基于化学学科核心素养培养的实验创新设计初探

许先林 赵君

摘  要：核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终生发展和社会发展需要的必备品格与关键能力。化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度。化学学科核心素养的培养重要载体是学科教学，化学是一门以实验为为基础的学科，合理的实验设计是发展学生化学学科核心素养的重要依托和载体之一。

关键词：化学学科核心素养;实验创新设计

一、化学学科核心素养

1. 关于核心素养

2016年9月13日上午，中国学生发展核心素养研究成果发布会在北京师范大学举行。来自教育学界和心理学界的知名专家学者、教育行政部门人员和一线教育工作者代表等参加了会议。北京师范大学林崇德教授指出：“核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终生发展和社会发展需要的必备品格与关键能力。它是关于学生知识、技能、情感、态度、价值观等多方面要求的综合体;它指向过程，关注学生在其培养过程中的体悟，而非结果导向;同时，核心素养兼具稳定性与开放性、发展性，是一个伴随终生可持续发展、与时俱进的动态优化过程，是个体能够适应未来社会、促进终生学习、实现全面发展的基本保障。^[1]”

中国学生发展核心素养以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主發展、社会参与3个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养，具体细化为国家认同等18个基本要点。各素养之间相互联系、互相补充、相互促进，在不同情境中整体发挥作用。为方便实践应用，将六大素养进一步细化为18个基本要点，并对其主要表现进行了描述。

2.关于化学学科核心素养

所谓化学学科核心素养是指学生通过化学学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。“关键能力”属于智力因素，“必备品格”主要属于非智力因素，“正确价值观念”属于价值取向。化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度。

3.核心素养与学科核心素养间的关系

学科核心素养与核心素养二者是相辅相成的。学科核心素养是核心素养的基础性作用在学科意义上的呈现;从学科的角度来说，学科核心素养是核心素养的育人功能与学科价值的有机结合，是该学科实现立德树人根本任务的价值所在。

学科核心素养的实现必须以知识教学为载体。课堂教学是发展学生学科核心素养的主阵地。如何真正以生为本，立足课堂教学，发展学生化学学科核心素养，这就要求教师必须围绕化学学科核心素养精心设计教学内容。^[2]化学是一门以实验为为基础的学科，合理的实验设计是发展学生化学学科核心素养的重要依托和载体之一。那么，如何基于化学学科核心素养进行实验教学的创新设计，从而实现这一目标呢？

二、基于化学学科核心素养的实验教学的创新设计案例

最新发布的化学学科核心素养中指出，实验探究和创新意识是化学学科核心素养的实践基础。而化学学科又是一门以实验为基础的自然学科，化学学科创新能力的培养将主要以实验创新的形式来呈现^[3]。在实际教学中，我按照目前关于化学学科核心素养的要求，对“铁在氯气中燃烧实验”进行创新设计，挖掘其学科核心素养价值，并设计成了教学案例，希望在实验教学中通过合理的实验设计发展学生化学学科核心素养。

案例：铁在氯气中燃烧实验的改进

现行人教版教材必修一第三章第一节金属的化学性质第49页“金属除了能被氧气氧化外，金属还能被氯气、硫等具有氧化性的物质氧化”，第四章第二节富集在海水中的元素---氯教材83页“钠、铁、铜都能在氯气中燃烧”等地方都提到氯气与铁的反应，但是课本没有安排相关演示或学生实验，学生对于铁与氯气反应只能通过文字描述或视频了解。教材这样做的原因，并不是说该知识点不重要，而是考虑氯气的污染，不做好安全防护会对师生健康造成危害。为了确保无污染的前提下让学生亲眼目睹或者亲自操作铁与氯气的反应，实验创新设计如下：

实验目的：氯气与铁的反应演示实验改进并验证生成物。

实验装置：大广口瓶、集满氯气的小集气瓶、注射器3个（分别装有硫氰化钾溶液、蒸馏水、氢氧化钠溶液）、双孔塞、酒精灯、铁丝。

创新设计：

1、将收集满氯气的集气瓶小心放入大集气瓶中;

2、加热铁丝至红热，迅速伸入小集气瓶中，盖紧双孔塞（展示装置，引导观看剧烈燃烧反应，产生棕黄色烟说明氯气活泼）;

3、产物验证：用注射器注入少量蒸馏水，观察到溶液呈棕黄色，继续注入KSCN溶液，通过观察溶液变红证明是三价铁离子的生成;

4、尾气处理：用注射器注入约100mLNaOH溶液，充分震荡吸收集气瓶内残留的氯气，同时也能观测到红褐色氢氧化铁沉淀生成。

改进优点：

1、现象明显，给学生强烈的感官刺激，这比讲解书本文字材料印象要深刻的多，更能激发学生的求知欲和探索欲望。

2、改进氯气与铁的反应实验，培养学生的科学探究和创新意识的核心素养。只要根据物质的性质积极思考，就可以选择合适方式进行科学探究，让学生体验探究过程。

3、本创新实验在密封条件下进行，产物及时处理，做到不污染环境，让学生体会到处处要有环境保护的意识，培养学生科学态度和社会责任感的核心素养。

4、该装置可以完成铁、铜分别与氯气的反应对比两种金属性的强弱，也可以通过铁与氯气、溴蒸气反应对比两种非金属性的强弱。

设计意图：

通过创新实验，引导学生观察氯气与铁的反应及三价铁离子的检验及氢氧化铁沉淀的生成，直观感受实验现象，培养创新与探究能力。在此过程中，进一步培养学生的核心素养，具体分析如下：

科学探究与创新意识    通过实验创新设计，让学生观察到文字材料不能呈现的直观实验现象;通过对实验装置的改进，本身也体现了一种创新意识;

变化观念与平衡思想    根据实验现象分析氯气和铁、三价铁离子的检验、氢氧化铁的生成、氯气和氢氧化钠溶液所发生的反应，通过观察分析，明确物质之间的变化;

宏观辨识与微观探析    根据三价铁离子与KSCN溶液反应溶液变成血红色的宏观现象推测在微观上三价铁离子与硫氰根离子发生了化学反应;

证据推理与模型认知    根据三价铁离子与硫氰根离子反应现象、红褐色氢氧化铁沉淀生成等实验现象，书写有关反应方程式，深入分析实验原理，寻找证据进行推理;

科学精神与社会责任    通过创新实验设计，在封闭环境中实验，减少氯气对环境的污染;加入NaOH溶液，充分震荡吸收集气瓶内残留的氯气，延伸到在实际生活中遇到氯气泄漏问题时，可以采取的合理的处理办法，利用所学知识解决实际问题。引导学生增强环境保护的意识，培养学生科学精神和社会责任的核心素养。

三、几点体会

1.化学学科核心素养的培养是建立在课堂教学的基础上的，是一个潜移默化的过程，不可能凭空产生，也不可能一蹴而就。

2. 化学实验创新设计教学是培养化学学科核心素养的一种重要载体和依托而不是唯一。

3. 基于化学学科核心素养培养的实验创新需要教师在工作中不断学习，不断实践，全面把握学科内容，挖掘学科核心素养价值。

参考文献

[1]  林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016

[2]  周业虹. 基于发展化学学科核心素养的教学设计案例分析[J]. 化学教学，2016（8）：36-39，共4页.

[3]  叶鹏. 化学学科核心素养下高中生实验创新能力的培养策略[J]. 中学化学教学参考，2018（7）：40-42.