。引導學生閱讀學案中的“碘量法”。

（1）實驗原理：在以CH₃COOH為介質的酸性溶液中（pH=3～4）Cu²⁺與過量的I^-作用生成不溶性的CuI沉淀并定量析出12：

生成的I₂用Na₂S₂O₃標準溶液滴定，根據Na₂S₂O₃標準溶液的濃度，消耗的體積及試樣的重量，計算試樣中銅的含量。

【學生】思考：1.選何種物質為指示劑？2.終點判斷？

【教師】投影：實驗步驟①銅鹽試樣的稱取、溶解和縮取

準確稱取銅鹽試樣0.6000g于100mL燒杯中，用少量水溶解后，轉入100mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。再取10.00mL試液數份，分別放人100mL碘量瓶中。

【學生】思考：實驗步驟①操作時用到哪些精密計量儀器？

【教師】酸式滴定管如何用待裝液潤洗？

【學生】上臺演示具體操作。

【教師】投影：教材規范表述

【教師】投影：實驗步驟②測定

在上述放有試液的碘量瓶中，加入1mL2mol·L^-1H2S04和足量10%KI溶液，用少量純水吹洗瓶壁，立即用0.01mol·L^-1INa₂S₂O₃溶液滴定至紅棕色變成淺黃色，然后加入淀粉數滴，繼續滴定至淺藍色，……。記錄Na₂S₂O₃體積讀數，重復滴定2-3次。

【學生】思考：

1.滴定前溶液酸化，硫酸的作用？

2.滴定前溶液酸化，硫酸的量能否多加，為什么？

3.若實驗平均用去Na₂S₂O₃標準溶液20.00mL，計算所得產品中Cu的質量分數（假設雜質不參加反應）？

設計意圖：通過表1 CuSO₄在不同溫度下的溶解度分析，落實證據推理素養，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系。接著介紹蒸發濃縮、冷卻結晶、減壓過濾、洗滌干燥等基本操作，其目的是讓學生建立物質分離提純的操作模型。展示減壓過濾裝置和碘量瓶實物，增強儀器實物教學的直觀性，追求課堂教學的本真，落實科學探究素養。最后產品中cu的質量分數計算，提升學生計算能力以免考試時逢算必錯，有效數字問題討論主要培養學生嚴謹的科學精神素養。總之，本環節采用演繹判斷、科學探究、事實求證、證據推理等方法，著力引導學生多角度、辯證地分析硫酸銅晶體物質分離提純與純度測定問題，從而訓練思維的靈活性與縝密性，感悟化學定量實驗的獨特魅力。

3.華麗轉身，體驗應用

【教師】引導學生我來當命題專家，就物質制備擬制一道實驗試題。

參考資料：

（1）三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀制備的微視頻

（2）文獻中三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀制備與測定實驗報告（節選）和綜合實驗的命題特點

我預設的考查點有________；

我針對這個實驗題，擬制的具體問題是____；

我的詳細解析是________。

【學生】閱讀文獻，課后自編試題。

設計緣由：通過觀看微課和閱讀文獻編制試題，培養學生信息的識別、處理、應用能力，促進學生素養發展。學生通過體驗實驗題的命制過程，了解試題考點分布，尋找知識共性，便于知識應用。新課程強調學生是學習的主人，授之以魚，不如授之以“漁”，讓學生學會學習是至關重要的。

4.系統歸納，升華認知

【小結】本節課收獲

（1）核心知識：無機化合物物質制備實驗題考查視角。

（2）核心素養：科學探究、創新意識、證據推理、科學精神、社會責任。endprint

【作業布置】浙江省化學選考加試實驗題真題重做及錯題整理。

設計緣由：通過系統歸納，升華認知的方法引導學生自主歸納交流心得，了解考題知識點和能力點的分布，從高考真題節選典型案例，運用“思維模型”分析并解決問題，引導學生在問題解決的過程中，深化對思維模型的理解，增強解決問題的信心。

四、教學反思

1.在教學設計理念上滲透化學核心素養

發展學生的化學學科核心素養，需要教師學會核心素養觀照下的化學主題教學設計。核心素養觀照下的化學主題教學設計具有結構化的教學主題，承接著發展學生化學核心素養的任務。核心素養觀照下的化學主題教學設計就其教學內容來說，一般包括以整合方式融為一體的三部分：科學認知——理解、掌握化學學科的基礎知識、基本技能與相關的研究和學習方法；化學實驗和科學探究——化學實驗（包括化學現象觀察）方法學習、科學意識和能力培養；科學與人文教育——認識科學與社會、生產、環境的關系，科學價值和科學倫理教育。故化學實驗復習課教學設計應從科學認知、化學實驗和科學探究、科學與人文教育三個方面反映發展學生化學學科核心素養的要求，突出科學探究與創新意識的核心地位，體現化學學科的獨特魅力。“硫酸銅晶體制備”這節主題教學設計不僅是為了讓學生學會設計物質制備的一般方法，更主要的是讓學生以此實驗為探究基點，掌握實驗過程中的一些原理和基本思想，如物質轉化思想，分離提純思想等，滲透科學探究、創新意識、證據推理、科學精神、社會責任等化學核心素養。

2.在教學素材選擇上突出化學核心素養

著名化學教育家戴安邦教授曾說過：化學實驗教學是實施全面化學教育的一種最有效的教學形式。學科核心素養的培養，蘊含了學習方式和教學模式的改變。要采用一些基于問題的、基于項目的活動方式建構學習。因此教師應積極尋找最有價值的實驗復習教學素材，讓學生參與討論和交流，包括對疑點、假設及論點的提出與評價，通過交流、探索發展學生原先的認知，促進學生進入高水平的認知和素養的養成。

浙江省選考31題實驗一般以大學化學基礎實驗中制備與合成的物質為素材，考查學生制備方案設計、分離提純操作、純度測定等核心知識，從而使化學的具體知識逐漸化為化學學科的基本思想和基本觀念，充分體現了“化學學習的目的不在于要成為化學家，重要的是要善于用化學知識去分析、解決生產、生活中問題”這樣的教學理念，充分認識和開發化學實驗的獨特價值。

3.在課堂教學實施上落實化學核心素養

落實化學核心素養的途徑是開展探究教學、解決問題、情景學習。本課教學設計依據新課程倡導的“從素材走進化學探究”教學理念，創設教學情境以激發學生的學習興趣，同時又注意在復習課結尾讓學生華麗轉身命制高考試題，總結學習體會練習，高考真題案例走出課堂，從而掌握物質制備實驗探究的一般思路（圖5）。在整個教學實施過程中，注意將實驗作為科學探究的重要手段，選擇與教學相適應的實驗資源加以利用，如碘量法測定，引發學生的認知沖突，提高學生解決問題的能力。這樣可以使學生在探究的過程中，獲取新知識的同時，理解科學實驗的意義，從而強化自身的實驗觀，對化學產生更好的情感，全面提升化學學科素養。

總之，核心素養觀照下的化學實驗復習教學，在課堂教學實施上以點結網，在結構關聯中走向深度學習；以線連線，在互動交流中體現學為中心；拓展延伸，在歸納應用中落實化學核心素養。但由于受時間和空間限制，無機化合物制備實驗缺少了學生分組操作實驗的環節，學生只能通過閱讀文獻，紙上獲得信息，課堂缺少了更多的實驗教學直觀性和體驗性。學生在課的結束華麗轉身學考試題編制，使得他們對知識理解得更加深入。endprint