例析初中化学实验探究与实验创新素养培育的视角

摘要：化学实验探究与实验创新素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是学生通过化学课程学习形成的关键能力和必备品格。通过“探究二氧化碳与氢氧化钠发生反应”课例为载体，从思想的渗透、药品或装置的选择、装置的改进、技术的运用、原理的迁移五个方面分析初中化学实验探究与实验创新素养培育的视角。

关键词：实验探究;实验创新;培育视角;二氧化碳与氢氧化钠反应

文章编号：1008-0546（2018）12-0073-03中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.024

化学是一门以实验为基础的学科，实验探究与实验创新素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是学生通过初中化学课程学习形成的关键能力。笔者通过“探究二氧化碳与氢氧化钠发生反应”一节公开课课例为载体，分析初中学生实验探究与实验创新素养培育的五个视角。

一、思想的渗透

思想的渗透是指以实验探究与创新素养培育为目标，整体设计一节课的活动或任务，整节课的学习活动过程体现“提出问题—作出猜想—设计方案—完成实验—收集证据—得出结论—反思评价—拓展提升”完整的实验探究过程，将实验探究和实验创新的思想有机地融入课堂学习的过程中。

“探究二氧化碳与氢氧化钠发生反应”一节课整体设计如下：

（展示工业用氢氧化钠包装袋说明书）工业用氢氧化钠中碳酸钠的含量≤1.20%。为什么氢氧化钠中会有碳酸钠？请写出该过程中发生的化学方程式。

学生活动1：根据二氧化碳与氢氧化钠反应的化学方程式，思考可以从哪几个角度来探究该反应的发生？

学生活动2：交流各自的猜想：检验生成物Na2CO3产生的角度、检验反应物NaOH、CO2减少的角度……

学生活动3：根据猜想设计具体的实验方案，并交流讨论。

学生活动4：根据设计的实验方案完成实验。

学生活动5：小组间交流和分享实验的现象。

学生活动6：根据实验现象，分析得出结论。

学生活动7：思考并归纳验证“无明显现象的反应”发生的视角。

学生活动8：思考：若Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3，那么向氢氧化钠溶液中通入一定量的二氧化碳，产物是什么？

通过教师对一节课的整体把握和有效实施，潜移默化地渗透了实验探究的思想，让学生不知不觉中学习了实验探究的基本方法。学生经历和体验了探究的过程，在今后的学习中就会善于发现和提出问题，并有解决问题的兴趣和热情，同时会尝试依据特定情境和具体条件，选择制订合理的解决方案，创新自己的实验设计，利用已有的知识自主开展实验探究，创造性地去独立解决问题。

二、药品（或装置）的选择

清华大学宋心琦教授讲过“一个化学实验，不论是演示实验还是教学实验，都可以归纳为作为实验对象的物质体系、适当的仪器装置和必要的安全措施、合理的实验步骤和规范的操作技术。虽然三者不可或缺，但是从学科教育的角度来评价，应当认为它们的重要性是不等同的，而且是依次递減的。”由此可见，选择适合的药品和适当的装置是实验探究和实验创新的重要环节。在实际课堂教学中，我们经常看到老师给定药品让学生进行探究，这无疑是一种暗示，学生很容易实现探究的目标。这种不需要深入思考的探究其实是“伪探究”，一种形式主义的探究。药品或装置的选择实质是对实验的创新设计，是不断地否定再肯定的过程，是深度思维的学习活动。

“探究二氧化碳与氢氧化钠发生反应”这节课在“学生活动3：根据猜想设计具体的实验方案，并交流讨论”其中有一个环节设计如下：

（教师）请根据需要选择实验所需的药品和仪器，组装出“验证二氧化碳与氢氧化钠发生反应”的装置，说出装置中的试剂。（所提供的药品和仪器既有需要的药品和仪器，也有干扰的药品和仪器，既可以完成一个实验，又可以完成多个实验。）

（学生）先独立思考，再小组内交流各自的方案，再利用仪器组装装置。同学们各抒己见，各显其能，有的组组装出一套装置，有的组组装出几套装置。

在这节课的学习过程中，教师在引导学生探究时充分相信学生，给学生提供了适度的探究时空，由学生设计实验装置、选用相关仪器、最后操作求证。这种探究抓住了实验探究的本质，将药品和仪器的选用权交给学生，给学生提供了实验创新的机会，提升了学生的能力与素养。

三、装置的改进

装置的改进是目前初中化学实验创新中最常见的视角，是指针对实验装置的不足或缺陷，根据自己的需要对实验装置进行改进、创新，使实验装置更加简洁、科学、完美。

“探究二氧化碳与氢氧化钠发生反应”这节课在“学生活动5：小组间交流和分享实验的现象”环节中，某组同学分享了如图1所示的实验装置，这时教师及时抓住生成资源，向该组同学追问：U型管内液面差是否明显？有液面差是否一定是二氧化碳与氢氧化钠反应造成的？

通过追问引导学生深入思考，氢氧化钠溶液中含有水，水也可以吸收一些二氧化碳气体，导致压强减小。在此基础上让学生对装置进行改进，同学们根据刚才列举的缺点，为了让现象更明显，将粗U型管改成口径较小的自制U型细玻璃管，同时为了排除水的干扰，利用对照实验的思想在U型管另一侧设计了对照装置，具体装置如图2所示。

其他小组同学受该组实验装置改进的启发，纷纷对自己的装置进行了改进，例如设计喷泉实验的小组进行了如图3所示的改进，一是将滴管改成了针筒，增加与二氧化碳反应的氢氧化钠溶液或水的量，二是设计了二氧化碳与水反应的对照实验。

通过学习过程中教师及时引领学生多方位、多角度地思考装置的改进，培育了学生质疑的态度和创新的勇气，培养了学生追求设计的科学和装置的美观，激发了学生的创新潜能，提升了学生的创造技巧。

四、技术的运用

中国学生发展核心素养中“实践创新”素养的主要表现之一为“技术运用”，其重点是理解技术与人类文明的有机联系，具有学习掌握技术的兴趣和意愿;具有工程思维，能将创意和方案转化为有形物品或对已有物品进行改进与优化等。在初中化学实验探究与实验创新中，技术的运用主要表现在对传统实验进一步改进与优化，运用现代检测仪器（例如传感器、光谱仪等）采集数据，借助计算机软件实现实验的定量化、可视化、简洁化。

“探究二氧化碳与氢氧化钠发生反应”这节课在“学生活动4：根据设计的实验方案完成实验”环节，教师在学生实验的基础上补充介绍了数字化实验，演示了利用压强传感器、二氧化碳浓度传感器和温度传感器探究二氧化碳与氢氧化钠发生了反应，实验装置和实验结果见图4、5。

通过教师将数字化技术引入课堂实验，实现了观察气压、二氧化碳浓度、温度三者同步的可视化变化，让化学实验从传统走向了现代，为实验的设计拓展了创新的视角。通过用传感器、数据采集器和计算机代替了传统实验仪器中用眼、手、纸和笔记录数据，实现了数据记录的连续性，为无明显现象的反应设计“可视化”过程的实验打开了方便之门。通过用计算机软件代替人脑对数据进行简单统计、处理和分析，摆脱了繁琐的计算过程，为更好地进行实验创新设计、探究和分析给予了时间和空间的保证。数据采集器能同时接入四个相同的传感器或四个不同的传感器，能同时采集多个相同或不同类型的物理量，实现同一实验数据和实验过程的同步、不同实验数据的同步并行采集，为对照实验同步化设计提供了技术支持。利用传感器测量的各种物理量都是在系统内部完成，避免了传统实验仪器由于估读时人为引进的各种测量误差，使实验结果更精确、可靠，为传统实验仪器无法完成的定量实验的创新设计提供了有力保障。

五、原理的迁移

所谓迁移是指将一种学习中习得的一般原理、方法、策略和态度等迁移到另一种学习中去。初中化学学习中原理的迁移指将本节课习得的基本化学原理迁移到其它課堂学习中去或者将本节课习得的学习某种物质的方法迁移到学习其它物质中去。

“探究二氧化碳与氢氧化钠发生反应”这节课在“学生活动7：思考并归纳验证无明显现象的反应发生的视角”环节，教师的设计如下：

（师）通过前面交流讨论、自主实验和现象分享，请你总结一下有哪些方法可以证明二氧化碳与氢氧化钠发生反应？（学生分别回答各自的一些方法，同伴补充。）

（师）证明的方法很多，请大家对这些方法进行分类，可以从哪些视角来证明二氧化碳与氢氧化钠发生反应？

（生1）从检验产物碳酸钠的视角。

（生2）从检验反应物二氧化碳或氢氧化钠的视角。

（生3）从能量变化的视角。

（师）同学们总结的很好，二氧化碳与氢氧化钠反应是无明显现象的反应中的一种，那么对于其它无明显现象的反应我们如何证明这些反应发生呢？

从课堂学习过程可以看出，教师引导学生从一个具体的验证方法迁移到一类具体的验证视角，从一种物质迁移到一类物质，从一种视角迁移到其它视角，最后又由二氧化碳与氢氧化钠一个特殊反应迁移到普遍反应，促进了对其它课堂学习的深度理解。

参考文献

[1]  宋心琦.关于中学化学教学实验改革问题的思考[J].化学教学，2008（4）：1

[2]  周文荣.“二氧化碳与氢氧化钠反应”的数字化实验设计[J].化学教学，2017（10）：58-63

[3]  马逸群，魏海.在实验改进和设计中培养学生的创新精神和实践能力[J].化学教学，2016（10）：16-20