基于學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的課堂教學(xué)實(shí)踐與思考

——以高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例

莊浩

（江蘇省蘇州第十中學(xué)校，江蘇　蘇州，215006）

摘要：化學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的自然學(xué)科?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)物質(zhì)及其變化規(guī)律的實(shí)踐活動(dòng)的重要工具與手段，是提高化學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要抓手，在整個(gè)中學(xué)學(xué)段，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該滲透到每節(jié)課中?；诖耍恼聦?duì)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》課題組負(fù)責(zé)人、北京師范大學(xué)林崇德教授指出：“核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終生發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力。它是關(guān)于學(xué)生知識(shí)、技能、情感、態(tài)度、價(jià)值觀等多方面要求的結(jié)合體；它指向過程，關(guān)注學(xué)生在其培養(yǎng)過程中的體悟，而非結(jié)果導(dǎo)向；同時(shí)，核心素養(yǎng)兼具穩(wěn)定性與開放性、發(fā)展性，是一個(gè)伴隨終生可持續(xù)發(fā)展、與時(shí)俱進(jìn)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化過程，是個(gè)體能夠適應(yīng)未來社會(huì)、促進(jìn)終生學(xué)習(xí)、實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展的基本保障?！?sup>[1]正是在這樣一個(gè)大力倡導(dǎo)建構(gòu)學(xué)生核心素養(yǎng)的背景下，新修訂的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》提出：“化學(xué)核心素養(yǎng)包括‘宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任’五個(gè)維度”^[2]，因此教師需轉(zhuǎn)變觀念，要充分認(rèn)識(shí)到發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要性，在平時(shí)課堂教學(xué)中應(yīng)把凸顯這五個(gè)要素作為化學(xué)教學(xué)的核心任務(wù)。高中化學(xué)的很多實(shí)驗(yàn)無不滲透著上述化學(xué)核心素養(yǎng)，無論是課本典型實(shí)驗(yàn)還是實(shí)驗(yàn)的拓展亦或是另外開發(fā)的探究實(shí)驗(yàn)，都承載著發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)五個(gè)要素的滲透功能，發(fā)掘這些功能是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。

1.以“某種感冒藥結(jié)構(gòu)的探究”實(shí)驗(yàn)為載體發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)

“宏觀辨識(shí)與微觀探析”維度其內(nèi)涵為：能從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性，并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類；能從元素和原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題^[3]。

例如，高中化學(xué)教材選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》專題4《烴的衍生物》^[4]講解了鹵代烴、醇、酚、醛、羧酸和酯的相關(guān)性質(zhì)，內(nèi)容繁多，學(xué)生的知識(shí)體系有待完善，在此前提下，對(duì)有機(jī)物的各種官能團(tuán)的性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)習(xí)就顯得非常必要。為此，本人從探究生活中常見藥品阿司匹林的結(jié)構(gòu)入手，以教材中的典型實(shí)驗(yàn)和探究?jī)?nèi)容作為載體，通過學(xué)生分組討論、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)論證，最后讓學(xué)生自己推導(dǎo)出阿司匹林的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。實(shí)驗(yàn)探究流程如下：

在此探究過程中，學(xué)生既增強(qiáng)了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，在設(shè)計(jì)、操作實(shí)驗(yàn)的過程中自然而然的完成了對(duì)“碳碳雙鍵、碳碳叁鍵、醇羥基、酚羥基、醛基、羧基、酯基”等主要有機(jī)官能團(tuán)性質(zhì)的復(fù)習(xí)，同時(shí)學(xué)生能夠深切體會(huì)到有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的辯證關(guān)系，能學(xué)會(huì)從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題。在此過程中，也讓學(xué)生初步掌握了探究一種未知有機(jī)物結(jié)構(gòu)的一般方法和基本思路，即“收集事實(shí)→提出假說→進(jìn)行驗(yàn)證→成立理論→持續(xù)發(fā)展”，這很好的發(fā)展了學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.以“鹽類的水解反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為載體發(fā)展學(xué)生“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)

“變化觀念與平衡思想”維度其內(nèi)涵為：認(rèn)識(shí)物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)和變化的，知道化學(xué)變化需要一定的條件，并遵循一定規(guī)律；認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的本質(zhì)是有新物質(zhì)生成，并伴有能量的轉(zhuǎn)化；認(rèn)識(shí)化學(xué)變化有一定限度，是可以調(diào)控的。能多角度、動(dòng)態(tài)地分析化學(xué)反應(yīng)，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決實(shí)際問題^[5]。

例如，在教授高中化學(xué)教材選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》專題3《溶液中的離子反應(yīng)》第三單元《鹽類的水解》^[6]時(shí)，就應(yīng)立足課本，做足、做全課本上的典型實(shí)驗(yàn)“活動(dòng)與探究”。

首先引導(dǎo)學(xué)生用pH試紙分別測(cè)定CH₃COONa、Na₂CO₃、NH₄Cl、AlCl₃、NaCl、KNO₃溶液的pH值，以形成對(duì)鹽溶液酸堿性的感性認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生將鹽按強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽、強(qiáng)酸弱堿鹽、強(qiáng)堿弱酸鹽三種類型進(jìn)行分類，為從微觀角度研究鹽溶液呈現(xiàn)一定酸堿性的原因打下基礎(chǔ)。由于從微觀角度說明比較抽象，本人以動(dòng)畫視頻演示配以方程式的方式形象地說明了鹽溶液呈現(xiàn)酸堿性的原因，促進(jìn)學(xué)生

加深對(duì)鹽類水解規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并掌握水解反應(yīng)的表示方法。

通過該“活動(dòng)與探究”，學(xué)生能認(rèn)識(shí)到水的電離平衡是在一定條件下建立的動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)加入弱酸根陰離子或弱堿陽離子后，條件發(fā)生改變，水的電離平衡被破壞，一段時(shí)間后又會(huì)達(dá)到新的平衡；但加入強(qiáng)酸根陰離子或強(qiáng)堿陽離子后，條件改變而水的電離平衡不受影響。此時(shí)，學(xué)生意識(shí)到物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)和變化的，變化是有條件、有規(guī)律可循的，內(nèi)因和外因共同影響著化學(xué)平衡。這個(gè)課本上的典型實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫陌l(fā)展學(xué)生“變化觀念與平衡思想”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.以“氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法”實(shí)驗(yàn)為載體發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”維度其內(nèi)涵為：具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽；建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系；知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立模型。能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律^[7]。

例如，高中化學(xué)教材必修1專題2《從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)》第一單元《氯、溴、碘及其化合物》^[8]講解了“氯氣的生產(chǎn)原理”。氯氣是一種性質(zhì)活潑的氣體，以氯氣的實(shí)驗(yàn)室制備、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)為素材的實(shí)驗(yàn)題目在高考實(shí)驗(yàn)類試題中占有很重要的位置，應(yīng)高度重視。但因?yàn)槁葰庥卸?，所以現(xiàn)行教材的“觀察與思考”欄目中，將經(jīng)典的“二氧化錳與濃鹽酸加熱制取法”改為了“電解飽和食鹽水制取法”。為讓學(xué)生能對(duì)實(shí)驗(yàn)室制備氣體的知識(shí)體系有一個(gè)完整的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，本人將“二氧化錳與濃鹽酸加熱制取法”作為演示實(shí)驗(yàn)放到了配備通風(fēng)管設(shè)備的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作。

實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)十分重要的氣體制備實(shí)驗(yàn)之一，其實(shí)驗(yàn)裝置（如左下圖）是在初中實(shí)驗(yàn)室制取氫氣、氧氣、二氧化碳等裝置模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成。在邊講邊實(shí)驗(yàn)的過程中，本人拋出

“按照課本所制得的氯氣純凈嗎？”、“氯氣中可能混有哪些氣體雜質(zhì)？”、“這些雜質(zhì)是如何產(chǎn)生的呢？”、“怎樣對(duì)課本裝置進(jìn)行優(yōu)化以制得較為純凈的氯氣？”、“氯氣還有其他收集方法嗎？”等一系列的問題串，讓學(xué)生互相討論。在氯氣制備裝置方案的改進(jìn)優(yōu)化、儀器與試劑的選擇、氣體收集方法的篩選中，使得學(xué)生體驗(yàn)了以問題為導(dǎo)向，合理分析、去粗取精、統(tǒng)籌規(guī)劃的科學(xué)探究過程。氯氣的制備與初中氫氣、氧氣、二氧化碳等氣體的制備一同構(gòu)成了較為完整的氣體制備體系，完善了關(guān)于實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路（氣體發(fā)生裝置——除雜干燥裝置——收集裝置——尾氣處理裝置）和方法，這能為今后學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室制備二氧化硫、氨氣、乙烯等氣體提供臨摹，從而為學(xué)生發(fā)展“模型認(rèn)知”素養(yǎng)提供了有利條件。

4.以“金屬鈉在空氣中點(diǎn)燃”實(shí)驗(yàn)為載體發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)

“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”維度其內(nèi)涵為：認(rèn)識(shí)科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)；能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問題；能從問題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究；在探究中學(xué)會(huì)合作，面對(duì)“異常”現(xiàn)象敢于提出自己的見解^[9]。

例如，高中化學(xué)教材必修1專題2《從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)》第二單元《金屬鈉的性質(zhì)與應(yīng)用》“觀察與思考”欄目中的“實(shí)驗(yàn)2”：將一小塊金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱，觀察現(xiàn)象^[10]。本人和學(xué)生都預(yù)想著在嶄新的白色石棉網(wǎng)表面能觀察到淡黃色的過氧化鈉固體，可是經(jīng)過多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際結(jié)果卻是“淡黃色固體幾乎看不到，相反黑色固體較多”，這是什么原因引起的呢？針對(duì)這種超出老師和學(xué)生都預(yù)想之外的“異?！睂?shí)驗(yàn)現(xiàn)象，本人認(rèn)為應(yīng)該及時(shí)抓住這個(gè)契機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真的加以探究、分析，敢于提出自己的見解。根據(jù)科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)“提出問題→猜想與假設(shè)→制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)→分析與論證→評(píng)估成果→交流與合作”，學(xué)生展開了大膽的猜測(cè)和探究。猜測(cè)產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能原因有：①石棉網(wǎng)本身長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)變黑；②酒精燈燃燒產(chǎn)生了二氧化碳，造成局部區(qū)域內(nèi)二氧化碳濃度較高，一部分金屬鈉與二氧化碳反應(yīng)生成了炭黑?；谝陨喜孪牒图僭O(shè)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)加以論證：

論證實(shí)驗(yàn)①：將一張嶄新的石棉網(wǎng)放在電爐上加熱，石棉網(wǎng)沒有變黑，證明石棉網(wǎng)本身加強(qiáng)熱并不會(huì)變黑。

論證實(shí)驗(yàn)②：將一張嶄新的石棉網(wǎng)放在酒精燈上加熱，石棉網(wǎng)慢慢變黑，證明酒精會(huì)不完全燃燒形成細(xì)小的炭黑顆粒，滲入石棉網(wǎng)表面，使其慢慢變黑。

論證實(shí)驗(yàn)③：進(jìn)行金屬鈉與二氧化碳的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，生成了黑色的炭黑顆粒，證明金屬鈉可以與二氧化碳反應(yīng)。

以上三個(gè)論證實(shí)驗(yàn)證明了學(xué)生猜想的成立，那么如何才能獲得淡黃色的過氧化鈉呢？學(xué)生馬上意識(shí)到：不能讓金屬鈉與大量的二氧化碳接觸。最終在師生共同討論下，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行論證：

論證實(shí)驗(yàn)④：將擦干煤油并切去表面氧化層的黃豆大小的金屬鈉放在硬質(zhì)玻璃管中，先用氣泵將空氣通過盛有堿石灰的干燥管以除去整套裝置中的二氧化碳和水蒸氣，然后點(diǎn)燃酒精燈進(jìn)行加熱，一邊加熱一邊慢慢壓縮氣泵鼓入空氣，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生觀察到硬質(zhì)玻璃管內(nèi)表面有一圈淡黃色物質(zhì)附著，淡黃色的過氧化鈉是得到了，但為什么是一圈而不是一點(diǎn)呢？于是學(xué)生又展開了大膽猜想：可能是鈉在空氣中燃燒過于劇烈，許多過氧化鈉以煙的形式散逸到空氣中，最后又均勻的附著在硬質(zhì)玻璃管的內(nèi)表面，那如何改進(jìn)呢？學(xué)生最后優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)操作方法。

論證實(shí)驗(yàn)⑤：在論證實(shí)驗(yàn)④的裝置基礎(chǔ)上，當(dāng)金屬鈉開始燃燒后迅速撤掉酒精燈，防止鈉燃燒過于劇烈而導(dǎo)致生成的過氧化鈉散逸。實(shí)驗(yàn)下來，學(xué)生終于在硬質(zhì)玻璃管的底部觀察到了點(diǎn)狀淡黃色過氧化鈉。

最后學(xué)生通過撰寫科學(xué)小論文的形式交流了實(shí)驗(yàn)探究的過程。

通過這個(gè)探究案例，能讓學(xué)生明白在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)要尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)和證據(jù)，不能迷信權(quán)威，要具有獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神。同時(shí)也提醒老師在平時(shí)教學(xué)中不能照本宣科，而要抓住契機(jī)來引導(dǎo)學(xué)生在能力范圍內(nèi)進(jìn)行科學(xué)探究，從而發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

5.以“銅片與濃硝酸的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為載體發(fā)展學(xué)生“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)

“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”維度其內(nèi)涵為：具有嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，具有探索未知、崇尚真理的意識(shí)；贊賞化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)，具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念，能對(duì)與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題做出正確的價(jià)值判斷^[11]。

例如，高中化學(xué)教材必修1專題4《硫、氮和可持續(xù)發(fā)展》第二單元《生產(chǎn)生活中的含氮化合物》在“硝酸的性質(zhì)”一課時(shí)的“觀察與思考”欄目中，“實(shí)驗(yàn)1”表述如下：如圖4—16所示，將銅片置于具支試管的底部，通過分液漏斗加入2mL濃硝酸，用排水集氣法收集產(chǎn)生的氣體，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！皩?shí)驗(yàn)2”表述如下：在上述裝置中，從分液漏斗向試管內(nèi)加5mL水，稀釋硝酸，繼續(xù)收集產(chǎn)生的氣體，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象^[12]。

根據(jù)課堂實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)教材上的實(shí)驗(yàn)過程有些復(fù)雜，而且NO_x有毒，水槽內(nèi)集氣瓶中收集的氣體容易逸出污染教室內(nèi)空氣。當(dāng)銅片加入硝酸中，無法終止反應(yīng)，直到銅或硝酸反應(yīng)完為止，這必然會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，存在著安全隱患，不符合“可持續(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)”理念，為此，本人改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置，改用針筒作為容器進(jìn)行操作。改進(jìn)后，既操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)束后還能將生成的硝酸銅和NO_x推入NaOH溶液中，防止其污染環(huán)境。這對(duì)發(fā)展學(xué)生“具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念，能對(duì)與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題（如環(huán)境問題）做出正確的價(jià)值判斷”等學(xué)科核心素養(yǎng)具有極大的促進(jìn)作用。

6.結(jié)語

發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)久的過程，它絕不是僅僅通過幾個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)或者幾節(jié)實(shí)驗(yàn)課就可以完成的。但是通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠獲取物質(zhì)變化的客觀事實(shí)，理解化學(xué)概念，構(gòu)建知識(shí)框架，挖掘創(chuàng)新和探究的潛力?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容和手段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生具備終生發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力。

參考文獻(xiàn)

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