基于“素养为本”的实验教学实践探索*——以“探究氯水的蜕变之路”为例

赖亚楼 黄思颖

（湖南省益阳市第一中学 湖南 益阳 413000）

一、理论依据

2022年1月5日教育部出台的《普通高中学校办学质量评价指南》明确要求严格依据课程标准实施教学［1］。化学课程标准在课程基本理念中指出：重视“素养为本”的教学，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［2］。本文以“探究氯水的蜕变之路”为例，开展基于“素养为本”的实验教学实践探索。

二、确立主题

本节内容属于人教版新教材，《化学第一册（必修）》（2019年版）［3］第二章第二节“氯及其化合物”中的一部分。相比老教材，人教版新教材通过增设的“科学·技术·社会”栏目介绍了次氯酸分解产物的数字化实验，为探究氯水久置过程中成分的变化提供了快捷、精准且可视的实验手段，有利于学生更好的认识物质在化学反应过程中的变化。

对于“氯水”，课程标准要求开展“氯水的性质及成分探究”的实验探究活动，并将“含氯消毒剂及其合理使用”作为教学中的情境素材［4］。查阅文献发现，以“探究氯水的成分”为主要内容的教学案例很多，其中大多数课例都是以传统的定性实验的方式对其成分进行验证与探究［5］～［10］，也有少数以资料卡的形式引入数字化实验的案例［11］，以及专门介绍数字化实验的案例［12］，鲜有通过将传统的定性实验与数字化实验相结合，引导学生构建科学探究一般思路的教学案例。本课安排在学习完氯水的性质之后进行，以专题探究课的形式展开，首先通过传统定性实验探究“氯水”的成分，然后利用数字化实验探究“氯水”久置过程中成分的变化进而探讨含氯消毒剂的制备、使用和保存，从而实现学科知识的素养化和教学内容的结构化。

三、教学思路

基于“素养为本”的教学理念，以发展学生的化学学科素养为导向，依据课程标准提出的学业要求确定的教学目标和教学环节如表1所示。

表1 “氯水”的教学目标与教学设计思路

四、教学流程

五、教学实录

环节1.验证新制氯水成分

［引入］：以小视频引入创设生活中常见的情景，并提出问题：氯水中什么成分具有漂白性？

图1 引入视频截图

学生：次氯酸。

教师：氯水中还有哪些粒子？

学生：H+、Cl-。

［自主思考］学生选择合适的药品设计实验方案验证氯水中HClO、H+、Cl-的存在，见表2。

表2 验证氯水中的粒子

实验药品：新制氯水，NaOH 溶液，稀硝酸，AgNO3溶液，紫色石蕊试液，酚酞试液。

［展示］利用希沃软件投屏学生的学案。

图2 学生的学案

学生点评：实验方案条理清晰，设计合理。

教师：方案设计合理，同学点评恰当。

［分组实验］学生分组实验进行实验验证。

图3 向新制氯水中加入稀硝酸酸化的AgNO3溶液，有白色沉淀生成

图4 向新制氯水中加入紫色石蕊试液，紫色石蕊试液变红（左）；振荡后，红色消失（右）

［设计意图］以生活中常见现象拍成小视频创设情境，引导学生思考，激发学生的学习兴趣，利用所学知识，提出实验方案，实验验证解决实际问题，初步培养学生实验验证的思想，提高问题解决的能力。

环节2.探究久置氯水粒子浓度变化

教师：氯水久置会变质，在氯水变质过程中，其中的H+、Cl-、HClO的浓度会如何变化呢？

学生：因为HClO 在光照的条件下会分解成HCl和O2，所以H+浓度和Cl-浓度升高，HClO浓度降低。

［讨论交流］为了验证猜想，学生分组讨论设计实验方案，见表3。

表3 氯水中粒子浓度变化情况

［展示］利用希沃软件投屏学生的学案。

图5

点评：用了对照实验这种科学方法，得出了科学的结论。

教师：氯水久置过程中，上述三种微粒浓度是一直增大或减小吗？我们又如何来验证呢？

［实验］教师演示数字化实验，动态监测微粒浓度的变化。

图6 数字化实验装置

［展示］展示数字化实验结果，pH一直减小，说明H+浓度一直升高，Cl-浓度也一直升高；氧气含量一直增大，说明HClO浓度一直在降低。

图7 数字化实验结果（左图：pH变化，右图：氧气含量变化）

学生：哇（感受数字化实验带来的震撼与意义。）

小结：教师讲解数字化实验能实时监测实验过程，与传统实验相比更直观，更简便。

［设计意图］通过探究久置氯水中H+、Cl-、HClO浓度的变化，引导学生逐步解决问题，建构科学探究的一般思路。通过数字化实验，对粒子浓度变化实施动态化监测，感受先进科学仪器在实验中的重大作用，培养与时俱进的科学思想。

环节3.学以致用

教师：其实在氯水中，还有一种成分——Cl2。在氯水变质过程中，Cl2浓度又会如何变化？

学生：观察新制氯水与久置氯水的颜色对比图，预测Cl2浓度降低。设计实验：分别加热新制氯水与久置氯水，用淀粉-KI试纸检验氯气。

教师：很不错，但是实验操作稍微有一点繁琐，其他同学还有没有更好的方法呢？

学生：可以用Cl2传感器进行数字化实验来验证。

教师：非常好！这位同学做到了现学现用，与时俱进！

小结：让学生总结科学探究的一般思路：提出问题-分析推理-科学猜想-实验验证-得出结论。

［设计意图］在课题范围内设计问题，检验学习效果，并深化科学探究的一般思路的构建。

环节4.化学与生活

教师：工业上一般制备次氯酸盐而不是次氯酸来作漂白剂，大家知道这是为什么吗（同时展示漂白剂标签图片）？

图8 含氯漂白剂标签

学生：因为次氯酸不稳定，易分解，而次氯酸盐比较稳定。

教师：漂白液的有效成分是次氯酸钠，工业上是如何制备漂白液的（用化学方程式表示）？它的漂白原理又是怎样的呢？

教师：所以家中购买了漂白液应该怎么保存？

学生：密封，隔绝空气。

［设计意图］能将所学知识进行运用，并体会化学给生活带来的便利。

环节5.收获与总结

教师：通过本节课的学习，同学们有哪些收获呢？说出来和大家分享一下。

学生1：新制氯水要避光保存，并且尽快使用，否则会变质失效。

教师：这位同学从实验试剂的保存和使用方面说出了他的收获。没错，我们要根据试剂的性质来妥善保存，并在有效期内使用。

学生2：科学探究的一般思路是提出问题-分析推理-科学猜想-实验验证-得出结论，说明科学是很严谨的，探究问题环环相扣。

教师：说得很好。科学是严谨的，我们要用严谨求实的科学态度来进行学习，才能真正掌握知识，从而推动科学的发展和社会的进步。

学生3：当遇到常规实验解决不了的问题时，可以用高科技手段来帮助我们解决问题。

教师：非常棒！科学技术是不断进步的，我们要用发展的眼光看待世界，用与时俱进的目光来学习。我们要重视科学技术，更要发展科学技术。

升华：化学也是一门肩负着科学使命的学科，社会的发展依托于包括化学在内的科学与技术的发展。现在适逢百年未有之大变局，是中华民族最接近伟大复兴的时刻，为了实现中华民族的伟大复兴，我们要带着社会责任和社会使命来学习化学、学好化学，为中华民族的繁荣与富强添砖加瓦！

［设计意图］学生回顾本课内容，深化记忆。培养严谨求实的科学态度和与时俱进的科学思想，激发学生的社会使命感，培养学生的社会责任感。

六、教学感悟

1.利用实验探究促进学科知识的素养化

“素养为本”的教学要求开展以实验为主的多种探究活动［14］。因此实验探究是服务于素养提升的，即利用实验创设真实情境，利用实验激发学习兴趣，利用实验转变学习方式培养学生的创新精神和推理论证的能力。

学科素养是“大道”，“大道”隐于行而指导行［15］。教学中，教师引导学生在亲历体验中构建科学探究的一般路径，继而利用该路径进行探究实践解决问题，从而将知识的学习与素养的提升有机地融合在一起。

2.提升学科理解实现教学内容的结构化

“素养为本”的教学要求重视教学内容的结构化设计［16］。结构化，意味着联系、关联［17］，即教学设计要基于化学知识的学科功能，将知识、方法与实验关联起来，形成一个有机的整体。而教师的化学学科理解，即对化学学科知识及其思维方法的本原性、结构化的认识［18］是实现教学内容结构化的关键。

本节课围绕对氯水成分的探究展开，从新制氯水到久置氯水，再以此为基础分析含氯消毒剂的合理使用与保存，形成了一个完整的知识网络。教师不仅需要对本节课所涉及的相关知识有结构化的认识，还需要对基于手持技术的数字化实验等多种实验手段有本原性的认识。