陈允任

摘要：批判质疑和创新能力是科学精神的重要组成部分，也是高中化学学科核心素养之一，批判质疑和创新能力的培养必将成为新一轮课程改革的重要目标并加以落实。文章探讨在高中化学教学中如何充分挖掘教材中的素材资源培养学生批判质疑和创新意识，以人教版高中化学教材“钠与氯气反应”实验的评析及创新设计教学为例，通过学生分析评价、体验课本实验现场，鼓励学生大胆质疑原实验方案的不足，并运用所学的知识创新设计“钠与氯气反应”实验，促进学生批判质疑和创新能力的发展，培育学生的科学精神。

关键词：科学精神;批判质疑;实验评析;创新设计

文章编号：1008-0546（2019）03-0078-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.024

一、问题的提出

1.基于学生发展核心素养的探讨

2016年9月中國学生发展核心素养研究成果正式发布，指出：科学精神主要是指学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现。具体包括“理性思维、批判质疑、勇于探究”等基本要点，这一操作性的解释是我们对科学精神进行理解的文本基础，也是指导一线教师将宏观教育理念与具体教育教学实践相结合的关键环节。然而，在具体实施的过程中，这三大“基本要点”究竟应该如何在实际教学过程中培养？需要深入探讨与研究。本文对科学精神培养的讨论采用《中国学生发展核心素养》的描述和界定，即理性思维、批判质疑、勇于探究，并基于人教版高中化学教材“科学探究”栏目教学素材资源功能和价值的挖掘，探讨如何在高中化学教育中培养学生科学精神。

2.基于目前高中化学教学的现状

科学精神培养是科学教育的核心目标之一，新修订的《普通高中化学课程标准（2017年版）》将“科学精神和社会责任”作为高中化学学科核心素养的五个维度之一，科学精神的培养必将成为未来化学课程改革的重要目标并加以落实。但是，在长期的高中化学教育教学实践中，不难发现，科学精神的培养，尤其是批判质疑素养的培养，在高中化学课程和教学中是严重缺失的。笔者以化学学科为例，通过检索中国知网、维普网等国内学术论文数据库，发现目前已有较多的研究者和一线教师对“科学探究”课堂的教学设计和教学策略进行论述，但关于培养学生“理性思维”和“批判质疑”的相关教学实践的研究论文不多。综观目前学校里的教学现状，普遍存在过多的强调教师、教材的“权威”的思想，它不但束缚了学生的思维的发展，制约了学生的批判、创新能力的发展，也影响到学生综合素质的提高。因此，纠正教学中“权威”思想的影响，打破思维定势，对学生的科学精神的培养有着特殊意义。

3.基于高中教材化学实验素材资源的挖掘

科学精神的培养需要基于高中化学课程标准明确的目标规定、内容要求、教材编写中丰富的素材资源和教师创造性的实践才能实现。在高中化学教材中，通常有普通实验（演示或分组）、科学探究实验两大类，无论是哪种类型实验的教学，基本上是按教材给定的实验方案进行，其实验结果往往是已经知晓的，缺乏创新意识，学生积极性不强。在教学过程中，发现教材安排的实验中有的很难利用已有的实验条件在课堂上完成，而且大部分都是一些验证性实验，使学生感到枯燥乏味失去学习的兴趣，不仅如些，常规的化学实验课堂往往是由老师先进行演示，学生再重复老师的步骤，考查的是看学生是否能在不出错的情况下完成此类实验。所以，我认为改进实验方案，能使实验教学与探究学习融合起来，进一步充分发挥实验的探究功能，使学生对实验保持持久的探究兴趣和创造兴趣，进一步激发学生的创新精神和实践能力。

二、“钠与氯气反应”教学的设计与实施

1.教材内容的评析与整合

人教版、鲁科版和苏教版分别在必修1和必修2氧化还原和离子键的内容中均以“钠与氯气反应”为例，揭示氧化还原反应的本质，从微观的角度认识电子转移与氧化还原反应的关系，以及分析离子键的形成，体现活泼金属与活泼非金属化合形成离子化合物的过程。

钠与氯气反应在中学化学教学中是一个很重要的反应，在学习氧化还原和离子键时，无论是教材还是教师课堂教学必以此反应作为例子来分析。人教版必修2还设计了“钠与氯气反应”的实验，由于该实验存在一定的污染，在实际教学中很少教师会做这个实验。

（1）教材演示实验设计

①人教版高中化学必修2中第一章第三节P21实验1-2介绍了“钠与氯气反应”实验：

取一块绿豆大的金属钠（切去氧化层），用滤纸吸净煤油，放在石棉网上，用酒精灯微热。待钠熔成球状时，将盛有氯气的集气瓶迅速倒扣在钠的上方（图1），观察现象。

②鲁科版高中化学必修1中第二章第3节P50图2-3-4金属钠在氯气中燃烧（图2）。

（2）教材演示实验设计的不足

①将盛有氯气的集气瓶倒扣住熔成球状的钠块过程中，会有较多的氯气泄漏，并且在把握倒扣的时机和操作上有一定的难度。

②由于实验装置没有密封，在反应过程中放出大量的热使氯气大量泄漏，造成环境污染。

③由于实验存在对环境较大的污染和一定的安全隐患，在课堂教学中不宜分组实验，一般在通风橱中演示实验，全体同学难以观察清楚实验现象。

④氯气的用量较大，增加了制备氯气的量和消耗的药品，同时也增加了氯气对环境的污染。

⑤钠和氯气都是很活泼的金属和非金属的代表，理论上它俩很容易反应，但本实验中却需要把钠加热至熔化，这与原理上分析钠和氯气很容易反应有些冲突。

2.教学活动、设计意图和素养目标的提出

笔者整合本课时教学内容之间的内在联系，基于学习进阶理论和化学探究教学设计系统，为学生设计了一定开放性的10个进阶任务及学习小结的综合性总任务，关注学生学习过程的发展方向、路径设计和每个阶段的具体素养要求（表1）。

三、“钠与氯气反应”实验的创新设计及效果

1.创新实验方案

取一支硬质玻璃试管（25mL）收集满干燥的氯气（图3），取一块绿豆大小、已经切掉表面氧化层的金属钠，用小刀压扁;然后拔开装氯气试管的胶塞，迅速把钠块投入其中，塞上胶塞（图4）。

2.创新实验设计的实验效果

可以看到，钠块表面很快有白烟慢慢冒出（图5），接着就燃烧起来，产生黄色火焰（图6、7），燃烧完后，试管内壁附着一层白色的固体（图8）

3.创新实验设计的优点

首先，本实验是在常温条件下进行，更能反映钠和氯气作为活泼金属与活泼非金属的化学性质特点;其次，实验中钠和氯气的用量少，实验装置、操作简单，实验过程中氯气泄漏量少，对环境污染少;还有实验现象明显，可近距离观察，既可以教师课堂演示实验，也可以是学生自行实验。

四、教学效果与启示

1.教学效果与分析

本课程以钠与氯气反应实验为载体，通过复习两种典型的活泼金属钠和非金属氯的原子结构，判断钠和氯气之间在常温下就可能反应，但教材的实验是需要加热，利用这个认知冲突，鼓励学生大胆质疑，并通过观察教材的实验操作过程中氯气泄漏对环境的影响，激发他们改进实验的欲望。借助这一实验课程教学的开展，促进学生科学精神的发展，尤其是在探究过程中促进学生思维的发展，培养学生尊重事实、认真严谨、敢于批判质疑的科学态度，引导学生对本实验进行创新设计，最后设计出具有“操作简单，现象明显，体现本质，环保安全”特点的创新实验，使实验既能用于教师课堂演示，亦可用于学生分组探究。

2.教学启示与展望

国家教育部已将“科学精神”作为学生发展核心素养重要组成要素之一，也是高中化学学科核心素养的重要内容，作为一线高中化学教师，应该着力加强自身对科学精神的认识和理解，强化自身科学精神教育的责任意识，充分挖掘高中化学教材中素材资源，引领学生参与化学实验的改进和设计，通过改进实验方案、优化实验方法、设计实验装置、研制实验用品等，通过灵活多样的形式或途径，帮助学生感知、领悟、体验科学精神的核心要义，在化学教学的细节中培养学生的理性思维、批判质疑和勇于创新的科学精神。