例談初中化學實驗教學中的素養教育

摘 要：實驗活動是使學生通過親身經歷體驗科學探究的一種有效途徑。作為義務教育階段化學課程的啟蒙教師，不但要認真解讀教材文本，更應深入挖掘實驗教材背后的教育價值，讓學生的科學素養在實驗活動中得到有效提升。

關鍵詞：測定空氣中氧氣含量;實驗教學;素養教育

《義務教育化學課程標準（2011版）》明確指出：“義務教育階段的化學教育，要激發學生學習化學的好奇心，引導學生認識物質世界的變化規律，形成化學的基本觀念;引導學生體驗科學探究的過程，培養學生的實踐能力;引導學生認識化學、技術、社會、環境的相互關系，理解科學的本質，提高學生的科學素養?！?/p>

科學探究是義務教育階段化學課程中的五個一級主題之一，它包含了四個二級主題，它對發展學生的科學素養具有不可替代的作用?！读x務教育化學課程標準（2011版）》規定要培養學生的基本實驗技能，完成8個學生基礎實驗。學習和運用化學實驗技能和科學探究方法，離不開實驗活動，因此科學探究既作為學習方式，又作為學習內容和目標，貫穿在其他各個主題的學習中。

作為義務教育階段化學課程的啟蒙教師，我們不但要認真解讀實驗教材文本，更應深入挖掘實驗教材背后的教育價值，讓學生的科學素養在實驗活動中得到有效提升。在此，下文將以解讀人教版教材中的“測定空氣中氧氣含量”實驗為例，談談對初中化學實驗教學中素養教育的初步認識。

一、 對教材和學情的初步分析

1. 人教版九年級化學教材把對“空氣的認識”安排在上冊第二單元第1課題，作為初中化學中接觸具體化學物質知識的開端，這樣的編排符合“從學生熟悉的事物入手，進行科學教育”的原則，也可以比較順利地引導學生進入化學世界探索物質的奧秘。

2. 盡管小學自然課對空氣和氧氣已略有介紹，但由于空氣看不見摸不著，學生只知道它的重要性，卻不清楚空氣到底是什么。所以教材以“空氣是由什么組成的”作為本課題的第一板塊，先介紹了法國化學家拉瓦錫對空氣成分研究的有關實驗和貢獻，而后仿照設計了一個簡單的“測定空氣里氧氣的含量實驗”，最后簡介了空氣中的其他組成成分。

二、 “測定空氣中氧氣含量”實驗教學的普遍現狀

1. 照本宣科地完成演示實驗，缺乏對實驗的深入推理。教師演示完實驗，學生觀察到燒杯中的水沿導管進入集氣瓶約上升1/5體積，教師就引導學生下結論“空氣中氧氣的體積分數約為1/5”。當時學生會認同我們給出的結論，但這只是被老師告知的結論，學生并沒有經歷自己內心真正的思維推理和演繹，也沒有落實反思與交流，因此根本談不上發展學生的探究能力和科學素養。

2. 過度重視對實驗的記憶。具體表現為：以背實驗步驟、現象、結論，背考點為主要任務，強化了實驗結論，弱化了實驗過程，這樣與新課程理念、素養教育背道而馳。

3. 實驗教學重點有偏差。把教學重點放在了誤差的討論上，而忽視了這個實驗的原理背后的教育價值。這樣的教學只停留在文本表層，忽略了科學實基本方法、基本觀念的滲透。

三、 “測定空氣中氧氣含量”實驗教學的深層解讀

1. 設計實驗問題串，重視科學推理過程

我們在進行這個實驗教學時，如果只是引導學生通過觀察水的回流認識空氣中氧氣含量約為1/5，就顯得很膚淺，也沒有價值。因此，我認為在教學該實驗時可以設計以下幾個問題，引導學生進行推理：

（1）實驗前，集氣瓶中的氣體全部是什么氣體？

（2）為什么紅磷一定要過量？

（3）紅磷燃燒后生成物是什么狀態？有沒有生成新的氣體？能不能選擇燃燒后會生成氣體的其他物質？

（4）紅磷燃燒消耗了氧氣，會使集氣瓶中的壓強如何變化？水為什么會回流入集氣瓶？

（5）為什么要冷卻到室溫才能打開止水夾？如果沒有冷卻就提前打開，會有什么影響？

教師根據實驗內容創設問題情景，設計這樣一組有層次、相互關聯的關鍵性問題，引導學生深入思考，深刻理解實驗推理的基本思路。學生只有經歷了這樣嚴密的思考和推理，才能實現探究能力的發展，落實素養能力的提升。

2. 關注化學發展史，注重實驗教材淵源

偉大的化學家拉瓦錫“測定空氣中氧氣含量”的實驗，被譽為“最美四大實驗”之一。

然而不少教師在上這一課時，對于空氣成分的發展史往往視而不見，忽視了教材與史實的聯系，很唐突地進行演示實驗，并告知學生結論。其實，我們在分析和處理教材時，不妨多進行這樣的思考：拉瓦錫的“測定空氣中氧氣含量”與教材中的“測定空氣中氧氣含量”實驗有什么關系？帶著這樣的疑問進行備課，才能發現這兩個實驗通過相同的實驗原理串在一起，引導學生初步了解該實驗背后的教育價值。

3. 深層解讀文本，挖掘實驗的教育價值

關于實驗原理的具體分析，我們又可以設計一個個問題：“實驗前要檢查裝置的氣密性嗎？為什么？”“能不能在敞口容器中測定空氣中氧氣含量？”……學生通過思考、討論后能找到答案。老師再進行適時分析、歸納出這個實驗背后的價值——在密閉體系中，利用壓差法間接證明一種混合氣體且測定某一成分的體積分數或含量。這就自然而然地滲透了密閉體系下的守恒觀，為后期開展質量守恒定律的實驗探究埋下伏筆。

四、 鏈接中考——體現實驗教學中的素養教育

近年來，各地市的中考不再是考查學生的死記硬背，而是以檢測學生通過閱讀材料、獲取有效信息、解決實際問題等各方面的能力為目的的考試，這種試題的特點在探究題中得到充分體現。在此，我將以2019年福建省中考化學試題第17題為例來進行簡要說說實驗中的素養教育。

（一） 原題再現

某興趣小組開展“測定密閉容器中某種氣體的體積分數”的探究實驗：

【實驗1】用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的體積分數;

【實驗2】在集氣瓶內壁用水均勻涂附鐵粉除氧劑（其中輔助成分不干擾實驗），利用鐵銹蝕原理測定空氣中氧氣的體積分數;（圖1、圖2略）

（1）實驗1中，紅磷燃燒的主要現象是 ? ?。紅磷熄滅后，集氣瓶冷卻至室溫，打開K，水能倒吸入集氣瓶中的原因是 ? ?。

（2）為提高實驗的準確性，以上兩個實驗都需要注意的事項是 ? ?。

（3）實驗過程中，連接數字傳感器，測得實驗1、實驗2中氧氣的體積分數隨時間的變化關系分別如圖3、圖4所示，依據圖3、圖4信息， ? ?（填“實驗1”或“實驗2”）的測定方法更準確，判斷依據是 ? ?。

（4）結合你的學習經驗，若要尋找紅磷或鐵粉除氧劑的替代物，用圖1或圖2測定空氣中氧氣的體積分數，該替代物應滿足的條件是 ? ?（寫兩點）。

【實驗3】測定用排空氣法收集到的集氣瓶中的二氧化碳的體積分數。（如圖5，圖6）

問題：

（5）甲同學設計圖5所示裝置進行測定，濃氫氧化鈉的作用是 ? ?（用化學方程式表示）。

（6）乙同學提出，僅利用圖6所示裝置，在不添加其他試劑的前提下，也能測得集氣瓶中二氧化碳的體積分數。為達到實驗目的，操作方法是 ? ?。

（二） 本題知識考點分析

本試題以“測定密閉容器中某種氣體的體積分數”為核心線索，揉合實驗現象描述與分析、化學方程式的書寫、反思與拓展，在實驗探究中進行分析和推理，充分體現省考綱“初中化學學業考試準確地反映初中畢業生達到《義務教育化學課程標準（2011年版）》所規定的化學學科學習水平”的要求;充分發揮了考試對教學的導向作用，凸顯學科特點、加強實驗教學，引導教師改進課堂實驗教學，以學生為本，讓學生學會學習、提升科學素養;充分體現了知識的基礎性：面向全體學生，考查了初中化學基礎知識、基本技能、學科思想與方法，利于學生今后的可持續性學習發展;充分體現了科學性：主、客觀題比例科學，留給學生充分思維和解答的時間。

我們認真分析這道題不難發現，它以“紅磷燃燒法測定空氣中氧氣的體積分數”這個教材中的實驗為原型，進而用鐵粉除氧劑代替紅磷減小實驗誤差，最后拓展為測定用排空氣法收集的集氣瓶中的二氧化碳的體積分數。實驗層層推進，問題抽絲剝繭，都回歸到一個關鍵：利用密閉體系中產生的壓差來測量某一成分的體積分數。在新授“空氣中氧氣含量測定”實驗時，如果我們都能做到不只停留在實驗的表象上，而能深層次挖掘實驗文本背后的教育價值，那么不管中考如何設題，學生們都將能應答如流，因為在平時的教學中我們注重和培養了探究能力，即素養教育。

總的來講，本試題針對多年來形成的初中化學“聽、記、背、練”的現狀，在一定程度上將科學探究作為改變學生學習方式的突破口，并強調科學探究是重要的學習活動和實踐過程;檢測了教師的有效教學和學生的有效學習。

（三） 反思與感悟

結合本試題的分析與探究，我們教師在平時的實驗教學過程中注意以下幾個方面。

1. 從知識上，要重視基礎、夯實雙基，使學生全面掌握知識。

2. 從方法上，要重視學生知識落實與遷移。

3. 從思想上，要重視回歸教材，處理好練習、復習、考試的頻率關系。

4. 從能力培養上，要引導學生學會思考和推理，讓學生思維遷移、發散，開拓、活躍，切實提高分析和解決問題的能力，落實素養教育。

以上是本人以解讀“空氣中氧氣含量測定實驗”為例，對初中化學實驗教學的幾點思考，“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。只有深入鉆研教材，深挖文本的教育價值，才能使學生的科學素養得到有效提升！

參考文獻：

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

[2]黃燕寧.初中化學有效教學[M].北京：北京師范大學出版社，2015.

作者簡介：張香珠，福建省三明市，三明市寧化第五中學。