基于科學(xué)精神培養(yǎng)的化學(xué)教材實(shí)驗(yàn)拓展教學(xué)

韓紅芳

摘要：圍繞學(xué)生科學(xué)精神核心素養(yǎng)培養(yǎng)，以初中化學(xué)教材實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過凸顯證據(jù)推理與模型認(rèn)知、關(guān)注教材實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異常、鼓勵引導(dǎo)學(xué)生提出問題等視角，開展教材實(shí)驗(yàn)的拓展性教學(xué)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生理性思維、勇于探究、批判質(zhì)疑等科學(xué)精神。

關(guān)鍵詞：科學(xué)精神;培養(yǎng);教材實(shí)驗(yàn);拓展教學(xué)

文章編號：1008-0546（ 2019）09-0074-02

中圖分類號：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn. 1008-0546.2019.09.022

初中化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)既是化學(xué)學(xué)習(xí)的主要手段，也是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容?；瘜W(xué)家波義耳曾說過：“不應(yīng)該把理性放在高于一切的位置，知識就是從實(shí)驗(yàn)中獲得的，實(shí)驗(yàn)是最好的老師?！闭憬〗逃龔d于2015年正式頒布了《關(guān)于深化義務(wù)教育科學(xué)課程改革的指導(dǎo)意見》，要求教師積極開發(fā)內(nèi)涵豐富的拓展性課程，實(shí)現(xiàn)科學(xué)課程的拓展性教學(xué)，但基于什么？通過化學(xué)拓展性教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生什么素養(yǎng)？卻一直困擾著廣大化學(xué)教師。幸運(yùn)的是，2016年9月，《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》正式頒布，科學(xué)精神作為六大核心素養(yǎng)之一，包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究三點(diǎn)。為此，圍繞科學(xué)精神這項(xiàng)核心素養(yǎng)，以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為載體開展了拓展性教學(xué)的實(shí)踐與思考。

一、凸顯“證據(jù)推理”與“模型認(rèn)知”，培養(yǎng)學(xué)生理性思維

《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》指出，理性思維是崇尚真知，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法;尊重事實(shí)和證據(jù)，有實(shí)證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度;邏輯清晰，能運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等[1]。在初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，許多教師大多重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性，注重引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或探究概念規(guī)律，卻很少開展拓展性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，忽視對學(xué)生理性思維的培養(yǎng)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的理性思維主要表現(xiàn)為“證據(jù)推理”和“模型認(rèn)知”兩個方面，教師可在拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時，融入學(xué)生理性思維的培養(yǎng)。

如圖l裝置所示的三頸燒瓶中充滿C02氣體，A頸連接的注射器內(nèi)充滿NaOH溶液，B頸連接的注射器內(nèi)充滿鹽酸，C頸插有的玻璃導(dǎo)管一端跟外界連通，

在開展拓展實(shí)驗(yàn)時可具體操作如下：

（1）A頸連接的注射器向瓶內(nèi)注入NaOH溶液，觀察小氣球形狀變化。

（2）然后B頸連接的注射器向瓶內(nèi)注入鹽酸溶液，觀察小氣球形狀變化。

通過A頸往瓶內(nèi)注入氫氧化鈉溶液，觀察到的證據(jù)是：小氣球變大。也可通過推理得出：因?yàn)闅溲趸c溶液與瓶內(nèi)CO2反應(yīng)，導(dǎo)致瓶內(nèi)氣體量減少，氣壓變小，小于外界大氣壓，而小氣球內(nèi)空氣與外界相連，故小氣球變大。過一段時間后通過B頸往瓶中注入鹽酸，觀察到的證據(jù)是：小氣球變小。推理可知：由于燒瓶內(nèi)有Na2C03，故注入的鹽酸與Na2C03反應(yīng)，產(chǎn)生CO2，使燒瓶內(nèi)氣體量增大，氣壓變大，大于外界大氣壓，故小氣球變小。

C02與NaOH溶液、Na2C03溶液與鹽酸反應(yīng)是化學(xué)教材中常見實(shí)驗(yàn)，通過三頸燒瓶把它們聯(lián)系起來，開展拓展性教學(xué)，結(jié)合氣壓知識，進(jìn)行推理，既有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，也有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理的理性思維。

美國國家科學(xué)研究理事會NRC指出，傳統(tǒng)課堂教學(xué)中學(xué)生記憶的科學(xué)知識很容易被遺忘，而“參與科學(xué)推理”的過程會讓學(xué)生的科學(xué)思維得到發(fā)展，同時促進(jìn)對科學(xué)知識的理解[2]。在拓展性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識來推導(dǎo)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，并與實(shí)際現(xiàn)象對照，以此激活學(xué)生理性思維。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)拓展性教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生參與科學(xué)推理有利于培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，通過模型認(rèn)知也是培養(yǎng)學(xué)生理性思維切實(shí)可行的一條途徑。

在電解水實(shí)驗(yàn)中，教師往往引導(dǎo)學(xué)生通過建立模型，從微觀視角去認(rèn)識化學(xué)變化。為此教師也可通過組織學(xué)生開展一些拓展性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生基于微觀視角，建立模型，培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知能力。如開展“丹砂燒之成水銀”實(shí)驗(yàn)，“丹砂”指的是硫化汞，可結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出化學(xué)方程式：HgS+O2=△=Hg+SO2，然后引導(dǎo)學(xué)生建立模型，如圖2所示。

科學(xué)思維是科學(xué)教學(xué)的核心，而建構(gòu)和使用模型是形成科學(xué)思維的基本途徑[3]。在化學(xué)拓展性實(shí)驗(yàn)中，教師也可通過實(shí)驗(yàn)圖表，實(shí)驗(yàn)過程的示意圖等模型來培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。

庫恩認(rèn)為，理性思維是智力發(fā)展的最終目標(biāo)，教育的核心在于發(fā)展學(xué)生的思維，尤其是理性思維。通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)拓展教學(xué)，既是深度學(xué)習(xí)化學(xué)的需要，也有助于促進(jìn)學(xué)生形成基于證據(jù)的推理、模型建構(gòu)與認(rèn)知的理性思維方式。

二、關(guān)注教材實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生勇于探究

科學(xué)探究活動是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)觀念與能力的重要途徑，也是培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的有效手段[4]?！吨袊鴮W(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》對勇于探究素養(yǎng)的要求是：具有好奇心和想象力;能不畏困難，有堅(jiān)持不懈的探索精神，能大膽嘗試，積極尋求有效的問題解決方法等。教師可引導(dǎo)學(xué)生通過關(guān)注教材實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象，提出問題，建立假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開展探究活動，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。

如銅與硝酸銀溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，在教材中其實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱颂骄拷饘倩顒有皂樞?。在?shí)際操作中，學(xué)生很容易觀察到銅絲表面有銀白色固體出現(xiàn)，但細(xì)心的同學(xué)有時會發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)溶液未顯藍(lán)色，與所學(xué)知識不符，這是什么原因呢？教師可組織學(xué)生展開討論，作出不同的假設(shè)。如溶液未顯藍(lán)色可能是因?yàn)镃u2+濃度太小之故，并設(shè)計(jì)方案如下：用濃度更大的多組AgNO3溶液，多次實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。有的小組作出銅絲中可能含有比銅活潑的金屬的假設(shè)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的探究方案：取上述相同的銅絲，浸入硫酸溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，若有氣泡產(chǎn)生，則可證明銅絲中有比銅活潑的金屬，反之沒有。或者也可把銅絲插入硫酸銅溶液中，通過觀察硫酸銅溶液顏色是否變淺或變色來判斷。

新課程理念要求我們積極開展拓展性課程教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究。化學(xué)教材實(shí)驗(yàn)是由專家編撰、久經(jīng)檢驗(yàn)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，但教師可通過引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象，提出解決問題的方案，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，也有利于豐富化學(xué)拓展性教學(xué)的內(nèi)涵。

三、鼓勵引導(dǎo)學(xué)生提出問題，培養(yǎng)批判質(zhì)疑品質(zhì)

批判性是思維活動中獨(dú)立分析和批判的程度，是思維活動中善于嚴(yán)格估計(jì)思維材料和精細(xì)地檢查思維過程的智力品質(zhì)[3]?！吨袊鴮W(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》對批判質(zhì)疑的要求是：具有問題意識，能獨(dú)立思考，獨(dú)立判斷;思維縝密，能多角度、辯證地分析問題，做出選擇和決定等。在開展教材化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，教師要鼓勵學(xué)生勇于質(zhì)疑，敢于提出問題，并積極采取措施解決問題，進(jìn)一步拓展教材實(shí)驗(yàn)的外延，以此來發(fā)展學(xué)生的批判性思維品質(zhì)。如在用KCl03制02的實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2KClO3=Mn02= 2KCl+302↑，教師在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可專門安排時間組織學(xué)生討論，鼓勵學(xué)生提出問題。學(xué)生會提出質(zhì)疑：①KCl03不用Mn02加熱會產(chǎn)生02嗎？②產(chǎn)生的02有可能是Mn02加熱分解產(chǎn)生的嗎？③催化劑就是Mn02嗎？④為什么用KCl03制02時試管口不要放一團(tuán)棉花，而用KMn04制02時卻需要？

針對學(xué)生提出問題，通過小組討論、查閱資料，開展探究實(shí)驗(yàn)，可以逐個解決。如①可通過直接加熱KCl03，發(fā)現(xiàn)加熱較長時間后，KCl03也能緩慢分解，產(chǎn)生02，由此說明Mn02在KCl03分解反應(yīng)中起到了加速化學(xué)反應(yīng)速率的作用;②直接加熱Mn02，發(fā)現(xiàn)沒有02產(chǎn)生，說明產(chǎn)生的02不是由Mn02加熱分解產(chǎn)生的;③催化劑是一種改變反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒有改變的物質(zhì)，Mn02可以作為分解KCl03的催化劑，對于其它反應(yīng)不一定能作催化劑，不同的化學(xué)反應(yīng)選擇的催化劑有可能不同;④通過查閱資料可知，用KCl03和Mn02制02時，KCl03會熔化成液態(tài)，并將Mn02包裹在液態(tài)KCl03里，所以不會有固態(tài)物質(zhì)同氧氣一起進(jìn)入瓶中，而用KM-n04制02時，由于KMn04不會熔化，會有一部分固態(tài)KMn04隨02進(jìn)入瓶中導(dǎo)致02不純，變?yōu)榈t色。

在化學(xué)拓展性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)原理、手段、操作、現(xiàn)象、結(jié)論等展開質(zhì)疑，提出自己的看法，并通過交流討論，開展探究，或通過查閱資料解釋原因，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑批判的能力，也有助于學(xué)生問題解決能力的提高。

現(xiàn)代課程觀認(rèn)為，教材不再是單純承載知識的“教本”，而是師生共同探索新知識的“學(xué)本”[6]，目前使用的化學(xué)教材實(shí)驗(yàn)具有更多的彈性和張力，而科學(xué)精神又是學(xué)生十分重要的一項(xiàng)核心素養(yǎng)，基于學(xué)生科學(xué)精神核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，以實(shí)驗(yàn)為載體開展拓展性教學(xué)，既有助于化學(xué)拓展性課程的“二次開發(fā)”，豐富拓展性課程的內(nèi)涵，也有利于促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提高。

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