基于“科学探究与创新意识”的高中化学实验教学策略研究

李刚

课程标准明确了以发展化学学科核心素养为主旨的基本理念，重视开展“素养为本”的实验教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，培养学生的创新精神和实践能力。发展学生的化学学科核心素养，要求教师要积极开展“素养为本”的课堂教学实践，主动探索以化学实验为基础的有效课堂教学模式和策略。

一、基于解决实际问题的探究实验教学

科学探究与问题解决能力的发展是学生核心素养培育的必备品格之一。检验学生能力的主要方式就是在实际环境中解决实际问题。问题解决型教学是将问题解决作为教学的主要目的和手段，其基本环节包括：提出问题—寻找解决途径—做出解答—迁移应用。它是在建构主义理论框架下形成的，强调学生知识构建的过程。这种教学模式对于调动学生学习兴趣、培养学生问题意识等具有很好的效果。而化学实验着重培育学生的实验探究能力，学生在掌握了基本的化学概念、理论知识、具备一定实际操作能力的基础上，通过对所提出的问题进行实验方案设计、实验操作。

例如，对大多数学生因胃痛而吃的胃药有效成分的探究。由于胃酸（盐酸）过多而引起的胃痛，医生提供的药片中含有的抗酸剂主要有氢氧化铝与碳酸氢钠两种成分，教师请学生根据所学知识设计与实施探究方案，确定样品药中的主要成分哪个是氢氧化铝，哪个是碳酸氢钠，比较哪一种治疗效果更好。

在此探究活动中，学生在已知信息和所学知识的基础上，确定探究目的：（1）药品的有效成分分别是什么？（2）比较氢氧化铝与碳酸氢钠两种有效成分与盐酸的反应效果哪种更好，继而设计盐酸与两种药品主要成分的定量实验方案。探究目的（1）的设计方案：取适量盐酸和任意一种药品进行反应，反应中有气泡产生的药品主要成分为碳酸氢钠，没有气泡产生的则为氢氧化铝。探究目的（2）的设计方案：取一定量的盐酸分别与氢氧化铝、碳酸氢钠反应，比较两种药品消耗量的多少。由于药品有效成分含量比较小，操作过程可以采用比较精准的滴定方法。

探究活动中学生运用已有的知识，解决生活实际中的问题，形成学以致用的教学目的。整个探究过程锻炼了学生的高阶思维能力，如分析、解释、论证、说明、评价等，也培养了学生以科学家的角度看待问题，在已有数据基础上带着对未知的疑问一步一步分析信息，最终达到解决问题、做出合理决策的习惯。同时，通过实践探究活动，学生实际动手操作能力得到锻炼提升。

二、基于真实情境化背景的探究实验教学

真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要方式，为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会。

例如，进行“苯酚”知识教学时，教师可以给学生展示苯酚软膏使用说明书，在药物相互作用说明里提到“不能与碱性药物并用”，据此提出“苯酚具有酸性”的猜测，并在此基础上，再进一步提出疑问：（1）苯酚是不是酸？（2）是强酸性还是弱酸性？（3）如果是弱酸性，酸性比碳酸强还是弱？然后设置实验情境并引导学生设计探究实验，再由实验现象进行分析推理。

探究一：用紫色石蕊试液和pH试纸检测苯酚溶液pH。

探究二：大小相同的镁条分别与等量的苯酚溶液和蒸馏水反应，比较反应速率。

探究三：适量苯酚浊液分别与NaOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液反应，根据反应现象推测结论。

探究四：在与NaOH溶液反应后的澄清液中通入CO2，根据现象推导结论。

教师通过设计四个实验探究情境，一步一步驱动学生突破常规思维，改习惯性的单一认知为复杂的多维度认知，将学生思维推向纵深处。这个探究过程既培养了学生的知识迁移能力和科学探究意识，也丰富了其认知角度，提升了思维能力。

三、基于任务问题驱动化学核心素养的探究实验教学

任务驱动教学法（Task Based Learning）是建立在建构主义教学理论基础上的一种教学方法，是建构理论在教育教学中的一种具体应用。教学理念是以学生为中心，教师将教学内容转化为需要完成的任务，教学活动即为完成任务的过程。探究过程的环节：情境创设，提出任务;理论分析，制订方案;实验探究，歸纳结论;交流讨论，任务评价;反思总结，改进提高。学生在完成任务的动机驱动下，在合作探究的学习过程中，确定完成任务的方法，通过任务的完成达成“知识和能力”的教学目标，促使学生化学核心素养的培育。

例如，在学习铁的重要化合物FeO知识时，教材上并没有过多关于FeO性质的内容，教师对这块内容的处理大多数都是基于证据推理和模型认知的化学思维，引导学生根据元素化合价的特征推测FeO可能具有的化学性质，学生根据已知的氧化还原反应理论很容易确定含有正2价铁的化合物既具有氧化性也具有还原性。教师在学生已经得到初步结论的基础上提出：铁和水蒸气可以反应，那么FeO能否表现出和铁相似的性质与水蒸气反应呢？其判定依据是什么？如何证明？学生小组合作分析讨论，得出氧化亚铁（FeO）与水蒸气反应的可行性分析要点：（1）FeO可以和H2O（g）发生反应;（2）反应装置可以采用铁和水蒸气反应的仪器装置;（3）通过验证反应产物有H2产生就可以得到肯定结论。然后在教师的组织下按照实验设计方案进行实验探究，实验探究结束后，完成交流讨论、任务评价，再进行反思总结和改进提高两个环节。在反思过程中，教师又提出另一个问题：除了H2外，另外的产物从可能的角度看应该有Fe3O4和 Fe2O3两种，能否从理论和实验的角度分别加以证明呢？教师引导学生首先在理论层面进行分析。

依据铁元素守恒，可能发生的反应方程式（实验时控制反应温度为800℃）。

H2O（g）+3FeO=Fe3O4+H2（1）

H2O（g）+2FeO=Fe2O3+H2（2）

依据热力学判据，∠H<0，S<0，反应低温自发，一般情况下为可逆反应。由G=-RTlnK，代入相关热力学数据，计算得出在800℃时，K（1）、K（2）均大于105，且K（1）≥K（2）。

据此，多数学生都预测以发生反应（1）为主反应，同时推测在800℃时，Fe3O4比Fe2O3稳定。

关于实验探究验证任务，留给学生进一步通过小组合作进行完成。通过任务驱动的方式，将学习内容和探究实验相结合，既能激发学生的学习兴趣，又能加深学生对知识的理解，学习的过程更加突出思维方法的培养。具体的问题解决任务，促使学生查阅资料、设计方案、实验探究等。在问题解决过程中，学生的化学学科核心素养得到了提升。

四、基于促进学习进阶视域的探究实验教学

关于学习进阶的研究在我国还处在很有限的范围内，对于学习进阶的实验探究更少之又少。美国国家研究理事会将学习进阶定义为“在较大时间跨度内，学生学习和研究某一主题时，对学生连贯且逐渐深入的思维方式的描述”。我国较早研究学习进阶的北京师范大学刘恩山教授对其定义是：对学生在各学段学习同一主题的概念时所遵循的连贯的、典型的学习路径的描述。学习进阶包括五个方面的内容：终点目标、发展变量、成就表现、学习水平和评价。学习进阶是基于假设、实证检测、重新修正、实证测评的多重循环过程。科学探究是基于问题，通过证据、解释、交流、评价一系列活动，得出结论的过程。从科学探究的载体来看，可以分为实验型探究、调查型探究和讨论型探究。

可以尝试在实验探究中融入学习进阶理论，把实验划分为由低到高的学習进阶阶段，在学习进阶过程中激发学生的创新思维和探究能力，提升实验教学的质量，最终达到培养学生核心素养的目标。

例如，基于学习进阶的“不同电极材料电解氯化钠溶液的产物变化”探究实验教学设计结合学生已经完成的知识内容，确定学习进阶的阶段表现水平（见表1）和探究实验流程。最后，结合数据综合分析得到初步结论。

发展学生的化学学科核心素养，要求教师积极开展“素养为本”的课堂教学实践，主动探索“素养为本”的有效课堂教学模式和策略。实验探究活动最具化学特色且对培育学生“科学探究和创新意识”素养有着至关重要的作用，教师应根据学生实际情况和教学条件，实施相对应的实验教学策略，在引导学生进行实验探究和实验设计时，要把实验探究的教学实效放在首位，把握好实验探究的度，真正发挥实验探究教学对学生思维启迪和能力提升的作用，落实化学学科核心素养的培育。

本文系2019年度河北省教育科学研究“十三五”规划课题“基于科学探究与创新意识素养的高中化学实验教学策略研究”（课题编号：1904181）的研究成果。

（作者单位：河北省秦皇岛市实验中学）

责任编辑：李莎

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