毛海紅　洪茲田

摘? ?要：倡導(dǎo)增進(jìn)學(xué)科理解的教學(xué)是核心素養(yǎng)視域下促進(jìn)課堂轉(zhuǎn)型的應(yīng)然要求，而探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)立足學(xué)科本源，將實(shí)驗(yàn)作為撬動(dòng)教與學(xué)方式轉(zhuǎn)變的重要支點(diǎn)。以人教版必修二“化學(xué)反應(yīng)限度”的教學(xué)為例，探索基于探究性實(shí)驗(yàn)增進(jìn)對(duì)“可逆反應(yīng)”的理解。通過將實(shí)驗(yàn)探究與問題驅(qū)動(dòng)、活動(dòng)環(huán)節(jié)有效融合，提高學(xué)生基于探究實(shí)驗(yàn)情境解決真實(shí)問題的能力，進(jìn)而增進(jìn)學(xué)科理解、構(gòu)建素養(yǎng)為本的思維課堂。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；探究性實(shí)驗(yàn)；核心素養(yǎng)；學(xué)科理解；可逆反應(yīng)

1? 問題的提出

素養(yǎng)為本的教學(xué)強(qiáng)調(diào)精選學(xué)科內(nèi)容，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、情境化。從“素養(yǎng)為本”的教學(xué)實(shí)際出發(fā)，掌握學(xué)科的核心內(nèi)容、理解學(xué)習(xí)的過程是課程層面與教學(xué)層面理解的基礎(chǔ)，是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。基于學(xué)科理解視角，開展以生為本的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)化了學(xué)生學(xué)科思想的形成及學(xué)科能力的培養(yǎng)，提升了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，可使學(xué)生主動(dòng)參與課堂學(xué)習(xí)，進(jìn)行積極思考和探索，認(rèn)真操作和實(shí)踐，利用已有的化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基本操作技能，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)思和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，呈現(xiàn)可行的實(shí)驗(yàn)方案來實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和要求需要，從而進(jìn)行培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)目標(biāo)的課堂改革[ 1 ]?；趯?duì)化學(xué)學(xué)科內(nèi)容的認(rèn)識(shí)視角與認(rèn)識(shí)思路不同，將具體的實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容與與教師引導(dǎo)有效結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)解決問題的能力，體驗(yàn)化學(xué)知識(shí)原理、思維方式在生產(chǎn)生活實(shí)際問題中的廣泛應(yīng)用。

2? 探究性實(shí)驗(yàn)的核心素養(yǎng)功能[ 2 ]

2.1? 培養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)可強(qiáng)化學(xué)生利用宏觀與微觀、現(xiàn)象與本質(zhì)相結(jié)合的方法分析和解決化學(xué)問題。例如，通過FeCl3溶液與KI溶液的試管實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象入手，分析微觀過程，進(jìn)而建立可逆反應(yīng)的概念和反應(yīng)模型，通過直觀的現(xiàn)象，加深對(duì)可逆反應(yīng)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的素養(yǎng)。

2.2? 培養(yǎng)“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)

探究性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生真實(shí)參與到實(shí)驗(yàn)的探究、討論分析過程中，動(dòng)手實(shí)踐，使抽象的概念可視化，切身經(jīng)歷知識(shí)的形成，進(jìn)一步了解化學(xué)變化的本質(zhì)特征，從不同角度認(rèn)知化學(xué)反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生“變化觀念與平衡思想”的素養(yǎng)。

2.3? 培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體現(xiàn)了“學(xué)為主體，教為主導(dǎo)”的理念。例如，可通過顏色變化、電流值的變化理解可逆反應(yīng)，幫助構(gòu)建化學(xué)平衡的模型，通過“宏觀—微觀—曲線—符號(hào)”四重表征理解化學(xué)反應(yīng)的限度，幫助學(xué)生從多角度直觀地進(jìn)行概念的建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.4? 培養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)

探究性實(shí)驗(yàn)是指在教師的引導(dǎo)下，以學(xué)生為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)使得學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)參與、積極探究，但前提是學(xué)生能夠預(yù)習(xí)、產(chǎn)生疑問，通過提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、得出結(jié)論和反思總結(jié)等過程，獲得認(rèn)知，最終升華為科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)的提升。

2.5? 培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中所使用的藥品和用量都必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，如果出現(xiàn)操作失誤，可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。這就需要學(xué)生自行分析失敗原因，并對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過程進(jìn)行改進(jìn)，從而培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)綠色環(huán)保，盡量不污染環(huán)境，從而培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。

3? 探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式

探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式如圖1所示。

4? 探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施——以“化學(xué)反應(yīng)限度”教學(xué)為例

4.1? 探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本程序[ 3 ]

4.1.1? 確定內(nèi)容

以人教版必修二“化學(xué)反應(yīng)限度”的教學(xué)為例，學(xué)生初次學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)限度，重點(diǎn)在于對(duì)可逆反應(yīng)的理解。在選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》的第二章第三節(jié)中重點(diǎn)通過可逆反應(yīng)進(jìn)行化學(xué)平衡模型的建構(gòu)，進(jìn)一步對(duì)化學(xué)平衡和影響平衡的因素進(jìn)行認(rèn)識(shí)，深化化學(xué)平衡原理。另作為本節(jié)內(nèi)容，可對(duì)化學(xué)平衡的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生指導(dǎo)價(jià)值，同時(shí)深化對(duì)化學(xué)反應(yīng)限度的理解和應(yīng)用。

4.1.2? 提出問題

從完全反應(yīng)到可逆反應(yīng)，學(xué)生的認(rèn)知能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?huì)進(jìn)行一次較大的跨越。在此過程中，實(shí)驗(yàn)探究是學(xué)習(xí)和理解可逆反應(yīng)的重要途徑，宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與微觀曲線圖承載的功能截然不同。如何使學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究、建立認(rèn)知模型、運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象等是本節(jié)課教學(xué)中重點(diǎn)要解決的問題。

4.1.3? 設(shè)計(jì)方案

通過反應(yīng)“2Fe3+ + 2I-？葑2Fe2+ + I2”，觀察宏觀現(xiàn)象（如：溶液顏色變化）與微觀現(xiàn)象（如：電流方向的變化），讓學(xué)生認(rèn)識(shí)可逆反應(yīng)以及可逆反應(yīng)的特征，并進(jìn)一步體會(huì)化學(xué)反應(yīng)中限度的廣泛存在，引導(dǎo)學(xué)生初步建立平衡的思想，讓學(xué)生在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中深刻感受發(fā)現(xiàn)與分析問題、思考與解決問題的過程。

4.1.4? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

基于對(duì)核心素養(yǎng)的理解與探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行整合，將學(xué)生帶入實(shí)驗(yàn)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，使他們能夠積極主動(dòng)地利用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行思考與質(zhì)疑、分析與推理，最終解決問題。

4.1.5? 得出結(jié)論

進(jìn)行“定性實(shí)驗(yàn)”與“定量實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)于可逆反應(yīng)的理解，幫助建構(gòu)化學(xué)平衡的模型，通過“宏觀—微觀—曲線—符號(hào)”四重表征理解化學(xué)反應(yīng)的限度，幫助學(xué)生從不同角度進(jìn)行概念建構(gòu)。

4.1.6? 實(shí)踐應(yīng)用

通過對(duì)可逆反應(yīng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的探究性教學(xué)，知道可逆反應(yīng)有一定限度。學(xué)生可將探究成果應(yīng)用到生活實(shí)踐中，有利于強(qiáng)化化學(xué)學(xué)科理解的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果。

4.2? 素養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成

從宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，設(shè)計(jì)問題，分析問題，產(chǎn)生新的疑問，呈現(xiàn)微觀電流方向變化曲線，得到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的本質(zhì)，并用離子反應(yīng)方程式進(jìn)行符號(hào)表征。學(xué)會(huì)將宏觀與微觀、現(xiàn)象與本質(zhì)相結(jié)合的方法運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的現(xiàn)象中，從而發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)。

在對(duì)可逆反應(yīng)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中，自主發(fā)現(xiàn)問題，做出有依據(jù)的假設(shè)，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，收集證據(jù)，書寫離子反應(yīng)方程式，建構(gòu)認(rèn)知模型，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。

4.3? 教學(xué)簡(jiǎn)要流程

簡(jiǎn)要的教學(xué)流程如圖2所示。

4.4? 教學(xué)實(shí)施過程[ 4 ]

4.4.1? 初步實(shí)驗(yàn)，引起思考

實(shí)驗(yàn)探究1：FeCl3溶液和KI溶液發(fā)生如下反應(yīng)：2Fe3+ +2I- → 2Fe2+ + I2，請(qǐng)思考該反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)？

實(shí)驗(yàn)藥品：1 mol/L KI溶液、1 mol/L FeCl3溶液、CCl4、KSCN溶液等。

實(shí)驗(yàn)儀器：量筒、試管、膠頭滴管等。

小組進(jìn)行交流與討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可行方案。

分組實(shí)驗(yàn)：在試管中加入約10 mL 1mol/L KI溶液，再加入約1 mL 1 mol/L FeCl3溶液，充分反應(yīng)后加入等體積的CCl4溶液，振蕩且靜置，在上層液中滴加硫氰化鉀溶液，觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：分層；下層為紫紅色；上層變血紅色。

設(shè)計(jì)意圖：經(jīng)歷該實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察，在觀察中分析問題，發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的核心素養(yǎng)。

4.4.2? 引發(fā)思考，提出問題

問題1：為什么CCl4層會(huì)變成紫紅色，上層液滴加硫氰化鉀會(huì)變血紅色？

教師指導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，確定2Fe3+? + 2I- ？葑 2Fe2+ + I2是可逆反應(yīng)。結(jié)合以上兩點(diǎn)定性了解可逆反應(yīng)。

問題2：究竟是Fe3+ 沒有充分反應(yīng)，還是反應(yīng)逆向進(jìn)行？

教師引導(dǎo)學(xué)生思考，引出下一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力，同時(shí)要求學(xué)生注意發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的問題。

4.4.3? 實(shí)驗(yàn)探究，方法滲透

實(shí)驗(yàn)探究2：能否從定量的角度更直觀的“看出”可逆反應(yīng)的正向、逆向進(jìn)行？

實(shí)驗(yàn)藥品：0.1 mol/L FeCl2溶液、1 mol/L KI溶液、1 mol/L FeCl3溶液、碘單質(zhì)、瓊脂、飽和KCl溶液。

實(shí)驗(yàn)儀器：U形管、石墨電極、微電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)。

分組進(jìn)行交流與討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

分組實(shí)驗(yàn)：連接裝置，向U形管正極區(qū)加入約10 mL 0.1 mol/L FeCl2溶液，向負(fù)極區(qū)加入約10 mL 1 mol/L KI溶液和少量碘單質(zhì)，開始實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可觀察到電流的變化。反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，向正極區(qū)加入約1滴管1 mol/L FeCl3溶液，得到電流隨時(shí)間的變化（圖3）。

小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：電流曲線從開始時(shí)逐漸減小到平穩(wěn)，加入FeCl3溶液后，電流由負(fù)變正，方向發(fā)生變化。

設(shè)計(jì)意圖：經(jīng)歷“2Fe3+ + 2I- ？葑 2Fe2+ + I2”定性實(shí)驗(yàn)到“2Fe3+ + 2I- ？葑 2Fe2+ + I2”定量實(shí)驗(yàn)的分析過程，使學(xué)生感受探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)與分析問題、思考與解決問題的過程，并且在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中提升拓展，滲透育人價(jià)值，讓學(xué)生在潛移默化中接受教育，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力與解決問題的能力。

4.4.4? 問題層層遞進(jìn)，促進(jìn)深度理解

問題1：電流為負(fù)，說明2Fe3+ +2I-? 2Fe2+ + I2正在向哪邊進(jìn)行？

電流傳感器的紅線連接石墨，浸人FeCl2溶液的一端；電流傳感器的黑線連接石墨，浸入KI、I2混合溶液的一端。如果FeCl2溶液的一端為正極區(qū)，KI、I2混合溶液的一端為負(fù)極區(qū)，電流應(yīng)該為正?，F(xiàn)在電流為負(fù)，說明FeCl2溶液的一端為負(fù)極區(qū)，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Fe2+ - 2e- = 2Fe3+；KI、I2混合溶液的一端為正極區(qū)，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：I2 + 2e- = 2I-。即反應(yīng)向逆方向進(jìn)行。

問題2：向FeCl2溶液的一端加入約1 mL 1 mol/L FeCl3溶液后，曲線出現(xiàn)如圖3所示的突變，說明什么？

電流由負(fù)變正，說明該反應(yīng)方向發(fā)生變化。原FeCl2溶液的一端由負(fù)極區(qū)變?yōu)檎龢O區(qū)，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+；原KI、I2混合溶液的一端由正極區(qū)變?yōu)樨?fù)極區(qū)，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2I- - 2e- = I2。實(shí)驗(yàn)中通過改變?nèi)芤簼舛?，?shí)現(xiàn)了反應(yīng)方向的逆轉(zhuǎn)。

問題3：電流的負(fù)與正，說明什么？如果電流為0，表示什么？

電流為負(fù)，則說明逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率；電流為正，則說明正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；電流為0，則表示正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，即反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

設(shè)計(jì)意圖：通過問題的層層遞進(jìn)，促使學(xué)生理解可逆反應(yīng)，同時(shí)說明可逆反應(yīng)有一定限度。

通過對(duì)可逆反應(yīng)的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生知道可逆反應(yīng)是有一定限度的；通過對(duì)可逆反應(yīng)過程中電流方向變化曲線的分析，加深了學(xué)生對(duì)可逆反應(yīng)的理解，在此基礎(chǔ)上建立起化學(xué)平衡的概念。

設(shè)計(jì)意圖：強(qiáng)化學(xué)生對(duì)本節(jié)知識(shí)的理解，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的探究意識(shí)和學(xué)習(xí)欲望，以真正達(dá)到學(xué)科育人、立德樹人的效果，增進(jìn)對(duì)化學(xué)學(xué)科的理解；同時(shí)進(jìn)一步體現(xiàn)學(xué)生的主體性，擴(kuò)大學(xué)生學(xué)習(xí)的自主權(quán)，發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力。

4.5? 教學(xué)效果反饋

本節(jié)課中實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)探究充分，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，學(xué)生探究積極性高，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題快速、高效。利用實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象引出問題，分析問題并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，解決問題，突破難點(diǎn)，體現(xiàn)了探究性實(shí)驗(yàn)中問題引導(dǎo)的重要性。基于探究性實(shí)驗(yàn)構(gòu)建化學(xué)平衡的認(rèn)知模型。從宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，引導(dǎo)學(xué)生收集信息，得出結(jié)論，發(fā)展學(xué)生多角度直觀地進(jìn)行概念和模型建構(gòu)[ 5 ]。利用圖像進(jìn)行進(jìn)一步的解釋與印證，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的本質(zhì)，并用離子反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式進(jìn)行符號(hào)表征，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。

5? 探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施建議

5.1? 從定性到定量，提升問題解決能力

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)從定性分析到定量分析，不但更高效地完成教學(xué)任務(wù)，而且學(xué)生能熟練掌握并遷移應(yīng)用本節(jié)課知識(shí)，應(yīng)用到生產(chǎn)生活中實(shí)際問題的解決，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，提升基于學(xué)科理解的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

5.2? 深入挖掘探究性實(shí)驗(yàn)的教育教學(xué)價(jià)值

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于加深對(duì)化學(xué)概念性知識(shí)的理解，對(duì)于概念性知識(shí)，可以通過探究實(shí)驗(yàn)的形式使學(xué)生積極參與，并利用實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象去分析、解決問題，從實(shí)驗(yàn)中去認(rèn)識(shí)學(xué)科性知識(shí)，再將這些知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，從而加深學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解和認(rèn)知。

5.3? 增強(qiáng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)

基于探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、增強(qiáng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，學(xué)生由宏觀現(xiàn)象提出問題進(jìn)行思考，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論、設(shè)計(jì)，加以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可操作性，在進(jìn)行探究時(shí)對(duì)遇到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象隨時(shí)記錄，注意分析、思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而增強(qiáng)學(xué)生的求知欲望和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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