核心素养背景下的化学实验生态性教学探究

    李刚，湖北省襄阳市第二十一中学教科室主任，化学高级教师，区级课改名师、优秀教师。在“四优”评选中多次获得国家、省、市级一等奖，提出化学实验探究“三探五段”教学模式，并在区县级学科教学中得到实施应用;提出“两策三动、五家共赢”学校课堂模式（文化融合课堂），并获市级交流推广。

    [摘 ? 要]化学教师应积极探究并实施化学实验生态性教学的优化策略。可从实验设置的整体性、实验内容的环保性、实验方式的互动性、实验效果的共生性及实验反思的建设性等多个方面对实验教学进行设计或改进，促进学生学科核心素养的发展，为培养创新型人才奠定基础。

    [关键词]核心素养;化学实验;生态;初中

    《荀子·修身》中有这样一句话：“不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之。”英文中也有类似的说法：I hear， I forget. I see， I remember. I do， I understand（我听过的会忘记。我看过的会记住。我做过的才会理解）。可见，实践对于认知发展起着重要的作用。在化学教学中，实验活动占有较大比例。很多教师都了解化学实验的重要性，但投入的时间和精力却较少，这固然有为学生备考而导致的时间紧张的原因，但更重要的是教师缺乏实验教学的优化策略。以下，将从化学生态性教学的角度出发，讨论实验教学的优化策略。

    一、增补系列实验，加强实验设置的整体性

    1.绪言课增补趣味实验

    如人教版九年级化学教材绪言中的课题“化学使世界变得更加绚丽多彩”，虽插入了10幅图片，但酷似考古展览和产品广告，缺少通俗性和生活性，难以突出化学实验的特点。特别是对分子、原子及元素的介绍，专业性强，学生理解起来困难。虽然很多教师利用多媒体技术使课堂变得生动活泼，但仍然不能使学生身临其境，因此不易使学生保持长久的兴趣。

    针对这一情况，最有效的方法是增补趣味实验。教师可与学生代表一起完成一些有趣的化学实验，如白纸喷雾显字（酚酞遇稀氢氧化钠变红）、清水吹气变牛奶（澄清石灰水遇二氧化碳变浑浊）、点火的气泡（氧气助燃带火星的木棒）等，让学生观察思考，激发学生的兴趣，从而产生学习的积极性和主动性。此外，教师还可以通过一系列的问题逐步引导学生：以上现象体现了化学的“化”字，为什么会发生这样的变化呢？引出这是由物质的性质决定的。为什么物质会有这些性质呢？引出这是由物质的组成成分决定的。但是，双氧水和水的组成成分相同，为什么性质却不同呢？由此引出这是由构成物质的微粒排列方式不同造成的。构成物质的微粒又是什么？引出分子和原子，归纳出：化学是在分子、原子的层次上研究物质的性质、组成、结构与变化规律的科学。这样，实验就成为思维的导火索，引导着学生从“看热闹”变成“看门道”。

    2.概念课增补探究实验

    如九年级“离子的形成”一课，教材以钠与氯气反应生成氯化钠为例，但是考虑到氯气有毒，就用卡通图片代替了实验，虽然很形象，但还终究不如实验来得生动，不足以给学生留下深刻印象。所以，此处可以增补镁带在氧气中燃烧的实验，并提示学生：实验会产生耀眼的白光，为了保护眼睛不可久视。实验后，教师提问：这个实验说明了镁原子和氧原子的化学性质是活泼的还是稳定的？元素的化学性质由原子结构的哪一部分决定？实验中的白色粉末（氧化镁）是怎样形成的？通过讨论分析，自然地引出镁离子（Mg2+）和氧离子（O2-）的形成过程，并与钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）的形成进行对比。这样，学生就能更好地理解離子的概念了。

    3.复习课增补综合实验

    复习课的重点在于引导学生整体把握化学学科的认知规律。教师可通过介绍一种元素，将所有与之相关的知识点串联在一起，形成知识网。这时就可以借助综合实验对知识进行拓展。如复习与“铁”有关的知识时，可以增补观察实验：将铁丝绕成螺旋状固定在试管底部，并将试管倒立在水中，用橡皮筋套在试管上以标记水面位置（提前三天准备好并放在教室窗台上）。请学生观察铁丝有何变化（生出红棕色铁锈），试管中的液面有何变化（液面上升，大约占试管内上方空气容积的1/5）。接着，取出铁丝，加入稀盐酸，观察现象（铁锈消失，溶液变黄色）;继续加入过量的稀盐酸，观察现象（有气泡产生，溶液变为蓝绿色）;此后再取出铁丝，用清水冲洗，插入硫酸铜溶液中，观察现象（铁丝表面覆盖了一层红色的物质，溶液变为浅绿色）。

    通过以上与铁有关的系列综合实验，不仅可激发学生学习的内驱力，还可以将与铁元素有关的一系列知识，如铁的元素符号、铁的构成粒子、铁的锈蚀与防锈、铁的三种氧化物等串联起来，帮助学生从多角度构建“铁”的网络知识图，从而使零散的知识系统化，丰富复习的内涵。

    二、改进部分实验，加强实验内容的环保性

    1.废气再实验，消除污染源

    对于化学实验中产生的废气，可利用其自身的化学性质加以消除。如在一氧化碳还原氧化铜的实验中，可以把排放一氧化碳的尾气分成两路，一路还原氧化铜，另一路通到氧化铜下方的酒精灯外焰处，利用一氧化碳燃烧放出的热量，加快提高氧化铜的受热温度。这样，既可完成一氧化碳的“还原性和可燃性”的性质实验，又节省了酒精，同时也消除了污染源。

    2.使用封闭实验装置，控制污染源

    可使用封闭实验装置，把会产生有害气体的反应放在密闭的系统中完成，达到控制污染、保护环境的目的[1]。如“硫在氧气中燃烧”的实验，一些教师认为在集气瓶底放一些水就可以了，但这与实验的生态性还相差甚远。更优化的方法是，可以将酸雨的形成实验融合在硫的燃烧实验里。实验前，先在集气瓶里放一片幼嫩的树叶、一颗锌粒、一小块大理石，使它们浸没在少量水中，用穿透密封硬纸片的燃烧匙做实验。当硫燃烧时，把纸片盖紧（起到封闭作用），待燃烧结束时，连同燃烧匙一起振荡集气瓶，可观察到树叶微微变黄、锌粒和大理石表面都有少量气泡冒出。这样，既完成了酸雨形成的实验，又控制了二氧化硫（SO2）污染源的产生。

    3.推广微型实验，减少染污源

    对于不适合全封闭的某些有害气体实验，应推广微型实验，减少染污源。如初中化学九年级下册“化学肥料”一节，在“检验铵根离子”的分组实验中，可以选择用点滴板（或废胶囊锡纸板）配合胶头滴管做铵盐溶液与碱溶液的反应。由于产生的氨气很少，学生可以大胆地去闻一闻氨气的刺激性气味，还可以用一小片湿润的红色石蕊试纸直接覆盖点滴板孔窝观察试纸颜色的变化（很快变蓝色）。这样，既增强了实验效果，又达到了实验目的，还减少了环境污染。

    三、实时把控实验，加强实验方式的互动性

    1.演示实验注重师生互动

    中学化学实验中的演示实验较多，教师应改进“教师演示、学生观看”的传统方式，加强师生互动，让每一个学生都能将规范操作和实验现象看清楚，提高实验教学的效果。

    如在做电解水实验时，可以随机找两个学生上台，帮助教师装清水、加氢氧化钠溶液（增强导电性）等。在接通电源后，组织学生顺次绕着水电解器走动观察，教师则实时提示观察两极的接线柱（正与负）、两极气泡（多与少）、两极收集气体的体积（大与小），让全体学生近距离地感受电解水的动态过程。在教师指导下，再由学生代表对产生的气体进行检验，并向全班同学汇报实验结果。这样，不仅可以培养学生代表的实验操作能力，也会调动其他学生积极参与的热情;既增强了互动，又提高了观察实验的效果。

    2.分组实验注重组内和组间的互动

    在中学化学的众多分组实验中，并非每一个都很有趣。有的实验很平淡，有的甚至操作不当还会有危险，但是这些实验都很重要。为了使学生能自觉并高效地完成分组实验，可以开展组内和组间的互动比赛。实验前，教师应先对实验组长进行辅导，使其充分发挥小组长的引领作用，把握好实验的细节。实验中，教师应巡回指导，参与学生的互动，随机解答或提出实验中的疑难，并提醒学生注意安全和环保，最后作出总结点评。

    如在做粗盐提纯的分组实验时，可在组内开展最规范、最认真的“操作之星”评比，同时小组间开展“比纪律、比规范、比卫生、比合作、比效果”的竞赛，最后展示精盐的色泽和生产率，通过投票确定小组的达标名次，评选出本实验的“优胜小组”。整个实验过程中，学生们兴致勃勃，既培养了合作意识和竞争意识，也达到了生态高效的预期效果。

    3.家庭小实验注重学生与家长的互动

    鼓励学生在家中利用生活中的常见物品，与家长共同完成家庭小实验，作为实验生态性教学的有益补充。如人教版初中九年级化学课外实验（家庭小实验）中的“淬火与回火”，就需要学生在家长的陪同下完成操作。一是需要学生和家长共同准备材料，包括镊子、两根缝衣钢针、打火机（或电子打火器、酒精火锅炉）、一杯冷水、半杯炉灰（自然冷却后使用），避免学生在接触这些材料时发生扎伤、烧伤或烫伤的危险;二是在淬火操作中，需要家长辅助控制好将烧红的钢针放入冷水的时机和防护，避免被骤然受热的水可能造成的飞溅烫伤;三是需要家长辅助检验淬火与回火后钢针的硬度、耐磨性、可塑性及韧性等性质;四是需要家长参与交流和评价，如可以结合生活经验或查阅资料，给学生讲解淬火与回火的历史故事、注意事项及用途等。这样，既可增进亲子感情，又能使学生获得有益提示，还保障了实验的安全。

    做好家庭小实验也是培养学生核心素养的有效途径，教师应鼓励学生和家长共同完成类似的小实验，在夯实学生文化基础的同时，促进学生的自主发展，锻炼学生的社会参与能力[2]。

    四、研讨拓展实验，加强实验效果的共生性

    实验是化学的灵魂，是化学的魅力和激发学生学习兴趣的源泉，研讨拓展实验，可通过开放探究、反向探究、替代探究得到诸多实验结论。

    如在测定“空气中氧气含量”的实验后，发现实验结果有误差，氧气含量低于1/5。经过思考、分析和讨论，学生总结了导致误差的原因：红磷量不足、装置漏气、打开止水夹时没有恢复到室温、两边的水位高低不等、瓶中的氧气没有耗尽等。此时，还可以引导学生思考实验结果高于1/5，即出现正误差的原因，并鼓励学生在家中完成拓展实验：把酒精棉球或小纸片放在玻璃杯中燃烧，就像拔火罐一样倒扣在水里，观察水面上升的高度。很多学生回到学校匯报出现了正误差。于是，师生在教室里再次演示实验，但与之前不同的是把止水夹松开，其他条件不变。结果发现，进入瓶内的水面高于1/5。这是因为在实验时，有空气从胶皮管逸出，导致进入瓶中的水增加，由此找到误差产生的原因。

    接下来，教师提出问题：能否用木炭、硫磺、蜡烛、铁丝、镁带、铜片等代替红磷完成“空气中氧气含量”的实验测定？通过自主查找资料以及交流讨论，学生发现，如果生成物是气体，就会形成较大的负误差;铁丝不能燃烧、镁带很活泼（会消耗氧气和部分氮气）都会造成正误差;铜片生成的氧化铜是固体，但需要持续加热，若改进装置，只有铜片能代替红磷。

    可见，研讨拓展实验，加强实验效果的共生性，不仅可以使学生收获知识，还可以提升学生的观察能力、思维能力和探究能力，并进一步增强学生对化学的兴趣。

    五、交流评价实验，加强实验反思的建设性

    对于实验，绝大多数学生一开始都会产生浓厚的兴趣，但是只凭兴趣或抱着玩的心理，还不足以做好实验。要真正做好实验，不仅要调动多种感官（如眼、耳、鼻、舌），全心投入，集中注意力，用心观察，反思实验得失，还要能提出改进措施，这样才能真正感受到化学实验的魅力。

    实验是研究化学的重要手段，也是学习化学的三维目标之一[3]，教学中及时开展交流评价，可有效强化学生实验学习的内驱力。如可交流实验体会，包括：化学反应带来的美妙感觉，严谨的实验步骤对学习态度和科学方法的影响等。

    撰写实验报告（含问题讨论）时，可要求学生从资源利用、节能环保、简便易行、效果明显等方面提出反思改进意见，经过个人自评、小组讨论、班级展示、板报公布、网络传播等方式，最后征求区教研室化学教研员的评定，请他们为化学实验生态性教学保驾护航。

    总之，化学实验是培养学生化学学科核心素养的重要手段，它的功能是其他教学手段无法替代的。只有注重化学实验设置的整体性、实验内容的环保性、实验方式的互动性、实验效果的共生性及实验反思的建设性，才能改进化学实验教学，实现环保教育，进一步体现实验教学的人文价值，从而帮助学生形成持久的学习兴趣和学好化学的信心，实现培育化学学科核心素养的目标。总之，化学实验的生态发展与培养化学创新型人才息息相关，实施化学实验生态性教学应成为广大化学教师必须认真思考和研究践行的重要课题。

    参考文献

    [1]王瑞霞.改进化学实验教学，加强环保教育[J].内蒙古教育学院学报（自然科学版），1999（4）：149-151，153.

    [2]核心素养课题研究组.中国学生发展核心素养[J].中国教育学刊，2016（10）：1-3.

    [3]人民教育出版社课程教材研究所.化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书教师教学用书（化学 九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012.

    （责任编辑 ? 郭向和）