借助高中化学实验提升学科核心素养探析

蔡德洋

摘 要：在高中化学教学体系中，实验是化学认识的基础，也是化学理论的检验标准，具备极高的教育教学功能，是培养学生化学核心素养的主要阵地。在新课程标准的指导下，教师应及时更新教育观念，深刻认识实验教学的价值，重视各类化学实验特别是探究型实验的开展，让学生在实验中培养高阶思维能力，提升学科核心素养。

关键词：高中化学；化学实验；核心素养；数字化实验

《普通高中化学课程标准》（2017年版2020年修订）为高中化学课堂教学指明了方向，即立足于化学学科的特点，促进学生化学核心素养的发展。化学是一门以实验为基础的学科，在高中化学教学体系中，实验是化学认识的基础，也是化学理论的检验标准，具备极高的教育教学功能，是培养学生化学核心素养的主要阵地。因此，高中化学教师应深刻认识实验教学的价值，重视各类化学实验特别是探究型实验的开展，让学生在实验中培养高阶思维能力，提升学科核心素养。

一、核心素养下高中化学实验教学现状分析

实验作为高中化学课堂教学的重要组成部分，是践行“素养为本”这一新型教学观念的重要载体，但在教学实践中，化学实验并未受到应有的重视，致使教学效果大打折扣。具体体现在：

首先，教师没有及时更新教育观念。即便在新课程以发展化学学科核心素养为主旨的基本理念引导下，部分化学教师依然束缚在应试教育、“知识本位”的教学观念中，对化学实验教学的重要性认知不够全面、不够深刻，甚至为了追赶教学进度和避免麻烦，将学生必做实验处理为课堂演示实验，将课堂演示实验处理为观看实验视频；或者运用讲实验代替做实验，剥夺了学生的实践机会，学生无法亲身参与到化学实验操作和探究学习中。这些做法不仅打击了学生学习的积极性和兴趣，也不利于学生深入学习化学知识，长此以往，化学实验无法体现出其真正的教育教学效果，学生也难以感悟到化学学科的魅力，并逐渐失去学好化学的兴趣和信心。

其次，化学实验教学模式单一。新课程下，为了引领学生在实验中形成和发展化学核心素养，教师必须要科学设计实验教学方案，借助科学、多元化的实验教学手段，引领学生高效学习，并从中获得成长和发展。但在教学实践中，由于教师对教学方法研究不够深刻，也没有深入挖掘实验内涵，基本上都是按照教材上的内容开展各种实验，没有引导学生深入思考实验现象与隐藏于背后的本质规律之间的关系。在这种固定的实验教学模式下，虽然也能达到传递知识的效果，但也阻碍了学生的发展，难以发挥实验教学对提升学科核心素养的重要作用。

二、核心素养下高中化学实验教学实践

（一）创设实验情境，在探究中提升学科核心素养

现今高考评价体系指导下的高考命题呈现出“无价值不入题，无思维不命题，无情境不成题”的状态。化学试题情境一般包含日常生活情境、生产环保情境、学术探索情境、实验探究情境、化学史料情境等。在平时化学教学中，教师也应重视教学情境创设，特别是化学实验情境创设，通过“情境—问题—探究—结论—应用”流程，渗透化学学科核心素养。

以苏教版《化学反应原理》专题一第二单元《电解池的工作原理及应用》为例，首先，教师可以创设一个实验情境——用电解器分别电解自来水和纯净水，引导学生认真观察实验现象，发现现象与初中学过的电解水的实验不同，产生认知冲突，激发学生思考：电解有何条件和规律？如何才能电解水获得氢气和氧气？其次，通过电解熔融氯化钠的微观探析，学习电解的工作原理，归纳电解池的构成要素，初步构建电解认知模型。第三，通过电解饱和食盐水实验现象的分析，认识微粒放电顺序，完善电解认知模型。最后，应用电解池的思维模型，设计电解水制取氢气和氧气的实验，再通过实验探究不同电极对电解产物的影响，发现并解决课前的实验情境问题，进一步完善电解认知模型。此教学过程引领学生在实验中发现问题、探究问题、解决问题，主动构建知识体系，有利于发展学生的宏微结合、证据推理、模型认知、科学精神等学科核心素养。

（二）巧设探究问题，在思考中提升学科核心素养

教学过程中，教师经常通过设置各种问题，引发学生思考，并逐步展开教学。好的问题能激发学生的求知欲，能引导学生深入思考，甚至提出具有探究价值的新问题，也能培养学生的高阶思维，提升学科核心素养。因此，在实际实验教学中，教师应深入思考实验的教育教学内涵，巧设探究问题，激发学生思维并给予学生足够时间进行思考，强化学生的实验探究过程，发挥实验教学对提升学科核心素养的重要作用。

还是以苏教版《化学反应原理》专题一第二单元《电解池的工作原理及应用》为例，教学片段如下：

[展示资料]氯化钠——白色无臭结晶粉末。熔点801℃，沸点1465℃，易溶于水，水中溶解度为35.9g（室温）。

[提出问题]现在，请同学们思考这个问题，氯化钠的熔点是801℃，将它熔化需要消耗热能，工业制取钠单质为什么要电解熔融的氯化钠，能否直接电解氯化钠固体制取钠单质？

[学生回答]固体氯化钠中钠离子和氯离子不能自由移动，不导电，不能作为离子导体。

[追问]那么，能否通过电解氯化钠溶液制得金属钠呢？

[学生活动]思考，并提出自己的看法。

[实验]用惰性电极电解氯化钠溶液（滴入几滴酚酞）

[再问]由实验可知，电解氯化钠溶液获得的是氢气、氯气和氢氧化钠，这又是如何产生的？请同学思考这几个问题：（1）氯化钠溶液中存在哪些微粒，通电前如何运动？（2）通電后，电子如何运动？（3）通电后，氯化钠溶液中的微粒如何运动？（4）通电后，在两电极上发生什么反应？

通过以上问题设置，引导学生不断思考，巩固电解池的构成要素，并从电解池的认知模型出发，猜想电解氯化钠溶液的结果；然后通过实验获取宏观现象，验证猜想，利用设置的问题链，引导学生从微观视角进行探析，得出实验探究结果：当存在多种微粒都可以放电时，反应是有顺序的；最后小结常见离子的放电顺序，完善电解认知模型。通过如此层层递进的问题设置，既能调动学生主动构建知识体系与认知模型，也发挥了实验对培养学生宏微结合、科学探究等学科核心素养的重要作用。

（三）融合信息技术，借助数字实验提升学科核心素养

传统化学实验主要依靠视觉、听觉、嗅觉、触觉等感知实验现象，但有些实验是难以通过感官感知或者具有一定的危险性，此时，教师基本上是采用口头讲述的方式进行教学，用讲实验代替做实验，学生无法获得直观印象，知识变得抽象且难以理解，不利于学生深入学习化学知识。随着现代信息技术和实验技术的发展，许多隐形的过程也可以显性化，难以观察的现象能以数字和图像的方式呈现，且能进行更加精确的数据分析，数字化手持技术实验就可以达到这个效果，并有取代传统实验的趋势[1]。

以苏教版《化学反应原理》专题三第四单元《沉淀溶解平衡》为例，教学片段如下：

[展示资料]“钡餐造影”

[提出问题]钡离子是一种有毒的重金属离子，当摄入的钡离子浓度达到2×10-3mol/L时，就会对人体健康产生危害。为什么还可以用硫酸钡作为钡餐呢？

[学生回答]硫酸钡是一种难溶于水也难溶于酸的白色沉淀。

[追问]硫酸钡真的完全不溶吗？怎么证明它是否溶解了？

[学生活动]思考，尝试提供可行方案。

[演示实验]将硫酸钡加入纯水，通过数字化手持技术实验测溶液电导率的变化。

[分析实验现象]纯水的电导率几乎为零，加入硫酸钡固体后，电导率略微升高，并很快保持不变。

[学生探讨实验]BaSO4发生溶解，但溶解有限，最后不再变化。

[小结]溶解是绝对的，不溶是相对的。事实上没有完全不溶的物质。一般根据溶解度的大小将物质分为易溶、可溶、微溶、难溶的物质。常见的沉淀AgCl、BaSO4、CaCO3都属于难溶物质，溶于水电离产生离子，称为难溶电解质，难溶电解质在水中存在沉淀溶解平衡。

通过该实验教学设计，将定性实验变为定量实验，将微观变为宏观；智能的仪器、科学的数据、直观的图像，改变了学生对化学实验的刻板印象，同时引导学生更接近化学理论的本质，提升学生严谨求实的科学态度、宏微结合、变化观念与平衡思想等学科核心素养。

（四）改进实验，在创新中提升学科核心素养

教材设置的实验通常比较常规，具有一定的教育教学功能。在实际教学中，为了提高实验的直观性、趣味性、简便性、环保性、安全性等，教师会对实验进行改进；实验改进的方式可以是对仪器、药品甚至整个实验方案的创新；实验改进的方向则更趋向于生活化、微型化、绿色化或更具教学价值，如将验证实验改为探究实验，将定性实验改为定量实验等。

比如，利用数字化手持技术测碳酸钠、碳酸氢钠分别与盐酸反应的压强变化实验，能更科学、直观地说明在其他条件一致时，碳酸氢钠与盐酸的反应速度更快。通过此实验改进，学生对数字化实验产生了兴趣，思考数字化实验还能做什么，并为以后利用数字化实验进行探究学习埋下种子。

当然，实验改进不一定要如何高端、大气、上档次，简单的一个小改动，也能给予学生启发，发展其创新思维能力。例如，苏教版高中化学必修第一册专题四第一单元《浓硫酸的性质》一课中，铜片与浓硫酸的演示实验，将铜片换成一根一端已经卷曲好的铜丝，将铜丝的另一端穿过橡胶塞，该方法可以通过抽动铜丝随时控制反应的开始和停止，操作简单，且能多次反复使用，教师做演示实验时，不需要每到一个班级就更换一次药品。再如，苏教版高中化学必修二专题七第二单元《硝酸》一课中，铜片与稀硝酸反应的演示实验，通过集气瓶搜集的无色气体说明产物为NO的结论并不严谨，可以灵活利用容易获得的微型注射器，用装有铜片的微型注射器吸取少量稀硝酸，并迅速盖上胶帽，防止气体与空气接触，待反应后，拔去橡胶帽，拉动活塞吸入少量的空气后，快速盖上橡胶帽，观察现象。该方法也是简单易操作，现象明显，且能节约药品，减少污染[2]。教师对示范的实验进行改进，能给予学生一定的启发，知道科学实验不需要照本宣科，也可以尝试不同的方法，创新才是创造的根本，以此培养学生敢于质疑、勇于创造的科学品质，并引导学生关注环境、热爱科学，提升创新意识、安全意识、科学态度和社会责任等学科核心素养。

（五）结合生产生活，在应用中提升学科核心素养

化学是一门基础自然科学，对我国实现工业、农业、国防和科学技术现代化具有极其重要的作用；化学也是材料科学、生命科学、环境科学和能源科学等的重要基础，与实际生活联系紧密。教师应善于发现身边的化学，从生活中提取化学实验教学素材，不仅可以提高学生的学习兴趣，还能让学生深刻认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献，感受化学的价值和魅力，同时培养学生节约资源、保护环境的可持续发展意识。

以高三一轮复习专题“盐类的水解”为例，结合土壤问题展开教学。教学片段如下：

[展示资料]土壤的主要问题除了酸化、板结，还有土壤表面会产生红斑。科学研究分析表明：红色斑状物主要是由于酸性土壤中的铁离子溶解，迁移到了土壤表面，从而形成了铁的氢氧化物和氧化物。

[提问1]酸性土壤中的铁离子是如何形成氢氧化铁的？

[学生]在阳光的照射下，温度升高促进铁离子水解。

[演示实验]蒸发氯化铁溶液

[提问2]既然三价铁离子容易发生水解，那么配制氯化铁溶液时要注意什么？怎么配制？

[追问1]加热蒸发硫酸铁溶液也会产生一样的结果吗？

[演示实验]蒸发硫酸铁溶液（说明：以上两个演示实验因蒸发溶液的时间较长，实验由教师课前先做好并录制处理为倍速的视频，再于课堂上播放）

[追问2]为什么结果不同？

[追问3]如果想要得到氯化铁固体，应如何操作？若想让硫酸铁溶液转化氢氧化铁固体又该如何操作？

[追问4]碳酸钠能使硫酸铁溶液产生氢氧化铁吗？碳酸氢钠呢？

[演示实验]碳酸钠和碳酸氢钠分别和硫酸铁溶液混合

[知识迁移]现在你知道为什么泡沫灭火器中使用的是碳酸氢钠而不是碳酸钠了吗？

[问题解决]如何改变土壤酸化问题，实现增产增收？如何科学施肥呢？

以上片段教学通过对土壤表面红斑的原因分析，引导学生关注与民生相关的环境问题；通过递进式问题链的设置，引发学生思考，在分析、解决真实的情境问题中，巩固影响盐类水解的因素、双水解的条件等知识，同时感悟化学学科在实际应用中的重大价值。教学中补充设计了四个实验，将重要的理论知识用直观的实验呈现出来，利用实验检验猜想，体现了化学实验在分析问题、探究问题、解决问题中的重要作用，同时发展了学生的证据意识、科学探究、社会责任等学科核心素养。

结束語

综上所述，化学实验作为高中化学课堂教学的重要组成部分，不仅可以提升学生学习化学的兴趣，还承载着发展化学学科核心素养的教育教学功能。在新课程标准的指导下，教师应及时更新教育教学观念，以发展学生核心素养为主旨，努力提升自己的专业水平，深入理解化学实验的教育教学功能，精心设计实验教学目标，重视实验情境的创设，并适时借助数字实验和改进实验，不断提升高中化学实验教学质量。

参考文献

[1]江旭峰，陆燕海.让核心素养在化学教学中落地：基于中学化学实验应用与创新视角[J].中学化学教学参考，2017（19）：4-9.

[2]黄美虾.借助高中化学实验教学提升学生的多元能力[J].名师在线，2022（3）：73-75.