核心素養(yǎng)視域下高中化學(xué)實驗教學(xué)的優(yōu)化策略

曾波

摘 要：高中化學(xué)實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。本文以核心素養(yǎng)培養(yǎng)為基礎(chǔ)，提出了幾點高中化學(xué)實驗優(yōu)化策略：創(chuàng)設(shè)實驗情境，激發(fā)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析意識；設(shè)計實驗問題，培養(yǎng)學(xué)生推理能力與證據(jù)意識；結(jié)合實驗對比，滲透化學(xué)變化觀念；優(yōu)化實驗設(shè)計，增強科學(xué)探究與創(chuàng)新意識；借助綠色化學(xué)實驗，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和社會責(zé)任。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；實驗教學(xué)；核心素養(yǎng)；優(yōu)化策略

隨著我國高中教育改革的逐漸完善，高中化學(xué)核心素養(yǎng)作為教學(xué)目標，已成為高中化學(xué)教學(xué)體系建設(shè)的重要組成部分。其中，優(yōu)化實驗教學(xué)對高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量、效率的提高十分關(guān)鍵。化學(xué)實驗不僅是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要方式，也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑一。因此，在核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求下，高中化學(xué)教師應(yīng)優(yōu)化高中化學(xué)實驗教學(xué)策略，提高化學(xué)課堂教學(xué)效率，以實現(xiàn)對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、核心素養(yǎng)視域下高中化學(xué)教學(xué)目標

化學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生在化學(xué)認知活動中發(fā)展起來的一種關(guān)鍵素養(yǎng)，并在解決化學(xué)相關(guān)問題中得到體現(xiàn)。它反映了學(xué)生從化學(xué)角度理解客觀事物的水平，以及高中生在化學(xué)學(xué)習(xí)中形成的關(guān)鍵能力。高中化學(xué)課程旨在促進學(xué)生在化學(xué)五大核心能力方面的發(fā)展[1]：宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知、變化觀念與平衡思想、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任。面對化學(xué)核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標，教師應(yīng)全面分析當(dāng)前化學(xué)實驗教學(xué)中的諸多不足，有針對性地進行優(yōu)化和改進，真正把化學(xué)核心素養(yǎng)之下的教學(xué)目標落到實處。高中化學(xué)實驗教學(xué)的核心是使學(xué)生在教師的啟發(fā)和指導(dǎo)下獨立學(xué)習(xí)，運用所學(xué)知識進行實驗探索活動，培養(yǎng)學(xué)生進行實驗的興趣，全面發(fā)展學(xué)生的探索思維、探索技能、創(chuàng)造意識，以及創(chuàng)造力。因此，從核心素養(yǎng)的角度研究高中化學(xué)實驗教學(xué)的優(yōu)化策略具有重要意義。

二、高中化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

盡管部分化學(xué)教師意識到化學(xué)實驗教學(xué)的重要性，但在高考應(yīng)試背景下，高中化學(xué)教學(xué)依然偏重化學(xué)理論知識，而忽視化學(xué)實驗探究思維的培養(yǎng)。現(xiàn)階段高中化學(xué)實驗教學(xué)主要存在以下問題：教師教學(xué)觀念較為陳舊，化學(xué)實驗教學(xué)方式比較保守僵化，實驗教學(xué)方式較單一，使得化學(xué)實驗教學(xué)活動無法得以高效地開展；還有化學(xué)實驗內(nèi)容不豐富，缺乏趣味性；教師實驗常用化學(xué)演示視頻代替，學(xué)生實驗活動開設(shè)率低；學(xué)生探究問題意識不強，不明白實驗的意圖，學(xué)生的自主實驗及實驗探究能力較弱等。教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容也將難以發(fā)揮自身的作用，通過對化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析，教師應(yīng)該從對教材實驗的記憶、實驗現(xiàn)象、實驗操作的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)實驗的問題意識，以及探究能力、創(chuàng)新意識的方向上[2]。

為了實現(xiàn)化學(xué)核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標，教師可以通過以下優(yōu)化策略進行化學(xué)實驗教學(xué)，如創(chuàng)設(shè)實驗情境、設(shè)計實驗問題、結(jié)合實驗對比、優(yōu)化實驗設(shè)計、借助綠色化學(xué)實驗等不同途徑對實驗進行優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生對實驗的興趣，讓學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)的過程中循序漸進地提升自身的綜合素養(yǎng)，真正落實高中化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

三、高中化學(xué)實驗教學(xué)的優(yōu)化策略

（一）創(chuàng)設(shè)實驗情境，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析意識

2017年版《普通高中化學(xué)課程標準》明確指出，“真實的、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)核心能力形成和發(fā)展的重要平臺，為學(xué)生的表現(xiàn)提供了真實的機會[3]”。在生活中很多領(lǐng)域都有豐富的化學(xué)學(xué)習(xí)情境素材，教師在化學(xué)教學(xué)實驗中挖掘并利用這些素材，創(chuàng)設(shè)教學(xué)實驗情境，可以激發(fā)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析意識。化學(xué)實驗教學(xué)不僅培養(yǎng)學(xué)生實驗操作能力和掌握化學(xué)知識，也要讓學(xué)生體會主動探索知識的樂趣與動手的過程。

在“鐵及其化合物”實驗中，除了完成“檢驗亞鐵離子溶液、檢驗鐵離子溶液”實驗，還可以根據(jù)學(xué)生存在的知識疑難點，學(xué)生比較難理解如何檢驗“亞鐵離子和鐵離子的混合液”中亞鐵離子，可以創(chuàng)設(shè)實驗情境，補充檢驗“亞鐵離子和鐵離子的混合液”實驗，歸納出混合液中檢驗亞鐵離子和鐵離子的方法和順序，因亞鐵離子對檢驗鐵離子無干擾，可以滴加硫氰化鉀溶液檢驗鐵離子；而鐵離子對檢驗亞鐵離子有干擾，不能采用加硫氰化鉀溶液檢驗亞鐵離子，可利用亞鐵離子的還原性，向溶液中滴加適量酸性高錳酸鉀溶液，溶液紫紅色褪色說明含有亞鐵離子。讓學(xué)生對直觀的實驗現(xiàn)象進行理解和運用，學(xué)生通過這種直觀的實驗對比，可以更好地理解掌握鐵離子和亞鐵離子的轉(zhuǎn)化關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的實驗意識和宏觀辨識能力。

對“離子反應(yīng)”這一概念的教學(xué)，在完成教材中“硫酸鈉溶液和氯化鋇溶液”的反應(yīng)，針對學(xué)生對氫氧化銅拆與不拆經(jīng)常混淆不清，教師可以補充 “硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液”實驗，在生成的氫氧化銅的基礎(chǔ)上，繼續(xù)補充“在氫氧化銅沉淀中滴加氯化氫溶液直至沉淀溶解”實驗，讓學(xué)生體驗宏觀物質(zhì)反應(yīng)的實驗情境，認識到物質(zhì)間的反應(yīng)，通過觀察顏色變化、沉淀形成和消失等宏觀變化，引導(dǎo)學(xué)生探索化學(xué)實驗背后的根本原因，引導(dǎo)學(xué)生寫出反應(yīng)方程式和離子反應(yīng)方程式，從微觀方面如化學(xué)符號、化學(xué)式、離子反應(yīng)方程式等角度認識化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析意識[4]。

（二）設(shè)計實驗問題，培養(yǎng)學(xué)生推理能力與證據(jù)意識

實驗問題意識不僅是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的重要途徑之一，還是培養(yǎng)學(xué)生推理能力與證據(jù)意識的有效方式。實驗問題引導(dǎo)是教師圍繞一定的實驗教學(xué)目標，結(jié)合學(xué)生已有的認知水平和認知規(guī)律，循序漸進地提出問題，幫助學(xué)生提高認知[5]。在教學(xué)過程中，可以將學(xué)科知識、學(xué)生能力和學(xué)科素養(yǎng)要求轉(zhuǎn)換為具有層次性的系列問題，培養(yǎng)學(xué)生的推理能力與證據(jù)意識學(xué)科素養(yǎng)，提高學(xué)生的探究能力。

例如，在人教版選修性必修一《電解池》的教學(xué)中，由于電解原理理論性強，如果要讓學(xué)生深刻領(lǐng)會電解原理，就需要先從微觀的角度判斷溶液中存在哪些自由移動的離子。在理解溶液中離子的放電順序方面，學(xué)生的思維障礙較大，為了更好地幫助學(xué)生理解溶液放電順序，提高推理分析能力，可以在學(xué)生做電解氯化銅溶液實驗前，可以先向?qū)W生提出以下幾個問題：

問題1：初中學(xué)生學(xué)習(xí)過電解水，思考通電后，水電離出的氫離子（陽離子）和氫氧根離子（陰離子）分別向電解裝置中哪個電極運動？與直流電池負極和正極相連的石墨上分別產(chǎn)生什么氣體？

設(shè)計問題1電解水實驗引入電解裝置的陰極與陽極，符合維果斯基最近發(fā)展區(qū)原理，與電源負極相連的電極產(chǎn)生氫氣，氫離子放電，作為電解池的陰極；與電源正極相連的電極產(chǎn)生氧氣，作為電解池的陽極。

問題2：如果在水中加入鹽，比如在水中加入氯化銅，氯化銅溶液中存在哪些自由移動的離子？

問題3：電解池連接電源通電后，氯化銅溶液中離子在溶液中的運動是否會發(fā)生變化？移向電解池陰陽兩極的離子分別是什么？誰先放電？

問題4：在陰、陽兩極上可能會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？兩極上析出或逸出的產(chǎn)物可能是什么？

通過以上的問題層層遞進引導(dǎo)，讓學(xué)生意識到電解鹽溶液時，不僅要考慮到鹽電離出來的離子，也要考慮水電離出來的離子，如果沒有電解水的實驗做鋪墊，學(xué)生很容易忽略電解酸堿鹽溶液時水的電離影響，在理解溶液中離子的放電順序方面，容易造成學(xué)生思維障礙，影響學(xué)生推理分析的能力。

化學(xué)課堂開展實驗探究活動前，要深入發(fā)掘有價值的化學(xué)問題，幫助學(xué)生突破理解概念時的思維障礙，通過層層遞進地進行實驗設(shè)問，強化學(xué)生的問題意識，帶著問題進行實驗，培養(yǎng)學(xué)生推理能力與證據(jù)意識[6]。

（三）結(jié)合實驗對比，滲透化學(xué)變化觀念

在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，結(jié)合實驗比較策略，不僅可以幫助學(xué)生揭示教科書中的實驗原理，還可以使學(xué)生從根本上理解化學(xué)原理，掌握化學(xué)概念，并激發(fā)他們對化學(xué)實驗的興趣。實驗對比與教師只根據(jù)課本演示實驗完成實驗操作不同，實驗對比不僅能加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力與探索精神，滲透化學(xué)變化觀念。

再如，在人教版選修性必修一《電解池》的教學(xué)中，在幫助學(xué)生掌握電解池發(fā)生電解的條件時，教師可仿照原電池形成條件的實驗，完成以下三個實驗對比來進行教學(xué)：1.將兩根碳棒分別插入氯化銅溶液中，觀察兩極是否有明顯現(xiàn)象；2.同時將兩根碳棒插入氯化銅溶液中，用導(dǎo)線相連接；3.將兩根碳棒分別與直流電源正負極相連后，再插入氯化銅溶液中，觀察實驗現(xiàn)象。通過以上三個實驗對比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)只有實驗3中生成了銅和氯氣。在實驗中，引導(dǎo)學(xué)生仔細觀察，并分析這3個實驗的本質(zhì)區(qū)別是什么？實驗3滿足了電解池產(chǎn)生的條件，請歸納形成電解池的條件，通過實驗對比，學(xué)生可以快速抓住電解池與原電池的本質(zhì)區(qū)別，形成電解池必須是有電流通過才可以進行，要有兩個陰陽兩極和電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，讓學(xué)生對電解裝置的條件深刻理解，并且在其頭腦中留下深刻印象。然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象，自己分析出陰陽兩極發(fā)生的變化，理解原電池與電解池的區(qū)別。結(jié)合實驗對比，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)條件改變會引發(fā)化學(xué)變化的化學(xué)觀念。

（四）優(yōu)化實驗設(shè)計，增強科學(xué)探究與創(chuàng)新意識

教材中設(shè)置了許多實驗，教師可以利用這些實驗來指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計計劃，引導(dǎo)他們優(yōu)化書籍的實驗設(shè)計，驗證他們的假設(shè)，使學(xué)生通過自主探索增強探索能力和創(chuàng)新意識。在教學(xué)實踐過程中，引導(dǎo)學(xué)生注重實驗探索的設(shè)計、探索氛圍的營造、激發(fā)學(xué)生的實驗探索意識和探索能力的培養(yǎng)，充分滲透和培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索和創(chuàng)新意識，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)核心概念，促進核心素養(yǎng)的發(fā)展。

例如，在人教版必修一《鐵及其化合物》中鐵離子和亞鐵離子相互轉(zhuǎn)化的實驗，教材中鐵離子轉(zhuǎn)化成亞鐵離子的實驗試劑選擇只給鐵粉，亞鐵離子轉(zhuǎn)化成鐵離子的實驗試劑選擇只給氯水，如果只做驗證性實驗，學(xué)生的思維容易單一或僵化。教師如果在實驗前根據(jù)氧化還原反應(yīng)的知識，引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣選擇合適的化學(xué)試劑使鐵離子轉(zhuǎn)變成亞鐵離子，如加入還原劑如銅粉、鐵粉、KI溶液、維生素C等可實現(xiàn)鐵離子轉(zhuǎn)變成亞鐵離子；再引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣選擇合適的化學(xué)試劑使亞鐵離子轉(zhuǎn)變成鐵離子，如加入氧化劑如酸性高錳酸鉀溶液、過氧化氫、新制氯水等可實現(xiàn)亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子。教師可給學(xué)生提供一些試劑：氯化鐵溶液、氯化亞鐵溶液、新制氯水、硫氰化鉀、鐵粉、酸性高錳酸鉀、過氧化氫、維生素C、四氯化碳；請同學(xué)們從中選擇合適的試劑，完成實驗亞鐵離子到鐵離子的相互轉(zhuǎn)化，其中一組學(xué)生完成亞鐵離子→鐵離子的實驗探究，另外一組完成鐵離子→亞鐵離子的實驗探究，最后全班進行實驗探究成果分析與討論。在理論引導(dǎo)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化實驗設(shè)計，進行小組實驗，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，享受自主探究和合作學(xué)習(xí)帶來的樂趣，增強學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。

（五）借助綠色化學(xué)實驗，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和社會責(zé)任

高中化學(xué)實驗教學(xué)課堂不僅可以使學(xué)生對實驗現(xiàn)象有直觀感受，還可以增強他們觀察能力和解決問題的能力，更是向?qū)W生傳授環(huán)保知識的好場所。在高中化學(xué)實驗中，如果教師能對學(xué)生進行綠色化學(xué)實驗的滲透，積極地探索化學(xué)實驗綠色化學(xué)的途徑，針對教材中的化學(xué)實驗不斷創(chuàng)新改進，不僅順應(yīng)了實驗教學(xué)發(fā)展的新趨勢，還培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)精神和社會責(zé)任感。

例如，在人教版必修二教材中《濃硫酸》中濃硫酸與銅反應(yīng)的實驗，二氧化硫的檢驗是高中化學(xué)實驗教學(xué)的重點之一，在課本中的實驗簡單直觀，但是存在一些不合理的地方。為解決這些問題，可以在裝置上進行一些小的改進，先按課本實驗裝置連接好發(fā)生裝置，導(dǎo)氣管直接連接干燥管，在干燥管中放一團用品紅溶液浸濕的棉球，同時裝有堿石灰做尾氣處理。加熱濃硫酸，使產(chǎn)生的二氧化硫進入干燥管，先遇到棉球，使棉球褪色，說明產(chǎn)生了二氧化硫氣體，然后被堿石灰吸收，停止加熱觀察試管中溶液的顏色。這樣改進不僅適合教師演示，而且也適合學(xué)生實驗。整個裝置簡單，易于操作，節(jié)省實驗藥品，實驗效果良好，防止二氧化硫排放到空氣中，培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識。讓學(xué)生在實驗教學(xué)過程中感受到化學(xué)綠色化的魅力，他們就有可能成長為具有可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境保護意識的高素質(zhì)

人才。

結(jié)束語

綜上所述，新課程改革的實施，推動了化學(xué)實驗教學(xué)的改革，化學(xué)教師可以通過不同策略優(yōu)化實驗，也可以綜合運用實驗策略，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)展開化學(xué)教學(xué)。通過以化學(xué)實驗為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)實驗情境，設(shè)計課堂問題，引導(dǎo)優(yōu)化實驗設(shè)計，借助綠色化學(xué)等手段，引導(dǎo)學(xué)生思考探究，動手操作實驗進行驗證，幫助學(xué)生化學(xué)思維的形成，掌握相關(guān)知識點，厘清知識脈絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究、動手操作和創(chuàng)新能力，并有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的形成和全面發(fā)展，不斷提升高中化學(xué)實驗教學(xué)的有效性。

參考文獻

[1]侯麗麗，劉晶，于少華，等.基于學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的元素化合物教學(xué)研究：以“鐵及其化合物”單元整體教學(xué)為例[J].化學(xué)教學(xué)，2019（7）：44-46.

[2]鐘興華，張體民，李雄凡，等.素養(yǎng)為本的高中化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析及對策[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2019（18）：42-43.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4]黃麗丹.基于發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)實驗教學(xué)策略：以“鐵及其化合物的性質(zhì)”為例[J].名師在線，2020（5）：48-49.

[5]何中瓊.基于“學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”背景下的高中化學(xué)教學(xué)策略探究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（4）：1-3.

[6]柯洪偉.核心素養(yǎng)下的高中化學(xué)實驗教學(xué)策略探究[J].名師在線，2020（9）：74-75.