核心素养观照下的化学实验复习教学研究

李宏春

摘要：以“无机化合物的制备”复习课教学为例，从实验制备合成、分离提纯、纯度测定三个角度进行探讨，渗透了科学探究与创新意思、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任等化学核心素养。

关键词：核心素养；化学实验；复习教学

文章编号：1008—0546（2017）11—0054—04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.018

一、设计背景

随着《中国学生发展核心素养》总体框架颁布推广，一线教师需积极面对新一轮课堂教学改革。学生发展核心素养是指学生应具备的、能够适应终生发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。科学探究与创新意识是化学核心素养的实践基础，证据推理与模型认知是科学探究的思维本质与基础，科学精神与社会责任是科学探究与创新的价值追求和价值立场。化学实验教学要引导学生依据实验目的设计并优化实验方案，分析操作步骤及细节缘由；在条件许可情况下动手操作并对实验中一些反常现象提出质疑，提出实验改进设想；从而培养学生规范操作和证据推理意识，在实验探究中建立观点、结论和证据之间逻辑关系。

实验复习是化学选考总复习中的重要内容之一，它既可以巩固和强化实验基本技能，又能对元素化合物知识、化学基本理论的掌握起到深化与提高，对于全面发展学生的化学学科核心素养有极重要的作用。综观近年浙江省化学选考试题，实验题是每次必考的题型，然而每次的答题情况不甚理想。表现问题如下：基础知识不扎实、实验探究能力缺失、问题回答表述不规范、信息现场迁移能力差、化学观念不清等。学生在考试中暴露出的种种问题归根结底是由于复习浮于表面、不深入不扎根，教师目光不够长远，功利地直接瞄准“考点”，停留在知识的浅层记忆，忽略思想方面的培养；学生缺乏化学基本观念的支撑，思维品质欠佳，面对新情境知识迁移能力和分析解决问题的能力差。

二、设计思路

物质制备实验的知识涉及面广、能力综合度高，能较好发展学生科学探究与创新意识等化学核心素养，能让学生认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动；能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究；在探究中学会合作，面对“异常”现象敢于提出自己的见解。基于以上分析，本节课教学价值如下：

从知识维度来看，通过无机化合物制备复习可以进一步了解常见简单无机化合物的制备原理和方法，巩固仪器名称实验装置及功能、操作步骤及原因分析、试剂选择及作用、产品的杂质分析、纯度计算等化学核心知识。

从能力维度来看，无机化合物制备是体验科学探究、创新意识等核心素养的有效平台。通过复习可以培养学生阅读素材获取信息能力、综合运用能力、分析表达能力、迁移计算能力，提升思维的敏捷性和批判性。

从人文维度来看，无机化合物制备是培养创新意识、科学精神、社会责任的优质载体。

通过对学生已有认知结构分析，本课时可能遇到的困难和问题如下：

（1）对制备物质有关信息比较陌生；

（2）对一些大学仪器使用方法和测定原理不是很清楚。

依据《中国学生发展核心素养》有关精神，结合考试说明和学科教学指导意见有关要求，本节复习的重点是设计并优化实验方案，熟悉有关物质制备的操作流程及注意事项，从而落实“科学探究与创新意识、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任”等化学核心素养。具体教学实施如下图1所示。

三、教学过程

1.创设情景，导入主题

【引入】展示硫酸铜晶体图片

【教师】某化学兴趣小组利用铜粉为原料制备少量的硫酸铜溶液，请利用实验室常见的药品，设计可行的制备方案。

【学生】分小组进行交流与讨论。

【教师】收集典型设计方案，引导学生进行分析评价优缺点。

方案1：将铜粉在某仪器中反复灼烧，使铜粉与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应。

【学生】思考：下列仪器（图2）中，在灼烧固体物质时必须用到的仪器名称是什么？

【学生】评价灼烧固体物质能耗大。

【教师】方案2：将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热则能使之反应完全，过滤可制得硫酸铜溶液。

【学生】思考：（1）写出烧瓶中发生反应的化學方程式。

（2）把浓硝酸分多次加入铜粉与稀硫酸混合物中的目的？

【教师】方案2用图3装置进行实验是否科学？

【学生】评价铜粉与稀硫酸、硝酸混合液反应产生NO不能被NaOH溶液吸收污染环境，氮氧化物直接通入NaOH溶液反应易倒吸。

【教师】请你画出反应改进装置图。

【学生】展示铜粉与硝酸硫酸混酸反应改进装置图（图4）。

【教师】方案3：将3.2g铜粉放到45mL1.5mol·L^-1的稀硫酸中→缓慢滴加18mL10%的H₂O₂→水浴加热（反应温度保持在40-50%）→反应完全后（若有过量铜粉，补加稀H₂SO₄和H₂O₂）→加热煮沸2分钟→趁热过滤（弃去不溶性杂质）→得到硫酸铜溶液。

【学生】评价改方案能耗低，环境污染小。

【教师】思考：

（1）水浴加热，需保持温度在40-50℃，可能的原因？

（2）为什么要趁热过滤（弃去不溶性杂质）？

【学生】小组合作与交流

【小结】化学反应条件（温度）的控制endprint

设计意图：通过硫酸铜晶体制备实验方案设计讨论，创设物质制备实验设计的认知模型，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律，突出科学探究和创新意识核心素养。实验方案设计讨论过程中使学生自主学习、合作探究、交流反馈等学习方式得以培养，知识应用能力得以锻炼。通过实验装置的创新优化渗透可持续发展意识和绿色化学观念，突出社会责任化学核心素养。通过生产中反应条件（温度）的选择分析，突出严谨求实的科学态度。

2.证据推理，定量设计

【教师】结合表1信息如何从硫酸铜溶液中得到纯净（干燥）的硫酸铜晶体？请说明选择分离方法基本依据。

【教师】提出问题引导学生进行讨论。

【学生】思考：

（1）分离提纯硫酸铜晶体操作流程。

（2）为什么不直接蒸干？为得到较大颗粒的硫酸铜晶体，冷却结晶注意什么？

（3）如何洗涤？

（4）能否烘干？

【教师】展示减压过滤装置，引导学生回忆操作注意事项。

【学生】观察思考。

【教师】如何测定硫酸铜晶体纯度？

【学生】沉淀法：利用硫酸铜晶体中SO₄^2-形成BagO₄沉淀测定。

【学生】沉淀法步骤多，损失大从而造成测定结果误差大。

【教师】研究硫酸铜晶体组成，发现还可以通过Cu²⁺进行分析，同样测定Cu²⁺用沉淀法不行。Cu²⁺具有氧化性配成溶液后可以进行氧化还原滴定。引导学生阅读学案中的“碘量法”。

（1）实验原理：在以CH₃COOH为介质的酸性溶液中（pH=3～4）Cu²⁺与过量的I^-作用生成不溶性的CuI沉淀并定量析出12：

生成的I₂用Na₂S₂O₃标准溶液滴定，根据Na₂S₂O₃标准溶液的浓度，消耗的体积及试样的重量，计算试样中铜的含量。

【学生】思考：1.选何种物质为指示剂？2.终点判断？

【教师】投影：实验步骤①铜盐试样的称取、溶解和缩取

准确称取铜盐试样0.6000g于100mL烧杯中，用少量水溶解后，转入100mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。再取10.00mL试液数份，分别放人100mL碘量瓶中。

【学生】思考：实验步骤①操作时用到哪些精密计量仪器？

【教师】酸式滴定管如何用待装液润洗？

【学生】上台演示具体操作。

【教师】投影：教材规范表述

【教师】投影：实验步骤②测定

在上述放有试液的碘量瓶中，加入1mL2mol·L^-1H2S04和足量10%KI溶液，用少量纯水吹洗瓶壁，立即用0.01mol·L^-1INa₂S₂O₃溶液滴定至红棕色变成浅黄色，然后加入淀粉数滴，继续滴定至浅蓝色，……。记录Na₂S₂O₃体积读数，重复滴定2-3次。

【学生】思考：

1.滴定前溶液酸化，硫酸的作用？

2.滴定前溶液酸化，硫酸的量能否多加，为什么？

3.若实验平均用去Na₂S₂O₃标准溶液20.00mL，计算所得产品中Cu的质量分数（假设杂质不参加反应）？

设计意图：通过表1 CuSO₄在不同温度下的溶解度分析，落实证据推理素养，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。接着介绍蒸发浓缩、冷却结晶、减压过滤、洗涤干燥等基本操作，其目的是让学生建立物质分离提纯的操作模型。展示减压过滤装置和碘量瓶实物，增强仪器实物教学的直观性，追求课堂教学的本真，落实科学探究素养。最后产品中cu的质量分数计算，提升学生计算能力以免考试时逢算必错，有效数字问题讨论主要培养学生严谨的科学精神素养。总之，本环节采用演绎判断、科学探究、事实求证、證据推理等方法，着力引导学生多角度、辩证地分析硫酸铜晶体物质分离提纯与纯度测定问题，从而训练思维的灵活性与缜密性，感悟化学定量实验的独特魅力。

3.华丽转身，体验应用

【教师】引导学生我来当命题专家，就物质制备拟制一道实验试题。

参考资料：

（1）三草酸合铁（Ⅲ）酸钾制备的微视频

（2）文献中三草酸合铁（Ⅲ）酸钾制备与测定实验报告（节选）和综合实验的命题特点

我预设的考查点有________；

我针对这个实验题，拟制的具体问题是____；

我的详细解析是________。

【学生】阅读文献，课后自编试题。

设计缘由：通过观看微课和阅读文献编制试题，培养学生信息的识别、处理、应用能力，促进学生素养发展。学生通过体验实验题的命制过程，了解试题考点分布，寻找知识共性，便于知识应用。新课程强调学生是学习的主人，授之以鱼，不如授之以“渔”，让学生学会学习是至关重要的。

4.系统归纳，升华认知

【小结】本节课收获

（1）核心知识：无机化合物物质制备实验题考查视角。

（2）核心素养：科学探究、创新意识、证据推理、科学精神、社会责任。endprint

【作业布置】浙江省化学选考加试实验题真题重做及错题整理。

设计缘由：通过系统归纳，升华认知的方法引导学生自主归纳交流心得，了解考题知识点和能力点的分布，从高考真题节选典型案例，运用“思维模型”分析并解决问题，引导学生在问题解决的过程中，深化对思维模型的理解，增强解决问题的信心。

四、教学反思

1.在教学设计理念上渗透化学核心素养

发展学生的化学学科核心素养，需要教师学会核心素养观照下的化学主题教学设计。核心素养观照下的化学主题教学设计具有结构化的教学主题，承接着发展学生化学核心素养的任务。核心素养观照下的化学主题教学设计就其教学内容来说，一般包括以整合方式融为一体的三部分：科学认知——理解、掌握化学学科的基础知识、基本技能与相关的研究和学习方法；化学实验和科学探究——化学实验（包括化学现象观察）方法学习、科学意识和能力培养；科学与人文教育——认识科学与社会、生产、环境的关系，科学价值和科学伦理教育。故化学实验复习课教学设计应从科学认知、化学实验和科学探究、科学与人文教育三个方面反映发展学生化学学科核心素养的要求，突出科学探究与创新意识的核心地位，体现化学学科的独特魅力。“硫酸铜晶体制备”这节主题教学设计不仅是为了让学生学会设计物质制备的一般方法，更主要的是让学生以此实验为探究基点，掌握实验过程中的一些原理和基本思想，如物质转化思想，分离提纯思想等，渗透科学探究、创新意识、证据推理、科学精神、社会责任等化学核心素养。

2.在教学素材选择上突出化学核心素养

著名化学教育家戴安邦教授曾说过：化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的教学形式。学科核心素养的培养，蕴含了学习方式和教学模式的改变。要采用一些基于问题的、基于项目的活动方式建构学习。因此教师应积极寻找最有价值的实验复习教学素材，让学生参与讨论和交流，包括对疑点、假设及论点的提出与评价，通过交流、探索发展学生原先的认知，促进学生进入高水平的认知和素养的养成。

浙江省选考31题实验一般以大学化学基础实验中制备与合成的物质为素材，考查学生制备方案设计、分离提纯操作、纯度测定等核心知识，从而使化学的具体知識逐渐化为化学学科的基本思想和基本观念，充分体现了“化学学习的目的不在于要成为化学家，重要的是要善于用化学知识去分析、解决生产、生活中问题”这样的教学理念，充分认识和开发化学实验的独特价值。

3.在课堂教学实施上落实化学核心素养

落实化学核心素养的途径是开展探究教学、解决问题、情景学习。本课教学设计依据新课程倡导的“从素材走进化学探究”教学理念，创设教学情境以激发学生的学习兴趣，同时又注意在复习课结尾让学生华丽转身命制高考试题，总结学习体会练习，高考真题案例走出课堂，从而掌握物质制备实验探究的一般思路（图5）。在整个教学实施过程中，注意将实验作为科学探究的重要手段，选择与教学相适应的实验资源加以利用，如碘量法测定，引发学生的认知冲突，提高学生解决问题的能力。这样可以使学生在探究的过程中，获取新知识的同时，理解科学实验的意义，从而强化自身的实验观，对化学产生更好的情感，全面提升化学学科素养。

总之，核心素养观照下的化学实验复习教学，在课堂教学实施上以点结网，在结构关联中走向深度学习；以线连线，在互动交流中体现学为中心；拓展延伸，在归纳应用中落实化学核心素养。但由于受时间和空间限制，无机化合物制备实验缺少了学生分组操作实验的环节，学生只能通过阅读文献，纸上获得信息，课堂缺少了更多的实验教学直观性和体验性。学生在课的结束华丽转身学考试题编制，使得他们对知识理解得更加深入。endprint