周 斌

(浙江省桐廬中學 311500)

《高中化學課程標準(征求意見稿)》將化學學科核心素養(yǎng)劃分為“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“實驗探究與創(chuàng)新意識”“科學精神與社會責任”等五個維度.這些維度的內(nèi)涵雖不同，作用也有差異，但它們并非孤立存在，而是統(tǒng)一于化學活動中.“實驗探究與創(chuàng)新意識”作為其中之一，體現(xiàn)了化學學科的學科特色，直接影響其它幾個維度的達成，進而影響學生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成.筆者在教學中“實驗情境”創(chuàng)設來培養(yǎng)“實驗探究與創(chuàng)新意識”，塑造實驗探究精神、培養(yǎng)學生掌握科學研究的方式、豐富和開闊學生的探索視野等方面，做了一些探索與思考.

一、“實驗探究與創(chuàng)新意識”與化學核心素養(yǎng)的內(nèi)在聯(lián)系

隨著新課程改革、招生制度的改革不斷地深化推進，新的教育教學方式也在這種轉型中不斷發(fā)展，在新一輪課程改革發(fā)展中，學生核心素養(yǎng)的提出便是嘗試從頂層設計解決理念與落實的存在的問題.基于以生為本的教育教學理念，正在教學中不斷影響到教學行為的轉變，從而落實學生的學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)，真正使學生在課堂的教學過程中，潛移默化的形成發(fā)展自我、接軌社會應具有的知識、技能與品質(zhì).

化學核心素養(yǎng)中的“實驗探究與創(chuàng)新意識”的內(nèi)容，王云生教授指出，“實驗探究與創(chuàng)新意識”要求學生發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學問題，能依據(jù)探究目的設計并優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作，能對過程記錄的實驗信息進行加工并獲得結論，能與同學交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進設計的設想，能尊重事實和證據(jù)，不迷信權威，具有獨立思考，敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神.由此，作為“實驗探究與創(chuàng)新意識”的內(nèi)涵，關鍵是里面的兩個關鍵詞“探究”、“創(chuàng)新”，“探究”是正確實驗方法探究真實的化學反應，“創(chuàng)新”是獨立思考、質(zhì)疑與批判.

唯有探究求真，質(zhì)疑創(chuàng)新，才彰顯核心素養(yǎng).核心素養(yǎng)要求學生形成適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和解決問題的素養(yǎng)與關鍵能力，立德樹人.在化學學科學習中，在實驗探究中，“立德”就是要樹立尊重實驗事實，尊重科學邏輯.鈉在石棉網(wǎng)上加熱，除了有淡黃色固體，往往還生成黑色固體；銅與濃硫酸加熱反應，試管里溶液變綠色，底部有黑色物質(zhì)生成，銅片上逐漸產(chǎn)生大量氣泡，試管上部有白霧產(chǎn)生等豐富現(xiàn)象；鋅銅原電池，鋅片上往往有氣泡產(chǎn)生；乙醛的銀鏡反應，得到的銀鏡不如想象中那么銀白光亮，等等，都要尊重事實.“樹人”就是成為學會科學實驗方法，具備創(chuàng)新意識、科學精神的人.研究各因素對于化學反應速率的影響實驗中，控制變量的科學實驗方法；酸堿中和滴定時，用數(shù)字化實驗技術反映整個滴定過程的創(chuàng)新方法；做SO2性質(zhì)實驗時，進行的微型化創(chuàng)新實驗(用培養(yǎng)皿罩住，氣體的發(fā)生、性質(zhì)實驗都在點滴板孔穴中進行)等等，都可以幫助學生掌握科學方法，樹立創(chuàng)新意識.

化學課堂教學創(chuàng)設實驗情境，Brown等人在《情境認知和學習文化》(1989)一文中首次提出情境認知和情境學習的觀點，他們認為，知識是具有情境性的，而且是被應用于其中的文化、背景及活動的副產(chǎn)品，知識是在情境中通過活動與合作而產(chǎn)生的.創(chuàng)設實驗情境，進行實驗探究，依然是化學科學及我們化學課堂之魅力所在，是提高學生學習興趣，發(fā)展探索、分析、研究能力，提升思維水平的不可或缺的環(huán)節(jié).

二、基于“實驗探究與創(chuàng)新意識”的實驗情境創(chuàng)設

課堂教學中，教師通過創(chuàng)設化學實驗情境，讓學生帶

著真實的實驗現(xiàn)象走近新知識的學習，領悟科學探究的方法，給學生創(chuàng)設一系列的探究環(huán)境，課堂教學從學生發(fā)現(xiàn)問題開始，到問題解決并形成新的學科認知結構結束.通過探究性課堂教學培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力.

1.創(chuàng)設“意外”實驗情境，誘發(fā)新知探究

課堂過程中，遇到實驗的“意外”或“矛盾”，有些是預設到的，有些是臨時出現(xiàn)或?qū)W生提出的.課堂教學需要提倡少用試題、多用原始材料，以提升學生化學學習質(zhì)量.出現(xiàn)的“意外”情境正是提供實驗探究的優(yōu)質(zhì)原始材料，不但不要回避，應因勢利導進行轉化為教學利用.

情境片段：鈉的燃燒.

在石棉網(wǎng)上燃燒鈉時，最后往往得到黑色物質(zhì)，淡黃色物質(zhì)容易被遮蓋.這黑色物質(zhì)是什么呢？怎樣避免產(chǎn)生這些黑色物質(zhì)？不回避，讓學生猜測與探究.

學生回答：黑色物質(zhì)應該是碳，因為其他物質(zhì)都不符合顏色要求.

教師追問：碳元素哪里來的呢？

學生回答：空氣中的二氧化碳，煤油中有碳元素.

學生補充：酒精燈揮發(fā)的酒精中含碳元素，石棉網(wǎng)中可能有碳

教師：請同學們設計實驗，檢驗你們的猜想

學生實驗：

實驗序號實驗設計實驗現(xiàn)象1鈉與二氧化碳在玻璃管中加熱,觀察有沒有黑色物質(zhì).玻璃管中部產(chǎn)生大量黑色固體,鈉球滾落到玻璃管口處有淡黃色固體.2少量鈉與煤油、酒精分別在蒸發(fā)皿中燃燒,觀察有無黑色物質(zhì).黑色固體,幾乎無淡黃色物質(zhì).3酒精燈加熱新石棉網(wǎng),觀察石棉網(wǎng)朝上部分是否變黑.呈現(xiàn)灰色4除凈表面煤油的鈉,放置在蒸發(fā)皿中加熱.鈉塊表面變白,融成銀白色小球,劇烈燃燒,生成大量淡黃色固體(猶如很多桂花蕊)

在學生設計實驗進行探究的的過程中，“意外”的實驗情境讓學生更理解金屬Na的活潑性(與O2、CO2、有機物反應)，比簡單地識記Na與O2生成Na2O2豐富得多.學生設計實驗方案、實驗操作時會考慮反應儀器的選擇：石棉網(wǎng)、玻璃管、蒸發(fā)皿，那么自然還會列舉其余的儀器及方法，比如在鐵片、銅片上加熱等，創(chuàng)新意識自然就萌發(fā).完成實驗后，對于“基于問題、提出假設、選擇合適試劑和條件設計實驗方案、實施實驗、獲取證據(jù)并得出合理結論， 最后反思評價”的實驗探究方法，就更能理解并運用.

2.創(chuàng)”高階思維”實驗情境溯知識本源

淺層學習和低階思維可以通過講授灌輸完成，但深度學習和高階思維必須在有意義的情境中完成，創(chuàng)設情境有利于學生進入知識的意義領域，實現(xiàn)知識教學的發(fā)展價值.實驗不能就是追求表面、流于膚淺，只注重形式，造成最后結果是正確的，過程卻缺乏邏輯，甚至不科學.這就需要在常規(guī)課堂設置實驗情境時，有梯度、有深度，讓學生即興的思考轉化為真實的探究，理性地思考，讓思考有序、深度.

情境片段：分離碘和CCl4的實驗.

新高一學生在學完有機溶劑萃取碘單質(zhì)內(nèi)容后，往往心存疑惑：用CCl4萃取碘水中的碘以后，還是沒有得到純凈的單質(zhì)碘啊？要得到純凈單質(zhì)碘，該如何繼續(xù)操作？在做海帶提取碘單質(zhì)學生實驗時，就補充一個實驗探究環(huán)節(jié)，來解決這個疑惑.

有的學生提出用溶解性更好的溶劑(又自我否定了)，有的學生提出蒸餾法.教師出示CCl4和I2的沸點，CCl4沸點78℃，I2沸點184.35℃，沸點相差106.35℃，理論上可以蒸餾分離，用常規(guī)蒸餾裝置，水浴加熱.此時告訴學生實際效果不理想，大部分碘會和CCl4一起被蒸餾出，常壓蒸餾是不能有效分離它們的.繼續(xù)討論分離方法，教師提示這兩種物質(zhì)那么“形影不離”，能否使其中一種物質(zhì)化學反應后“跑”出來.學生逐漸進入提取信息、分析應用的高階思維，讓“誰”反應呢？只有I2??！最后師生一起得出實驗方案：向碘的四氯化碳溶液中加入強堿，分液后，所得水溶液(可滴管吸取上層水溶液)加稀硫酸，利用碘在水中的溶解度很小(100g水在常溫下可溶解約0.02g碘)，沉淀過濾即可分離.完成實驗操作，最后書寫反應的化學方程式:

學生完成從宏觀的現(xiàn)象到微觀的機理，再到符號表征的三重表征的建構，該實驗情境的展開中，也協(xié)助學生完成思維從低階的記憶、理解跨到高階的分析、綜合.

3.創(chuàng)”數(shù)字實驗”情境，讓探究走向深入

數(shù)據(jù)也是引發(fā)更深度學習的一種輔助手段.英國人維克托在《大數(shù)據(jù)時代》中提出觀點：“世界的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)”.借助數(shù)字實驗，使學生接觸到數(shù)據(jù)的情境，將一些定性實驗定量化、實驗變化過程可視化，學生就可以關注實驗現(xiàn)象背后的本質(zhì)，幫助學生想象微觀世界，理解化學核心概念.

情境片段：金屬的電化學腐蝕教學片段.

教師提問：鐵在水中被誰腐蝕了？

學生A：O2

學生B：水中還溶解有CO2，有弱酸性啊

繼續(xù)追問：什么證據(jù)說明是O2腐蝕了鐵？預測書本上實驗現(xiàn)象.

探究實驗：連接盛有鐵粉和碳粉混合物的潮濕密閉大試管，導管中紅墨水上升，說明空氣中某種成分被消耗，認為是氧氣.追問：消耗的一定是氧氣嗎？

數(shù)字實驗：氧氣傳感器測定腐蝕過程中氧氣含量.(將氧氣傳感器伸入裝有鐵粉、碳粉混合物的試劑瓶內(nèi)測定，裝置及測定數(shù)據(jù)如下圖)

教師總結：中性條件和弱酸性條件下，發(fā)生吸氧腐蝕為主.雖然水也微弱電離出H+，也有氧化性，實驗證明最終是O2參與了反應，發(fā)生了吸氧腐蝕.

讓數(shù)據(jù)說話，用科學思考，可以更深刻理解鐵在水中的腐蝕過程.

4.創(chuàng)”生活化”情境，讓學習更走心

化學歸根結底是要為人類服務，與生活要相結合.現(xiàn)在的高考命題也經(jīng)常出現(xiàn)鮮活的、與實際結合的情境，重視考查創(chuàng)新應用.這就要求學生的化學學習要多與生活結合，多進行創(chuàng)新應用活動，探索新情境.

情境：《重力電池的制作與探究》.

這是筆者在2016年杭州市創(chuàng)新實驗比賽中參賽的項目，獲得一等獎，可作為創(chuàng)新應用的例子在教學中使用.在完成原電池的教學后，課堂引入重力電池，一則增加趣味性，二則檢驗原電池的學習.

實驗：取一支試管，加10mL稀ZnSO4溶液，再用移液管將10mL飽和CuSO4溶液液體慢慢注入試管底部，請學生預測是分層還是混在一起.(學生都說混在一起)，結果出乎預料，分成較明晰的上下兩層，并且告訴學生：靜置幾天后分層界限依然沒有大的變化.將導線連接的鋅片、銅片依次慢慢放入上下兩層，簡單的鋅銅重力電池就做好了.電流計檢驗，指針偏轉，串聯(lián)電池后能使發(fā)光二極管燈珠閃亮，用電壓、電流傳感器分別測電壓、電流，電壓、電流數(shù)據(jù)穩(wěn)定(如下圖)，并能穩(wěn)定使用幾星期(學生表示“驚異”).

繼續(xù)探究：還有沒有其它材料和試劑來做重力電池？(學生舉例：鎂、鋁、鐵與硫酸銅溶液，Cu與FeCl3溶液等)請畫出設計圖.學生甚至“腦洞大開”，提出氫氧燃料電池的重力電池.

教師講述：實際上，根據(jù)大家畫的設計圖，Cu與FeCl3溶液的重力電池在實驗室制作時，往往會失敗，你覺得原因是什么？同時思考氫氣與氧氣混合在一起，真的也會分層嗎？

討論回答：實驗容易失敗的原因是導線里面的銅絲與氯化鐵溶液直接反應，導致斷路，還需要做好密封，銅絲避免與溶液接觸.氫氣與氧氣混合例子請注意考慮氣體分子運動.

重力電池引入，并不為“新”而“新”.在雙液原電池中，鹽橋連接了“橫”著的兩種溶液，形成了閉合回路，而重力電池是將兩種液體“豎”了起來，提供重力電池這種新的實驗載體，可以更好地理解原電池的原理，不會加重學生負擔.學生可在選修課或者課外制作，動手動腦、創(chuàng)新應用.

類似例子還有很多，學生創(chuàng)新應用熱情也很高，所以我們專門組織學生舉辦化學趣味實驗大賽，學生自己動手設計、完成有趣實驗，并且讓優(yōu)秀節(jié)目上微信公眾號、參加元旦匯演，探究活動由課內(nèi)走向課外，激發(fā)了學生的興趣，促進了個性發(fā)展、能力提高.

總之，培養(yǎng)學生的化學核心素養(yǎng)是社會發(fā)展的大勢所趨，課堂教學是落實核心素養(yǎng)的主陣地，創(chuàng)設實驗情境，培養(yǎng)學生實驗探究和創(chuàng)新意識是不可或缺的重要途徑！教師應緊緊圍繞學科核心素養(yǎng)開展教學，轉變教學方式，引導學生學習方式轉變，探究求真，質(zhì)疑創(chuàng)新，不斷促進具有化學特質(zhì)的核心素養(yǎng)的發(fā)展，培育社會發(fā)展所需“全面發(fā)展的人”，任重而道遠！.

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