江苏省黄桥中学 何 燕

经常有老师抱怨高中化学教学的课时紧任务重，演示实验和学生实验都是蜻蜓点水般的完成，根本起不到培养学生化学实验素养的效果。其实很多实验都不是具有真实的情境的特点，都是经过筛选和理想化条件下的结果固定的实验，更强调学生的操作正确和观察仔细，能够完成预设的任务，通过较好的效果来验证既有的理论。学生往往失去主体意识，只求达到既定的目标，而对过程中的生成性的知识视而不见。

关于化学实验素养的界定，倾向于范志鹏的观点，他认为化学实验素养属于个人修养的范畴。化学实验素养是个很宽泛的概念，只有在真实的情境中才能有针对性地发现化学实验素养的不足，考试评价也是力求模拟真实的情境，选拔出化学实验素养较好的学生。如果仅仅是通过纸笔训练来提高学生应付考试评价的能力，那是不现实的也是不全面的，正所谓“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。

那么如何利用真实情境培养学生的化学实验素养呢？结合自己的实践谈一些观点，供大家分享。

一、通过项目化的开放性实验有利于培养学生的化学实验素养

项目化实验是以一个独立的整体的实验为背景，让学生用已有知识和技能，体验解决真实问题的过程和方法，培养学生合作、反思、批判等能力的实验方式。学生在整个过程中体验了对问题的发现，寻找解决问题的原理，根据原理初步设计实验，实验设计的可行性分析及其改进，实验计划的拟定，实验操作，处理实验数据，验证对问题的解决效果等步骤，有利于运用和拓展既有知识和技能去解决现实的问题。但还是有几点是要注意的，项目化的开放性实验对学生的要求较高，需要有一定的知识储备和能力储备，而且占用学生的时间较长，建议要安排合适的兴趣小组，配备适当比例的指导老师，在一个相对集中的时间段完成。

二、利用身边的易获得的资源有利于培养学生的化学实验素养

身边的易获得的资源指的是包含家庭中的、地方的及社区的知识，不仅仅是指环境和物体及各个生活上日常所见的人和事，它还包含了当地特有的文化、历史、意识及价值观。利用这些资源就是将本地的一些知识（包括但不限于历史、文化）中的化学元素提取出来，融入到化学实验的情境设计等方面。学生往往更容易从身边的资源找到研究的切口，凝练出有价值的问题，通过研究这些身边的问题让学生体验到爱家乡爱化学的价值，激发学生产生继承和发展家乡文化和学科知识的意识，进而树立正确的国家观、民族观、历史观、文化观，从而达到了促进课程思政的效果。显然这也是学生实验素养的一部分，把对科学的兴趣和对文化的兴趣相融合，在科学探究的过程中实现了薪火相传。当然需要注意的是越是身边习以为常的事物及其变化，学生越容易以一种惯性思维去理解，其中可能会有一些非科学性的因素影响，此时教师就要注意对这些实验设计和结论的科学性进行把关，及时纠正错误，确保研究的信度和效度。

三、利用数字化传感器有利于发现实验中的生成性的问题

真实的情境如果只是满足于表面的观察和测量，得到的信息量通常是极其有限的。通过对实验进行改进和创新，利用传感器等数字化进行实验教学，化定性为定量，为学生创设思维的台阶，有效降低学习难度，对教学难点的突破一定会很有帮助。借助数字化传感器能够发现一些难于观察到的变量的变化过程，并能够使现象放大化和趋势明显化，并减少人工的劳动量，提高实验的效率，采集数据可以瞬间完成也可以横跨一个星期。熟练操作后，使用数字化传感器的实验成功率是很高的，误差也会很小，增加了实验的信度。对这种新型的实验设备，对自己亲手测出的数据和图像，学生是很感兴趣的，也乐于去等待一个漫长的结果，因为真相值得去等待。巧合的是这些学生们感兴趣的数据和图像现在正在成为考试评价的重要素材，学生在使用数字化传感器中所发展的实验素养在解读这类素材时会大有裨益。另外借助数字化传感器通常会发现很多“异常”的数据和图像，这些所谓的“异常”中通常饱含着生成性问题吸引着人们去研究和解释。解决这些生成性问题的时候，同时会大大刺激化学实验素养的发展。学生在陌生的异于常规情境中发现问题解决问题的价值更大。当然数字化传感器结构精密、价格不菲，学生在使用的时候需要教师的指导和帮助。在实验过程中，教师指导学生利用熟悉的器材进行实验设计，利用学生已有的生活经验、感性认识等，通过分析、归纳、概括，将要解决的新问题迁移为已经解决的问题。这样的实验过程才能帮助提高学生的实验素养。

四、利用真实情境设计实验的几个注意点

新课程标准倡导从四个方面发挥实验的教学功能，而学生的实验素养直接决定着实验在化学学习中独特价值的发挥。真实情境中的实验往往具有开放性，结果是未知的和不确定的，因此教师在指导学生利用真实情境设计实验时要注意以下几个意识。

1.安全意识。

安全是化学实验素养的第一要点，包含使用实验仪器的安全、使用实验药品的安全、设计实验装置的安全、实验过程中操作的安全、实验废弃物处置的安全等诸多方面。化学学科核心素养中的“科学态度与社会责任”开宗明义的强调“具有安全意识和严谨求实的科学态度”，教师要在确保安全的前提下引导学生通过实验探索未知、追求真相。教师不仅要在一些明显的安全隐患处制止学生实验，而且要在一些隐藏的安全隐患处要有敏感的“危险”嗅觉。譬如容易爆燃或者达到爆炸极限的条件，容易引起中毒或引起癌变的材料如石棉等，这些都要避免学生接触到，学生毕竟是非专业的人员，容易引起事故或潜在的伤害。一些现象比较剧烈的实验也要避免学生单独完成，防止学生受到惊吓手足无措引发事故，指导教师最好陪同参与完成相关实验。

2.变量控制意识。

影响化学实验的因素除反应本身性质外，还有诸如浓度、温度、压强等外在因素。因此控制变量是化学实验必须面对的问题，只有设计单个因素变量的改变而导致实验结果的不同，才能增强实验的说服力。“证据推理”是化学学科核心素养之一，学生在设计实验时，不一定能考虑到对所有变量的控制，容易漏掉一些变量的影响，造成证据推理的不严密，指导老师要利用自己的专业知识，帮助学生避免漏掉考虑这些变量，造成无效的实验，浪费学生的时间和精力。

3.节约意识。

节约意识是符合当前节能减排的大的方向的。化学实验会耗费一些资源、时间和人工，并且多少会有一点污染排放，因此组织和计划实验要慎重和精细，尽量用少的实验多出成果。在实验用药品的用量上宜少不宜多，尽量设计微型化实验来实现研究目的。教师在指导实验时就要严格设计用量取用药品，不要随便增加药品用量，应加强教育使学生树立起勤俭节约的意识；向学生讲清过量使用药品，不仅会造成资源浪费，而且会延长实验时间，影响实验效果，甚至导致实验失败。

下面用一个实例来说明这几个意识的体现。人教版普通高中教科书《化学 选择性必修1 化学反应原理》的第二章化学反应速率和化学平衡有个探究实验《定性与定量研究影响化学反应速率的因素》其中的实验探究II 内容如下：

通过实验测定并比较下列化学反应的速率。

按图2- 1 所示组装实验装置。在锥形瓶内放入2g 锌粒，通过分液漏斗加入40mL1mol/LH2SO4溶液，测量并记录收集10mLH2所用时间。

图2- 1 测定锌与稀硫酸反应速率的装置

如果用 4mol/LH2SO4溶液代替1mol/LH2SO4溶液重复上述实验，所用时间会增加还是减少?请通过实验验证，并解释原因。

将测定结果填入下表，计算并比较化学反应速率。

试剂 所用时间 反应速率 结论1 mol/LH2SO4 溶液4 mol/LH2SO4 溶液

这个实验很多老师都是想当然的纸上谈兵，讲一讲实验就可以说明问题了，因为实验结果不做也知道，浓度大的硫酸产生相同体积的氢气所需的时间短。但是这只是理想的实验结果。真实地完成这个实验的情境其实并不是那么理想化的，是有很多培养学生化学实验素养的发掘点的。

在指导学生完成这个实验时，学生在操作这个实验有这几个难点：

（1）有关实验设计使用注射器的问题。

本实验用于收集H2的玻璃注射器并不是化学实验室的必备仪器，市面上常见的 规 格 有2mL、5mL、10mL、20mL、30mL、50mL、100mL。该取用哪款规格的注射器呢？按照实验设计，通过分液漏斗加入的硫酸体积就达到了40mL，意味着排开的空气的体积就有40mL，再加上需要收集的氢气的体积10mL，以及考虑收集冗余气体的体积，玻璃注射器的规格就要取用100mL的才合适。进而带来了一个问题，注射器的活塞是很重的，导致摩擦力很大，通过注射器接口的小孔进来的氢气很难达到一定的压强来推动活塞。推不动活塞，实验也就难以成功了。这是一个真实的问题，只有进入真实的实验情境才会遇到，考验着学生的智慧和化学实验素养。改进的方法是测量使用排水集气法来收集10mL 氢气所需时间或者使用气压传感器来测量密闭反应容器中不同浓度硫酸与锌粒反应产生的气体压强随时间的变化。

（2）实验的安全问题。

本实验涉及到可燃气体氢气的收集，并且收集到的气体并不是纯净的氢气，而是混合有空气的氢气，容易达到爆炸极限。剩余的锌粒和硫酸继续反应会产生更多的氢气（2g 锌粒估计能产生5L 左右氢气），并可能扩散到空气中。如果没有通风设备，实验中以及实验后处理阶段都有可能因为操作不当等意外引起氢气的爆炸。这同样是一个真实的问题，解决不好是要出大问题的，而且没有后悔药吃。改进的办法是在有通风橱的地方进行实验，或者把该实验设计成微型实验，或者像苏教版选择性必修1 里面设计测量用碳酸钙和不同浓度稀盐酸反应产生二氧化碳的速率。

（3）实验的药品的节约问题。

通过计算可知，2g 锌粒完全反应需要1mol/L 硫酸31mL，需要4mol/L 硫酸7.7mL，硫酸都是过量的，而最终产生的氢气达到5L 左右，而测量只需要起初的10mL氢气，每个实验又至少做三次取平均值，因此带来了药品的浪费问题。药品是需要真金白银的购买的，真实的情境中，节约意识应该融入到实验的设计理念中，有助于提升学生的化学实验素养。改进的方法是进行微型实验，通过传感器把实验现象放大化。

（4）实验的变量控制问题。

本实验成功的关键就是变量控制，本实验需要测量的是从反应开始到产生10mL氢气所花的时间。要控制只有硫酸浓度的差异而其他变量都是一致的，理想的设计在真实的情境中总是状况百出。本实验氢气的产生是伴随着硫酸的注入同时发生的，产生10mL 气体的时间的决定因素就不仅仅是硫酸的浓度了，其实还包括漏斗中硫酸的重力产生的压强和硫酸通过漏斗注入的速度。很显然浓度大的硫酸相同体积的质量会更大，产生的压强会更大，但是浓度大的硫酸由于黏度大，注入的速度也会受到影响，由此导致测量到的收集氢气的速率不仅仅与硫酸的浓度有关，分液漏斗中硫酸排出锥形瓶中空气的速率也会影响收集氢气的速率。这个变量控制问题不解决，这个实验的结论就是有瑕疵的。

针对上面四个方面的问题，学生们各抒己见，充分发挥了主动能动性，查阅资料，借鉴了一些其他的实验的设计，不断尝试不断调整，我们发现了一套装置比较简便实现该实验的目的。如图所示。

该装置采用Y形管、导管、水槽和50mL量筒进行实验，使用1g 的锌粒分别和10mL1mol/L 硫酸以及10mL4mol/L 硫酸反应，通过倾斜的方法使硫酸流入另一个支管与锌粒反应，测量排水法收集10mL氢气所需时间，实验在通风橱中进行。进过了改进，以上4 方面的问题得以解决，学生的实验素养也得到了提升，这个例子很好地体现了真实情境中遇到问题往往是意想不到的，需要实验的参与者开动脑筋，直面真问题，研究真化学，必然会有所收获，使学生的实验素养潜移默化中得到提升。

学生的实验素养的提升并不是一蹴而就的，需要在实践的点滴中不断培养，而在真实情境中的实验探究，给了学生发挥主观能动性的机会，调动了学生学习和操作的积极性，只要设计得当，关注一些细节的处理，就一定能使学生的实验素养得到长足的发展。