姚毅

【摘 ?要】在實驗教學中，通過創(chuàng)設情境激發(fā)探究、實驗開啟探究、實驗深化探究、實驗拓展探究等環(huán)節(jié)的設計，明晰科學探究素養(yǎng)引領下的化學實驗教學脈絡，形成可操作的流程，同時按照“預測性質→設計實驗方案→實驗→現象分析討論→得出結論”的思路開展探究活動。本文以人教版（2019）必修1《鈉及其化合物》第一課時“鈉與水的反應”的教學為例，探討基于科學探究的教學設計，發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】科學探究;化學實驗教學

一、問題的提出

實驗探究是一種重要的科學實踐活動，應基于學生的證據意識培養(yǎng)和實際行為改善來設計教學。現行化學課程標準也要求培養(yǎng)學生能發(fā)現和提出有探究價值的問題;能從問題和假設出發(fā)，根據探究目的，設計探究方案;提高課堂教學效率，培養(yǎng)學生的學習能力，認真開展驗證性實驗和探究性實驗教學。目前，高中化學實驗教學在實驗準備不充分、實驗證據缺乏的情況下，有些教師通過講實驗、視頻實驗 “圓滿”地完成實驗教學。這樣做割裂了證據和結論的聯系，實驗教學仍舊重驗證和培養(yǎng)學生的基本操作;這樣做，學生雖然參與了，但動“手”多，動“腦”少，只要得出了結論就好，而在得出結論的過程中所要蘊含的科學方法和思想一律忽略，這種只關注“探”而不重視“究”最大的問題是缺失了證據意識和科學素養(yǎng)的形成和發(fā)展。本文以“鈉與水的反應”的教學為例，探討基于科學探究的教學設計，發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。

二、教材與學情分析

教材分析：“鈉與水的反應”內容，課程標準中對應的學業(yè)要求是，能夠描述、辨認識別鈉的重要物理性質及實驗現象;能寫出鈉的主要化學性質的化學方程式或離子方程式;能用價-類二維認識模型，設計實驗驗證預測，并能通過實驗收集證據，分析證據得出結論并解釋有關實驗現象。本部分內容承接第一章“物質及其變化”，鋪墊第三章“鐵和金屬材料”及第四章的“元素周期律”等內容。所以本節(jié)課內容既可以鞏固前面所學習的物質的分類及轉化、離子反應和氧化還原反應等理論知識，又可以為后面繼續(xù)學習其他元素、建構物質結構和元素周期律、了解化學反應與熱量等知識打下學習的方法基礎。

學情分析：初中階段學生已學過鐵、鋅等金屬，初步接觸了金屬單質的研究方法，已經學會從金屬活動性順序的角度去研究金屬的共性和特性。通過第一章的學習，學生已經具備從類別、化合價角度研究物質的知識基礎和素養(yǎng)儲備，但理解不夠深入，缺乏應用氧化還原反應知識推測鈉的性質并加以證明的科學方法。故在教學中需要在教師的引導下進行基于證據推理的有關科學探究，這也是本節(jié)課的關鍵和創(chuàng)新。

三、教學進程

（一）教學目標

（1）了解鈉與水反應的現象和本質，正確書寫有關的化學方程式。

（2）以鈉與水反應的學習為線索，逐步形成價-類二維認識模型。

（3）在研究鈉與水反應的過程中，能依據預測設計實驗方案，經過實驗證實或證偽，培養(yǎng)證據推理意識。

（二）教學重點和難點

重點：鈉與水反應;價-類二維認識模型的建構。

難點：鈉與水的實驗探究。

（三）設計思路

從生活場景引入新課，并布置任務：鈉著火能否用水滅火，后繼學習中圍繞這一任務展開;緊接著用實驗開啟探究，讓學生通過預測鈉與水反應的產物，再從教材實驗和氧化還原理論兩個角度予以驗證;繼續(xù)就如何改進教材實驗使鈉與水反應的產物可見，通過實驗設計和實驗來深化探究;最后就鈉能否置換出銅等不活潑的金屬，通過鈉與CuSO4溶液反應和鈉與CuO反應來拓展探究，得出鈉置換出不活潑金屬的條件。這樣環(huán)環(huán)相扣，層層遞進，讓學生在科學探究中興趣盎然，在掌握知識的同時培養(yǎng)其實驗設計能力、動手操作能力、證據意識，提高學生的綜合素養(yǎng)。

（四）教學過程

1.情境創(chuàng)設，激發(fā)探究

【新聞視頻】沈陽一企業(yè)庫存金屬鈉爆燃致廠房起火。

師：你是現場指揮者，將采取什么樣的措施救火？

學生1：用水滅火。

學生2：用泡沫滅火器滅火。

學生3：用干冰滅火器滅火。

師：以上物品能否用來滅火呢？用提供的試劑和藥品經過實驗得出結論。

設計意圖：真實具體的問題情境是學生化學學科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺，為學生化學學科核心素養(yǎng)提供了真實的表現機會。本環(huán)節(jié)以生活中真實發(fā)生的工廠鈉起火、滅火事件引入該課，迅速將學生帶入本節(jié)課的探究情境：鈉與水的反應。同時將滅火物質的選擇設計成課時學習的線索，貫穿課堂的始終，使該資源的價值和功能發(fā)揮得淋漓盡致。

2.實驗開啟探究

【實驗】用鑷子夾取一小塊鈉，用濾紙吸干表面的煤油，用刀切去外皮，取綠豆大的一粒鈉，投入有水的燒杯中。

【問題】

（1）描述鈉與水反應的實驗現象，并分析得出對應的結論。

（2）通過以上實驗，試歸納鈉單質的物理性質，并說出推斷理由。

（3）預測Na與H2O反應的化學方程式并說明理由。

教師強調安全注意事項，學生分組實驗，合作討論匯報。

學生1：鈉浮在水面上（結論：鈉密度小于水的密度）;鈉熔化成小球（結論：鈉的熔點低，鈉與水的反應放熱）;鈉球四處游走（產生氣體反推作用）;有“嘶嘶”聲（產生氣體）;鈉最終消失（鈉反應完全）。

學生2：鈉單質物理性質：質軟（刀切），銀白色，密度大于煤油而小于水，熔點低（在水面上可熔）。

學生3：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，理由：活潑金屬可與水或酸反應置換出H2。

師生一起點評，評價其合理性及不足之處。

設計意圖：本環(huán)節(jié)將教材上“觀察鈉的顏色”和“鈉與水的反應”探究活動整合在一起，帶領學生認識鈉與水的反應;取消了教材上滴加酚酞的操作，調整了預測化學方程式和動手實驗的順序，這一處理把學生將要學習的鈉當作完全未知的東西，增強其演示的意義和教學的價值，能更好地將“教材”變“學材”，并引導學生學會從物質類別和化合價的角度去認識物質的性質，逐步建立價-類二維認識模型。

3.實驗深化探究

師：剛才我們從鈉的結構和化合價的角度預測了鈉與水反應的產物，但從實驗現象不能得到很肯定的結論，那么可設計哪些方案來驗證我們預測的產物。

方案一：往水中滴加酚酞，再加鈉，觀察溶液是否變紅。思路：NaOH溶液呈堿性，遇酚酞變紅。

方案二：用香煙盒里的“錫紙”包好一小塊鈉，用針在“錫紙”上刺幾個小孔，用鑷子夾住，放入水中的試管口下方，并用排水法收集氣體，靠近火焰，檢驗是否有爆鳴聲。

方案三：用實驗室制CO2的裝置，將水滴到鈉上，用產生的氣體吹肥皂泡，再將氣泡點燃。

師生一起評價、篩選最佳可行的方案，并動手驗證，分析得出結論。

學生1： 加了酚酞的水變紅，證明有NaOH生成。

學生2：肥皂泡點燃后，有清脆的爆鳴聲，證明氣體產物是氫氣。

師：能否用含水溶液的滅火劑來滅鈉引發(fā)的火災？

學生：不能，因為鈉與水會反應放熱且產生H2。

師：火災現場存放有大量的鈉時，需要用干燥的沙土來滅火。至于CO2為什么不能用于滅火，我們將在下一節(jié)課學習。

設計意圖：Na與H2O反應產物的探究是本課時的教學重點。先從化合價角度預測鈉與水反應的產物，再引導學生從已有的知識出發(fā)，設計實驗使鈉與水反應的產物“可見”，并實驗驗證之。基于學生最近發(fā)展區(qū)進行分析推理、證實假設的科學探究思維，診斷并評價學生科學探究水平。滴加了酚酞的水變紅、鈉塊在水層中“跳舞”、肥皂泡炸裂的爆鳴聲給了學生無限成功的喜悅，極大促進學生愿意探究的欲望。

師：談談這節(jié)課的收獲。

學生1：鈉元素的常見化合價是+1，所以鈉單質在反應中化合價會升高體現出還原性。

學生2：研究物質性質的方法：根據結構或化合價等知識預測性質→設計實驗方案→實驗→現象分析討論→得出結論。

設計意圖：在一節(jié)課結束時，讓學生對這一節(jié)所學所思做一個小結，有利于知識的結構化、認識思路的結構化，能更好地將知識和方法內化，指導今后的學習，有利于學生核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

四、教學反思

（一）開展有效的探究

本節(jié)課在教材探究實驗的基礎上引導學生設計實驗使氣體等產物“可見”并驗證其成分，同時探究鈉置換出不活潑金屬的條件。在創(chuàng)設的真實情境中學生主動參與整個探究過程，既認識金屬鈉的性質，掌握實驗操作，也感受到化學實驗的變化之美，同時更重要的是知曉實驗為什么要這樣設計，這樣設計的原因是什么。知識的學習和探究素養(yǎng)的形成并重。

（二）對教材實驗的再認識

人教版《化學》必修1中將“鈉與水的反應”設計成了探究實驗，給出了非常明確的探究步驟：預測、實驗、觀察描述實驗現象，基于實驗得到的證據，分析推理得出結論。這樣有利于學生探究思路的結構化，同時教材上的探究又是不完美的，主要是生成氣體及氣體成分確定證據不足。而正是教材實驗的這種缺陷和不足給我們留下了探究的空間，能更好地引導學生發(fā)現問題、提出問題、解決問題，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

【參考文獻】

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[4]于寶忠，崔利新，張國昶.基于核心素養(yǎng)，指向深度學習的高中化學學歷案設計——以“鈉”主題教學為[J].化學教與學，2019（1）：10.

（基金項目：湖南省教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度課題《新課標背景下高中化學課堂教學實踐研究》（課題批準號：XJK21CJC080）階段研究成果;湖南省教育科學研究工作者協會“十四五”規(guī)劃2021年度立項課題《核心素養(yǎng)視域下農村高中化學情境化教學的應用研究與實踐》（課題編號：XJKX21B411）階段研究成果）