在化学实验课程中如何实现“五育并举”

■天津市第二十中学 张红俊

2019年，中共中央、国务院出台了《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》，强调“突出德育实效”“提升智育水平”“强化体育锻炼”“增强美育熏陶”“加强劳动教育”，以此“全面发展素质教育”。我们化学教学应坚持“五育并举”的教育理念，以立德树人为根本，以社会主义核心价值观为引领。

实验教学是化学的重要内容，实验过程融合了智、体、劳等教育，然后我们又有意识地将德育、美育引入实验课堂，以美育人，把美育纳入学生培养的过程。这样就有可能在化学课堂实现“五育并举”，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

下面以《体验晶体之美》为例，谈谈我在化学实验课程中如何实现“五育并举”的。

一、实验设计

（一）设计背景

学生通过九年级的学习已经了解溶液、溶解度相关概念，对溶液析晶方式有了初步的了解。学生有一定的动手实验能力，但综合分析能力有待提高。考虑学生学科背景设计了以下实验：神奇的热冰、硫酸铜晶体制备、明矾及铬钒晶体制备、蓝晶雨。

实验中用到的药品，如五水合硫酸铜、明矾、碱式碳酸铜大多是学生熟悉的；甘氨酸相关知识生物中已经学习；学生对铬钒、三水合乙酸钠相对陌生，但考虑到知识的迁移，学生也容易理解。

（二）实验方式

晶体制备实验采用小组合作方式，每组4 人左右，每个小组成员分工明确,有实验员、观察记录员、资料整理员等。由教师提供晶体制备实验的基本实验步骤，要求每个小组对实验过程中出现的问题进行讨论、实验验证，对整个过程进行记录。课程结束后每小组选择一个较为满意的实验，就实验过程向大家汇报并进行成品展示。

（三）实验目标

依据化学核心素养和学校的立言成人理念，我们期望通过该课程达到以下目标：

学生通过亲手制备晶体，经历过程，在实验过程中体验劳动教育，对晶体产生感性的认识，体验物质之美。达到以化学校本课程内容为依托，为“五育并举”教育作贡献的目的。

在制备的过程中学生会遇到各种问题。通过查阅资料、师生对话、生生对话，学生从宏微结合的角度分析、解决问题，体验化学的魅力。学生能够了解新知，锻炼求证，逐渐形成辩证逻辑思维能力，为选择性必修2《物质结构与性质》打下基础。

学生在最终汇报前需要在组内充分的讨论，确认汇报内容，为汇报收集资料。整个过程会锻炼学生的听、说、读、写、思辨能力，契合学校的“立言成人”理念。

二、实验内容

（一）神奇的热冰

教师以掰掰热为导入，让学生感受溶液结晶和放热的过程，引发学生实验兴趣。

教师带领学生先配制乙酸钠的高浓度热饱和溶液，冷却。学生依据已有知识，推测降温过程中会有晶体析出。但降到室温后，无事发生，与学生已有知识冲突。学生依据溶液相关知识进行分析、讨论，得出此时的溶液是“不稳定”的过饱和溶液。掰掰热正是利用掰金属片给过饱和溶液外力，引发结晶。学生了解了“过饱和溶液”，理解了“不稳定性”，对引发乙酸钠过饱和溶液结晶有了想法：冷却的乙酸钠过饱和溶液，暂时处于亚稳态。当受到某些刺激，此状态会失去平衡，过多的溶质就会结晶，恢复成一个适合此时温度的平衡状态（饱和溶液状态）。

我们带领学生做以下实验：（1）用手轻碰培养皿壁；（2）向乙酸钠晶粒中倒入过饱和溶液；（3）向过饱和溶液中加入粘有乙酸钠晶粒的玻璃棒。三个实验能够很好地展示“外界刺激”对结晶的影响。

学生从“热冰”实验中，了解了热饱和溶液降温过程中会经历“过饱和”状态，加入晶核能够引发结晶；也了解到空气中的灰尘会提供晶核，对晶体制备产生影响。

化学世界是充满规律美的，在该实验中学生充分感受了物质变化美，“规律美”和“变化美”融合，就是化学的魅力之一。

（二）学生实验：硫酸铜晶体的制备

首先制备高温（80℃—90℃）下硫酸铜热饱和溶液，将提前做好的手折玫瑰浸入该热饱和溶液，降温。在降温过程中学生能很快发现烧杯液面上有晶膜出现，后续持续冷却，在纸玫瑰上看到很多晶粒析出，取出纸玫瑰，晾干，就得到非常漂亮的“蓝色妖姬”。

对学生提出第二步要求，制备大的硫酸铜晶体。有的小组直接将制取“蓝色妖姬”后的剩余混合物加热，得到热饱和溶液，再冷却，发现得到很多小晶粒，只有少量是规则的小晶体。

指导学生查阅资料，了解晶体生长过程。学生认识到要得到大的规则晶体，饱和溶液浓度需要适度，不能太高也不能过低。学生重新配制了比室温高10℃-20℃的热饱和溶液进行降温，并加入规则的小晶体作为晶核，一天后制得了漂亮的大晶体。

有的学生对结晶的过程很感兴趣，在家重复了制备硫酸铜大晶体的实验，用手机摄影12 小时，拍摄了晶体生长过程。由于学生家里难以维持稳定的外界条件，得到的晶体并不完美。但学生的这种求知欲是值得肯定的。

（三）实验：明矾、铬钒晶体的制备

这个实验学生可以制备纯晶体，也可以制备混晶。从实验结果来看，学生对混晶更感兴趣。混晶总结了以下方案：明矾晶核+铬钒饱和溶液、铬钒晶核+明矾饱和溶液、混晶晶核+明矾、铬钒混合溶液。三种方案均制得了较完美的晶体。

混晶制备的过程中，学生遇到了很多问题，对共性的问题集中讨论、实验验证后总结如下：

比较集中的问题：如何制备晶核、如何得到完美的晶体。

学生依据制备硫酸铜晶体的经验，采用在培养皿中冷却高浓度热饱和溶液的方法制备晶核。但制备出来的晶核并不是正八面体。学生讨论后，认为是力的作用，是晶体在形成过程中发生了形变。为了解决这个问题，学生将晶核用棉线系好，吊在饱和溶液中。实验中发现不容易系好晶核，晶核的重心不在正中间；棉线上容易出现杂晶。这两个问题导致难以制得规则的正八面体。

思路1.将棉线改成细鱼线。

实验发现：解决了杂晶问题，但是重心问题解决不了，仍无法得到完美的正八面体。

思路2.将棉线直接吊入盛有高浓度热饱和溶液的烧杯中，过一段时间，去掉棉线上的杂晶，留下规则的正八面体作为晶核。将比室温高10℃—20℃的饱和溶液冷却至接近室温,把带有规则晶核的棉线吊入该溶液。最终得到了相对规则的正八面体。

学生在操作过程中，还遇到以下问题：冷却的温度跟室温的差把握不准，导致晶核部分溶解，晶核从绳子上脱落；饱和溶液溶度太低，晶核无变化；去掉杂晶时不小心把理想晶核去掉，等等。

学生经过多次的失败，通过查找问题、讨论总结、再实验的过程，体会到了科学实验的不容易，更能够理解科学每向前发展一步，科学家都要付出巨大努力。

硫酸铜晶体、明矾、铬钒晶体的制备，让学生领略了结构美。

（四）实验：蓝晶雨的制备

实验过程如下：

用托盘天平秤取碱式碳酸铜1g，放入小烧杯中，向烧杯中加入20ml 蒸馏水，将烧杯放在石棉网上加热一段时间（80℃左右），加入2g 甘氨酸并用玻璃棒搅拌。

保持沸腾3 分钟，并不断搅拌。熄灭酒精灯，边搅拌边冷却。向烧杯中加入30ml 水，搅拌静置，用胶头滴管吸去上层清液，重复2 次向剩余固体中加入少量蒸馏水，搅拌即可看到蓝晶雨（或者昏暗房间，手电筒照射）。

学生在经历了前几个实验失败、再尝试等不断反复过程后，一次就能制出完美成品的实验，瞬间能够带给他们成功的喜悦。

三、学生成果汇报及访谈

每组实验各有所得，如对蓝晶雨非常感兴趣的同学，自己提前在家做了实验，失败了几次。他对失败案例做了反思，对其他同学是个很好的提示：“不畏惧失败，才能成功。”在学生访谈中，学生提到小组合作的重要性、查阅资料解决问题的必要性等。