刍议核心素养下高中化学实验设计

陶媛媛

（浙江省杭州市求是高级中学，浙江 杭州）

化学是一门以实验教学为基础的学科，实验的核心素养包括科学态度、创新能力、社会责任、操作能力、信息素养以及合作能力等。实验教学不仅可以帮助学生掌握化学基本知识，更可以培养学生的实验能力、创新思维能力和观察能力，对学生的全面发展以及培养化学核心素养起着关键作用。在高中化学教学中，教师应当让学生积极参与到实验实践中，根据所掌握的化学基本概念理论自行设计实验步骤预设实验目标解决实际问题，不仅能激发学生的实验兴趣，培养创新意识，提高实验操作能力，更能锻炼学生的逻辑思维能力。

一、化学实验中的核心素养

化学实验是一种实践活动，需要学生具备一定的理论知识和操作技能，更需要学生拥有探究型思想、科学的实验态度、优秀的实验行为习惯等，新课程改革对高中化学的核心素养主要内容包括变化观念和平衡思想、科学态度和社会责任、宏观辨识和微观探析、实验探究和创新意识等。化学实验对学生能力的要求则和新课程下的化学核心素养不谋而合，很大程度上达到了和谐和统一，尤其是化学实验中所包含的创新能力、合作交流能力、科学态度等都对学生的核心素养起到了重大促进作用，也是学生达到个人发展与社会进步协调一致的重要途径。因此培养学生的实验核心素养是培养化学学科核心素养的重要组成部分。

实验核心素养以实验素养为基础，以学生的全面发展为方向，其中实验基础知识、概念、操作技能和思维方式决定了实验的维度，因此掌握实验基础知识是开展实验教学、培养实验核心素养的前提和基础。

二、培养学生实验核心素养的教学案例设计

物质分离和提纯是高中化学实验中的重点项目，也是考试的重难点之一。在授课过程中，笔者会先通过几个生活中常见的事例激发学生的探究精神。

教学设计：利用多媒体软件播放荒岛求生的画面，在天海一色中出现一座孤岛，一个船员漂到孤岛上，而孤岛没有水，那么该船员怎么做才能获得可饮用的淡水？

观看完这个视频后，笔者向学生提出问题：如果你是该船员，应该怎么做？让学生讨论、交流。

设计意图：通过视频引发学生思考和交流，并通过物理提纯的方式引出化学提纯的方法，带领学生设计实验方案、改进实验设施、预设实验目标等，为下面的探究实验设计做好铺垫。

等学生交流结束后，让学生回答我的问题，大部分学生想到了最简单混合物物理分离方法，当固体和液体混合的时候，可以用蒸发的方法，选取海水加热直到沸腾，收集水蒸气凝成的水珠，直到海水蒸发完，获取NaCl和H2O。

因此本次实验设计为：

使用酒精灯、烧杯、试管、导管、分液漏斗根据蒸馏原理把NaCl溶液中的H2O分离出来。

实验分析：蒸发、过滤、分液和萃取等是混合物常见的分离方法，而根据对实验的分析可以发现混合物中两种或多种物质的沸点要有一定差距，如果沸点或熔点相近，那么蒸馏的方法就缺乏可操作性。因此蒸馏法的原理是要分离的液体混合物中组成成分的沸点不同。那么对于沸点相近的甲与乙混合物，该如何将甲、乙分离出来？

探究实验1：某实验小组要从碘水中分离碘，请你为该实验小组设计一套实验方法，并提出具体的分离方法是什么？

我将学生分成几组去做这个实验，以其中一个小组的答案为例进行分析：

该小组的实验方案是这样的：

实验工具：2个10 mL量筒、2个100 mL烧杯、酒精灯、试管、125 mL分液漏斗、铁架台。

实验材料：碘的饱和水溶液，CCl4

实验原理：温度为25°C时根据碘在水中的溶解度为0.034g，在CCl4中的溶解度是2.9g。

实验步骤：

1.混合：用量筒取碘的饱和水溶液10 mL，倒入分液漏斗中，再加入4 mL CCl4，盖好玻璃塞。

2.震荡：用右手压住分液漏斗上端的玻璃塞，左手握住活塞部分，用力震荡。

3.静置：将分液漏斗放在铁架台上静置，观察发现上层无色、下层紫红色。

4.分液：等液体分层后，将分液漏斗的玻璃塞打开，将漏斗下面的活塞打开，沿烧杯内壁慢慢倒出液体，当紫红色液体接近流完时迅速关闭活塞。烧杯中的溶液就是碘的CCl4溶液。将分液漏斗中的溶液倒入另一烧杯。

在该小组进行实验的过程中，我发现学生对萃取剂的核心原理存在认知困难，部分学生不理解萃取剂的选取原则，应当在什么情况下使用，以及使用萃取操作有什么好处。

而在该实验中有学生也提出了一个问题，如果不使用CCl4，而使用其他物质能否将碘从原溶剂中萃取出来？

探究实验2：以酒精（乙醇）作为萃取剂将碘从碘水中萃取出来。

学生采用和第一个实验相同的实验方法和步骤，在试管中加入两滴管饱和碘水，然后再加入一滴管乙醇，仔细观察发现静置后试管中的混合物无法分层，碘无法从碘水中萃取出来。

根据以上两个实验，我向学生提出一个问题：为什么同样的实验步骤下，乙醇无法将碘从碘水中萃取出来？

学生经过讨论后认为问题出在乙醇上，乙醇和水相溶，因此当用乙醇作为萃取剂时，乙醇会溶于碘水中成为另一种混合物。

三、实验教学中探究和创新性素养的培养

实验探究和创新精神是高中化学实验教学中的关键素养之一，也是化学教学的核心素养的重要组成部分；实验教学是突出化学学科本质的重要功能，也是实现化学概念规律的基本手段。学生在实验中获取化学知识，了解化学概念，掌握化学研究方法，进而感悟化学实验背后的科学思想。

（一）演示性实验引发学生的探索精神

实验教学能培养学生的观察力和思维能力，进而激发学生的创新能力。而创新能力的培养在于教和学。高中实验教学中演示性实验是最为普遍的一种教学方式，关于实验设计和操作方法是经历过无数次的反复实验验证的，因此实验结果一般是在意料之中。

在上述实验案例中，我通过物理实验引出学生对化学实验的探讨，物理实验是一种演示性实验，因为大部分学生知道海水加热使之沸腾形成的水蒸气遇冷会凝结为水，即，实验结果已出，只需要掌握实验操作步骤即可。

新课程背景下，演示性实验不应当仅仅满足于示范作用，而应让学生在演示的基础上发现问题，提出问题，激活学生的创新意识。因此教师可以在实验的过程中对操作方式进行一些改进，将实验本身置于创新性的想象上进行，改进实验可以使演示实验的效果增强，并为学生提供更加鲜明客观的感性认识，激发学生在实验结果上提出新的创造性想法。

（二）精心设置问题，注重实验讨论，激发创新思维

在实验的基础上要给学生讨论的空间，无论是对实验步骤的改进还是实验操作的质疑都要允许学生提出问题。由于学生的水平有限，实验的过程不可能每次都正确，实验结果也不一定符合预设的目标。笔者在实验的过程中允许学生犯错，并对学生的失误进行总结和反馈，对实验现象进行讨论。

如，在第一个实验结束后，笔者提出蒸馏方法的使用范围，从而引出不适用蒸馏法的混合物分离方法，这样就可以引出萃取法。当然让学生分组讨论需要在教师的指导下进行，否则会导致学生言语和行为上的盲目性及表达上的空泛。在本次实验教学中，笔者重视学生由简到难的认知规律，从物理实验引出化学实验，从蒸馏实验法引出萃取实验法，从萃取实验引出萃取剂的核心问题。巧妙设置问题，引发学生关于实验的讨论，层层递进地引导学生注重知识生成和解决问题的过程。

创新本就是在解决问题的基础上发展而来的，当教师提出问题后更要引导学生进行创造性思考，如，探究实验2就是在学生思考的基础上衍生出来的。探究性实验1结束后，笔者就提出问题为什么选择CCl4作为萃取剂？这个问题把学生放在主体地位，让他们在实验的基础上进行思考，当学生回答不出感到困惑的时候，笔者再适当地进行点拨——CCl4和水是不相容的，进而把学生思考的焦点放在相溶性上。于是思维比较活跃的学生就提出了，如果换一种可以和水相溶的物质能否把碘从碘水中萃取出来。

这个提议就是学生的创新性思维，是他们在探究型实验基础上进行的反向思维，反映了学生善于追根寻底重视深度研究的学科精神。

（三）注重探究性实验

新课程背景下，高中化学教学也应改变过去一刀切的灌输知识方法，无论在教材还是教学方法上都要出现适当的“留白”，对部分实验现象、实验规律和实验结果叙述不要追求完整，而是设计一些问题，学生在实验观察的过程中会不自觉地思考这些问题并尝试作答，当他们答不出来的时候就会想到通过新的实验来获取答案，这就是探究型实验的衍生过程。

在这个过程中，学生会积极地参与到问题的设置、问题的冲突和解决上，是学生独立思考性的集中体现，引导学生将观察实验、理性思维和创作实验结合起来。

正如本次教学设计的探究型实验1和2，两次实验都不是笔者提出的，而是在笔者提出问题后，学生很难回答出来，因此他们自己想到通过实验来解决问题。当然在当下的高中化学教材中验证性实验仍旧占据较大比重，因此教师可以在教材实验的基础上进行挖掘，将验证性实验变成探究型实验，发挥学生的主体地位，让他们自己参与到创设问题、潜心研究和用心设计的过程中。在这个过程中，教师也可以鼓励学生用新的科学方法和思维方法，从而增强他们的创新意识。

验证性实验解决的是知其然的问题，是学生从实验过程中得到的感性经验，而探究型实验解决的是知其所以然的问题，是学生从实验中获取的理性经验。在本次实验中，学生通过探究型实验2发现乙醇无法把碘从碘水中分离出来，而乙醇是可溶于水的，进而总结出萃取剂的选择最关键的一个要素是萃取剂和原溶剂不能相溶，这就是学生通过探究实验得出的理性规律。其实在探究实验1中，笔者给出过一个实验原理：温度为25°C时，碘在水中的溶解度为0.034g，在CCl4中的溶解度是2.9g。这是一个容易被学生忽略的知识点，而部分思维比较灵活的学生从这点提示中总结出：萃取剂对溶质的溶解度要远远大于原溶剂。这是学生从探究实验中自行总结出的第二条萃取剂选取原则，学生自己观察并总结出规律，就是一个创造性的理性思维过程。

总之，高中化学教学中的实验教学是培养学生学科核心素养的重要方式，合理利用实验教学，从验证性实验向探究型实验转化，不仅能巩固教材知识点，更能启发学生思维，培养学生创新探索能力和理性思维能力，进而培养科学素养，增强化学思维，提升化学核心素养。