实验教学中渗透学科思想主动探究中提升化学素养

2014-09-23史育萌

化学教与学 2014年8期

摘要：化学实验教学需要注重渗透学科思想方法，通过优化教学模式、关注实验过程中的异常现象、灵活运用控制变量法、将定性研究和定量计算融合，通过实验创新，培养学生知识建构、探究、推理等学科能力，同时注意帮助学生树立绿色化学和有用的化学观念，使学生的化学学科素养能得到提升。

关键词：实验教学；学科思想；学科素养

文章编号：1008-0546（2014）08-0085-03中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.08.031

化学是一门以实验为基础的学科，实验对于完成化学课程任务具有不可替代的作用。但长期以来，由于“应试教育”的影响，化学实验教学只重视实验理论的传授，而忽略对学生实验技能、分析问题、解决问题能力的培养，造成学生学科思想方法的缺失，极大地影响了学生化学学习能力。本文将结合教学实践，着重阐述实验探究教学中学科思想渗透和学科能力提升的问题。

一、创设实验情境，渗透学科思想观念

诺贝尔奖获得者冯·劳厄曾经说过，教育所给予人们的无非是一切已学过的东西都忘记后所剩下的东西。在初中阶段，我们不仅要交给学生基本的化学主干知识，还要注意渗透基本的化学学科思想观念，这是对学生终身有用的、可促进学生可持续发展的内容。

1. 注重微粒观的形成，使微观粒子与宏观世界的联系富有意义

物质结构理论表明：宏观的物质是由分子、原子、离子等微粒构成的，微粒的特性决定于其原子结构特别是原子核外电子的运动情况，微粒观是化学学科素养中的重要观念。教学中通过“水的电解、品红在水中扩散、氨分子的扩散、等体积水和酒精的混合、碘的升华”等实验，让学生确立物质是由微粒构成的认识，以及微观粒子具有的不断运动、微粒之间有间隔的性质。通过创设实验“将碘酒和固体碘分别放在土豆片”，直观、生动的实验现象帮助学生理解“同种物质的分子化学性质相同”这一性质，并在化学观念与生活现象之间架起桥梁。

2. 注重守恒观的形成，理解化学反应的实质

通过对“白磷燃烧、铁丝和硫酸铜溶液反应、蜡烛燃烧、镁条燃烧”分组实验和讨论，帮助学生建立化学变化的微观实质是原子之间的重新组合，由此派生出化学变化中许多守恒的关系守恒观，如质量守恒、元素守恒、原子守恒，守恒观念是一种整体思维方式的体现，守恒观是也是书写化学方程式和化学计算的理论根据，能快速简洁地解决复杂体系的问题。

3. 注重结构决定性质、性质决定用途观念的形成，揭示内在联系

微粒的结构特征决定了它们之间的相互作用方式，赋予了其特有的性质特征，性质决定用途、制法及存在的观念也是化学中的一个基本观念，能从物质结构决定性质的视角解释一些化学现象，预测物质的有关性质用途、制法保存方法等问题也就迎刃而解了。例如在“碳的单质”教学中，通过设计“用玻璃刀裁玻璃”和“削铅笔芯”对比试验，学生懂得了金刚石和石墨物理性质差异原因在于碳原子的排列方式不同；“二氧化碳分别通入紫色石蕊试液和澄清石灰水”既给出了二氧化碳的收集、检验方法以及石灰水要密封保存，也让学生理解了由于分子的构成不同，所以二氧化碳和一氧化碳性质不同，同时也能类推出SO2也能使紫色石蕊试液变红，也能与澄清石灰水、NaOH溶液反应，使化学学习变得有规律可循。

在化学教学中，通过“镁条和稀盐酸反应、生石灰和水反应”等实验传递能量观。“水的电解实验”、“磁铁吸引硫粉和铁粉的混合物”、“酸碱盐溶液之间”的性质实验诠释分类观。“硫分别在空气和氧气中燃烧、木炭在空气和氧气中燃烧”帮助学生建立量变质变观。这些典型的学科思想观念具有普适意义，将对学生产生终生的影响。

二、主动参与实验探究过程，提升学科能力

教师在创设实验情景时不仅要激发学生的学习兴趣，更要让学生通过亲身经历和体验探究过程，清楚科学探究包含的要素，增进对科学探究的理解，认识到实验对发展学生的学科能力具有不可替代的作用。

1. 优化实验教学模式，提高知识建构的能力

我国著名的化学家戴安邦先生就曾经精辟地说过：“化学实验课是实施全面化学教育的最有效的教学形式”。传统的实验教学基本模式是：讲解—实验—讲解，也就是按“讲—做—讲”的程序去组织教学的，结论在实验前，是这种实验教学模式在操作程序上最显著特征。显然，这是一种以获取知识为主要目标的接受式学习的实验教学模式，不利于学生主动建构知识的。

而将“实验”与“探究”联系在一起，构成的教学模式则是从素质教育的高度，对实验教学功能的再认识，再开发。它遵循理科教学的规律，体现课程改革的新理念。“实验—探究”教学模式的基本教学程序则可表达为：问题—实验—讨论，即按“问—做—议”的程序去组织教学。在“实验—探究”模式中，“实验”是手段，“探究”才是模式的核心，显然，这种对实验教学功能全面开发的教学模式，是一种以学生发展为目标的，探索性、发现性学习的实验教学模式。如质量守恒定律、燃烧条件、溶液、饱和溶液和不饱和溶液、化学四种基本反应类型概念的建立就可以采用这种模式开展教学。学生以探究问题为学习动力，在老师的引导启发下进行分析问题、揭示问题、解决问题，学生通过对直观实例、实验现象和事实的比较、分析，把感性上升为理性，再用简明准确的语言抽象概括出概念的本质属性，从而发现、形成概念。

2. 关注实验异常现象，培养敏锐的观察和分析能力

化学发展史上有许多因为善于观察，抓住机遇而导致发现或发明的实例。作为教师在平时的教学过程中应有机的穿插和渗透这些生动的史实，学生受这些生动事实的影响，就会自觉地在化学实验中训练和培养自己的观察能力。如“空气组成的测定”探究实验，教师首先引导学生重温拉瓦锡得探究之旅，并告诉学生恩格斯评价“当真理碰到鼻尖时候还没有得到真理”舍勒和普里斯特利的故事。让学生明白有时在正常操作的实验过程中会出现意外反常现象，它通常伴随着主要现象发生，具有一定的隐蔽性，不易被察觉，从而鼓励学生善于捕捉实验异常现象，养成一种能抓住异常现象所提供的，哪怕是微不足道的信息，进行深入研究的、锲而不舍的科学作风，为学生以后进行科学研究或走上社会从事任何工作打下良好的基础。例如实验室制取氧气时水槽中水变红色、检验二氧化碳气体时没有看到澄清石灰水变浑浊、测定空气空气组成时液面上升不到空气体积的1/5、实验过程中试管破裂、发生倒吸等等这些“意外”情况，都应该受到关注。又如实验“镁在二氧化碳中燃烧”帮助学生理解“燃烧不一定需要氧气，二氧化碳也能支持某些物质的燃烧”等，同时培养了学生分析问题的能力以及严谨的科学精神。

3. 运用控制变量法，螺旋提升科学探究的能力

新课程中虽然有41个实验或实验系列，但是在教材中探究都是以问题或者活动的方式呈现，没有明确给出科学探究的基本模式和方法，以致于很多学生认为科学探究高深莫测，可望而不可及。因此，教师在教学中要注重通过选取合适的素材，展现科学研究的方法。

控制变量法是科学探究经常使用的一种方法，就是在研究化学变化中，影响化学的因素有多个方面，通过改变单一变量，观察、记录该变量对研究对象的影响情况，探索出该变量与化学变化之间的关系与规律。通过控制变量法指导学生进行对照实验，将复杂的问题简单化，寻找到影响化学反应的因素，学生的探究能力将得到提升。教材中运用控制变量法的实验很多，如“铁生锈条件的探究、二氧化碳与水反应、燃烧条件的探究”等。在教学中将控制变量法循序渐进、由浅及深进行渗透，学生的探究方法将会逐渐清晰，探究能力将会有明显提高，探究的范围将由课堂延伸至课外，例如，在“催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响”实验探究中，可以设计实验组：带火星木条分别伸入（1）盛有5mL5%过氧化氢溶液的试管；（2）盛有二氧化锰粉末的试管；（3）装有少量二氧化锰和5mL5%的过氧化氢溶液；（4）待反应结束后，再加入5mL5%的过氧化氢溶液，得出催化剂能“改变其他物质的反应速率，而本身的质量和化学性质不变”。如果对本实验进行拓展，分别用红砖粉末、CuO、Fe2O3代替MnO2，可以发现最佳催化剂，如果换成猪肝、土豆，则可以通过对比实验感受酶作为生物催化剂的高效特点。

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4. 实验创新，发展学科思维能力

知识的掌握过程是一个学习者主动参与、积极思维的过程，学习者只有通过深层次思维活动才能掌握所学知识。化学实验在培养学生的科学态度、训练学生的科学方法，特别是完善学生的创新思维方面具有独到的功能。因此，在教学过程中应真正培养学生创造质疑、勇于探索，即使对那些早已成为定论的事物，也要从不同角度和侧面进行重新审视，让学生从自己设计的实验中学会思考、学会分析，使创新思维能力得以维持和发展。

实验创新无处不在，贯穿于化学教学的各个环节。在初中阶段实验创新主要涉及实验装置创新，如“空气组成的测定”、“验证二氧化碳与氢氧化钠溶液反应”实验装置；利用实验教学突破教学难点如“往无色蔗糖溶液中加入少量高锰酸钾固体，看到固体溶解，得到红色溶液”实验，可以帮助学生建立溶液中溶质可以是多种的概念；还有实验方案的创新，如“燃烧条件的探究”、“氢氧化钠是否变质的探究”等。下图是“探究物质在溶解过程中常常伴随着吸热或放热现象”教学中学生设计的实验方案，教师指导学生从已有的经验出发，运用科学方法，创造性地自由设计出多样的、切实可行的实验方案，以使其潜能和聪明才智得以充分展现。让学生自主参与学习过程，可以培养学生的合作与竞争意识；而通过方案评价比较，旨对学生的科学探究思维和基本方法进行训练。

5. 定性和定量融合，提升推理和计算能力

定性分析和定量研究是化学教学中常用的方法，定性分析是通过对化学问题分析，定性地解释化学现象；定量研究是在定性分析基础上，运用数学计算方法求出问题的精确解。要提升学生的化学学科素养，目光不仅要停留在学生的基础知识和技能上，更要将定性分析和定量计算融合，从而提升学生的推理和计算能力。

例如，有机分子最简式的测定常采用燃烧法，其原理是在电炉加热条件下用纯氧气氧化样品，根据产物的质量确定有机物的组成。装置如下：

在实验中得到数据如下：反应前后有机物的质量减少了1.8g，装置E和F的质量分别增加了1.08g和2.64g，请分析有机物的组成。

在初中化学教学中，定量测定某物质的组成是化学研究的重要内容之一，最常见的就是根据反应前后元素种类和质量不变对物质的组成进行分析。

总之，在新课程理念下化学实验教学有许多问题需要探索和实践，但只要教师本着以人为本，一切为了学生发展的教学理念，充分发挥实验在化学学科中的重要作用，帮助学生形成化学概念，获得化学知识和训练操作技能，培养观察能力、实验能力、思维能力，以及化学学科的观念、科学精神和科学方法，学生的化学学科素养一定能得到提升。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部. 全日制义务教育化学课程标准（2011版）［S］. 北京：北京师范大学出版社，2012

［2］姚元芝. 论初中化学教学中科学素质的培养［J］. 化学教育，1998，（11）

［3］范爱玉. 在“影响化学反应速率的因素”实验教学中的应用［J］. 中学化学教学参考，2013，（5）