基于化学核心素养的科学探究活动

代鹏 刘传友 李刚 李荣慧

摘要：以人教版九年级下册“探究探究氢氧化钠和稀盐酸的反应”为例，将化学学科核心素养落实在科学探究教学中。

关键词：核心素养;初中化学;优质课;科学探究;说播课

文章编号：1008-0546（2019）10-0078-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.021

笔者参加了2018年11月26-28日在池州市举行的安徽省初中化学优质课大赛。本届大赛的主题是核心素养引领下的初中化学教学，大赛采用最新的说播课形式进行。2017版高中化学新课标提出化学学科核心素养的具体内容，为今后的高中化学教学指明了方向，如何在初中化学教学中展开“素养为本”的教学，为学生后续学习化学奠定基础，是当前急需解决的问题。基于此，我在本次大赛中设计了“探究氢氧化钠和稀盐酸的反应”的科学探究课，将化学核心素养在课堂教学中落地。

一、设计理念

新课标倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，促进学生学习方式的转变。本节课就初中化学中疑点问题氢氧化钠和盐酸能否发生反应，展开学科探究，目的在于发展和培养学生的化学学科核心素养。

为了提升科学探究的品质，本节课采用基于微课的翻转课堂的教学模式进行教学。将科学探究的提出问题、猜想与假设、方案设计置于课前，用微课辅助完成。课中主要进行方案的论证、实验探究、交流与讨论，同时构建无明显现象化学反应发生的证据模型。

二、设计思路

1.教學目标的分析

本节课教学目标的确立依据的是学科核心素养，相较于三维目标，学科核心素养更具体、更可测、更具有差异性，所以需要进一步突出学科核心素养对三维教学目标的引领和升华（表1）。

三、教学过程

环节1：展示猜想，激发欲望

回顾：课前通过微课的学习，同学们对氢氧化钠和盐酸到底有没有反应做出了自己的猜想。学生再次思考微课中提出的问题。

展示：学生猜测结果的数据统计：

猜想有反应：31人，占62%

猜想不反应：17人，占34%

猜想不知道：2人，占4%

设计意图：提出问题，进入情境，激发学生的好奇心和求知欲。

讲述：由于没有看到明显的现象，同学们对于氢氧化钠和盐酸能否发生反应也不确定。本节课我们就利用实验探究法的方法来研究这个反应。

环节2：探寻规律，构建模型

问题：判断一个反应是否发生的依据是什么？验证的途径有哪些？如何根据溶液的酸碱性变化，设计实验证明氢氧化钠和盐酸发生了反应？寻找无明显现象化学反应发生的证据。

讨论：判断盐酸和氢氧化钠有没有发生化学反应，可以通过检验是否生成新物质，也可以通过检验反应物是否被消耗等途径来判断，变“无明显现象”为“有明显现象”。

设计意图：认识无明显现象化学反应普遍存在，体会本次探究的重要意义。能根据物质变化的信息建构模型，建立思维框架，培养学生模型认知的化学学科核心素养。

环节3：展示方案，分析论证

根据寻找无明显现象化学反应发生的证据的思路。学生分组对各种实验方案进行评价和完善，然后分组汇报交流，在教师指导下，优选出可行的方案。

（1）展示A同学的猜想和实验设计方案：

A同学猜想能反应。实验设计方案：利用氢氧化钠的性质，证明氢氧化钠不存在。向氢氧化钠溶液中滴加适量稀盐酸，再向混合溶液中滴加酚酞试剂，然后观察现象。若酚酞红色消失，证明氢氧化钠不存在，二者发生反应。

师：A同学的方案是否可行？谈谈你的理由。

生：我觉得可行，红色消失说明稀盐酸将氢氧化钠反应完了，二者确实发生了反应。

师：很好。证明氢氧化钠不存在还有哪些实验方案7

学生小组讨论，小组代表汇报。

生：向氢氧化钠溶液中滴加过量稀盐酸，再向混合溶液中滴加硫酸铜溶液，然后观察现象。若没有产生蓝色沉淀，证明氢氧化钠不存在，二者发生反应。

师：还有其他实验方案吗？

生：先用pH试纸测量氢氧化钠溶液，然后向氢氧化钠溶液中滴加过量的稀盐酸，再测量混合溶液的pH，若pH变小，则二者发生反应，否则二者不发生反应。

其他学生质疑，讨论并反馈意见。

（2）展示B同学的猜想和实验设计方案：

B同学猜想能反应。实验设计方案：利用稀盐酸的性质，证明稀盐酸不存在。向稀盐酸中滴加适量紫色石蕊试剂，溶液显红色，继续滴加氢氧化钠溶液，若观察到红色变成蓝色，证明稀盐酸不存在，二者发生反应，否则不发生反应。

师：B同学的方案是否可行？谈谈你的理由。

生：我觉得可行，红色变蓝色说明氢氧化钠将稀盐酸反应完了，二者确实发生了反应。

师：很好。证明稀盐酸不存在还有哪些实验方案？

学生小组讨论，小组代表汇报。

生：先用pH试纸测量稀盐酸溶液，然后向稀盐酸中滴加适量的氢氧化钠溶液，再测量混合溶液的pH，若pH变大，则二者发生反应，否则二者不发生反应。

师：还有其他实验方案吗？

生：然后向稀盐酸中滴加过量的氢氧化钠溶液，然后加入锌粒，观察现象，若有气泡产生，则证明二者发生反应，否则不发生反应。

其他学生质疑，讨论并反馈意见。

（3）展示c同学的猜想和实验设计方案：

c同学猜想能反应。实验设计方案：利用氯化钠的性质，证明氯化钠存在。向稀盐酸中滴加过量的氢氧化钠溶液，然后再滴加硝酸银溶液，观察现象，若观察到有白色沉淀生成，二者发生反应，否则不发生反应。

师：c同学的方案是否可行？谈谈你的理由。

生：我觉得不可行，氯化钠溶液和硝酸银溶液反应生成白色沉淀，但是盐酸也会和硝酸银产生白色沉淀，无法证明是否有氯化钠生成。

设计意图：从不同角度设计出多种方案来验证猜想，指出各方案的可行性，培养学生学习化学的创新能力和科学态度。

环节4：实验探究，证据推理

学生分组分别完成自选方案的相关实验，然后分享观察到的实验现象，得出结论。通过学生全方位合作，多路径的展示，培养学生观察能力、证据推理的学科核心素养。

环节5：深度探究，揭示实质

提出问题：在化学反应中不但生成其他物质，而且还伴随着能量的变化。那么氢氧化钠溶液和稀盐酸反应后温度变化情况？学生无法预测，这也是传统实验不能解决的。这时，我向大家介绍了现代实验技术——数字化实验，探究二者混合后温度的变化。教师介绍数字化实验装置、数据采集器、磁力搅拌器、温度传感器。连接装置，将10mL 10%稀盐酸和相同体积相同质量分数的氢氧化钠溶液混合，同时迅速插入温度传感器。点击按钮开始采集实验数据。

观察记录：观察温度和测出的曲线（图1），实时记录有关数据。

交流回答：温度曲线变化：溶液混合后，温度逐渐升高，过一段时间，温度逐渐降低。说明反应放出热量。

师：通过数字化实验可知，稀盐酸和氢氧化钠溶液二者发生反应放出热量，但是为什么过一段时间以后温度降低了？

生：二者反应结束，热量散失到空气中，所以温度慢慢降低。

师：连接装置，将10mL 10%稀盐酸和相同体积相同质量分数的氢氧化钠溶液混合，同时迅速插入pH传感器。点击按钮开始采集实验数据（图2）。

对于曲线分析学生是陌生的。首先介绍横纵坐标的意义;再介绍分析曲线的方法：标出曲线的起点、拐点和终点。

生：反应溶液pH整体呈下降趋势;不同时间段溶液pH下降幅度不同;溶液最终呈酸性。

师：根据刚才的探究，你能否推理出氢氧化钠和稀盐酸反应的实质？请你用化学符号表达出该反应化学方程式。

生：NaOH+HCI=NaCI+H2O

设计意图：通过利用数字传感器对该反应的深度探究，学生从宏观、微观、符号、曲线四重表征认识化学反应进而对氢氧化钠和稀盐酸的反应有了更本质的认识。

环节6：实践应用，提高能力

为了提高学生实践能力，在最后环节安排学生处理实验后的废液，借助pH传感器来检验废液的酸碱性，进而调节废液的pH，最后呈中性排放。

交流讨论：此方法也可以应用到工业废水的处理。

设计意图：有意识地把化学与社会、环境、生产融合在一起，体现化学學科的应用价值，培养学生的环保意识，提升了学生“科学态度和社会责任”学科素养。

四、教学反思

本节课通过真实问题情境的创设，开展以实验探究、理论探究为主的多种探究活动，在教学中重视内容的设计，层层递进，很好地激发了学生学习化学的兴趣，促进学习方式的转变。

运用“基于微课的翻转课堂”的教学模式，将科学探究的提出问题、猜想与假设设置于课前微课完成，课堂上主要进行猜想分析、方案的论证、实验探究、解释与结论，培养了学生基于证据的实验探究意识，提升了科学探究的品质。

本节课按照科学探究的一般步骤逐步完成，学生体验了科学探究的过程，享受了科学探究的乐趣，同时传统实验和数字化实验相结合、证据推理和得出结论相结合、小组合作交流和独立思考相融合，充分运用了化学学习中的四种表征来帮助学生理解氢氧化钠和稀盐酸的反应。学生在科学探究中提升了认知能力、拓展了学习方式。在新课改理念下，通过科学探究活动的开展，很好地培养和发展了学生的化学学科核心素养。