素養為本的實驗探究教學設計

付元興　周矗

[摘? ?要]以“金屬與水的反應”教學為例，探索在化學實驗探究教學中如何進行學科核心素養的滲透，促進學生發展動手能力和高階思維能力，培養學生的科學探究能力與創新意識。

[關鍵詞]實驗探究;核心素養;教學設計;金屬與水的反應

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2020）20-0064-03

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出了五個維度的化學學科核心素養，明確指出以培養學生化學學科核心素養為主旨，重視“素養為本”的教學理念，促進學生化學觀念的建構，注重實驗為主的多種科學探究。為此，筆者選取了化學必修1第三章第一節《金屬與水的反應》教學為例，詳細闡述如何在實驗探究教學中滲透核心素養。

針對本節內容，教材安排了一個實驗和一個科學探究，教學中筆者還增加了鋁與水反應的實驗，以鈉、鋁與水的反應進行實驗教學，以鐵與水的反應進行實驗創新，然后根據金屬活動性順序表對金屬與水的反應的一般規律進行總結，使學生對此有一個總體的感性認識。

一、教學流程

本節課以“問題—活動”為線索，創設情境;以實驗為手段，展開活動教學策略。教學過程以“問題—活動”為坐標展開：以問題為縱坐標，由4個問題串起一堂課，層層深入;以活動為橫坐標，讓學生置身于實驗活動的過程中，以素養為本開展學科知識的學習和探究，初識金屬與水反應的規律特征和科學本質。（如圖1）

二、教學目標

1.了解金屬鈉與水的反應，觀察鈉與水反應的各種現象并能解釋產生這些現象的原因;設計鐵與水蒸氣反應的實驗裝置，了解鐵與水蒸氣的反應。

2.通過分組實驗和實驗裝置的設計，感受化學實驗在化學研究中的重要性，體驗科學探究過程的艱辛與喜悅，培養實事求是的科學精神。

三、教學過程

1.情境導入，提出問題

【實驗1】滴水點燈（教師演示）

教師用膠頭滴管吸取蒸餾水滴1～2滴在酒精燈燈芯處，讓學生觀察發生了什么。

學生：哇，點著了！

教師：其實，老師事先在燈芯上放了一小塊神秘的金屬。今天我們就來學習當金屬遇到水會發生什么。

教師（引出）：金屬能與水反應嗎？

學生：思考、猜想。

教師（追問）：如何證明金屬能與水反應？

學生：尋找證據→實驗探究。

設計意圖：創設情境，以趣味實驗“滴水點燈”引發學生的認知沖突：水通常用來滅火，為何能點燃酒精燈呢？揭秘：燈芯上事先放了一小塊金屬。進而提出問題：金屬能與水反應嗎？如何證明？引導學生思考，尋找證據，進行實驗探究。

2.尋找證據，實驗探究

【實驗2】金屬鈉與水的反應

學生分組實驗1：①在燒杯中加一些水，滴入2～3滴酚酞，用鑷子取一小塊金屬鈉，用濾紙擦干金屬鈉表面的煤油，放進燒杯;②觀察，在導學案上記錄實驗現象，并思考產生該現象的原因。

學生：整理現象，得出結論，小組發言。

教師（補充完善）：

[現 象 解 釋 結 論 鈉浮在水面上 密度比水小 鈉與冷水劇烈反應，生成了堿性物質和氣體 熔化成一個小球 反應放熱，鈉熔點低 四處游動 反應產生了氣體 發出嘶嘶嘶的響聲 反應很劇烈 酚酞溶液變紅 生成了堿性物質 ]

過渡：通過這個實驗說明鈉與冷水能發生劇烈的反應，是否所有金屬都是如此呢？帶著這個問題完成學生分組實驗2。

【實驗3】金屬鋁與水的反應

學生分組實驗2：①取一段鋁條，用砂紙打磨光亮，折疊后放入試管中;②加入少量蒸餾水（1～2 mL），滴入2～3滴酚酞，觀察鋁條表面和周圍有何現象。

學生：整理現象，得出結論，小組發言。

教師（補充完善）：

[現 象 結 論 冷水時，鋁條上氣泡很少，加熱后氣泡迅速增多;酚酞溶液變紅 鋁與冷水反應緩慢，與熱水反應迅速，生成了堿性物質和氣體 ]

設計意圖：選取常見的金屬鈉和鋁，通過它們與水反應的實驗，證明了金屬與水發生反應的可能性。同時，根據二者反應現象的異同，引導學生思考本質原因，進行產物的推斷。

過渡：兩個實驗均產生了氣體，它們到底是何種氣體呢？

思考與交流：鈉、鋁與水反應產生的是什么氣體？

將一小塊鈉用鋁箔包裹起來，用針扎一些小孔，用鑷子夾住伸入盛有水的燒杯里，用排水法收集一小試管氣體，待收集滿后用大拇指堵住，然后靠近酒精燈火焰，發出尖銳的爆鳴聲，證明氣體是氫氣。（如圖2）

尋找理論支撐：上述兩個反應中，金屬Na、Al的化合價升高，依據氧化還原反應原理，必然存在其他元素化合價的降低，而氧元素已經是最低價（-2價），所以只可能是氫元素的化合價降低，生成氫氣。

設計意圖：通過實驗探究和理論分析，證明產生的氣體是氫氣，培養學生的思考和分析能力;可以據此深入推導其他金屬與水的反應，形成規律性結論。

3.設計實驗，探索創新

過渡：是否所有金屬都是如此呢？鐵與水能反應嗎？

教師：提升溫度，鐵能與水反應嗎？

學生：思考。

設計意圖：先讓學生結合生活中的事例說明鐵與水不發生反應，再提問提高溫度能否反應，以此展開討論，引出探究性實驗。

【實驗4】金屬鐵與水的反應

學生：用三支試管、水槽、蒸發皿、膠塞、導管、酒精噴燈及其他必要的儀器和物品，設計一個鐵粉與水蒸氣反應的實驗裝置，畫出裝置簡圖（可參考教材第50頁的科學探究）。