“实验探究与创新意识”核心素养培养策略

张向荣

[摘   要]目前学生实验中存在 “三多三少”现象，不利于学生“实验探究与创新意识”核心素养的培养。以二氧化碳制取与性质实验为例，提出引导学生“像科学家一样探索思考”的三个策略，以促进学生应用科学方法和技能来进行实验，从而规范实验探究流程，养成良好的科学研究习惯。

[关键词]核心素养;实验探究;创新意识;学生实验

[中图分类号]   G633.8        [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2018）35-0062-02

实验是化学学习的灵魂，通过实验，特别是学生实验，可以促使学生主动积极地获取化学知识，认识并解决化学问题，利用化学知识更理智地思考生活中碰到的实际问题，培养学生“实验探究与创新意”核心素养。

一、问题的提出

与课程改革之前相比，学生实验在大多数学校已经得到了应有的重视，但是审视目前的学生实验，仍然存在一些欠缺，而欠缺的这些方面直接关系到学生化学核心素养的培养。

1.事前预设多，实验生成少

初中化学有八个基础实验，在做基础实验前，常会看到，教师和学生一起对于即将开展的实验从实验目的、实验步骤、实验现象、实验结果、实验注意事项等方面进行地毯式研究后，学生才开始进行实验。特别是一些验证性实验，学生对于结果已经了然于胸，实验过程不过是照方抓药。过多信息的提前获知抑制了学生的好奇心，实验假设往往就是实验结论，即使在实验中出现一些异常现象，也会被打上“不小心失误”的标签一带而过。

2.感性认知多，理性思考少

化学实验是对学生化学知识的验证和应用，是学生认知的第二次飞跃。“探究”其实就是“探个究竟”的意思，实验是“探”的手段，“究”是对结果的分析，而在实际教学中，感性认知多，理性思考少，也就是探得多，究得少，有时究的内容其实学生已经有所了解，因此不能提升学生思维的广度和深度。

3.事实性知识多，技能性知识少

化学事实性知识是指反映物质的性质、存在、制法和用途等多方面的元素化合物知识及化学与社会、生产和生活实际相联系的知识。在实验教学中，为了让学生多快好省地掌握实验要求，教师往往会把实验细分成若干知识点，甚至是实验中可能会出现的一些问题一股脑地告诉学生，表面看上去，丰富了学生的知识经验，但是这些都是通过教师直接传授，充其量只是增加了一些事实性知识，而观察、对比、抽象、概括、自我学习等用于解决问题的实验技能性知识仍严重欠缺，具体表现为没有形成科学观念，当要求独自设计和完成综合实验时往往无从下手。

建構主义学习理论认为，学生的学习是在与周围环境的相互作用中自主建构起来的。因此，教师要为学生提供多样化的学习活动，使学生在“用知识学习”的过程中不断加深对化学的认识，不断提高自己运用化学知识解决问题的综合能力。而目前学生实验中存在上述“三多三少”的现象，没有很好地体现建构主义学习理论，不利于学生“实验探究与创新意识”核心素养的培养。

鉴于此，我对“实验室制取二氧化碳分组实验”进行了一些探究与尝试，在数据分析、装置改进、异常现象探讨等方面，引导学生应用科学方法和技能来进行实验，从而培养学生的“实验探究与创新意识”核心素养。

二、“实验探究与创新意识”核心素养的培养

根据教材的编排，“实验室制取二氧化碳分组实验”是学生遇到的第二个分组实验，做这个实验时，学生有高锰酸钾制取氧气的分组实验做铺垫，且已经掌握了基本的化学实验操作，对于化学分组实验也有初步的认识。这个实验主要围绕验证二氧化碳化学性质，培养学生的操作技能和观察能力来设计，探究性不强，思维容量较小，易设计成“照方抓药”式验证性实验。一般20～25分钟就可以完成，本身难度不大，而关于二氧化碳的内容无论是课内知识还是课外知识，都有很多的相关内容，有较大的二次开发的空间。

教材中关于“实验室制取二氧化碳”的学生分组实验，经过多年的教学实践检验，被公认为经典实验设计。在继承与发扬经典实验的基础上，我根据自己的教学特长以及任教班级学生的特点，在教学过程、实验手段、思维探究、知识迁移、科学交流等方面进行了一些探索，提出了“实验探究与创新意识”核心素养的几点培养策略。

1.关注实验生成，拓展研究范围

化学实验之所以让人爱，是因为化学实验变化多端，实验中声、光、色不同凡响，引人入胜;化学实验之所以让人恨，也是因为化学实验变化多端，可能会出现一些与预设不同的变化，不易操作。预设与生成的不同，就会引出一些新的值得探究的问题。

著名教育学家苏霍姆林斯基说过：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者。而在儿童的精神世界中，这种需要特别强烈。”

学生在实验过程中会发现一些“异常”现象，这些现象出现的原因可能是实验原理、实验操作或药品等方面的问题，如二氧化碳通入澄清石灰水中的时间太长，石灰水由浑浊又变澄清，这是由于发生了其他化学反应所致，是实验操作的问题;若二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水不变浑浊，则可能是盐酸太浓，也可能是石灰水变质所致;若二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水浑浊不明显，则可能是石灰水太稀，也可能是石灰水有部分变质，或是通入二氧化碳的时间太短，等等。对于这些异常现象，有时需要照原样重复实验，看看是不是偶然原因;有时需要从药品的种类、用量上考虑;有时需要借助工具书，在浩如烟海的知识中寻找信息;有时需要和老师一起探讨，才能查明原因，解决问题。而这样的解决问题的方式正是科学家进行科学研究时必须经历的过程。

2. 结合定量研究，掌握探究手段

沪教版教科书中写道：“在通常状况下，二氧化碳的密度比空气大，因而常用向上排空气集气法收集二氧化碳。”书中却没有关于排水法收集二氧化碳的研究，为了让学生比较两种收集方法的效果，我把24个实验小组分成两大组，12小组学生先用排水法收集2瓶二氧化碳，然后再用向上排空气法收集，另外12小组学生的收集顺序则相反，每组分别用秒表记录收集满一瓶二氧化碳所用的时间，并用描点作图法在一个坐标系里画出折线图，比较收集气体的速率。再将澄清石灰水分别倒入集气瓶中，用定性的方法比较石灰水的浑浊程度。通过比较，发现排水法得到的气体纯度更高。

用排稀酸法收集不同体积分数的二氧化碳和空气的混合气体，再用燃着的木条测试，测得当20%体积的CO2与80%体积的空气混合时，木条时燃时熄，得出：当二氧化碳在空气中的体积分数高于20%时，燃着的木条就会熄灭。再利用二氧化碳传感器测出排空气法得到的二氧化碳的浓度是58%，而排水法得到的二氧化碳浓度高达86%。通过定性、定量实验的对比，让学生比较不同收集方法的优缺点，客观看待不同收集方法。

通过这样从定性到定量的细致研究，使学生了解到，科学是严谨的，进行科学探究的技术手段是多样的，技术对科学探究的影响可以从多个角度来考虑，而对实验结果要通过分析推理来进行证实或证伪。

3.推进思维深度，培养创新意识

二氧化碳的发生装置有很多种，我们可以用生活用品代替实验仪器，如用注射器代替分液漏斗，用吸管代替导管，用矿泉水瓶代替锥形瓶。这些生活用品的使用拉近了学生与化学的距离，活跃了学生的思维，使学生能关注生活，关注身边的点点滴滴，这对于化学知识的普及大有裨益。

初三是化学的启蒙教育，既然是“学科教育”，那么不仅要注重思维的发散性，更要注重思维的深刻性，以培养学生的化学核心素养，使学生意识到探究是科学家运用逻辑进行思考和解决问题的方式。

如本实验的发生装置按“简易装置→可控制反应速率的装置→可控制反应的发生与停止的装置”逐步改进，引导学生联系物理知识，通过改变气体压强，实现固气分离;收集气体的方法从向上排空气法到排水法再到多功能瓶排空气法、排水法。所有的改进与创新都是在分析前一个装置或一种方法的缺点的前提下，提出改进方向，设计新的实验装置或方法。在这样一个逐步推进的过程中，学生的认知获得了飛跃式的发展。

另外实验时，还可先给出不同实验仪器的图片，让学生选择合适的仪器进行组合，然后再将仪器连接在一起进行实验，观察能否达到实验预期。这样先抽象再具体的过程，使学生能专注于装置的设计上，体验工程师先进行图纸设计，再进行设备安装的工作状态。

三、实验启示

1.规范实验探究流程，养成良好的实验习惯

这些年，虽然各种培养学生学科核心素养的论文不断涌现，但文章中鲜见强调探究的整体性，即“像科学家那样思考探索”，基本实验流程也慢慢淡出学生的视野。而在实验教学中，实验习惯的养成至关重要，实验前预习，完成预习作业;实验中，填写基本实验报告;实验后，整理实验报告，撰写实验论文。只有这样，才能使学生既能专注于学习探究过程中的各个零散的部分，又能从整体上把握实验的进度，而在实验后进行总结，可以升华思想。科学写作，尽可能详细地描述操作步骤和程序，与他人分享自己的观点和实验成果，这也是科学探究的一个重要环节。

2.合理设置探究环节，保护化学学习兴趣

学生初三才开始学习化学，有趣的事实性知识，让学生感到化学可亲可敬，对化学充满了兴趣，对学好化学充满了信心。在培养学生“实验探究与创新意识”核心素养的过程中，不能操之过急，在分组实验的安排上，要注意疏密有致，探究、讨论整理的环节要适当，调控好课堂的节奏，灵活地处理和把握实验探究步骤，最大限度地保护学生的化学学习兴趣。

爱因斯坦曾经说过：“教育就是学生忘记了学校所学的一切后剩下的东西。”化学核心素养就是化学学科留在学生内心深处的那一抹绿。

[  参   考   文   献  ]

[1]  成尚荣.回到教学的基本问题上去[J].课程·教材·教法，2015（1）：21-28.

[2]  中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[3]  王国峥.从教材结构向教学结构“转化”的研究[J] .中学化学教学参考，2018（3）：42-44.

[4]  邓文勇.基于交互教学系统的多维参与式学习研究：以“二氧化碳制取的研究”教学为例[J] .中学化学教学参考，2018（5）：8-11.

（责任编辑 罗 艳）