基于科學思維培養的家庭化學小實驗設計與實施

【摘 要】該文以自制酸堿指示劑為真實情境，承載研磨、過濾、溶解等基本實驗操作和科學探究的一般思路和方法，在動手實驗過程中，促進基本實驗操作技能的提升。利用信息技術開展家庭小實驗，激發學生對自制酸堿指示劑的思考與發現，實現從感性的家庭小實驗到理性的科學、化學實驗的提升，感知化學實驗的科學性、嚴謹性，有利于學生控制變量、證據推理、歸納與演繹等科學思維的發展。家庭小實驗也是促進學生深入思考化學與生活密切聯系的良好方式。

【關鍵詞】科學探究與實驗；科學思維；家庭小實驗；化學實驗

【中圖分類號】G434 【文獻標志碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）010-086-02

《義務教育化學課程標準（2022年版）》指出，義務教育化學課程要圍繞核心素養開展，科學思維是核心素養內涵之一。科學思維主要包括：在解決化學問題中所運用的比較、分類、分析、綜合、歸納等科學方法，基于實驗事實進行證據推理，在解決與化學相關的真實問題中形成的質疑能力、批判能力和創新意識[1]。化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗是科學探究的重要形式和學習化學的重要途徑。家庭小實驗是利用家里易得材料，在家庭環境中運用信息技術（如手機錄像、拍照的功能，視頻剪輯軟件等設備）輔助開展的化學相關實驗。將家庭小實驗整合到化學課程之中，彌補課堂實驗的不充分、思考不深入等問題，有利于促進科學思維發展[2]。

家庭小實驗布置流程

家庭小實驗背景需要教師對教材、課標、學業標準、學情的綜合分析，設置相關實驗任務單，在學生完成實驗后評價反饋和分享促提升。

“自制酸堿指示劑”課例

課標要求學生會正確使用酸堿指示劑檢驗溶液酸堿性。利用家庭小實驗感知科學家對酸堿指示劑發現的過程，有助于學生發現問題、解決問題、觀察分析、證據推理等科學思維的發展。

1.應用信息技術開展“自制酸堿指示劑”家庭小實驗設計

課前家庭小實驗：尋找在白醋和純堿溶液中變色的植物；通過家庭小實驗觀察植物色素在白醋和純堿溶液中的變色，尋找增大接觸面積方法及探尋生活中過濾原理，提出可探究的問題。

課堂第一環節：制備植物色素浸取液。對于原料的處理，學生將基本操作技能——研磨、溶解、過濾相關知識自然地嵌入到活動中，理解其操作的原理和規則，同時體驗操作步驟。

課堂第二環節：觀察植物色素浸取液在不同溶液中的變色情況。家庭小實驗中，植物色素在白醋和純堿溶液中變色就可以被稱為“酸堿指示劑”嗎？在其他的酸堿性溶液中如何變色？活動中學生感知酸堿指示劑不只是在一個酸、堿中變色，還要探究與觀察植物色素在其他酸、堿性物質中變色，探尋規律。

2.家庭小實驗任務單及評價標準

（1）任務單：生活中哪些情況讓你感知到有些植物色素可以變色？尋找可以在白醋和純堿溶液中變色的植物；通過錄制視頻記錄實驗過程，發現有價值的問題；思考生活中固體和液體分離的方法有哪些。

（2）評價標準（答案與給分細則）。紅心蘿卜泡醋后變色，紫甘藍加醋涼拌后變色等，答出一種1分，答出兩種及以上2分，未答0分；錄制視頻記錄實驗過程，實驗過程思路清晰完整，錄制視頻清晰3分，有錯誤酌情減分，未答0分；提出可探究問題，例如：這種植物在其他的酸堿溶液中也會變色嗎？變色是否有規律？提出1分，未答0分；漏勺、紗布、網等，答出一種1分，答出兩種及以上2分，未答0分。

（3）設計意圖。診斷是否有對生活中變色植物的初步觀察經驗、生活中酸堿性物質的認識、生活中過濾操作的分析，為課堂實驗室過濾規范操作做鋪墊。

3.學生活動評價量規設計

為促進學生對家庭小實驗的深入思考，教師設計了學生活動評價量規，具體包含以下幾個方面。

（1）家庭小實驗評價量規。在“尋找在白醋和碳酸鈉溶液中變色的植物”課前活動中，以家庭實驗為評價維度時，學生將植物直接浸泡于白醋和純堿溶液中，有文字記錄和圖片，但無視頻記錄的視為合格；在此基礎上，有前后對比圖片，無視頻記錄的視為良好；在完成前兩項內容的同時，有文字記錄，用視頻記錄過程的視為優秀。以問題意識為評價維度時，學生思考為什么有些植物直接浸泡不變色的視為合格；學生思考增大植物色素與酸堿性溶液充分接觸對實驗是否有影響的視為良好；學生思考植物色素與溶液接觸是否充分，思考能否做酸堿指示劑的視為優秀。

（2）探究制備植物色素浸取液的課堂活動的評價量規。以設計實驗為評價維度時，學生能夠設計出制備浸取液步驟的視為合格；學生能夠說明制備色素浸取液原理的視為良好；在此基礎上，學生還能夠關注影響效果因素的視為優秀。以實驗裝置選擇為評價維度時，學生能選出研磨、溶解、過濾主要儀器的視為合格；學生能選出研磨、溶解、過濾大部分儀器的視為良好；學生正確選出研磨、溶解、過濾儀器的視為優秀。以動手實驗為評價維度時，學生能夠完成操作研磨、溶解、過濾，但是實驗細節關注不夠，浸取液提取效果一般的視為合格；學生能夠完成操作、關注細節，浸取液效果較好的視為良好；除此之外，浸取液效果好的視為優秀。以過濾為評價維度時，學生知道原理——小于濾紙孔徑的物質與大于孔徑的物質分離的視為合格；學生知道過濾原理，能夠按照要求完成操作的視為良好；學生在前兩項內容完成的基礎上，準確完成過濾操作的視為優秀。以增大接觸面積為評價維度時，學生簡單了解增大接觸面積方法的視為合格；學生能夠準確說出幾種可以增大接觸面積方法的視為良好；學生聯系生活和實驗目的，準確選擇增大接觸面積的方法，并說明依據的視為優秀。

（3）探究觀察植物色素浸取液在不同溶液中變色的評價量規。以基本知識為評價維度時，學生大概了解稀鹽酸、稀硫酸、氫氧化鈉、澄清石灰水、碳酸鈉、氯化鈉溶液酸堿性的視為合格；學生知道上述內容的視為良好；學生準確說出上述內容的視為優秀。以實驗操作為評價維度時，學生正確取用各種溶液于不同試管中，分別滴加浸取液的視為合格；震蕩不熟練的視為良好；震蕩熟練的視為優秀。以實驗現象與結論為評價維度時，學生能夠描述并記錄實驗現象，沒有關注到一類物質顏色變化相關性的視為合格；學生能夠描述并記錄實驗現象，關注到一類物質顏色變化，但最終沒有歸納能否做酸堿指示的視為良好；學生能夠在前兩項內容都完成的基礎上，說出能否做酸堿指示結論與依據的視為優秀。

4.課后實踐作業設計

（1）題目設計。應用課堂自制酸堿指示劑，檢測家庭中一些物質的酸堿性，記錄并分析。

（2）評價標準。檢測兩種物質的酸堿性，觀察記錄現象的視為合格；在此基礎上，推測結論，并反思自制酸堿指示劑的視為良好；在完成前兩項內容后，還有初步的改進方案，交流與分享的視為優秀。

（3）設計意圖。對自制酸堿指示劑的應用與改進，拓展對酸堿指示劑的認識。

總結與反思

初中階段開展家庭化學小實驗，注意安全隱患、內容與教材協調、實驗的趣味性實施是基礎。學生的自主實驗能持續培養其創新思維，由此要重視化學家庭小實驗的開發和應用，借助信息技術呈現更多精彩的家庭小實驗，讓家庭小實驗在教學中發揮出更大的作用[3]。

參考文獻

中華人民共和國教育部. 義務教育化學課程標準（2022年版）[S]. 北京：人民教育出版社. 2022.

方存明. 初三化學家庭小實驗的設計與反思[J]. 實驗教學與儀器，2022，39（12）： 32-34.

倪建培. 初中化學家庭小實驗學習活動模式實施探索[J]. 當代家庭教育，2022（21）： 16-18.