高中化学实验培养学生科学探究与创新意识的教学实践研究

卢英姬

摘 要：核心素养是学生适应社会、融入社会的力量来源，高中化学教师可以化学实验教学为载体，加强对科学探究与创新意识的研究，采取积极有效的教学措施，全面提升高中化学实验教学效果。

关键词：科学探究与创新意识；高中化学；实验教学

《普通高中化学课程标准》（2017年版2020年修订）将“科学探究与创新意识”作为学科核心素养体系中一项重要素养[1]。我国近年来也一直在加强化学学科建设，取得了显著的效果，但是在当前高中化学实验教学中还存在一定的问题，比如，实验教学资源匮乏、客观环境影响等，这些都会制约高中化学实验教学的发展。在新时代背景下，教师有必要以实验教学为着力点，在培养学生科学探索与创新意识的基础上实现实验的教育功能：实验对培育学生的情感、思维能力、知识掌握、实践能力等各方面发挥作用[2]。

一、高中化学实验教学现状

（一）实验教学资源匮乏

高中化学实验对教学资源有较高的需求，教师要想促进一堂实验课的开展，需要有宽敞的实验室，必备的仪器设备等。但是在实际教学中发现，高中化学教学资源相对匮乏，部分学校在实验设备和实验仪器上不能满足学生的基本需求，不利于学生科学探究与创新意识的形成和培养。

（二）教师对实验教学重视程度不足

教师的教学观念影响教学方式的选择，也会影响教学效果和教学水平。在核心素养视域下我国开始关注学生的科学探究与创新意识培养，而实验教学的存在为学生科学探究与创新意识的形成创造了条件，但是在实际教学中，部分化学教师受到传统观念的影响，对实验教学的重视程度不足，以及课时不足等因素，导致实验教学在高中化学教学中应用的频率很少，教学效果也难以保障。比如，部分教师在实验教学方面仅仅给学生讲解实验的步骤、流程以及实验结果，或者用实验视频代替，或者只给学生演示实验，但是学生并未动手参与到实验中，不利于学生形成探究意识以及较强的实践能力。

（三）实验教学导入形式模式化

良好的导入是实验教学成功的一半，任何一堂高效的实验教学课堂都会有一个精彩的导入，在导入环节学生的兴趣被调动起来，也可以全身心地投入实验研究中。但是通过对部分学校的实验教学进行研究可以发现，部分学校的实验教学导入存在模式化的特点，具体表现在大部分教师以内容的形式直接导入，降低了学生的参与度。很多学生希望通过有趣的问题情境、设置科学小实验等导入，但是学生的愿望却很少得到满足。

（四）学生科学探究与创新意识不足

科学探究能力和创新意识是学生学好化学学科的重要保障，如果学生不具备这些能力和意识，就会影响学生对化学知识的理解，也不利于学生在化学知识的海洋中遨游。但是在当前并不是所有的学生都具备科学探究能力和创新意识，比如，部分学生在高中化学实验学习中缺乏创新的意识，被教材内容所限制，不能产生对实验现象的独立思考，也不能在实验中采取创新性的措施解决问题，这都是高中化学实验教学急需解决的问题。

二、培养“科学探究与创新意识”的高中化学实验教学实践策略

高中阶段正是学生发展科学素养的关键阶段，而实验具备培养学生科学素养的基础和条件，因此教师要围绕“科学探究与创新意识”，积极开展有效的实验教学策略，不断优化实验过程，以满足学生成长发展的需要。

（一）开展生活化实验教学

化学在人们的日常生活中无处不在，无时不有。将深奥的化学实验向生活化改进，从学生生活实际中挖掘实验素材，激发积累化学知识以解决生活实践问题的学习兴趣，从而有利于培养学生的“科学探究与创新意识”[3]。

以鲁科版选择性必修3第二章复习教学为例，以日常吃的某榨菜中食品添加剂：谷氨酸钠、乳酸、柠檬酸、L-苹果酸、三氯蔗糖为研究对象，分五个小组查阅资料，课堂上汇报。如研究乳酸小组汇报：乳酸具有羟基和羧基，预测具有醇和羧酸的性质，可以与钠反应，与氧气发生催化氧化反应，酯化反应，与碳酸氢钠溶液反应。设计实验验证猜想，操作验证。还可以让小组设计一些对应的练习供全班同学使用，甚至可以作为校本课程作业供全年级使用。实验是调动学生学习积极性的重要保障，教师有必要给学生开展生活化实验教学，从生活实际中挖掘实验素材，让生活融入化学，重新赋予化学学科全新的定义。

（二）创设问题情境

情境是一种互动性很强的学习场景，它能有效地激活课堂，引导学生全身心体验，不断增进所学。因此，情境会对学生学习知识产生潜移默化的影响。高中阶段学生具有很强的探究欲望，希望可以解决化学中遇到的问题，针对学生的特点，教师可以立足实验教学，给学生创设问题情境，让学生在解决问题中形成科学探究与创新意识，实现教学

目的。

以鲁科版必修1微项目《科学使用含氯消毒剂》教学为例，2016年巴西里约热内卢奥运会期间室外游泳池的水变绿，成为当时的一大新闻。2016年8月15日官方资料：经调查，池水变绿是藻类快速生长造成的。此前该泳池一直使用含氯消毒剂来杀菌和抑制藻类生长，为保持好的杀菌效果需要定期向泳池补充消毒剂。此次事件中工作人员误用了同为消毒剂的过氧化氢。教师设计问题：为什么这样的误操作会导致藻类快速生长？为什么泳池中原有的含氯消毒剂不起作用了？泳池中加入过氧化氢消毒剂后发生了什么[4]？我们假设当时使用的是以NaClO为主的含氯消毒剂。学生讨论汇报：加入过氧化氢可能生成了促进绿藻迅速生长的物质。根据生物学的知识，促进藻类为主的生长的因素有：阳光、温度、O2、CO2、含N和P元素的营养物质，O2的含量可能是这一事件中的主要因素。教师再设计问题：过氧化氢是否能迅速消耗NaClO？在NaClO中加入H2O2溶液是否会产生大量的氧气？请同学们应用氧化还原反应的知识猜想并讨论分析。猜想1：H2O2与NaClO溶液可以发生反应产生了大量O2，促进藻类快速生长。NaClO中+1价的氯化合价可以降低作氧化剂，H2O2中-1价的氧化合价升高作还原剂，两者混合，可以发生反应：NaClO+H2O2=NaCl+H2O+O2。猜想2：H2O2溶液分解产生了大量O2，促进藻类快速生长。H2O2中氧元素为-1价既可以升高也可以降低，H2O2既作氧化剂又作还原剂发生自身氧化还原反应，生成大量O2。猜想3：H2O2溶液与残余的含氯消毒剂发生反应，二者对藻类生长的抑制作用减弱或消失，促进藻类快速生长。学生分组实验：验证H2O2与NaClO反应是否产生了O2？小组汇报：产生了气泡，并且能使带火星的木条复燃。教师再设计问题：NaClO到底起什么作用？是氧化剂还是催化剂？教师引导学生思考氧化剂与催化剂的本质区别，学生受到启发，催化剂反应前后物质性质和质量不变，利用这个知识进行深入思考和设计实验验证。方案1：向稀释后的84消毒液中加入过量的过氧化氢溶液，充分反应后，检验剩余溶液是否有漂白性。若仍有漂白性，NaClO是催化H2O2分解的催化剂；若没有漂白性，则NaClO为氧化剂。方案2：向稀释后的84消毒液中持续地逐滴加入过量的过氧化氢溶液，若持续产生气泡，NaClO是催化H2O2分解的催化剂；若加入一定量后不再产生气泡，则NaClO为氧化剂[5]。小组间互评：H2O2溶液也有漂白性，方案1不可行。分组实验：验证NaClO是氧化剂还是催化剂？小组汇报：NaClO與H2O2反应中，NaClO是氧化剂。一系列的问题提出激发了学生的探究意识，在问题的引导下学生会采用各个击破的方式对问题展开深入分析和实验，从中获得解决问题的答案。化学教师还要注重对问题的把握，保障提出的问题具有价值性和探究性，学生可以有思考的空间，并且可以通过自己的能力可以解决，这样才能真正地发挥问题的导向作用，提升实验教学水平。教师让学生通过讨论的方式明确问题答案，收获更多的知识，在问题讨论中学生也会进行思维的碰撞，产生智慧的火花，训练学生的创新意识。

（三）灵活利用电教设备

随着信息时代的到来，信息技术开始与传统行业结合。教育作为推动社会发展的关键，必然离不开信息技术的支持和辅助。化学实验是培养学生科学探究能力的主要方式，学生需要体验真实的实验操作步骤，感受清晰的实验现象，才能获取有效的科学素养。因此，高中化学教师也应该融入信息化时代背景，灵活利用电教设备，充分发挥电教设备的优越性，给学生呈现更加直观的实验内容，帮助学生建立对实验的全面认知。

以鲁科版必修1《硫的转化》教学为例，本节课主要教学目标是让学生掌握0价、+4价、+6价硫元素之间的转换，了解SO2和H2SO4的性质，培养学生科学的态度，提升学生的观察能力和实验研究能力。在实际生活中SO2对环境产生了重要的影响，污染了大气环境，对人们的身体健康也产生着巨大的伤害，如果在本次实验中，教师组织学生操作硫的转化实验，可能会对学生健康以及环境产生影响，为此，教师可以充分借助多媒体教学设备，给学生呈现硫的转化的实验全过程，一方面保障学生可以熟悉实验流程，另一方面降低硫对环境和人体的影响和伤害。首先，学生并未真正地见过火山喷发的壮观景象，因此，教师可以利用多媒体给学生展示火山喷发的过程，同时教师也可以借助多媒体给学生呈现火山喷发可能产生的有毒气体，帮助学生建立对火山喷发现象的了解。其次，教师可以给学生呈现实验室中不同价态硫元素之间转化的实验。多媒体在呈现内容上具有优势，它可以更加清晰地给学生呈现实验全过程，并且可以将实验进行多次反复地回放，教师可以在本次实验教学中加强对多媒体设备的应用，给学生呈现关于本次实验的操作步骤、注意问题、实验结论以及实验思考等，方便学生可以更好地了解不同价态硫元素之间的转化。笔者将二氧化硫的性质实验进行改进，改为微型化实验：在点滴板中放入高锰酸钾溶液、溴水、硫化氢溶液、品红溶液、氢氧化钠溶液、较多的亚硫酸钠固体中加入70%的硫酸，迅速盖上培养皿，让学生做助手用希沃白板5的手机投屏投放在白板上，高锰酸钾溶液、溴水迅速褪色，硫化氢溶液产生淡黄色沉淀，品红溶液褪色，实验效果明显，学生亲身体验感强。这种微型化实验节约药品、尾气及时处理，绿色化的实验，也可以作为学生分组实验。在学生分组实验时可以运用手机投屏将各个小组的实验现象进行展示与分享。加强对电教设备在高中化学实验教学中应用已经成为发展的趋势，对教师提出了更高的要求，这就需要高中化学教师要树立终身学习意识，利用工作之余加强对现代化教学设备和媒介知识的学习，让多媒体设备在实验教学中得到更加充分的应用。

（四）优化实验教学导入

导入是课堂教学的起始环节，成功的导入可以有效吸引学生的注意力与好奇心，教师应该采取积极有效的措施，不断优化教学导入，采用多样化的导入方式，保障导入环节的丰富性。比如教师可以尝试实验导入的方式，也可以采用多媒体导入的方式，同时也可以采用问题导入的形式等，通过丰富导入方式可以调动学生实验探究的积极性，学生参与实验、探索科学的目标将更加容易实现。

（五）校本课程开发应用于实验教学

校本课程或研究性学习的开展可以进行实验的二次设计或开发，实现实验的本土化、校本化、生本化过程。在研究过程中培养学生“科学探究与创新能力”，将成果应用于课堂实验教学。

以鲁科版选择性必修1《金属的腐蚀与防护》教学为例，研究性学习小组将金属的吸氧腐蚀完成凝胶实验：将适量琼脂投入100克水中加热到90℃以上，琼脂完全溶解，趁热加入1.5克NaCl固体，5～6滴酚酞溶液和铁氰化钾K3[Fe（CN）6]溶液，搅拌均匀，趁热倒入表面皿中冷却至室温，形成浅黄色凝胶。将铁钉除锈后放入凝胶中10小时。课堂上观察现象：铁钉周围产生蓝色沉淀并且出现红色。学生讨论分析书写电极反应式：负极（Fe）：Fe-2e-=Fe2+，正极（C）：O2+4e-+

2H2O=4OH-。通过现象的观察，分析得出金属腐蚀的原理与本质，将微观过程可视化。将学生的参与过程拍摄成视频，在课堂展示，学生会获得满满的成就感。操作过程提升了学生科学探究能力，激发了学生的创新意识。

结束语

综上所述，化学在生活中发挥着巨大的作用，而实验是化学教学的重要组成部分，教师有必要借助实验教学培养学生的科學探究与创新意识，让学生更好地融入社会生活。因此，教师要加强对高中化学实验教学现状的分析，并不断开展生活化实验教学，创设问题情境，灵活利用电教设备，校本课程开发等，提升高中化学教学水平，让实验教学可以助力学生在素质和能力方面的全面

发展。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：3-79.

[2]黄恭福，邹海龙，胡萍，等.基于学科育人的高中化学实验教学研究与实践[J].化学教学，2022（9）：64-69.

[3]孙煜，陆国志.基于“科学探究与创新意识”的化学实验教学研究[J].山东化工，2021，50（8）：241-244.

[4]任飞，魏梦雪.2021年高考河北卷化学情境性试题分析与启示[J].中学化学教学参考，2022（16）：87-90.

[5]曾霖.深度学习视域下高中化学概念教学研究[J].高考，2021（25）：49-50.

本文系福建省2021年度专项课题“基于‘科学探究与创新意识的高中化学实验教学实践研究”（项目编号：MJYKT2021-156）研究成果。