摘要： 通過文獻(xiàn)調(diào)研，梳理基于“替代品”設(shè)計(jì)的優(yōu)秀的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案。將這些實(shí)驗(yàn)案例應(yīng)用到化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有助于建立基于教材的知識(shí)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、基于“真實(shí)”問題的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩種教學(xué)模式，且有益于促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)和理解以及提升探究能力與創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞： 替代品； 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例； 教學(xué)模式

文章編號(hào)： 1005-6629（2023）04-0064-04

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的課程理念中要求重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)［1，2］，倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，倡導(dǎo)做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)，開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。在課標(biāo)教學(xué)建議中，對(duì)于條件有限的學(xué)校，可采取教師演示實(shí)驗(yàn)或利用替代品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［3，4］。課標(biāo)中提到的“替代品”指的是實(shí)驗(yàn)替代品。實(shí)驗(yàn)替代品可以是試劑替代品也可以是實(shí)驗(yàn)儀器替代品。試劑替代品主要是生活用品，如日常生活中的調(diào)味品、食材、醫(yī)藥、洗護(hù)用品、化肥、花肥等。實(shí)驗(yàn)儀器替代品可以是生活中的容器、量器、熱源、電池、導(dǎo)線等。這類替代品在各類實(shí)體市場(chǎng)或線上商城中易得而且安全，不受各類政策限制，對(duì)于條件有限的學(xué)校開展實(shí)驗(yàn)研究提供了方便，能提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)開出率與動(dòng)手率，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力與科學(xué)精神。

1? 基于“替代品”的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

化學(xué)與生活密切相關(guān)，從生活走進(jìn)化學(xué)，從生活中學(xué)習(xí)化學(xué)。用化學(xué)讀懂生活，將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活中去，讓化學(xué)科學(xué)與學(xué)生的生活世界融為一體?；谏鲜龅膶W(xué)習(xí)理念，化學(xué)教育工作者設(shè)計(jì)了很多基于替代品的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案。在中國(guó)知網(wǎng)以“生活化學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”為主題搜索，可以搜索到42條文獻(xiàn)記錄。很多都是在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上采用替代品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案。這些實(shí)驗(yàn)方案密切聯(lián)系生活，實(shí)驗(yàn)藥品與儀器在生活中比較易得，便于激發(fā)學(xué)生興趣自己動(dòng)手實(shí)踐，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。表1、表2列出部分文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的方案以及部分作者的原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)方案。

表1實(shí)驗(yàn)方案屬于知識(shí)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)是教材的演示實(shí)驗(yàn)，或是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的延伸或改進(jìn)。表2實(shí)驗(yàn)方案是基于真實(shí)問題情境的項(xiàng)目化研究的探究性實(shí)驗(yàn)。

2? 基于“替代品”設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式

面對(duì)眾多的替代品化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，如何將它們應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)實(shí)際而不是僅停留在文獻(xiàn)里，使其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神方面更好地發(fā)揮作用？經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為基于替代品實(shí)驗(yàn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有以下兩種有效模式：一是基于教材知識(shí)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；二是基于“真實(shí)”問題項(xiàng)目化研究的探究性實(shí)驗(yàn)。

2.1? 基于教材知識(shí)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

學(xué)生在完成一些章節(jié)的化學(xué)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)之后，教師用某些文獻(xiàn)中的替代品實(shí)驗(yàn)方案，布置學(xué)生的實(shí)踐性作業(yè)。由學(xué)生準(zhǔn)備替代品開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行視頻錄制，教師組織全班學(xué)生觀看，并進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)者再根據(jù)大家的意見，改進(jìn)設(shè)計(jì)與重新實(shí)驗(yàn)。教師組織評(píng)分將分?jǐn)?shù)計(jì)入學(xué)生成績(jī)（見圖1）。

這類實(shí)驗(yàn)每位學(xué)生都可開展探索與研究，拓寬了實(shí)驗(yàn)參與人群。實(shí)驗(yàn)過程基于真實(shí)情境，在設(shè)計(jì)以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，能加深化學(xué)知識(shí)的理解和記憶，促進(jìn)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，克服某些教材實(shí)驗(yàn)“照方抓藥或只能遠(yuǎn)觀不能動(dòng)手”的缺陷。通過實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等，深入理解和應(yīng)用已有的化學(xué)知識(shí)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，比較符合化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)要求，也與新課標(biāo)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求相一致。這類實(shí)驗(yàn)若布置為學(xué)生實(shí)踐性作業(yè)，還可以創(chuàng)新作業(yè)形式，符合國(guó)家“雙減”政策的要求。

2.2? 基于“真實(shí)”問題探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

對(duì)于化學(xué)學(xué)習(xí)者來說，用真實(shí)問題開展研究可以激發(fā)學(xué)生的感知，引起學(xué)生的挑戰(zhàn)欲望和學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生解決問題的動(dòng)力，讓學(xué)生用好奇的眼光、審視性的思維，摸索出解決問題的方法［11］。當(dāng)學(xué)生有了一定的化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能積累后，對(duì)文獻(xiàn)中描述的自己尚未學(xué)習(xí)過的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生探究欲望，對(duì)生活中某些未知問題有了研究的沖動(dòng)，此時(shí)可以引導(dǎo)他們進(jìn)行真實(shí)問題的探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生“像科學(xué)家一樣去進(jìn)行探究”。表2中列出了若干基于“真實(shí)”問題的探究性實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)校可以利用表中有關(guān)的替代品，采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的形式，指導(dǎo)學(xué)生開展研究?；谡鎸?shí)情境，先提出研究的問題，隨后獨(dú)立進(jìn)行資料收集、整理、研究等工作，放在團(tuán)隊(duì)中討論，最后付諸于實(shí)踐，解決問題尋求答案（見圖2）。

有三種類型的課程在學(xué)校教學(xué)中可以實(shí)施上述基于“真實(shí)”問題的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，簡(jiǎn)要闡釋如下。

2.2.1? 選修課程中實(shí)施

選修課指學(xué)校為培養(yǎng)學(xué)生個(gè)性，由學(xué)生自行安排選習(xí)的課程。選修課程由教師設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)興趣進(jìn)行選擇。教師提出關(guān)于替代品的化學(xué)“真實(shí)”問題，在教學(xué)中與學(xué)生一起討論，引導(dǎo)他們經(jīng)過不斷猜想、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)失敗，再猜想再實(shí)驗(yàn)，直至成功。

2.2.2? 社團(tuán)課程中實(shí)施

社團(tuán)是具有某些共同特征的人相聚而成的互益組織。對(duì)化學(xué)都感興趣和具有一定操作技能的學(xué)生組成化學(xué)社團(tuán)?；瘜W(xué)社團(tuán)給學(xué)生“真實(shí)”問題或者由他們自己提出“真實(shí)”問題。團(tuán)隊(duì)經(jīng)討論研究，提出解決問題的方案，最后進(jìn)行實(shí)證。由于學(xué)術(shù)性較高，合作意識(shí)更強(qiáng)，更能獲得探究的情感體驗(yàn)。

2.2.3? 研究性學(xué)習(xí)中實(shí)施

研究性學(xué)習(xí)是綜合實(shí)踐活動(dòng)板塊的一項(xiàng)內(nèi)容。作為高中生必修內(nèi)容計(jì)入高中學(xué)分。研究性學(xué)習(xí)是指從自身生活和社會(huì)生活實(shí)踐中選擇和確定研究專題，以類似科學(xué)研究的方式主動(dòng)地獲取知識(shí)，應(yīng)用知識(shí)解決問題的學(xué)習(xí)活動(dòng)。整個(gè)課題研究是由學(xué)生本人或團(tuán)隊(duì)自主完成，教師進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)。

選修、社團(tuán)、研究性學(xué)習(xí)這三種類型課程的實(shí)驗(yàn)探究是由教師引領(lǐng)、學(xué)生團(tuán)隊(duì)與學(xué)生個(gè)體共同研究的從低階到高階的過程。研究中引導(dǎo)學(xué)生圍繞“真實(shí)”問題，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，敏銳地捕捉實(shí)驗(yàn)的變化和差別，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3? 基于“替代品”的化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值

3.1? 把“知識(shí)”放置于“真實(shí)環(huán)境”中學(xué)習(xí)，提升知識(shí)理解力

實(shí)驗(yàn)試劑和儀器有的全部基于替代品或部分基于替代品。這些替代品可以在生活中方便購(gòu)買，選擇替代品過程中必然與學(xué)生累積化學(xué)知識(shí)相關(guān)聯(lián)。這種把“知識(shí)”放置于“真實(shí)環(huán)境”中的學(xué)習(xí)方式，可以培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感以及科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生化學(xué)知識(shí)的理解力。

3.2? 通過基于“真實(shí)”問題探究性實(shí)驗(yàn)，提升探究能力與創(chuàng)新意識(shí)

基于“真實(shí)”問題的探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生用自身儲(chǔ)備的化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)，能加深知識(shí)的理解與應(yīng)用。超出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)過程或在實(shí)驗(yàn)失敗后的總結(jié)中，又能綜合應(yīng)用已學(xué)習(xí)過的知識(shí)分析，再設(shè)計(jì)和再探究，提升科學(xué)探究能力。在解決實(shí)際問題的過程中，能主動(dòng)學(xué)習(xí)新的化學(xué)知識(shí)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。這種實(shí)驗(yàn)方式使學(xué)生對(duì)事物進(jìn)行全面觀察，抓住主要現(xiàn)象與特征，主動(dòng)對(duì)于未知進(jìn)行探索和實(shí)踐，提升了創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了創(chuàng)造才能。

3.3? 通過兩種模式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)觀念，提升化學(xué)教學(xué)水平

教師的化學(xué)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)大多數(shù)來自于教材。對(duì)于知識(shí)在生活中的應(yīng)用，有時(shí)也知之甚少。通過兩種模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)教師關(guān)注化學(xué)應(yīng)用意識(shí)和化學(xué)實(shí)際價(jià)值，對(duì)教材中的化學(xué)知識(shí)產(chǎn)生更深的認(rèn)識(shí)，也更有信心地去教授化學(xué)，通過這兩種模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師專業(yè)水平也會(huì)不斷提高。在條件有限的情況下，增強(qiáng)了教師創(chuàng)造條件進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意識(shí)和行動(dòng)，以達(dá)到新課標(biāo)提升學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊蟆?/p>

4? 基于“替代品”的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全問題

安全問題是讀者和編輯十分關(guān)心的問題。筆者已經(jīng)開展了多年替代品實(shí)驗(yàn)教學(xué)，沒有出現(xiàn)過一次安全事故。這是因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)基本掌握了化學(xué)操作技能以及一定的安全知識(shí)，會(huì)使用已儲(chǔ)備的安全知識(shí)思考與預(yù)期可能產(chǎn)生的問題風(fēng)險(xiǎn)，做好了必要的防護(hù)，把危險(xiǎn)扼殺在萌芽狀態(tài)，只要操作得當(dāng)，實(shí)驗(yàn)前引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，一般都不會(huì)出現(xiàn)問題，也就是說這類實(shí)驗(yàn)是安全的。

基于替代品的實(shí)驗(yàn)具有綠色安全、原料易得、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量小和方便等優(yōu)勢(shì)，比較適合學(xué)校教師開展日常教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生開展探究實(shí)驗(yàn)，更適合沒有專職實(shí)驗(yàn)員的鄉(xiāng)村學(xué)校或條件薄弱學(xué)校，在振興鄉(xiāng)村教育的新時(shí)代背景下，這類實(shí)驗(yàn)課程的應(yīng)用前景廣闊，未來可期。

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