借助高中化學實驗提升學科核心素養探析

蔡德洋

摘 要：在高中化學教學體系中，實驗是化學認識的基礎，也是化學理論的檢驗標準，具備極高的教育教學功能，是培養學生化學核心素養的主要陣地。在新課程標準的指導下，教師應及時更新教育觀念，深刻認識實驗教學的價值，重視各類化學實驗特別是探究型實驗的開展，讓學生在實驗中培養高階思維能力，提升學科核心素養。

關鍵詞：高中化學；化學實驗；核心素養；數字化實驗

《普通高中化學課程標準》（2017年版2020年修訂）為高中化學課堂教學指明了方向，即立足于化學學科的特點，促進學生化學核心素養的發展。化學是一門以實驗為基礎的學科，在高中化學教學體系中，實驗是化學認識的基礎，也是化學理論的檢驗標準，具備極高的教育教學功能，是培養學生化學核心素養的主要陣地。因此，高中化學教師應深刻認識實驗教學的價值，重視各類化學實驗特別是探究型實驗的開展，讓學生在實驗中培養高階思維能力，提升學科核心素養。

一、核心素養下高中化學實驗教學現狀分析

實驗作為高中化學課堂教學的重要組成部分，是踐行“素養為本”這一新型教學觀念的重要載體，但在教學實踐中，化學實驗并未受到應有的重視，致使教學效果大打折扣。具體體現在：

首先，教師沒有及時更新教育觀念。即便在新課程以發展化學學科核心素養為主旨的基本理念引導下，部分化學教師依然束縛在應試教育、“知識本位”的教學觀念中，對化學實驗教學的重要性認知不夠全面、不夠深刻，甚至為了追趕教學進度和避免麻煩，將學生必做實驗處理為課堂演示實驗，將課堂演示實驗處理為觀看實驗視頻；或者運用講實驗代替做實驗，剝奪了學生的實踐機會，學生無法親身參與到化學實驗操作和探究學習中。這些做法不僅打擊了學生學習的積極性和興趣，也不利于學生深入學習化學知識，長此以往，化學實驗無法體現出其真正的教育教學效果，學生也難以感悟到化學學科的魅力，并逐漸失去學好化學的興趣和信心。

其次，化學實驗教學模式單一。新課程下，為了引領學生在實驗中形成和發展化學核心素養，教師必須要科學設計實驗教學方案，借助科學、多元化的實驗教學手段，引領學生高效學習，并從中獲得成長和發展。但在教學實踐中，由于教師對教學方法研究不夠深刻，也沒有深入挖掘實驗內涵，基本上都是按照教材上的內容開展各種實驗，沒有引導學生深入思考實驗現象與隱藏于背后的本質規律之間的關系。在這種固定的實驗教學模式下，雖然也能達到傳遞知識的效果，但也阻礙了學生的發展，難以發揮實驗教學對提升學科核心素養的重要作用。

二、核心素養下高中化學實驗教學實踐

（一）創設實驗情境，在探究中提升學科核心素養

現今高考評價體系指導下的高考命題呈現出“無價值不入題，無思維不命題，無情境不成題”的狀態。化學試題情境一般包含日常生活情境、生產環保情境、學術探索情境、實驗探究情境、化學史料情境等。在平時化學教學中，教師也應重視教學情境創設，特別是化學實驗情境創設，通過“情境—問題—探究—結論—應用”流程，滲透化學學科核心素養。

以蘇教版《化學反應原理》專題一第二單元《電解池的工作原理及應用》為例，首先，教師可以創設一個實驗情境——用電解器分別電解自來水和純凈水，引導學生認真觀察實驗現象，發現現象與初中學過的電解水的實驗不同，產生認知沖突，激發學生思考：電解有何條件和規律？如何才能電解水獲得氫氣和氧氣？其次，通過電解熔融氯化鈉的微觀探析，學習電解的工作原理，歸納電解池的構成要素，初步構建電解認知模型。第三，通過電解飽和食鹽水實驗現象的分析，認識微粒放電順序，完善電解認知模型。最后，應用電解池的思維模型，設計電解水制取氫氣和氧氣的實驗，再通過實驗探究不同電極對電解產物的影響，發現并解決課前的實驗情境問題，進一步完善電解認知模型。此教學過程引領學生在實驗中發現問題、探究問題、解決問題，主動構建知識體系，有利于發展學生的宏微結合、證據推理、模型認知、科學精神等學科核心素養。

（二）巧設探究問題，在思考中提升學科核心素養

教學過程中，教師經常通過設置各種問題，引發學生思考，并逐步展開教學。好的問題能激發學生的求知欲，能引導學生深入思考，甚至提出具有探究價值的新問題，也能培養學生的高階思維，提升學科核心素養。因此，在實際實驗教學中，教師應深入思考實驗的教育教學內涵，巧設探究問題，激發學生思維并給予學生足夠時間進行思考，強化學生的實驗探究過程，發揮實驗教學對提升學科核心素養的重要作用。

還是以蘇教版《化學反應原理》專題一第二單元《電解池的工作原理及應用》為例，教學片段如下：

[展示資料]氯化鈉——白色無臭結晶粉末。熔點801℃，沸點1465℃，易溶于水，水中溶解度為35.9g（室溫）。

[提出問題]現在，請同學們思考這個問題，氯化鈉的熔點是801℃，將它熔化需要消耗熱能，工業制取鈉單質為什么要電解熔融的氯化鈉，能否直接電解氯化鈉固體制取鈉單質？

[學生回答]固體氯化鈉中鈉離子和氯離子不能自由移動，不導電，不能作為離子導體。

[追問]那么，能否通過電解氯化鈉溶液制得金屬鈉呢？

[學生活動]思考，并提出自己的看法。

[實驗]用惰性電極電解氯化鈉溶液（滴入幾滴酚酞）

[再問]由實驗可知，電解氯化鈉溶液獲得的是氫氣、氯氣和氫氧化鈉，這又是如何產生的？請同學思考這幾個問題：（1）氯化鈉溶液中存在哪些微粒，通電前如何運動？（2）通電后，電子如何運動？（3）通電后，氯化鈉溶液中的微粒如何運動？（4）通電后，在兩電極上發生什么反應？

通過以上問題設置，引導學生不斷思考，鞏固電解池的構成要素，并從電解池的認知模型出發，猜想電解氯化鈉溶液的結果；然后通過實驗獲取宏觀現象，驗證猜想，利用設置的問題鏈，引導學生從微觀視角進行探析，得出實驗探究結果：當存在多種微粒都可以放電時，反應是有順序的；最后小結常見離子的放電順序，完善電解認知模型。通過如此層層遞進的問題設置，既能調動學生主動構建知識體系與認知模型，也發揮了實驗對培養學生宏微結合、科學探究等學科核心素養的重要作用。

（三）融合信息技術，借助數字實驗提升學科核心素養

傳統化學實驗主要依靠視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等感知實驗現象，但有些實驗是難以通過感官感知或者具有一定的危險性，此時，教師基本上是采用口頭講述的方式進行教學，用講實驗代替做實驗，學生無法獲得直觀印象，知識變得抽象且難以理解，不利于學生深入學習化學知識。隨著現代信息技術和實驗技術的發展，許多隱形的過程也可以顯性化，難以觀察的現象能以數字和圖像的方式呈現，且能進行更加精確的數據分析，數字化手持技術實驗就可以達到這個效果，并有取代傳統實驗的趨勢[1]。

以蘇教版《化學反應原理》專題三第四單元《沉淀溶解平衡》為例，教學片段如下：

[展示資料]“鋇餐造影”

[提出問題]鋇離子是一種有毒的重金屬離子，當攝入的鋇離子濃度達到2×10-3mol/L時，就會對人體健康產生危害。為什么還可以用硫酸鋇作為鋇餐呢？

[學生回答]硫酸鋇是一種難溶于水也難溶于酸的白色沉淀。

[追問]硫酸鋇真的完全不溶嗎？怎么證明它是否溶解了？

[學生活動]思考，嘗試提供可行方案。

[演示實驗]將硫酸鋇加入純水，通過數字化手持技術實驗測溶液電導率的變化。

[分析實驗現象]純水的電導率幾乎為零，加入硫酸鋇固體后，電導率略微升高，并很快保持不變。

[學生探討實驗]BaSO4發生溶解，但溶解有限，最后不再變化。

[小結]溶解是絕對的，不溶是相對的。事實上沒有完全不溶的物質。一般根據溶解度的大小將物質分為易溶、可溶、微溶、難溶的物質。常見的沉淀AgCl、BaSO4、CaCO3都屬于難溶物質，溶于水電離產生離子，稱為難溶電解質，難溶電解質在水中存在沉淀溶解平衡。

通過該實驗教學設計，將定性實驗變為定量實驗，將微觀變為宏觀；智能的儀器、科學的數據、直觀的圖像，改變了學生對化學實驗的刻板印象，同時引導學生更接近化學理論的本質，提升學生嚴謹求實的科學態度、宏微結合、變化觀念與平衡思想等學科核心素養。

（四）改進實驗，在創新中提升學科核心素養

教材設置的實驗通常比較常規，具有一定的教育教學功能。在實際教學中，為了提高實驗的直觀性、趣味性、簡便性、環保性、安全性等，教師會對實驗進行改進；實驗改進的方式可以是對儀器、藥品甚至整個實驗方案的創新；實驗改進的方向則更趨向于生活化、微型化、綠色化或更具教學價值，如將驗證實驗改為探究實驗，將定性實驗改為定量實驗等。

比如，利用數字化手持技術測碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與鹽酸反應的壓強變化實驗，能更科學、直觀地說明在其他條件一致時，碳酸氫鈉與鹽酸的反應速度更快。通過此實驗改進，學生對數字化實驗產生了興趣，思考數字化實驗還能做什么，并為以后利用數字化實驗進行探究學習埋下種子。

當然，實驗改進不一定要如何高端、大氣、上檔次，簡單的一個小改動，也能給予學生啟發，發展其創新思維能力。例如，蘇教版高中化學必修第一冊專題四第一單元《濃硫酸的性質》一課中，銅片與濃硫酸的演示實驗，將銅片換成一根一端已經卷曲好的銅絲，將銅絲的另一端穿過橡膠塞，該方法可以通過抽動銅絲隨時控制反應的開始和停止，操作簡單，且能多次反復使用，教師做演示實驗時，不需要每到一個班級就更換一次藥品。再如，蘇教版高中化學必修二專題七第二單元《硝酸》一課中，銅片與稀硝酸反應的演示實驗，通過集氣瓶搜集的無色氣體說明產物為NO的結論并不嚴謹，可以靈活利用容易獲得的微型注射器，用裝有銅片的微型注射器吸取少量稀硝酸，并迅速蓋上膠帽，防止氣體與空氣接觸，待反應后，拔去橡膠帽，拉動活塞吸入少量的空氣后，快速蓋上橡膠帽，觀察現象。該方法也是簡單易操作，現象明顯，且能節約藥品，減少污染[2]。教師對示范的實驗進行改進，能給予學生一定的啟發，知道科學實驗不需要照本宣科，也可以嘗試不同的方法，創新才是創造的根本，以此培養學生敢于質疑、勇于創造的科學品質，并引導學生關注環境、熱愛科學，提升創新意識、安全意識、科學態度和社會責任等學科核心素養。

（五）結合生產生活，在應用中提升學科核心素養

化學是一門基礎自然科學，對我國實現工業、農業、國防和科學技術現代化具有極其重要的作用；化學也是材料科學、生命科學、環境科學和能源科學等的重要基礎，與實際生活聯系緊密。教師應善于發現身邊的化學，從生活中提取化學實驗教學素材，不僅可以提高學生的學習興趣，還能讓學生深刻認識化學對創造更多物質財富和精神財富、滿足人民日益增長的美好生活需要的重大貢獻，感受化學的價值和魅力，同時培養學生節約資源、保護環境的可持續發展意識。

以高三一輪復習專題“鹽類的水解”為例，結合土壤問題展開教學。教學片段如下：

[展示資料]土壤的主要問題除了酸化、板結，還有土壤表面會產生紅斑。科學研究分析表明：紅色斑狀物主要是由于酸性土壤中的鐵離子溶解，遷移到了土壤表面，從而形成了鐵的氫氧化物和氧化物。

[提問1]酸性土壤中的鐵離子是如何形成氫氧化鐵的？

[學生]在陽光的照射下，溫度升高促進鐵離子水解。

[演示實驗]蒸發氯化鐵溶液

[提問2]既然三價鐵離子容易發生水解，那么配制氯化鐵溶液時要注意什么？怎么配制？

[追問1]加熱蒸發硫酸鐵溶液也會產生一樣的結果嗎？

[演示實驗]蒸發硫酸鐵溶液（說明：以上兩個演示實驗因蒸發溶液的時間較長，實驗由教師課前先做好并錄制處理為倍速的視頻，再于課堂上播放）

[追問2]為什么結果不同？

[追問3]如果想要得到氯化鐵固體，應如何操作？若想讓硫酸鐵溶液轉化氫氧化鐵固體又該如何操作？

[追問4]碳酸鈉能使硫酸鐵溶液產生氫氧化鐵嗎？碳酸氫鈉呢？

[演示實驗]碳酸鈉和碳酸氫鈉分別和硫酸鐵溶液混合

[知識遷移]現在你知道為什么泡沫滅火器中使用的是碳酸氫鈉而不是碳酸鈉了嗎？

[問題解決]如何改變土壤酸化問題，實現增產增收？如何科學施肥呢？

以上片段教學通過對土壤表面紅斑的原因分析，引導學生關注與民生相關的環境問題；通過遞進式問題鏈的設置，引發學生思考，在分析、解決真實的情境問題中，鞏固影響鹽類水解的因素、雙水解的條件等知識，同時感悟化學學科在實際應用中的重大價值。教學中補充設計了四個實驗，將重要的理論知識用直觀的實驗呈現出來，利用實驗檢驗猜想，體現了化學實驗在分析問題、探究問題、解決問題中的重要作用，同時發展了學生的證據意識、科學探究、社會責任等學科核心素養。

結束語

綜上所述，化學實驗作為高中化學課堂教學的重要組成部分，不僅可以提升學生學習化學的興趣，還承載著發展化學學科核心素養的教育教學功能。在新課程標準的指導下，教師應及時更新教育教學觀念，以發展學生核心素養為主旨，努力提升自己的專業水平，深入理解化學實驗的教育教學功能，精心設計實驗教學目標，重視實驗情境的創設，并適時借助數字實驗和改進實驗，不斷提升高中化學實驗教學質量。

參考文獻

[1]江旭峰，陸燕海.讓核心素養在化學教學中落地：基于中學化學實驗應用與創新視角[J].中學化學教學參考，2017（19）：4-9.

[2]黃美蝦.借助高中化學實驗教學提升學生的多元能力[J].名師在線，2022（3）：73-75.