基于“科學探究與創新意識”核心素養的化學課堂教學

雷周

[摘? ?要]根據《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出的“科學探究與實驗創新”的具體要求，以魯科版新教材必修1中“配制一定物質的量濃度的溶液”教學為例，通過教師引導，學生自主設計實驗方案、優化實驗方案、創新實驗儀器的過程，培養學生“科學探究與創新意識”化學學科核心素養。

[關鍵詞]核心素養;物質的量濃度;溶液配制;實驗創新

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）17-0068-02

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確提出要培養學生化學學科核心素養，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和科學態度與社會責任五個維度。其中“科學探究與創新意識”要求學生認識科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動;能發現和提出有探究價值的問題;能從問題和假設出發，依據探究目的，設計探究方案，運用化學實驗、調查等方法進行實驗探究;要勤于實踐，善于合作，敢于質疑，勇于創新。

本文以培養學生“科學探究與創新意識”核心素養為目標，以“配制一定物質的量濃度的溶液”為教學案例，通過實驗引導學生探究初中化學中以質量分數為標準配制溶液的局限性，思考創新實驗的改進方案，從而自主建構“物質的量濃度”這一重要概念和一定物質的量濃度的溶液知識網絡。

二、教學過程

1.教材分析

“配制一定物質的量濃度的溶液”選自魯科版新教材必修1第一章第三節第三課時，本節課是對“物質的量濃度”這一概念的具體應用，是新課標規定的學生必做實驗之一，同時也是中學化學中有關計算和實驗基本操作的重要內容之一。通過本節課的學習，既能鞏固學生對“物質的量濃度”這一概念的理解，又能提高學生對表示溶液組成的方式的認識。

學生在初中階段已經學習過配制一定溶質質量分數溶液的操作方法，對溶液粗略的配制流程和所用儀器有一定的認知基礎，但是對于用物質的量濃度來表示溶液組成，精確配制一定物質的量濃度溶液的原理和儀器缺乏認識。傳統教學多以直接告訴學生實驗原理、羅列實驗步驟、講解實驗過程中的操作細節并進行誤差分析為主，這種教學方式雖然能讓學生快速接受知識，節省課時，但是沒能使學生的實驗探究能力得到真正的發展。

教學應建立在學生對初中原有量器的認識基礎之上，引導學生自主設計實驗方案，通過實驗探究分析托盤天平和燒杯、量筒的局限性，進而通過改進儀器推出分析天平和容量瓶，完成托盤天平到分析天平、燒杯、量筒到容量瓶的認識，構建完整的實驗操作步驟。

2.稱量儀器創新

精確配制一定體積一定質量的物質的量濃度的溶液，關鍵在于一個“準”字，這個“準”字主要體現在溶質質量的精確稱量和溶液體積的精確量取。托盤天平的精確度只有0.1g，顯然不能實現精確稱量的目的，但是直接告訴學生結果，實驗的教學價值就會大打折扣。讓學生自主探究，發現問題，思考問題，教師再抓住教育時機適時引導，才更有利于培養學生的實驗探究能力。

[教學片段一]

教師先拋出問題：如何配制0.1 L物質的量為0.04 mol的NaCl溶液？通過計算，學生很容易得出需要稱量2.34 g NaCl，但是在使用托盤天平的過程中，學生發現托盤天平的精確度只到0.1 g，無法滿足實驗目的。此時學生會產生不同的分歧，有的學生認為可以四舍五入稱量2.3 g NaCl，有的學生認為應該采用更為精確的稱量儀器。針對學生的分歧，教師應抓住教育時機引導學生對實驗的原理進行討論，從而認識到溶質的精確稱量對溶液濃度的影響，在此基礎上再講述托盤天平在稱量物質質量時的局限性，提出實驗稱量的改進方案，引導學生提出實驗儀器的創新猜想，教師再對學生的討論進行補充，讓學生在對托盤天平原有認識的基礎上逐漸過渡到對分析天平的使用。

3.量取儀器創新

在配制一定物質的量濃度的實驗中，容量瓶是保證精確量取溶液體積的核心儀器，如果直接把容量瓶展示給學生，并告訴學生使用的注意事項，也可以完成實驗教學的目標，但就無法實現新課標提倡的對學生實驗探究能力和實驗儀器創新意識的培養。本節課在展示容量瓶之前，先讓學生自主選擇實驗儀器，在交流討論中發現量筒和燒杯的缺點和不足，從而引出創新儀器的需要，再一步步引導學生改進裝置，慢慢接近實驗室中容量瓶的樣子。

[教學片段二]

在解決溶質質量的準確稱量后，教師再引導學生思考如何保證溶液體積的準確量取。實驗過程中學生根據實驗目的自主設計出了基于量筒或燒杯的變體。

此環節中，教師并沒有對學生設置的儀器進行優劣評價，而是讓學生運用自己設置的儀器進行實驗，并提示學生在實驗過程中可以根據實際需求對實驗儀器進行調整創新。在實驗探究過程中，學生可以感受到溶液量取的準確性對溶液配制的影響，但是沒有關注到溶解、放熱等因素的影響。教師可以現場用燒杯溶解少量的氫氧化鈉固體，讓學生感受溶液溫度的變化，同時注意觀察溶液轉移時燒杯中液體殘留的現象。在教師的引導下，學生會自主思考實驗的改進方案，并產生一系列生成性問題（如圖1）。

在學生自主探究發現上述問題后，教師再幫助學生分析實驗注意事項，這時學生就很容易理解為什么溶解后要冷卻，溶解和定容不能使用同一容器，要洗滌溶解用的容器，采用滴管進行微操作等實驗細節。

在實驗方案的不斷改進過程中，學生不斷調整自己設計的儀器，將量筒和容量瓶進行組合，實驗儀器的創新一步一步接近容量瓶真實的樣子（如圖3）。

學生對實驗儀器的創新思維路徑如圖4所示，回顧整節課，學生在教師的引導下自主探究實驗，對量器的認識由量筒和燒杯發展到了容量瓶。與傳統教學相比，本節課教師并沒有直接告訴學生什么是容量瓶，以及溶液配制過程中容量瓶使用的注意事項，而是通過引導，讓學生自主設計實驗方案進行實驗探究，并在實驗過程中不斷創新、完善實驗儀器，從而實現對容量瓶的認識。這樣的教學方式，有利于學生高階思維的培養，促進學生“科學探究與創新意識”的發展。

三、教學反思

化學是一門以實驗為基礎的學科，培養學生的實驗探究能力與創新意識對于加強學生對化學學科本質的認識和學好化學具有重要意義。建構主義強調學習觀上的三方面要素，即主動建構、社會互動和情境創設。建構主義也非常重視學習者已有的認知結構，認為學習者在學習新知時需要基于原有經驗，依靠認知能力來建構新知。因此，教學中教師既要傳遞知識和文化，又要培養學生的自主學習能力，促進學生全面發展。首先，要讓學生在原有認知結構的基礎上“生長”出新的知識和經驗;其次，要培養學生實驗的高階思維，引導學生進行深度學習，不停留在接受、記憶事實性實驗知識的淺層學習上;最后，引導學生在實驗探究過程中不斷優化實驗方案，創新實驗儀器，逐步提高自身的“科學探究與創新意識”核心素養。

（責任編輯 羅 艷）