基于学科素养的高中化学实验教学策略研究

作者简介：赵玲燕（1985～），女，汉族，山东滨州人，山东省北镇中学，研究方向：教学研究。

摘 要：文章基于对实验技能大赛的反思，以新课标要求和高考要求为依托，在实验教学现状和教学调整方面对高中化学的实验教学进行了总结，运用项目化教学、情景化教学、主题式教学、数字化教学等教学方法，实施了高中化学实验教学。

关键词：项目化教学；情景化教学；主题式教学；数字化教学

中图分类号：G633.8   文献标识码：A   文章编号：1673-8918（2024）20-0154-04

一、 实验技能大赛反思

（一）比赛内容

常规实验题目是《硫及其化合物的转化》

要求证明：（1）浓硫酸的强氧化性；（2）二氧化硫的氧化性和还原性；（3）硫单质的氧化性和还原性。

非常简单的实验，教师们肯定都做过这些实验，但也需要思考一些问题：药品的准备是组内教师合作完成呢，还是自己准备本实验的所有药品和仪器呢？是做的课本上的敞开体系实验呢，还是各种习题中的一体化密闭实验呢？说实话，真正安装过这套仪器的教师，不一定记过时间，比赛要求组装仪器、实验过程和拆卸、洗涤仪器在15分钟内完成。常规实验和数字化实验要求在20分钟内准备好，我最大的感受就是手忙脚乱，因为环境不熟悉，找到、找全药品是一大挑战。实操过程中，因为紧张不一定哪里会出错。本实验的成功之处在于我设计了一体化的密闭体系，不足之处在于，未找到合适浓度的浓硫酸，实验现象不够明显。

数字化实验题目是《浓度对反应速率的影响》

这个实验是在比赛前练得很熟悉的实验，操作很简单，现象很明显。但是，在情绪紧张情况下，能够按时完成是极具挑战的。

实验目的：通过控制变量法，研究浓度对化学反应速率的影响。

实验原理：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或产物浓度的增加量来表示。

实验器材：计算机、浊度传感器、数据采集器、传感器连接线、计算机通讯线，注射器、0.1 mol·L-1的硫代硫酸钠溶液。0.1 mol·L-1的盐酸溶液、蒸馏水。

实验步骤：使用注射器将0.1 mol·L-1的硫代硫酸钠和水，按照表中的用量依次迅速加入比色瓶中，将装有硫代硫酸钠和蒸馏水的比色瓶按照浓度从低到高放入浊度传感器中，连接传感器、数据采集器和计算机，进入通用软件。点击组合图线，添加三条“浊度-时间”变化曲线。使用注射器分别向三个比色瓶中加入1 mL 0.1 mol·L-1的盐酸，迅速盖紧比色瓶的盖子。点击“开始”，观察曲线变化。当浊度数值达到400 NTU时，结束试验。

通过图线可得：1号比色瓶中的浊度NTU数值上升最快，2号瓶略慢，3号瓶最慢。如图1所示。

实验结论：在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度，反应速率加快。

说课环节，这个是提前准备的，教师要自定主题，围绕教材中的某个演示实验、分组实验、实验探究活动、课外兴趣实验等，这一环节考查教师们的创新能力以及表达能力。

（二）比赛反思

参加这次比赛，我学到了很多，也对自己的实验教学进行了反思：

第一，笔试考场上的心态很重要，题量大，时间短，真真切切感受到了学生在考场上的狀态，当题目做不完时，会出现五花八门的答案。

第二，实操环节，有20分钟的准备时间，30分钟要完成两个实验操作（常规实验和数字化实验）。首先是设计实验，在有限的时间内、有限的可供选择的仪器的情况下，设计出理想的实验方案，写出实验报告至关重要。然后，进入准备室，准备室内有不胜枚举的仪器和药品，比如，硫酸的浓度有1 mol·L-1、5 mol·L-1、7 mol·L-1、8 mol·L-1、12 mol·L-1等，当设计实验的时候，选择哪一个浓度呢？另外，药品都装在大的试剂瓶内，选择结束后，要选择合适的试剂瓶分装（比如，高锰酸钾、溴水要选择细口的棕色试剂瓶）。准备环节不仅考查教师的实操能力，更考验教师的应变能力和强大的心理承受能力，本次比赛能很好地体现教师的综合素质。

二、 实验教学的现状

通过这次比赛，我对高中化学实验教学有新的体会，实验教学目前还存在以下问题：

从教师的角度说，高中化学教师更注重理论知识的教授，并没有对化学实验给予足够的重视，很多化学实验教学只是通过课堂上对化学内容的基本讲解来开展的，这样一来，教师的实操技能水平也会停滞不前，有些装置的实验原理教师也不是很清楚，讲起来底气不足。在传统的化学实验教学中，教师以讲授和演示为主，难以生动地展示化学课堂上的理论知识和实验操作，使学生失去了学习化学的兴趣。化学教师应具有化学学科理解能力、化学课堂教学能力和化学学科教研能力，但有些教师并不具备这些能力。教师强化基础知识教学时，要把教学的起点降低到元知识；强化对知识的本原性认识，思考知识的形成、内涵、功能和局限性等，但很多教师也未做到这一点。

从学生的角度说，第一，高中的学业压力很大，学生进入实验室进行实验的时间有限，实验室也不是时刻对学生开放，因此，学生有了新的思路或者设计，并不能第一时间做实验求证，这在一定程度上使学生的创新思维受到制约。第二，实验课上培养学生创新能力方面欠缺，课本中的实验很多都是验证实验，一般是教师讲述步骤，学生按照步骤完成相应的操作，实验都是设定好的、可行的，而结论也是早就给出的，在这个过程中，学生只是学会了化学实验的操作，创新能力并没有得到锻炼，学生也就体会不到化学实验的真正乐趣，长此以往会降低学生对实验的热情，失去学习化学实验乃至化学学习的兴趣。第三，化学是以实验为基础的科学，挖掘传统实验中的思维要素并建立系统联系是发展化学科学思维的重要方式。但是，大多数化学教学实验不能促进学生高阶思维的发展和科学概念的理解，其原因可能是因为教师只关注学生动手实验，而忽视内在的思维过程。真做实验，一定要让学生走进实验室，充分开展演示实验、学生实验，真做实验的“真”，重点不仅在做，还在“思”，即对实验知识的本源性思考，实现深度学习。

从学校角度说，化学实验室是进行化学实验教学的重要场所。目前，化学实验室配备的仪器数量有限，实验室教学空间有限。对学生的化学实验的分组教学或者个人探究难以具体落实，导致学生感受不到化学实验带来的独特魅力，进而失去探究的欲望。另外，学校考虑到学生的安全，存在安全隐患的实验，学校也会有顾虑，不允许学生私自进入实验室进行实验操作或者实验验证。

高一时，年级组织学生进入实验室，进行了分组实验：溶液的配制、铁及其化合物的性质、萃取和分液。不过，这些分组实验是必修阶段比较简单的实验操作，如果要拓展学生的创新思维，还需要对学生真正地开放实验室。我们将继续开展学生的分组实验及探究实验，力争在学完酸碱中和滴定后，利用酸碱中和反应和氧化还原反应的原理，让学生完成生活中常见物质的含量测定，实现情景化实验教学。同时，也会培养教师们的动手及创新能力，开发教师们的潜能，和学生一起进行真正的实验探究。

三、 课标要求和高考要求

（一）课标要求

初步学会化学实验基础知识和基本技能，学习不同类型化学实验及探究活动的核心思路与基本方法。发展对化学实验探究活动的好奇心和兴趣，养成注重实证、严谨求实的科学态度，增强合作探究意识，养成独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神，树立安全意识和环保意识。

（二）高考要求

新高考背景下，化学实验综合题考查学生在陌生的情境中提取信息、独立思考、主动完成探究性的任务的能力和水平，实验试题的创新是高考的主旋律，绝大多数实验在基本操作和装置、典型实验、方案设计及设问形式等方面进行了创新，这不仅考查学生信息提取能力、整合能力，还考查学生的批判性思维能力，实验探究能力、综合应用能力及语言表达能力，注重发展学生的化学学科核心素养。

实验综合题通常以工业产品、科技成果获得等背景材料进行命题，系统的实验设计、完备的研究方法整体呈现，为的是使考生感受完整的知识体系，体现化学的应用性，培养考生分析和解决问题的能力。

四、 教学调整

根据我校教学现状，结合课标要求和高考要求，我们对实验教学做了以下调整和改进。

（一）教学内容方面

高中必做的18个实验涉及了高中化学课程的核心概念和原理，做这18个实验的目标是加深学生对重点知识的理解，培养学生的化学实验能力，从而提高学生的化学核心素养。

（二）教学方法方面

1. 项目化教学

化学教学中的项目化教学是以社会生活中的真实情境为研究对象，旨在培养学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题以及综合探究等多方面的能力。我校以探秘膨松剂——碳酸氢钠的性质为载体，完成了项目化教学之旅。

2. 情景化教学

情景化的实验教学方式可以有效活跃课堂氛围，调动学生学习积极性，帮助学生对理论知识进行直观理解，从而实现高质量的实验教学目标。

以测定枸杞和葡萄酒中二氧化硫含量的真实情境为载体，通过装置的优化，原理的优化，培养学生由定性到定量的化学思维模型。在问题的驱动、引导下，促使学生在真实情境的中实现解题到解决问题的转化，实现知识结构化，发展化学学科核心素养。

本实验以生活中常用作食品添加剂的二氧化硫为载体，采用“任务驱动”教学法，设置了3个任务和6个问题，层层推进，激发学生思考，完成了由定性检验到定量测定SO2，最后到生活应用的实验教学目标。

3. 主题式教学

基于氧化还原反应的学习，利用学生比较关注的衰老问题，激发学生学习化学的兴趣，让学生充分体会化学的实用性，设计了课后作业——探秘头发中的化学：以“查阅资料了解头发的组成—头发漂白的原理—烫发的原理—如何保护头发”为教学主线，基于主题式教学理念，带领学生了解氧化还原反应及氧化剂和还原剂。

4. 数字化教学

数字化实验可以使学生直观地感受反应的现象和结果，有利于培养学生宏观辨识与微观探析的能力。利用数字化实验能快速地进行实验数据处理，形成标准、规范的图像，更好地向学生展示化学反应中的变化观念与平衡思想。在实验的过程中，学生根据实验数据和曲线动态变化对实验进行监察和调节，有利于培养学生科学探究与创新意识。同时，教师在实验前可以先要求学生预测曲线，展现学生原有的认知结构和思维状态，然后，教师可以按照“宏观现象→符号表征→微观分析→符号表征→曲线表征”的顺序重新生成认知发展路径。开展数字化实验学生可以多角度地感受实验的现象及其背后的本质，教师能有序、系统地协助学生建构与实验相关的化学原理，让学生更直观地感受反应的现象和结果，进而有效提高学生的学习兴趣，培养学生的化学学科核心素养。

例如，酸碱中和滴定实验是高中阶段非常重要的一个定量实验，对数据处理和实验操作要求都非常高。利用公式c（已知）V（已知）=c（未知）V（未知），求未知酸或者碱的浓度。高考题中也呈现出各种滴定曲线的变形曲线，因此，平时的教学中，教师也格外关注酸碱中和滴定实验的教学。教师在课堂实验演示中，一般用指示剂来确定滴定的终点。在实验的操作过程中，往往因滴定终点无法准确判断造成实验偏差，使教学非常抽象。通过pH传感器监测溶液的H+的浓度，经过计算机对数据进行计算和处理，可以得到滴定曲线，如图2所示，数字化实验不仅展示了滴定过程中数据的动态变化，也直观地、标准地显示了滴定突跃等现象，便于学生清晰地了解并掌握酸碱中和滴定实验过程中溶液pH的变化，使学生更容易接受滴定过程中的微粒浓度的变化，培养了学生宏观辨识与微观探析的学科素养。

除了可以通过监测pH的变化确定滴定终点外，还可以引导学生通过更换探头，测定电导率的变化确定滴定终点，根据电导率的变化，分析出溶液中微粒间的相互作用，从而培养学生宏观辨识与微观探析的化学学科素养。通过实验曲线的分析，发现弱酸滴弱碱时，电导率变化不明显，无法确定滴定终点，告诉学生，解决问题的方式不是一成不变的，要辩证地看待每一种实验方法，要根据物质的性质，设计出合理的实验方案。在滴定单一溶液之后，学生开始发散思维，想试一下混合溶液滴定终点的确定，通过实验探究发现，通过测定电导率，可以确定混合溶液的滴定终点，如图3所示，这个过程中培养了学生的创新能力。

高中化学实验教学是我们在高考压力下面临的一大难题，我们要争取在实验教学的开放性、时效性、创新性、探究性等方面有所突破，使化学实验生活化、情景化，进而激发学生的学习兴趣。

参考文献：

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