在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中如何實(shí)現(xiàn)“五育并舉”

■天津市第二十中學(xué) 張紅俊

2019年，中共中央、國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見(jiàn)》，強(qiáng)調(diào)“突出德育實(shí)效”“提升智育水平”“強(qiáng)化體育鍛煉”“增強(qiáng)美育熏陶”“加強(qiáng)勞動(dòng)教育”，以此“全面發(fā)展素質(zhì)教育”。我們化學(xué)教學(xué)應(yīng)堅(jiān)持“五育并舉”的教育理念，以立德樹(shù)人為根本，以社會(huì)主義核心價(jià)值觀為引領(lǐng)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)的重要內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)過(guò)程融合了智、體、勞等教育，然后我們又有意識(shí)地將德育、美育引入實(shí)驗(yàn)課堂，以美育人，把美育納入學(xué)生培養(yǎng)的過(guò)程。這樣就有可能在化學(xué)課堂實(shí)現(xiàn)“五育并舉”，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。

下面以《體驗(yàn)晶體之美》為例，談?wù)勎以诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課程中如何實(shí)現(xiàn)“五育并舉”的。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)背景

學(xué)生通過(guò)九年級(jí)的學(xué)習(xí)已經(jīng)了解溶液、溶解度相關(guān)概念，對(duì)溶液析晶方式有了初步的了解。學(xué)生有一定的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，但綜合分析能力有待提高?？紤]學(xué)生學(xué)科背景設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)：神奇的熱冰、硫酸銅晶體制備、明礬及鉻釩晶體制備、藍(lán)晶雨。

實(shí)驗(yàn)中用到的藥品，如五水合硫酸銅、明礬、堿式碳酸銅大多是學(xué)生熟悉的；甘氨酸相關(guān)知識(shí)生物中已經(jīng)學(xué)習(xí)；學(xué)生對(duì)鉻釩、三水合乙酸鈉相對(duì)陌生，但考慮到知識(shí)的遷移，學(xué)生也容易理解。

（二）實(shí)驗(yàn)方式

晶體制備實(shí)驗(yàn)采用小組合作方式，每組4 人左右，每個(gè)小組成員分工明確,有實(shí)驗(yàn)員、觀察記錄員、資料整理員等。由教師提供晶體制備實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)步驟，要求每個(gè)小組對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行討論、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行記錄。課程結(jié)束后每小組選擇一個(gè)較為滿意的實(shí)驗(yàn)，就實(shí)驗(yàn)過(guò)程向大家匯報(bào)并進(jìn)行成品展示。

（三）實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

依據(jù)化學(xué)核心素養(yǎng)和學(xué)校的立言成人理念，我們期望通過(guò)該課程達(dá)到以下目標(biāo)：

學(xué)生通過(guò)親手制備晶體，經(jīng)歷過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中體驗(yàn)勞動(dòng)教育，對(duì)晶體產(chǎn)生感性的認(rèn)識(shí)，體驗(yàn)物質(zhì)之美。達(dá)到以化學(xué)校本課程內(nèi)容為依托，為“五育并舉”教育作貢獻(xiàn)的目的。

在制備的過(guò)程中學(xué)生會(huì)遇到各種問(wèn)題。通過(guò)查閱資料、師生對(duì)話、生生對(duì)話，學(xué)生從宏微結(jié)合的角度分析、解決問(wèn)題，體驗(yàn)化學(xué)的魅力。學(xué)生能夠了解新知，鍛煉求證，逐漸形成辯證邏輯思維能力，為選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》打下基礎(chǔ)。

學(xué)生在最終匯報(bào)前需要在組內(nèi)充分的討論，確認(rèn)匯報(bào)內(nèi)容，為匯報(bào)收集資料。整個(gè)過(guò)程會(huì)鍛煉學(xué)生的聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫、思辨能力，契合學(xué)校的“立言成人”理念。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）神奇的熱冰

教師以掰掰熱為導(dǎo)入，讓學(xué)生感受溶液結(jié)晶和放熱的過(guò)程，引發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣。

教師帶領(lǐng)學(xué)生先配制乙酸鈉的高濃度熱飽和溶液，冷卻。學(xué)生依據(jù)已有知識(shí)，推測(cè)降溫過(guò)程中會(huì)有晶體析出。但降到室溫后，無(wú)事發(fā)生，與學(xué)生已有知識(shí)沖突。學(xué)生依據(jù)溶液相關(guān)知識(shí)進(jìn)行分析、討論，得出此時(shí)的溶液是“不穩(wěn)定”的過(guò)飽和溶液。掰掰熱正是利用掰金屬片給過(guò)飽和溶液外力，引發(fā)結(jié)晶。學(xué)生了解了“過(guò)飽和溶液”，理解了“不穩(wěn)定性”，對(duì)引發(fā)乙酸鈉過(guò)飽和溶液結(jié)晶有了想法：冷卻的乙酸鈉過(guò)飽和溶液，暫時(shí)處于亞穩(wěn)態(tài)。當(dāng)受到某些刺激，此狀態(tài)會(huì)失去平衡，過(guò)多的溶質(zhì)就會(huì)結(jié)晶，恢復(fù)成一個(gè)適合此時(shí)溫度的平衡狀態(tài)（飽和溶液狀態(tài)）。

我們帶領(lǐng)學(xué)生做以下實(shí)驗(yàn)：（1）用手輕碰培養(yǎng)皿壁；（2）向乙酸鈉晶粒中倒入過(guò)飽和溶液；（3）向過(guò)飽和溶液中加入粘有乙酸鈉晶粒的玻璃棒。三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫卣故尽巴饨绱碳ぁ睂?duì)結(jié)晶的影響。

學(xué)生從“熱冰”實(shí)驗(yàn)中，了解了熱飽和溶液降溫過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷“過(guò)飽和”狀態(tài)，加入晶核能夠引發(fā)結(jié)晶；也了解到空氣中的灰塵會(huì)提供晶核，對(duì)晶體制備產(chǎn)生影響。

化學(xué)世界是充滿規(guī)律美的，在該實(shí)驗(yàn)中學(xué)生充分感受了物質(zhì)變化美，“規(guī)律美”和“變化美”融合，就是化學(xué)的魅力之一。

（二）學(xué)生實(shí)驗(yàn)：硫酸銅晶體的制備

首先制備高溫（80℃—90℃）下硫酸銅熱飽和溶液，將提前做好的手折玫瑰浸入該熱飽和溶液，降溫。在降溫過(guò)程中學(xué)生能很快發(fā)現(xiàn)燒杯液面上有晶膜出現(xiàn)，后續(xù)持續(xù)冷卻，在紙玫瑰上看到很多晶粒析出，取出紙玫瑰，晾干，就得到非常漂亮的“藍(lán)色妖姬”。

對(duì)學(xué)生提出第二步要求，制備大的硫酸銅晶體。有的小組直接將制取“藍(lán)色妖姬”后的剩余混合物加熱，得到熱飽和溶液，再冷卻，發(fā)現(xiàn)得到很多小晶粒，只有少量是規(guī)則的小晶體。

指導(dǎo)學(xué)生查閱資料，了解晶體生長(zhǎng)過(guò)程。學(xué)生認(rèn)識(shí)到要得到大的規(guī)則晶體，飽和溶液濃度需要適度，不能太高也不能過(guò)低。學(xué)生重新配制了比室溫高10℃-20℃的熱飽和溶液進(jìn)行降溫，并加入規(guī)則的小晶體作為晶核，一天后制得了漂亮的大晶體。

有的學(xué)生對(duì)結(jié)晶的過(guò)程很感興趣，在家重復(fù)了制備硫酸銅大晶體的實(shí)驗(yàn)，用手機(jī)攝影12 小時(shí)，拍攝了晶體生長(zhǎng)過(guò)程。由于學(xué)生家里難以維持穩(wěn)定的外界條件，得到的晶體并不完美。但學(xué)生的這種求知欲是值得肯定的。

（三）實(shí)驗(yàn)：明礬、鉻釩晶體的制備

這個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以制備純晶體，也可以制備混晶。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，學(xué)生對(duì)混晶更感興趣?；炀Э偨Y(jié)了以下方案：明礬晶核+鉻釩飽和溶液、鉻釩晶核+明礬飽和溶液、混晶晶核+明礬、鉻釩混合溶液。三種方案均制得了較完美的晶體。

混晶制備的過(guò)程中，學(xué)生遇到了很多問(wèn)題，對(duì)共性的問(wèn)題集中討論、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后總結(jié)如下：

比較集中的問(wèn)題：如何制備晶核、如何得到完美的晶體。

學(xué)生依據(jù)制備硫酸銅晶體的經(jīng)驗(yàn)，采用在培養(yǎng)皿中冷卻高濃度熱飽和溶液的方法制備晶核。但制備出來(lái)的晶核并不是正八面體。學(xué)生討論后，認(rèn)為是力的作用，是晶體在形成過(guò)程中發(fā)生了形變。為了解決這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生將晶核用棉線系好，吊在飽和溶液中。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不容易系好晶核，晶核的重心不在正中間；棉線上容易出現(xiàn)雜晶。這兩個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致難以制得規(guī)則的正八面體。

思路1.將棉線改成細(xì)魚(yú)線。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：解決了雜晶問(wèn)題，但是重心問(wèn)題解決不了，仍無(wú)法得到完美的正八面體。

思路2.將棉線直接吊入盛有高濃度熱飽和溶液的燒杯中，過(guò)一段時(shí)間，去掉棉線上的雜晶，留下規(guī)則的正八面體作為晶核。將比室溫高10℃—20℃的飽和溶液冷卻至接近室溫,把帶有規(guī)則晶核的棉線吊入該溶液。最終得到了相對(duì)規(guī)則的正八面體。

學(xué)生在操作過(guò)程中，還遇到以下問(wèn)題：冷卻的溫度跟室溫的差把握不準(zhǔn)，導(dǎo)致晶核部分溶解，晶核從繩子上脫落；飽和溶液溶度太低，晶核無(wú)變化；去掉雜晶時(shí)不小心把理想晶核去掉，等等。

學(xué)生經(jīng)過(guò)多次的失敗，通過(guò)查找問(wèn)題、討論總結(jié)、再實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，體會(huì)到了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不容易，更能夠理解科學(xué)每向前發(fā)展一步，科學(xué)家都要付出巨大努力。

硫酸銅晶體、明礬、鉻釩晶體的制備，讓學(xué)生領(lǐng)略了結(jié)構(gòu)美。

（四）實(shí)驗(yàn)：藍(lán)晶雨的制備

實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

用托盤天平秤取堿式碳酸銅1g，放入小燒杯中，向燒杯中加入20ml 蒸餾水，將燒杯放在石棉網(wǎng)上加熱一段時(shí)間（80℃左右），加入2g 甘氨酸并用玻璃棒攪拌。

保持沸騰3 分鐘，并不斷攪拌。熄滅酒精燈，邊攪拌邊冷卻。向燒杯中加入30ml 水，攪拌靜置，用膠頭滴管吸去上層清液，重復(fù)2 次向剩余固體中加入少量蒸餾水，攪拌即可看到藍(lán)晶雨（或者昏暗房間，手電筒照射）。

學(xué)生在經(jīng)歷了前幾個(gè)實(shí)驗(yàn)失敗、再嘗試等不斷反復(fù)過(guò)程后，一次就能制出完美成品的實(shí)驗(yàn)，瞬間能夠帶給他們成功的喜悅。

三、學(xué)生成果匯報(bào)及訪談

每組實(shí)驗(yàn)各有所得，如對(duì)藍(lán)晶雨非常感興趣的同學(xué)，自己提前在家做了實(shí)驗(yàn)，失敗了幾次。他對(duì)失敗案例做了反思，對(duì)其他同學(xué)是個(gè)很好的提示：“不畏懼失敗，才能成功。”在學(xué)生訪談中，學(xué)生提到小組合作的重要性、查閱資料解決問(wèn)題的必要性等。