淺談基于核心素養(yǎng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究應(yīng)用

基于核心素養(yǎng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新摘要：我國在新課程改革不斷推進(jìn)以及基礎(chǔ)教育深入發(fā)展的背景下，提出了以提髙學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)作為科學(xué)教育的宗旨。高中課堂作為立德樹人的主要陣地之一，如何設(shè)計(jì)“基于課堂又高于課堂”的教學(xué)，如何培養(yǎng)具有完備人格的學(xué)生，是高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中非常重要的設(shè)計(jì)方向。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其操作性強(qiáng)，趣味性高，決定了化學(xué)實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)教學(xué)中的重要性與必要性?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，高中階段的化學(xué)教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要階段，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力具有較高的要求。對此，如何采取行之有效的辦法提升學(xué)生參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動的積極性、主動性成為任課教師思考的重點(diǎn)。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的科學(xué)應(yīng)用，則為教師教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐提供了思路，成為提升化學(xué)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生完備思維方式的重要手段。本文以“氨氣”教學(xué)為例，討論基于化學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的角度設(shè)計(jì)教學(xué)、展開實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新、進(jìn)行深入思考的教學(xué)過程。關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新；化學(xué)核心素養(yǎng)；高中化學(xué)一、基于核心素養(yǎng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)2020版修訂普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，明確在化學(xué)五大核心素養(yǎng)中提出：“要求學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)和提出具有探究價(jià)值的化學(xué)問題，能依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)操作，能對觀察記錄的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論；能和同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究成果，提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)設(shè)想；能尊重事實(shí)和證據(jù)，破除迷信，反對偽科學(xué)；養(yǎng)成獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神?！被诨瘜W(xué)素養(yǎng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)不足，探究理論尋求解決辦法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。在此過程中，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系前面已學(xué)知識，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，更能構(gòu)建學(xué)生的知識體系，實(shí)現(xiàn)前后知識的銜接與遷移應(yīng)用。在課本已有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)創(chuàng)新，不僅達(dá)到了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初衷，也強(qiáng)化了化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，有利于學(xué)生成長為具有正確價(jià)值觀、完備思維方式、有創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力、有合作精神與團(tuán)隊(duì)意識的對社會有用的人。二、對化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的理解何謂“化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新”？顧名思義，就是指在教材原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)問題、不足之處，通過實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)、化學(xué)藥品的變更，實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新，使實(shí)驗(yàn)更具科學(xué)性、環(huán)保性，更加系統(tǒng)與完備。在這個(gè)過程中，可以前所未有地將學(xué)生注意力集中于教材實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的好奇心、求知欲，便于理論創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。并且，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師需以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，為學(xué)生提供化學(xué)與生態(tài)環(huán)境、化學(xué)與社會生活、化學(xué)與科學(xué)技術(shù)、化學(xué)與人類發(fā)展等有機(jī)結(jié)合的學(xué)習(xí)環(huán)境，注重學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力的調(diào)動，讓學(xué)生以愉快、輕松的心情學(xué)習(xí)生動有趣、富有創(chuàng)造性的化學(xué)。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新則是基于高中化學(xué)新課程，引入先進(jìn)教學(xué)理念形成的教學(xué)方法，在化學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。三、基于實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的“氨氣”教學(xué)價(jià)值分析基于實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的“氨氣”教學(xué)價(jià)值分析，即從化學(xué)核心素養(yǎng)入手分析“氨氣”一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)價(jià)值?！鞍薄笔菬o機(jī)化學(xué)非常重要的一節(jié)內(nèi)容。通過對氨氣這種高中階段唯一要求掌握的堿性氣體的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生對無機(jī)物建立更加系統(tǒng)和完備的知識體系。而教材中，氨氣的制備與收集實(shí)驗(yàn)、氨氣與氯化氫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、噴泉演示實(shí)驗(yàn)，都有明顯的不足之處。此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生，從環(huán)保性、安全性、成功率、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否明顯等角度，基于教材演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不足，通過小組合作探究，針對發(fā)現(xiàn)的不足進(jìn)行針對性創(chuàng)新與改進(jìn)，分析問題并解決問題，設(shè)計(jì)并展示實(shí)驗(yàn)，發(fā)展創(chuàng)新思維、提高科學(xué)探究能力，實(shí)現(xiàn)化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)。四、“氨氣”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與教學(xué)過程1、發(fā)現(xiàn)教材演示實(shí)驗(yàn)不足之處帶領(lǐng)學(xué)生回顧教材實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)演示實(shí)驗(yàn)不足之處，各小組針對發(fā)現(xiàn)的問題，利用教師提供的儀器與藥品，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新。加熱氯化銨和熟石灰的混合物制取氨氣、氨氣與氯化氫的反應(yīng)、氨氣溶于水的噴泉實(shí)驗(yàn)、是人教版化學(xué)必修1教材中必做的演示實(shí)驗(yàn)，也是學(xué)生認(rèn)識氨氣的水溶性、氨水呈堿性、氨與酸反應(yīng)的重要途徑和方法。但學(xué)生發(fā)現(xiàn)，教材提供的實(shí)驗(yàn)方案存在以下不足之處。（1）制取氨氣時(shí)，一是加熱過程中大試管容易炸裂，比較危險(xiǎn)；二是收集氣體時(shí)，氨會透過棉花散布到空氣中，污染環(huán)境。（2）氨氣與氯化氫反應(yīng)時(shí)，一是兩種氣體直接在空氣中反應(yīng)，造成環(huán)境污染；二是玻璃棒上蘸取的試劑量有限，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象范圍小且很快消失，只有前排的學(xué)生才能觀察清楚。（3）演示噴泉實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求氨必須充滿燒瓶，而教材中的演示實(shí)驗(yàn)將氨事先收集在干燥的圓底燒瓶里，課上再組裝儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣容易使氨在儲存以及組裝儀器的過程中泄漏，導(dǎo)致氨溶于水時(shí)產(chǎn)生的壓強(qiáng)差不足，實(shí)驗(yàn)成功率無法得到保證。（4）分開獨(dú)立操作三個(gè)實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生對主要實(shí)驗(yàn)知識的系統(tǒng)構(gòu)建。2、演示實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的改進(jìn)經(jīng)過小組合作探究，針對以教材演示實(shí)驗(yàn)不足之處提出以下解決方案。（1）利用濃氨水與固體燒堿制備氨氣，不需加熱；整個(gè)實(shí)驗(yàn)在一個(gè)密閉裝置中進(jìn)行，避免環(huán)境污染。（2）氨氣與氯化氫反應(yīng)在“一體化”裝置的礦泉水瓶中進(jìn)行，不會造成環(huán)境污染；保證反應(yīng)物氨氣與氯化氫足量，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生觀察。（3）噴泉實(shí)驗(yàn)所需的氨氣現(xiàn)用現(xiàn)制，避免泄露；可保證氨氣充滿礦泉水瓶，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。（4）尾氣處理將氨氣先通入四氯化碳，再用水吸收，防止因溶解度太大而倒吸。（5）采用“一體化”設(shè)計(jì)，制備、性質(zhì)、尾氣處理均在同一裝置內(nèi)按順序進(jìn)行，有利于學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)知識的系統(tǒng)構(gòu)建。3、教學(xué)內(nèi)容與過程（1）問題引入。帶領(lǐng)學(xué)生回顧教材實(shí)驗(yàn)，并提出問題“教材上的實(shí)驗(yàn)有何不足之處？”小組討論找出不足之處。（2）對教師提供的儀器、藥品進(jìn)行思考與選擇，各組分別進(jìn)行探究，分別對制備氨氣、氯化氫與氨氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、噴泉實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來解決教材演示實(shí)驗(yàn)不足之處。（3）各組派代表進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的成果展示，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。（4）教師提出設(shè)想“能否將各組創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行‘一體化’設(shè)計(jì)，將氨氣的制備、性質(zhì)檢驗(yàn)、尾氣處理串聯(lián)在一套密閉裝置中？”并由組與組合作探究，共同設(shè)計(jì)（教師幫助）。（5）設(shè)計(jì)出“一體化”裝置后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。①按照改進(jìn)后的裝置連接好實(shí)驗(yàn)儀器。②檢查裝置的氣密性。③在兩個(gè)廣口瓶中分別加入約一藥匙的固體燒堿和無水氯化鈣，在燒杯中加入約400mL蒸餾水，并滴入適量的酚酞試液，在右側(cè)導(dǎo)管處放置好濕潤的紅色石蕊試紙。④關(guān)閉止水夾B、D，打開止水夾A、C、E，用20mL注射器取約15mL的濃氨水，將其中一半緩慢地注入廣口瓶中，濃氨水與固體燒堿劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體，并進(jìn)入礦泉水瓶中。很快錐形瓶中冒出較多氣泡，右側(cè)彎導(dǎo)管處濕潤的紅色石蕊試紙變藍(lán)。待廣口瓶中幾乎不產(chǎn)生氣體時(shí)，先后關(guān)閉止水夾E、C、A。⑤進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)迅速推動5mL注射器，向右側(cè)礦泉水瓶中注入約4mL蒸餾水，片刻后氨溶于水，礦泉水瓶中很快形成了較大的負(fù)壓，能聽到清脆的響聲。打開止水夾D，燒杯中的水溶液受大氣壓作用沿長玻璃管急速上升，迅速進(jìn)入礦泉水瓶中，即刻形成美麗的“紅色噴泉”，最后紅色溶液幾乎充滿了整個(gè)礦泉水瓶。⑥氨與氯化氫反應(yīng)打開止水夾A、B，緩慢推動20mL注射器，繼續(xù)注入剩余的濃氨水；向右側(cè)廣口瓶中注入約4mL濃鹽酸，濃鹽酸與無水氯化鈣作用生成CaCl2·2H2O，產(chǎn)生的氯化氫氣體與進(jìn)入瓶中的氨氣接觸，立即產(chǎn)生大量的白煙。五、教學(xué)思考1、教學(xué)方面：整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，以學(xué)生為主體，小組合作探究為主要方式。通過發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進(jìn)而設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、“一體化設(shè)計(jì)”，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維、提高其科學(xué)探究能力，使學(xué)生充分感受到化學(xué)的樂趣。2、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方面：該裝置集氨的制取、收集、性質(zhì)、尾氣吸收為一體，能讓學(xué)生親眼看到氨的制取和收集，感受“白煙”和“噴泉”的過程，完成對實(shí)驗(yàn)知識體系的構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)在全封閉的狀態(tài)下進(jìn)行，可以有效避免具有刺激性氣味的氨、氯化氫泄漏對空氣造成的污染，引導(dǎo)學(xué)生形成綠色化學(xué)的觀念。制取氨和氯化氫時(shí)，不僅藥品用量少，反應(yīng)不需要加熱，操作簡便，而且反應(yīng)速度快，瞬間就能產(chǎn)生大量的氣體。收集氨時(shí)，對礦泉水瓶的干燥程度要求較低，即使礦泉水瓶中原存有少量水分，也會在氨充滿礦泉水瓶前被氨飽和，制取的氨濃度較大，噴入礦泉水瓶內(nèi)的液體幾乎充滿燒瓶，“噴泉”實(shí)驗(yàn)效果比較理想。用礦泉水瓶代替圓底燒瓶有兩個(gè)優(yōu)勢：一是礦泉水瓶更容易獲取，既經(jīng)濟(jì)又便利；二是用注射器快速地向盛滿氨的礦泉水瓶中注入蒸餾水，礦泉水瓶可以稍微變癟并聽到響聲，有一定的視覺、聽覺沖擊效果，不讓學(xué)生理解氨極易溶于水的性質(zhì)。總之，該實(shí)驗(yàn)為集氨氣的制取、收集、性質(zhì)、尾氣吸收于一體的綠色創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置，讓學(xué)生感受到了實(shí)驗(yàn)的便捷以及強(qiáng)烈的視覺、聽覺沖擊。它不僅滿足了課堂演示實(shí)驗(yàn)可觀察性的要求，還讓學(xué)生明白了氨氣等知識，幫助學(xué)生系統(tǒng)地構(gòu)建氨氣的相關(guān)知識體系。3、立德樹人方面：基于教材演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不足，通過小組合作探究，針對發(fā)現(xiàn)的不足進(jìn)行針對性