基于核心素养设计高中化学“学习活动”促进高中生科技创新人才培养

张莉

（新疆生产建设兵团第四师第一中学，新疆 伊犁）

核心素养下教师精心设计的学习活动要以学生为主体，在真实情境下学习化学知识和原理，再把所学的知识和原理运用到生活中,解决与化学有关的社会问题。《普通高中化学课程标准（2017版，2020年修订）》（以下简称“课程标准”）必修和选择性必修中建议的学习活动共158个，包括实验与探究活动（98个）和调查与交流讨论（60个）。以高中生现有的知识体系和技能，科技创新是可以做到的。

一、挖掘实验与探究活动，促高中生科技创新人才培养生根

课程标准建议的学生活动实验与探究活动在必修和选择性必修教科书上栏目是实验X-X、实验活动（课程标准中要求的“学生必做实验”）、探究、研究与实践。

（一）保质保量开展学生必做实验，整体规划实验

课程标准中高中化学必修和选择性必修中学生必做实验共18个，涉及化学物质性质和反应规律、物质的制备、物质的分离与提纯、物质的检验以及基本思路和操作方法。例如，配制一定物质的量的浓度溶液和“酸碱中和滴定”实验是教材中仅有的两个定量实验，是分析化学的基础实验。物质性质实验旨在培养学生敏锐的观察力和洞察力，同时使其掌握物质的性质。例如，探究影响化学反应速率的因素可用变量控制的方法，这是科学探究中常用的方法。把变量控制的方法运用到化学能转化电能的干电池实验，探究用生活中材料制作的简单电池的性能比较。

（二）科学探究实验引发积极思考，构建高阶思维

课程标准强调教师在课堂教学中积极引导学生开展科学探究，让学生掌握科学探究的过程，即发现问题，提出问题；查阅文献，设计探究方案；完成实验，得出结论。学生在科学探究中，通过实践可促进协同合作，培养敢于质疑和勇于创新的意识。例如，浓硫酸和铜加热反应，在各个版本的教科书上都出现过并配有彩图。高中生都亲眼见过这个实验过程或者亲自做过这个实验，但是只有极少数的学生在做实验的过程中发现反应过程中有黑色的物质生成，从而批判质疑，提出困惑：黑色的物质是什么呢？这激发了学生的好奇心和求知欲。学生提出各自的假设，假设1：黑色物质是氧化铜？假设2：黑色物质是硫化亚铜？假设3：黑色物质是硫化铜？假设4：黑色物质是混合物吗？化学科技小组通过实验探究并撰写科技论文解决了这一问题，获全国28届青少年科技创新大赛三等奖。学生也可以把课堂中学会的科学探究方法运用到与化学有关的社会热点问题上。例如，比较生活中除甲醛方法的利与弊，树立正确的人生价值观，落实并提升学科核心素养。

（三）自主设计科学探究实验

学生自己设计科学探究实验是高中生科技创新的萌芽和初探。例如，将Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl在研钵中研磨，然后放入烧杯中，滴入少量水，用手触摸烧杯的底部或者在玻璃片上滴些水，看两者能否冻在一起，从而证明这个反应是吸热反应，是热能转化为化学能的化学反应。但是在整个实验过程中有大量的刺激性气味的气体产生，污染了环境。出于绿色化学的考虑，学生大胆假设并实验论证，最终得到两个较好的实验改进方案，一是在烧杯上盖个纸盖并且戳些洞，在洞上放上蘸有硫酸的棉花。二是把实验药品放在气球里反应，用手摸可以感受到凉，气球是一个密闭可以看到膨胀的容器，气球体积变大证明有氨气生成，也达到了绿色化学的目标。这样可以促进学生学习方式的转变，使其主动学习，主动探究未知领域。

二、重视“调查与交流讨论”，促进高中生科技创新人才培养科学精神

学生活动“调查与交流讨论”在教材中出现在思考与交流、课后习题、科学史等栏目。“调查与交流讨论”是通过查阅文献和实地考察收集资料、研究资料，与他人分享、交流与讨论成果，协同合作。学生查阅文献可获得书本外的知识，学会使用数据库，文献是对已有研究的体现，学生只有站在科技前沿，了解哪些是别人已经研究过的，了解哪些是别人没有研究过的，才能提出新的方法、新的角度、新的方案，进行科技创新。例如，查阅合成氨、药物合成、合成材料、环境保护等对提高人类生活质量的影响。学生可开展实地考察，如调查市场常见化学电池的种类。学生走进超市、批发市场、工业生产工具店等不同类型的商店调查，增强调查的广度，增强数据的可靠性和有效性。电池按一次电池和二次电池分类，做好统计图，记录数据和分析数据。为了方便数据的展示，学生可以采用饼状图或柱状图呈现结果。“交流与讨论”，如举办小小化学家论坛，分享高中生科技创新成果。每年校级、师市、兵团、全国高中生科技创新大赛逐级遴选举行，给获奖高中生科技创新人才搭建展示的平台，也为参与活动的每一位高中生埋下创新的种子，激发他们的创新意识，他们认为创新距离自己很近，触手可得。

三、大手拉小手的“学习活动”加快高中生科技创新人才培养

在高中化学教学中，学校可开展大手拉小手的活动，构建区域校内外合力，促高中生科技创新，也可以建立高等院校、科普设施、科教企业与高中生科技教育活动联动的机制，还可以利用“双导师制”指导学习活动。例如，走访科研机构，了解物质结构研究的现代化技术和先进成果。开展伊犁河水质的成分研究和水污染的问题以及沿河两岸工厂污染物排放的问题。鉴于我们学校的硬件完不成这个项目，需要有资质的单位帮扶我们，伊宁市环保局是高中生科普基地，可以帮助我们完成研究。同时在专业人士的引领下，学生感受到了化学的魅力，激发了学习化学的兴趣。

四、“科学史”学习活动，培养高中生的科学精神

教材中的科学史话栏目涉及化学家、化学史料和化学发现等拓展性内容。例如，氧化还原反应概念的发展：1774年，法国化学家拉瓦锡提出燃烧的氧化学说，人们以得氧和失氧定义氧化还原反应。1852年，英国化学家弗兰克兰提出化合价的概念，人们以化合价升高和降低定义氧化还原反应。1897年，英国物理学家汤姆孙发现电子，人们以电子的转移定义氧化还原反应。“化学史”学习活动让学生掌握化学知识和化学原理的同时，感受到了科学家们的研究历程，树立崇尚真理的意识，不断探索和创新，服务社会，推动科学技术的发展。

五、“STSE综合实践”促进高中生科技创新人才培养

STSE（科学·技术·社会·环境）综合实践活动可激发高中生科技创新的科研潜质，提升科学素养。各学科融合探究的学生活动，是培养高中生科技人才的最佳载体。例如，距离我们学校1.5公里的伊宁市六星街历史街区，是学生自主选择“STSE综合实践”的研究对象。有些学生想研究历史街区特色美食——百年古兰丹姆冰激凌的制作工艺；有些学生想研究拒绝使用添加剂的柳芭俄罗斯列巴面包房食物发酵的研究；有些学生想通过化学分析方法研究网红蓝墙面肺子美味汤汁的秘方；有些学生想研究历史街区新能源开发利用的问题；有些学生想研究六星街历史街区垃圾处理的问题；有些学生想研究六星街建筑材料的防腐蚀问题；有些学生想研究六星街主要污染物的来源及危害；有些学生想研究六星街污水排放问题和处理的情况；等等。学生带着问题查阅文献和实地考察，走进伊宁市六星街。通过查阅文献，学生找到伊犁师范大学李教授和她的团队，得到了专业理论和知识的指导。高一（4）班杜××和海×两个学生无意中发现了语言景观“工人街九巷”错误。这一发现激发了学生探索的欲望，社会责任感油然而生，她们协作共采集了96块景观语言语料，发现翻译不当共14处，并把自己的研究结果告知六星街所在的社区管理工作人员，改善了旅游文化建设，并撰写科技小论文《“一带一路”下景区语言景观的探究——伊宁市六星街历史街区（AAAA级景区）》参加2022年兵团第20届青少年科技创新大赛一等奖。高××和于×热爱家乡，知道新疆伊宁市是“一带一路”沿线最西部边境城市，既是一所历史文化名城，又是一所国家级优秀旅游城市。伊宁市六星街是一个富有特色的历史文化街区，具有多元文化交汇的人文资源优势和独特的城市格局。

基于核心素养的“学习活动”是高中生科技创新人才培养的重要方式。学习活动形式多种多样和内容层次丰富，在活动中师生教学相长，相互促进，学生转变学习方式，主动学习，建立高阶思维，逐渐成为高质量科技创新人才；教师在学习活动设计过程中成长为专家型教师，引领高中生科技创新。科技兴则民族兴，科技强则国家强，科学技术和创新从来没有像今天这样深刻影响着国家的前途和命运，从来没有像今天这样深刻影响着人民的生活福祉。我们要为实现中华民族伟大复兴贡献自己的力量。