韓書影 潘則南 曹育紅

（1,2.福建師范大學(xué)附屬中學(xué)，福建 福州 350007；3.閩江學(xué)院附屬中學(xué)，福建 福州 350005）

我國化學(xué)家戴安邦曾指出：在化學(xué)教育中強(qiáng)調(diào)化學(xué)實(shí)驗(yàn)無論如何都不過分。學(xué)生在分析和解決實(shí)驗(yàn)問題的過程中，本身具有的（及將要發(fā)展的）實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑB(yǎng)成的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、體現(xiàn)出來的實(shí)驗(yàn)品質(zhì)構(gòu)成了（化學(xué)）實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。作為化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要組成部分，化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)使學(xué)生在學(xué)習(xí)研究和生活實(shí)踐過程中不斷受益，是形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基本過程。［1］有學(xué)者提出“雙基指向”“問題解決指向”和“科學(xué)（廣義）思維指向”三層次的學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵。其中底層基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能是核心，中間層是以解決問題過程中所獲得基本方法為核心，上層是指思考、解決問題過程中所形成的思維方法和價(jià)值觀。［2］因此，“問題解決”成了這些素養(yǎng)形成與落實(shí)的關(guān)鍵。在教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)往往走馬觀花，普遍缺乏深入思考，當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)時(shí)就會(huì)茫然。因此，筆者以“物質(zhì)的分離和提純”為例，展示學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題，反思教學(xué)中出現(xiàn)的問題，總結(jié)解決問題的方案，旨在促進(jìn)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的形成與落實(shí)。

一、教材分析

蘇教版教科書在《物質(zhì)的分離和提純》中［3］，集中介紹了幾種重要且通用的分離和提純的方法，弱化復(fù)雜操作，旨在為學(xué)生建立起一種科學(xué)探究的思維方式。分離KCl和MnO2混合物和除去KNO3中少量KCl，需要在過濾操作及溶解度的基礎(chǔ)上深化和拓展；提取碘水中的碘，建立萃取和分液的概念；含F(xiàn)e3+溶液獲取蒸餾水，認(rèn)識(shí)蒸餾燒瓶和蒸餾操作的條件。“尋根溯源”“萬丈高樓平地起”，這些基本操作是復(fù)雜分離和提純操作的“原始問題”。教學(xué)中構(gòu)建出對(duì)典型案例的全方位認(rèn)識(shí)，學(xué)生再遇見相似的問題，通過具體情境的分析，易于從知識(shí)體系中提取出所需的解決方案。

二、基于學(xué)生問題的教學(xué)實(shí)踐策略

問題1：分離和提純概念相混淆，“答非所問”；不清楚分液是萃取的后續(xù)操作；分析問題往往割裂物質(zhì)的物理性質(zhì)如狀態(tài)等，回答也“生搬硬套”。如提取含有少量氯化鉀雜質(zhì)的硝酸鉀固體，答蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，忽略此時(shí)兩者都是固體；再如提純液體混合物答重結(jié)晶，而不是蒸餾。

教學(xué)策略1：實(shí)物展示+任務(wù)驅(qū)動(dòng)——基于“化學(xué)家”的研究思路

實(shí)際教學(xué)中，首先展示幾組分離和提純物質(zhì)的圖片（如表1），辨析“分離和提純”；增加油水混合物的分離，認(rèn)識(shí)分液操作，知道萃取后續(xù)還有分液操作；最后總結(jié)物質(zhì)分離和提純的一般流程。

表1 分離與提純的一般流程

設(shè)計(jì)意圖：提供分離和提純的圖片，借助心理學(xué)上的“首因效應(yīng)”，利用“初次印象”帶來的正面強(qiáng)化影響，根據(jù)物質(zhì)的狀態(tài)和物理性質(zhì)的差異，總結(jié)物質(zhì)分離和提純的一般思路和方法，能“知其然”，還能“知其所以然”；為學(xué)生建立解決分離和提純這類問題的程序方法，通過獨(dú)立思考、合作探究，選擇合適的分離提純方法。

問題2：在固固分離的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)“在較高溫度下將混合物溶于水形成濃溶液”，存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，用多少水溶解？加熱到什么程度？用什么儀器溶解？如何洗滌沉淀？用熱水還是冷水？如何檢驗(yàn)沉淀是否洗凈？還有儀器的選擇常會(huì)出現(xiàn)“張冠李戴”，如“蒸發(fā)濃縮”選擇蒸發(fā)皿，而不是燒杯；特別是當(dāng)實(shí)驗(yàn)操作抽象為流程圖時(shí)，無法正確解讀流程圖的含義。

教學(xué)策略2：定量分析+實(shí)驗(yàn)流程圖——基于“模型建構(gòu)”的化工思維

教學(xué)過程中，采用定性和定量相結(jié)合突破認(rèn)識(shí)障礙（如表2）。教學(xué)中將雜質(zhì)含量定量化，如10gKNO3和0.1gNaCl，預(yù)設(shè)加熱到達(dá)的溫度，如配成80℃時(shí)硝酸鉀的濃溶液，估算所需水的體積，通過數(shù)據(jù)計(jì)算冷卻前后KCl均是不飽和狀態(tài)，抓住時(shí)機(jī)剖析過濾操作中的難點(diǎn)，突破和提升對(duì)過濾操作流程的認(rèn)識(shí)，展示所需裝置，認(rèn)識(shí)蒸發(fā)濃縮是加熱溶解的后續(xù)操作，并初步認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)流程圖（如圖1）。

圖1 提純含少量氯化鉀的硝酸鉀流程

表2 溶解度數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)意圖：過濾操作雖然簡單，但教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生不能“活學(xué)活用”。此時(shí)我們把將定性的討論改成定量的分析，設(shè)定溫度，計(jì)算出加水量，避免出現(xiàn)加水太多，提純率過低的問題，使實(shí)驗(yàn)操作更加科學(xué)化。以“三步走”的形式展現(xiàn)教學(xué)過程，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)問題的剖析、實(shí)驗(yàn)裝置操作要點(diǎn)的解析，最終抽象出實(shí)驗(yàn)流程圖，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)知識(shí)由“靜態(tài)展示”到“動(dòng)態(tài)掌握”的轉(zhuǎn)化，將“呆板知識(shí)”變成了“靈活應(yīng)用”。

問題3：萃取操作缺失某些基本常識(shí)，如知道四氯化碳不溶于水，兩者均是無色液體，但卻不清楚兩者混合在一起會(huì)存在明顯的差別，可以通過加水來辨別四氯化碳和水；知道四氯化碳和苯都不溶于水，卻不知向溴的四氯化碳溶液中加入苯有什么現(xiàn)象？

教學(xué)策略3：引入輔助實(shí)驗(yàn)，突破認(rèn)知障礙——基于“先行組織”的引導(dǎo)思維

利用“先行組織者”策略將適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)性材料對(duì)當(dāng)前所學(xué)新內(nèi)容進(jìn)行預(yù)先鋪墊，建立好新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，促進(jìn)新知識(shí)內(nèi)容的消化與吸收。教學(xué)過程中以資料卡的形式呈現(xiàn)碘單質(zhì)在水、四氯化碳、苯、乙醇中的溶解性（如表3），學(xué)生實(shí)驗(yàn)體會(huì)萃取和分液，討論酒精是否能做萃取劑？并增加演示實(shí)驗(yàn)，碘（s）+酒精；碘（s）+CCl4；碘（s）+H2O；H2O+CCl4；CCl4+苯；學(xué)生實(shí)驗(yàn)：碘水+CCl4；碘水+酒精；邊實(shí)驗(yàn)、邊觀察，邊思考，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

表3 碘在不同溶劑中的溶解度

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生缺乏對(duì)彼此間溶解性的感性認(rèn)識(shí)，存在“只見樹木不見森林”的現(xiàn)象，就像攀巖者在攀登過程中的關(guān)鍵是在懸崖峭壁中找到合適支撐點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中也要抓住認(rèn)識(shí)障礙點(diǎn)，引入輔助實(shí)驗(yàn)，搭建腳手架，創(chuàng)設(shè)與培養(yǎng)匹配實(shí)驗(yàn)情境，突破溶劑間溶解性的關(guān)系，獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)，有助于培養(yǎng)理性思維，以幫助學(xué)生突破認(rèn)識(shí)障礙，實(shí)現(xiàn)圍繞“知識(shí)”轉(zhuǎn)變?yōu)閲@“認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變”。

問題4：學(xué)生缺乏特殊現(xiàn)象處理經(jīng)驗(yàn)，如過濾后濾液明顯渾濁，如何處理？蒸發(fā)結(jié)晶中，當(dāng)出現(xiàn)大量固體時(shí)，如何操作？如何正確分液？蒸餾操作如果忘記加沸石，如何補(bǔ)救？

教學(xué)策略4：裝置拓展+危機(jī)處理——基于“應(yīng)急處理”實(shí)驗(yàn)思維

教學(xué)過程中應(yīng)該有應(yīng)急處理措施。如過濾裝置應(yīng)“一貼、二低、三靠”，操作中若發(fā)現(xiàn)過濾后濾液明顯渾濁，應(yīng)更換濾紙重新過濾；蒸發(fā)結(jié)晶中，當(dāng)出現(xiàn)大量固體時(shí)，應(yīng)該停止加熱，利用余熱將水蒸干；分液漏斗使用過程中應(yīng)先檢漏，震蕩后放氣，下層液體應(yīng)從下口放出，上層液體從上口倒出，避免交叉污染；蒸餾操作時(shí)，溫度計(jì)水銀球應(yīng)靠近蒸餾燒瓶支管口附近，冷卻水的流向?yàn)橄逻M(jìn)上出，如果忘記加沸石，處理方法應(yīng)該是先停止加熱，冷卻后補(bǔ)加沸石等。

設(shè)計(jì)意圖：教學(xué)中存在“考教脫節(jié)”與“時(shí)代脫節(jié)”的現(xiàn)象，學(xué)生會(huì)困惑于蒸餾裝置中牛角管什么時(shí)候出現(xiàn)支管？牛角管和接受器間要不要加橡膠塞？減壓過濾的目的和操作步驟是什么？教學(xué)中需要在基礎(chǔ)裝置的介紹上，拓展實(shí)驗(yàn)室常用的減壓蒸餾和抽濾裝置，開闊視野，并著重滲透化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)急處理方法，使學(xué)生具備初步解決實(shí)驗(yàn)危機(jī)的能力。

問題5：中國科學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)背后的化學(xué)故事？

教學(xué)策略5：引入化學(xué)史——基于“態(tài)度責(zé)任”的情感思維

筆者在教學(xué)中也嘗試著引入化學(xué)史教育，中國科學(xué)家屠呦呦，為了研究抗瘧疾藥物，分析了200多種中藥，嘗試了近400多種分離提純方式，最終選擇乙醚低溫萃取法，從中藥青蒿草中提取出了青蒿素，為人類的抗瘧疾事業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)，挽救了全球數(shù)百萬人的生命。

設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)史實(shí)中蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思想和科學(xué)方法，是化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生素養(yǎng)不可替代的一座富礦。以史為鏡，成為培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的催生點(diǎn)。情感的升華，使學(xué)生堅(jiān)信化學(xué)能帶給社會(huì)正面的影響，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，堅(jiān)信科學(xué)改變世界。

三、教學(xué)反思

1.關(guān)注學(xué)生原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、圍繞認(rèn)知障礙進(jìn)行教學(xué)突破

建構(gòu)主義者認(rèn)為學(xué)生不是空著腦袋進(jìn)入教室的，教學(xué)中應(yīng)關(guān)注學(xué)生原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，這些已有經(jīng)驗(yàn)可能是對(duì)新知識(shí)學(xué)習(xí)有利的，也可能是某些錯(cuò)誤的觀念，阻礙新知識(shí)的學(xué)習(xí)，以此為前提，并根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)學(xué)生在教學(xué)后中可能出現(xiàn)的問題，抓住學(xué)生的認(rèn)識(shí)障礙點(diǎn)，基于“最近發(fā)展區(qū)”，搭建腳手架、創(chuàng)設(shè)相匹配的情境，才能有效地突破認(rèn)識(shí)障礙，實(shí)現(xiàn)新知識(shí)的學(xué)習(xí)。

2.構(gòu)建解決問題的程序，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/h3>

布魯納曾說過：“孩子們?cè)诮淌依锏乃鶠楹涂茖W(xué)家在實(shí)驗(yàn)室的所為只有程度不同，沒有本質(zhì)區(qū)別?！苯虒W(xué)中需要有意識(shí)地培養(yǎng)化學(xué)家的思考方式，逐漸養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣，最終形成科學(xué)思維方式?！笆谥贼~不如授之以漁”，教學(xué)中應(yīng)著重滲透解決問題的方法和手段，從高視角建構(gòu)對(duì)知識(shí)的理解，并形成解決問題的程序性知識(shí)。學(xué)生能夠?qū)W會(huì)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)思維，樂于主動(dòng)獲取新知識(shí)，并能對(duì)新信息進(jìn)行加工處理，形成終身學(xué)習(xí)的能力。

3.抽象實(shí)驗(yàn)流程圖，提高實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)層次

對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行抽象概括，并以圖示的方式展示。這種實(shí)驗(yàn)流程圖能輔助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，有助于其形成清晰的實(shí)驗(yàn)思路。相關(guān)研究表明，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)置實(shí)驗(yàn)流程圖，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案及步驟填寫的得分率明顯高于對(duì)照組，且能比較準(zhǔn)確地填寫出實(shí)驗(yàn)步驟。這類圖示具有清楚解釋元認(rèn)知策略的作用，有助于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法培養(yǎng)及程序性知識(shí)獲取。［1］

4.關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和實(shí)驗(yàn)品質(zhì)的提升

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)工作者獲取知識(shí)的重要途徑，也是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，習(xí)慣決定成敗，良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣包括：提前預(yù)習(xí)，規(guī)范操作，認(rèn)真觀察并做好記錄，收集實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，實(shí)驗(yàn)中注重實(shí)驗(yàn)變量的控制，除此之外，更要注重實(shí)驗(yàn)應(yīng)急措施的滲透，注重化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全教育，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神和一絲不茍的科學(xué)態(tài)度。

四、結(jié)語

基于學(xué)生問題解決模式下研究實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)能夠更加有針對(duì)性，關(guān)注學(xué)生原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、圍繞認(rèn)識(shí)障礙進(jìn)行教學(xué)突破，研究效果顯著?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的三要素相輔相成，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ腔瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的核心，決定著實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展水平，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘匈囉谒季S體系的完善、實(shí)驗(yàn)方法的培養(yǎng)和解決問題的程序方法的構(gòu)建，實(shí)驗(yàn)品質(zhì)的提升和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的形成則需要長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)性積淀和教師潛移默化的滲透?？傊?，化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升，需要在教師的引導(dǎo)下，主動(dòng)獲取知識(shí)，形成科學(xué)的實(shí)驗(yàn)觀，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思維解決實(shí)際問題，踐行化學(xué)學(xué)科價(jià)值。