基于“科學探究與創新意識”培養的線上實驗教學研究

古家欣

[摘 要]化學實驗教學是培養學生化學學科核心素養的重要手段。文章通過論述根據“提出探究問題—設計實驗方案—優選實驗方案—實驗驗證—遷移應用”的思路進行的“溴乙烷取代反應和消去反應產物的探究實驗”線上教學，總結有效的線上實驗教學策略，以使教師能更好地挖掘學生的創新潛能，提高學生的實驗科學探究能力，并促進學生“科學探究與創新意識”核心素養的培養。

[關鍵詞]線上實驗教學;科學探究;創新意識;核心素養

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）11-0071-03

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出，新課程應以發展化學學科核心素養為主旨，重視開展“素養為本”的教學，倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，培養學生的創新精神和實踐能力[1]?！翱茖W探究與創新意識”是化學學科核心素養之一，更是影響學生終身學習和發展的必備技能和關鍵素質。

疫情期間，線下實驗教學受到很大影響。為此，筆者積極嘗試線上實驗教學，通過引導學生設計實驗方案，觀看實驗視頻，讓學生掌握兩種實驗技能：一是發現和提出有探究價值的問題，依據探究目的設計適合的實驗方案，描述或優選良好的實驗方案，對實驗探究時需要使用的儀器、采取的操作程序等做出決策;二是根據實驗視頻交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進的設想，勤于實踐、敢于質疑、勇于創新。這能為學生形成適應個人終身發展和社會發展需要的核心素養打下基礎。下面，筆者以人教版“溴乙烷取代反應和消去反應產物的探究實驗”的線上教學為例，探究基于“科學探究與創新意識”培養的線上實驗教學策略。

一、基于“科學探究與創新意識”培養的線上實驗教學模式

依據課程標準，高中化學教師可在創設真實情境、遵循學生學習規律的基礎上，按“提出探究問題—設計實驗方案—優選實驗方案—實驗驗證—遷移應用”的思路，構建基于“科學探究與創新意識”培養的線上實驗教學模式（如圖1）。

（一）創設真實情境，構筑情境線

科學探究的基本目的之一是解決問題，而發現和提出問題是科學探究的基礎[2]。因此，教師在教學過程中應創設真實的學習情境，引導學生主動發現和提出有價值的問題。在實驗教學中，化學教師可以基于生活現象、實驗現象或根據學生已有的知識經驗指導學生以假設等形式提出探究問題。實驗探究問題的提出是實驗方案設計的前提。

（二）遵循學生的認知特點，形成知識線

實驗原理是原理探究型實驗設計的核心。學生通過解析實驗原理，尋找合適的實驗對象，運用已有的知識進行實驗方案設計，并針對實驗方案進行交流討論，提出實驗方案中存在的不足，進而優化實驗方案?；诨瘜W思維規律，結合化學學科核心素養的培養，可以“物質的結構特點—反應原理—產物的檢驗方法”來形成探究實驗的知識線。

（三）以學生為探究的主體，設計活動線

學生是學習的主體，課堂教學要突出學生的主體地位。教師應充分發揮學生的自主性，引導學生主動發現問題，學會分析有關信息和現象。為了調動學生解決問題的積極性，教師應設計活動來為學生提供參與的機會與條件，通過實驗方案的設計、展示、討論、評價，讓學生成為學習的真正主人。

二、基于“科學探究與創新意識”培養的線上實驗教學實踐

“鹵代烴”作為人教版高中化學選修5第二章“烴和鹵代烴”的重點內容，是學習有機化學后續各章節內容的基礎。鹵代烴是有機合成中常見的中間體，在整個有機合成中起著重要的橋梁作用，它的取代反應和消去反應是有機合成中從鹵代烴轉化為含羥基或不飽和鍵官能團的有機物的兩個重要反應。對于“烴的衍生物的性質與應用”這一專題內容，課程標準要求“能寫出烴及其衍生物的官能團、簡單代表物的結構簡式、名稱;能夠列舉各類有機化合物的典型代表物的主要物理性質;能描述和分析各類有機化合物的典型代表物的重要反應;能基于官能團、化學鍵的特點與反應規律分析和推斷含有典型官能團的有機化合物的化學性質”[1]。 基于上述要求，選修階段鹵代烴的學習重點是通過“溴乙烷取代反應和消去反應產物的探究實驗”活動，理解溴乙烷在不同條件下發生的不同反應類型以及斷鍵、成鍵的特點，以掌握通過分析有機物的結構特點，反應過程中官能團的轉化及斷鍵、成鍵的特點來概括反應特征及規律的方法，進而學會預測有機化合物的性質。具體教學目標如下：

1.知識與技能（必備知識）

（1）溴乙烷取代反應和消去反應的反應原理。

（2）溴離子和乙烯的檢驗方法。

（3）實驗儀器的使用方法。

2.關鍵能力（核心素養）

（1）通過設計實驗驗證溴乙烷取代反應和消去反應的產物，培養學生的科學探究能力與創新意識。

（2）通過設計和評價實驗方案，并提出進一步探究或改進的設想，培養學生勤于實踐、敢于質疑、勇于創新的良好學習品質。

在目標的引領下，教師指導學生基于探究目的設計合適的實驗方案，評價并選取良好的實驗方案，依據實驗方案開展實驗探究，了解鹵代烴在不同條件下發生的不同反應以及斷鍵與成鍵的特點，驗證關于鹵代烴化學性質的猜想，從而學會預測有機化合物的性質的方法，培養“科學探究與創新意識”核心素養。具體的教學設計如圖2所示。

（一）創設情境，引發學生思考

本環節基于向溴乙烷中滴加硝酸銀溶液沒有產生淺黃色沉淀的實驗情境（播放實驗視頻），提出“如何檢驗溴乙烷中的溴原子”的問題，并結合溴乙烷的取代反應設計實驗方案。

（二）科學探究，構建知識體系

教師引導學生先從溴乙烷的化學鍵的特點出發，猜想其可能具有的化學性質，然后通過化學反應將溴原子轉化為溴離子，最后用硝酸銀溶液進行檢驗。學生積極設計實驗方案，勇于展示，勤于優化，最終得出驗證溴乙烷與氫氧化鈉溶液發生取代反應的最佳實驗方案（如圖3），并掌握實驗中的關鍵操作（先加入硝酸酸化，再加硝酸銀溶液）。在此基礎上，教師進一步提出問題：“如何驗證溴乙烷與氫氧化鈉乙醇溶液發生消去反應？”學生積極設計不同形式的實驗方案（包括流程圖、實驗裝置圖），再通過生生評價，進一步優化實驗方案，得出驗證溴乙烷與氫氧化鈉乙醇溶液發生消去反應的最佳實驗方案（如圖4），并掌握實驗中的關鍵操作（將生成的氣體直接通入溴水或溴的四氯化碳溶液，或者將生成的氣體先通入水除去乙醇，再通入高錳酸鉀酸性溶液）。這樣做能很好地培養學生科學探究、敢于質疑、勇于創新的良好學習品質。

（三）注重思想滲透，挖掘創新潛能

化學本身蘊含著豐富的化學思想。在中學化學中出現的化學思想有現象與本質、結構與性質、一般與特殊、定性與定量、守恒思想等。在教學過程中，教師應注重滲透化學思想。例如，在講授完研究有機物的一般方法和溴乙烷取代反應以及消去反應的原理后，讓學生從本質出發設計合理的實驗進行探究和驗證。這照應了近年來高考實驗題所蘊含的思維方法，即從實驗原理出發理解實驗裝置、實驗設計和實驗目的。在本節課的實驗教學中，教師引導學生設計不同形式的實驗方案，并與學生討論交流優化實驗方案的方法，讓學生學會用化學思想去思考、解決問題，從而挖掘學生的創新潛能，鍛煉學生的創新思維。

（四）深度學習，提高學科素養

深度學習是指在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心投入，以體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。深度學習是學生的思維、感知、情感、意志和價值觀充分參與的活動，其目的指向人的全面發展[3]。深度學習是課程改革的必然追求，是培育和發展化學學科核心素養的基本途徑。在本實驗教學中，學生通過設計不同形式的實驗方案以及對實驗方案的進一步優化，實現了深度學習，提高了思維能力和靈活運用知識的能力，掌握了研究有機化合物的一般方法。

三、教學思考

（一）呈現真實情境

真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺。近年來，高考考查的內容主要聚焦能夠反映核心價值的生活實踐問題和學習探索問題，從而考查學生在分析與解決這些問題時所表現出的核心價值、學科素養、關鍵能力的綜合水平和必備知識掌握程度?；瘜W是材料科學、生命科學、環境科學、能源科學和信息科學等現代科學技術的重要基礎?；瘜W與實際生活問題的結合，可有效激發學生學習化學的興趣與動機，進一步提高學生運用知識的綜合能力。

（二）預測學生問題，補充相關實驗視頻

線上教學與線下教學的很大區別是學生不能動手完成實驗，不能現場觀察實驗現象，且沒有機會對異常實驗現象提出疑問。因此，教師備課時要認真鉆研教材和教學內容， 預測學生可能存在的問題，并基于這些可能存在的問題錄制相關實驗視頻，彌補學生不能動手實驗、直接觀察分析實驗現象的缺陷。

（三）增強學生主體意識，加強基礎知識和實驗基本操作技能的學習

化學實驗方案的設計不僅要求學生掌握一定的理論知識與實驗基本操作技能，還要求學生能夠靈活地、創造性地運用這些知識，對學生綜合運用知識的能力要求較高。為了有效培養學生的化學學科核心素養，教師在創新實驗教學的同時，還應從學生的實際情況出發，全面加強對學生思維的引導，幫助學生不斷習得基礎知識和實驗基本操作技能，以增強學生的學習信心。同時，教師要從學生的角度出發，突出學生的主體地位，使學生在學習中獲得樂趣和啟發。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 甕秀秀. 基于培養“科學探究與創新意識”的元素化合物教學策略研究：以人教版必修1為例[D].成都：四川師范大學，2018.

[3]? 楊雪萍，吳曉紅.深度學習理念下中學化學教學研究綜述[J].新課程研究，2020（19）：46-48.

（責任編輯 羅 艷）