基于化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的課外實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
——以“粉筆中各組分含量測定實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用”為例

祝飛紅,劉 翠,梁 靜,沈金晶,韓瑩瑩,王 潔

(1.江蘇師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.江蘇師范大學(xué) 教師教育學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

學(xué)科素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出：“化學(xué)核心素養(yǎng)包括' 宏觀辨識與微觀探析'、' 變化觀念與平衡思想'、' 證據(jù)推理與模型認(rèn)識'、' 科學(xué)探究與創(chuàng)新意識'、' 科學(xué)精神與社會責(zé)任'五個(gè)維度”。上述化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)設(shè)計(jì)是對化學(xué)學(xué)習(xí)的各個(gè)方面的總體要求。化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的靈魂。實(shí)驗(yàn)的探究性、操作性，是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容。化學(xué)實(shí)驗(yàn)分為課堂實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)。課堂實(shí)驗(yàn)一般都是精挑細(xì)選的，具有典型性的實(shí)驗(yàn)。課堂實(shí)驗(yàn)一般是由教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。但受制于時(shí)間、空間、儀器及藥品，學(xué)生的科學(xué)探究能力得不到充分挖掘。化學(xué)課外實(shí)驗(yàn)是課堂實(shí)驗(yàn)的延伸和拓展，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有非常重要的地位。課外實(shí)驗(yàn)給予了學(xué)生充足的時(shí)間去構(gòu)思和設(shè)想，因而可以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。

1 課外實(shí)驗(yàn)的價(jià)值

化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)課程的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑。依托化學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)高中生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，關(guān)鍵在于如何深挖教材，整合課程化學(xué)實(shí)驗(yàn)資源的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)[1]。課堂實(shí)驗(yàn)因其種種局限性，無法給及學(xué)生充足時(shí)間去探究和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，因而效果不佳。而課外實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，可以讓學(xué)生在緊扣生活實(shí)際的同時(shí)，與同伴開展一系列的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。在提出假設(shè)，查閱資料，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)，總結(jié)結(jié)論這些活動(dòng)中鍛煉思維，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和探究能力。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 課外實(shí)驗(yàn)延伸課堂教學(xué)，關(guān)注學(xué)生日常生活

在學(xué)生生活的日常世界中，每時(shí)每刻都在發(fā)生著化學(xué)變化。課外實(shí)驗(yàn)將化學(xué)知識與學(xué)生的日常生活實(shí)際相聯(lián)系，有助于學(xué)生感受生活，認(rèn)識世界的同時(shí)，形成一種科學(xué)的思考方式，達(dá)到舉一反三，學(xué)以致用的學(xué)習(xí)效果。

1.2 課外實(shí)驗(yàn)延伸課堂教學(xué)，鞏固學(xué)生化學(xué)知識

學(xué)生在課外實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中對課堂上的知識進(jìn)行驗(yàn)證，探究理論知識是如何在實(shí)踐中得到證明的，并對“意外”情況進(jìn)行分析，這樣就能達(dá)到深入了解課堂知識的效果，從實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)化學(xué)、認(rèn)識化學(xué)、感悟化學(xué)，并更好的把化學(xué)知識應(yīng)用于生活實(shí)踐的各個(gè)方面，達(dá)到鞏固知識、學(xué)以致用的結(jié)果。

1.3 課外實(shí)驗(yàn)延伸課堂教學(xué)，提高學(xué)生綜合能力

課外實(shí)驗(yàn)是一個(gè)小型的探究課題，相較課堂實(shí)驗(yàn)而言，更具形式多樣性和內(nèi)容豐富性的特點(diǎn)。學(xué)生在完成該實(shí)驗(yàn)探究的過程中，他的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ骄克季S，搜集資料能力都會得到極大提升。這是一個(gè)綜合性的活動(dòng)任務(wù)，是需要團(tuán)體進(jìn)行分工合作，因而也鍛煉了學(xué)生的合作能力和交流能力。

2 課外實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則

《化學(xué)教學(xué)論(第四版)》中提到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則：科學(xué)性原則；綠色化原則；可行性原則；安全性原則；簡約性原則。根據(jù)此原則和中學(xué)化學(xué)課外實(shí)驗(yàn)的真實(shí)情況，又有以下標(biāo)準(zhǔn)：一是簡單。簡單包括裝置簡單，操作簡單，實(shí)驗(yàn)用品易得等。二是安全。安全是避免使用有毒化學(xué)試劑和具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)操作。三是明顯。主要是指實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。四是探究性。探究性是指實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定開放性，它可以用多種實(shí)驗(yàn)方法去探索，不同的實(shí)驗(yàn)方法指向不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。多樣性的實(shí)驗(yàn)既可以提高學(xué)生探索的積極性，也避免了單一，枯燥。

3 課外實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

3.1 設(shè)計(jì)意圖

該實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作、善于思考、理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的能力，在此過程中，學(xué)生不僅僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)的趣味神奇，還需了解每一步驟中所包含的化學(xué)本質(zhì)，了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，才能順利完成實(shí)驗(yàn)。再者，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的多樣性有利于教師基于學(xué)生各自的實(shí)驗(yàn)提出針對性的指導(dǎo)，了解每個(gè)學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特思考，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)中每一步的變化及加料的作用和原因也是教師考察學(xué)生理論知識掌握程度的依據(jù)。豐富的化學(xué)變化、基于理論的實(shí)驗(yàn)原理以及課外實(shí)驗(yàn)的多樣性特點(diǎn)都將極大地提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

現(xiàn)版蘇科版高中化學(xué)選修《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》專在第二單元“物質(zhì)的分離與提純”這一專題分為了3個(gè)課題，包含了7個(gè)實(shí)驗(yàn)，涉及了物質(zhì)的分離與提純的基本方法如蒸餾、過濾、萃取以及一些新的分離方法如層析、滲析等，“物質(zhì)的制備”中介紹了一些物質(zhì)制備的程序，研究對象都為與生活息息相關(guān)的物質(zhì)，以生活中的科學(xué)入手，不僅有利于為學(xué)生提升化學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技能，還可以增加化學(xué)的趣味性，讓學(xué)生理解化學(xué)的實(shí)用性。

為了提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，本研究選取了教學(xué)生活中常用的物質(zhì)——粉筆，設(shè)計(jì)粉筆末混合成分測定實(shí)驗(yàn)。從探究粉筆中各物質(zhì)含量，讓學(xué)生從問題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計(jì)粉筆成分的探究方案，并運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，最終得出結(jié)論。在這一過程中，同時(shí)也讓學(xué)生熟練應(yīng)用過濾(抽濾)這一基本分離方法和酸堿滴定實(shí)驗(yàn)操作，理解微溶與難溶概念，提升數(shù)據(jù)處理能力。

3.2 教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)

教師在課前讓學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解粉筆的主要成分和相關(guān)知識點(diǎn)。課堂開始后，教師讓學(xué)生兩人一組，一人負(fù)責(zé)沉淀部分，一人負(fù)責(zé)溶液部分，分組進(jìn)行本節(jié)課的學(xué)習(xí)。首先，教師通過提問了解學(xué)生課前預(yù)習(xí)的情況，為了讓學(xué)生了解本實(shí)驗(yàn)的目的、原理，教師通過分析和提問引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案，在此過程中，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟宏觀和微觀的密切聯(lián)系，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，最終得出最佳方案并通過實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)。課堂過程中，幫助解決學(xué)生可能遇到的各種問題，主要問題包括各種物質(zhì)的含量如何測定，酸式滴定管的使用，抽濾的操作步驟，產(chǎn)率如何計(jì)算等。

教師組織學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方案，并完成工作單1，見圖1。

圖1 工作單1

學(xué)生分小組完成實(shí)驗(yàn)探究，并完成工作單2。小組1完成的內(nèi)容，見圖2。

圖2 工作單2

4 結(jié)論

通過本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生深刻體會到化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系，使學(xué)生樂于去探索課堂之外的化學(xué)世界，體會化學(xué)的價(jià)值。輕松趣味的課后實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У奶岣邔W(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以學(xué)生為主體，創(chuàng)建小組學(xué)習(xí)是課后實(shí)驗(yàn)探究的重要手段。引導(dǎo)學(xué)生自主探究、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)。運(yùn)用小組教學(xué)完成本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師形成全方位的交流模式，豐富課后實(shí)踐活動(dòng)可以開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高教學(xué)質(zhì)量，對學(xué)生今后的發(fā)展也有重要影響。