指导学生自主设计实验 提升化学核心素养

曹军亭 张 红

湖北省江汉油田广华中学(433124)

核心素养是指学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”。高中化学实验是新课程背景下提升学生化学学科核心素养的重要手段，通过学生自主设计实验，引导学生自主提出问题、作出假设、设计实验及得出实验结论，在此过程中既获得了对知识更深刻的理解，又培养了探究精神及创新意识，对全面提升学生化学学科的核心素养具有不可替代的作用。如何引导学生自主设计实验呢？

1 问题引导，激发学生自主设计实验的意识

要让学生设计实验，就应该采取合理的引导方式让学生发现问题，然后引导学生自主设计实验来探究以获得具体的答案，这样可以显著提升学生的思维能力和探究能力。

比如，高中化学实验室制备氯气的实验教学目的主要是让学生掌握Cl2的制备方法，培养学生的环保意识。因此，教学过程可以这样设计：教师在引导学生掌握Cl2性质的基础上，结合氯元素的存在形态，激发学生利用氧化还原反应的知识，寻找合适的氧化剂(如MnO2、KMnO4、K2Cr2O7、KClO3等)与浓盐酸反应来制备Cl2，再引导学生结合反应物的状态及反应条件，设计发生装置、净化装置，结合氯气的物理性质和化学性质确定收集及验满气体的方法、实验过程中尾气处理的方法，强调实验应在通风橱中完成，以免中毒。在实验方法确定后，教师让学生自行设计实验过程，安全完成实验并做好记录。

上述案例主要是通过基础知识引出学生喜闻乐见的实验探究内容，让学生通过自主设计实验来得出具体的结果，这种对知识的精细加工策略更有利于学生灵活地掌握化学知识与技能。

2 成就驱动，增强学生自主探究的热情

高中生自身能力有限，自主设计实验时常常存在一些不完美的地方，并且很多结果与实际情况存在较大差异。根据美国著名教育心理学家桑代克(E.L.Thorndike)的试误理论，人的学习本身就是通过尝试错误并逐步减少错误获得成功的过程，为此，在实验教学过程中，教师应鼓励学生根据所学知识并通过查阅相关资料，大胆设计实验方案，提高实验操作水平，并通过试误，减少错误，获得成功的体验，以增强学生的自我效能感。

比如，在探究浓度对化学反应速率的影响时，学生设计了两组实验，结果却得出了相反的结论，具体内容见表1、2。

表1 甲组设计的实验

表2 乙组设计的实验

甲组的同学得出H2C2O4的浓度越大，溶液褪色越快，反应速率越大，与影响化学反应速率的因素的原理一致。而乙组的同学却得出KMnO4溶液浓度越大，褪色越慢，反应速率越慢的结论，与化学反应速率原理恰好相反。在此基础上组织学生讨论，找出欲使KMnO4溶液褪色，就应该使KMnO4完全反应，在相同体积的溶液中，KMnO4浓度越大，其中含有的KMnO4的物质的量越多，使其褪色所需的时间既与KMnO4的物质的量有关，又与反应速率有关，因此会得出相反的结论。通过这一实验设计及探究告诉我们：①控制反应过程中只有一个自变量，再研究其对因变量的影响，在研究化学反应原理及其他关于对某些变量的影响因素时非常重要；②学生设计实验中出现错误是难免的，而学生的错误若利用得好，是难得的课程资源，对学生正确地、全面地掌握知识与技能，提升素养具有非常重要的作用；③学生认识到错误的原因后，积极地改正、改进实验，从而得出正确的结论,既是科学的探究道路和态度，又是成功的基础。

3 类比交流，引导学生优化实验设计方案

高中化学实验中，一个实验目的并非仅对应一种实验方案，调动学生的积极性，尽量设计不同的方案，并通过类比交流，优化设计方案，选出最佳实验方案。既能多角度地理解不同的知识，又能培养学生的发散思维能力。

比如，在高中化学“弱电解质的电离”一节的教学中，学生自行设计实验证明CH3COOH为弱电解质，有的学生配制0.1 mol/L的CH3COOH溶液，然后使用pH试纸测定溶液的pH；有的学生配制等物质的量浓度的盐酸和醋酸溶液，分别与镁条反应，根据反应速率确定醋酸是弱酸；有的学生设计出在醋酸钠溶液中加入酚酞溶液，根据其溶液呈碱性得出结论；还有的学生在醋酸溶液中加入石蕊试液呈红色，再加入醋酸铵固体，溶液红色变浅等。

对此，教师不需要急于给出结论、评价正误或评定最佳方案，而是鼓励学生将自己的实验方案同其他学生进行类比，从原理是否合理、原料是否易得、操作是否简单等方面进行比较，从而优化自身方案或确定最佳方案。这样不但可以帮助学生更加全面的认识自己的实验方案，而且还能够使学生在交流中开阔眼界，继而提升化学核心素养。

4 积极探索，提升学生定量实验探究的能力

总之，高中化学实验教学中，通过正确引导学生自主设计实验方案，让学生在自主探究的过程中培养及提升自身科学思维、创新实践能力，促使学生养成严谨求实的科学精神，极大提升学生的化学核心素养。