基于化學學科核心素養培養的實驗創新設計初探

許先林 趙君

摘? 要：核心素養是學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終生發展和社會發展需要的必備品格與關鍵能力。化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”5個維度?；瘜W學科核心素養的培養重要載體是學科教學，化學是一門以實驗為為基礎的學科，合理的實驗設計是發展學生化學學科核心素養的重要依托和載體之一。

關鍵詞：化學學科核心素養;實驗創新設計

一、化學學科核心素養

1. 關于核心素養

2016年9月13日上午，中國學生發展核心素養研究成果發布會在北京師范大學舉行。來自教育學界和心理學界的知名專家學者、教育行政部門人員和一線教育工作者代表等參加了會議。北京師范大學林崇德教授指出：“核心素養是學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終生發展和社會發展需要的必備品格與關鍵能力。它是關于學生知識、技能、情感、態度、價值觀等多方面要求的綜合體;它指向過程，關注學生在其培養過程中的體悟，而非結果導向;同時，核心素養兼具穩定性與開放性、發展性，是一個伴隨終生可持續發展、與時俱進的動態優化過程，是個體能夠適應未來社會、促進終生學習、實現全面發展的基本保障。^[1]”

中國學生發展核心素養以培養“全面發展的人”為核心，分為文化基礎、自主發展、社會參與3個方面，綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新等六大素養，具體細化為國家認同等18個基本要點。各素養之間相互聯系、互相補充、相互促進，在不同情境中整體發揮作用。為方便實踐應用，將六大素養進一步細化為18個基本要點，并對其主要表現進行了描述。

2.關于化學學科核心素養

所謂化學學科核心素養是指學生通過化學學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。“關鍵能力”屬于智力因素，“必備品格”主要屬于非智力因素，“正確價值觀念”屬于價值取向。化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”5個維度。

3.核心素養與學科核心素養間的關系

學科核心素養與核心素養二者是相輔相成的。學科核心素養是核心素養的基礎性作用在學科意義上的呈現;從學科的角度來說，學科核心素養是核心素養的育人功能與學科價值的有機結合，是該學科實現立德樹人根本任務的價值所在。

學科核心素養的實現必須以知識教學為載體。課堂教學是發展學生學科核心素養的主陣地。如何真正以生為本，立足課堂教學，發展學生化學學科核心素養，這就要求教師必須圍繞化學學科核心素養精心設計教學內容。^[2]化學是一門以實驗為為基礎的學科，合理的實驗設計是發展學生化學學科核心素養的重要依托和載體之一。那么，如何基于化學學科核心素養進行實驗教學的創新設計，從而實現這一目標呢？

二、基于化學學科核心素養的實驗教學的創新設計案例

最新發布的化學學科核心素養中指出，實驗探究和創新意識是化學學科核心素養的實踐基礎。而化學學科又是一門以實驗為基礎的自然學科，化學學科創新能力的培養將主要以實驗創新的形式來呈現^[3]。在實際教學中，我按照目前關于化學學科核心素養的要求，對“鐵在氯氣中燃燒實驗”進行創新設計，挖掘其學科核心素養價值，并設計成了教學案例，希望在實驗教學中通過合理的實驗設計發展學生化學學科核心素養。

案例：鐵在氯氣中燃燒實驗的改進

現行人教版教材必修一第三章第一節金屬的化學性質第49頁“金屬除了能被氧氣氧化外，金屬還能被氯氣、硫等具有氧化性的物質氧化”，第四章第二節富集在海水中的元素---氯教材83頁“鈉、鐵、銅都能在氯氣中燃燒”等地方都提到氯氣與鐵的反應，但是課本沒有安排相關演示或學生實驗，學生對于鐵與氯氣反應只能通過文字描述或視頻了解。教材這樣做的原因，并不是說該知識點不重要，而是考慮氯氣的污染，不做好安全防護會對師生健康造成危害。為了確保無污染的前提下讓學生親眼目睹或者親自操作鐵與氯氣的反應，實驗創新設計如下：

實驗目的：氯氣與鐵的反應演示實驗改進并驗證生成物。

實驗裝置：大廣口瓶、集滿氯氣的小集氣瓶、注射器3個（分別裝有硫氰化鉀溶液、蒸餾水、氫氧化鈉溶液）、雙孔塞、酒精燈、鐵絲。

創新設計：

1、將收集滿氯氣的集氣瓶小心放入大集氣瓶中;

2、加熱鐵絲至紅熱，迅速伸入小集氣瓶中，蓋緊雙孔塞（展示裝置，引導觀看劇烈燃燒反應，產生棕黃色煙說明氯氣活潑）;

3、產物驗證：用注射器注入少量蒸餾水，觀察到溶液呈棕黃色，繼續注入KSCN溶液，通過觀察溶液變紅證明是三價鐵離子的生成;

4、尾氣處理：用注射器注入約100mLNaOH溶液，充分震蕩吸收集氣瓶內殘留的氯氣，同時也能觀測到紅褐色氫氧化鐵沉淀生成。

改進優點：

1、現象明顯，給學生強烈的感官刺激，這比講解書本文字材料印象要深刻的多，更能激發學生的求知欲和探索欲望。

2、改進氯氣與鐵的反應實驗，培養學生的科學探究和創新意識的核心素養。只要根據物質的性質積極思考，就可以選擇合適方式進行科學探究，讓學生體驗探究過程。

3、本創新實驗在密封條件下進行，產物及時處理，做到不污染環境，讓學生體會到處處要有環境保護的意識，培養學生科學態度和社會責任感的核心素養。

4、該裝置可以完成鐵、銅分別與氯氣的反應對比兩種金屬性的強弱，也可以通過鐵與氯氣、溴蒸氣反應對比兩種非金屬性的強弱。

設計意圖：

通過創新實驗，引導學生觀察氯氣與鐵的反應及三價鐵離子的檢驗及氫氧化鐵沉淀的生成，直觀感受實驗現象，培養創新與探究能力。在此過程中，進一步培養學生的核心素養，具體分析如下：

科學探究與創新意識??? 通過實驗創新設計，讓學生觀察到文字材料不能呈現的直觀實驗現象;通過對實驗裝置的改進，本身也體現了一種創新意識;

變化觀念與平衡思想??? 根據實驗現象分析氯氣和鐵、三價鐵離子的檢驗、氫氧化鐵的生成、氯氣和氫氧化鈉溶液所發生的反應，通過觀察分析，明確物質之間的變化;

宏觀辨識與微觀探析??? 根據三價鐵離子與KSCN溶液反應溶液變成血紅色的宏觀現象推測在微觀上三價鐵離子與硫氰根離子發生了化學反應;

證據推理與模型認知??? 根據三價鐵離子與硫氰根離子反應現象、紅褐色氫氧化鐵沉淀生成等實驗現象，書寫有關反應方程式，深入分析實驗原理，尋找證據進行推理;

科學精神與社會責任??? 通過創新實驗設計，在封閉環境中實驗，減少氯氣對環境的污染;加入NaOH溶液，充分震蕩吸收集氣瓶內殘留的氯氣，延伸到在實際生活中遇到氯氣泄漏問題時，可以采取的合理的處理辦法，利用所學知識解決實際問題。引導學生增強環境保護的意識，培養學生科學精神和社會責任的核心素養。

三、幾點體會

1.化學學科核心素養的培養是建立在課堂教學的基礎上的，是一個潛移默化的過程，不可能憑空產生，也不可能一蹴而就。

2. 化學實驗創新設計教學是培養化學學科核心素養的一種重要載體和依托而不是唯一。

3. 基于化學學科核心素養培養的實驗創新需要教師在工作中不斷學習，不斷實踐，全面把握學科內容，挖掘學科核心素養價值。

參考文獻

[1]? 林崇德.21世紀學生發展核心素養研究[M].北京：北京師范大學出版社，2016

[2]? 周業虹. 基于發展化學學科核心素養的教學設計案例分析[J]. 化學教學，2016（8）：36-39，共4頁.

[3]? 葉鵬. 化學學科核心素養下高中生實驗創新能力的培養策略[J]. 中學化學教學參考，2018（7）：40-42.