优化实验创新策略落实学科核心素养 论文.docx

优化实验创新策略落实学科核心素养摘要：初中化学教学中的一个重要组成的部分是实验教学，为凸显化学学科特点，优化实验创新策略，发挥实验功能多元化，笔者在实际教学中对实验进行合理改进与创新，探索切实可行的实验创新方法，达到化学实验创新的有效性，充分发挥实验创新的育人功能，让化学学科核心素养真正落地生根。关键词：实验教学实验策略改进与创新学科核心素养化学学科核心素养的核心在于实现立德树人的根本任务，在于促进学生全面发展，在教学时我们既要考虑化学是以实验为主的学科特点，也要考虑学生身心发展规律，既要学习化学知识，更要运用教育学原理。高中知识虽然较初中较复杂综合,但是核心素养应该是一脉相承的，所以新课程标准中指出的高中化学核心素养在初三也是适用的。从近两年初中学业水平考试化学试题的命制上足以证明高中化学核心素养在初中的适用性，命题专家正在通过试题的导向性引领化学教师关注落实学科核心素养的重要性。实验是初中化学教学中的重要组成部分，它对于化学概念的学习，化学原理的理解都有着十分重要的作用。实践表明，初中化学实验教学不但能激发学生学习化学的兴趣，建构化学概念，获取化学知识，掌握技能，培养其必要的观察能力和实验能力，还能提高学生的思维能力，挖掘学生的潜能，培养学生科学的态度，掌握科学的学习方法。所以，我们不仅要做好实验，还要探索实验改进与创新的方法，建构实验理论，发挥实验教学的“育人”功能，寻找落实化学学科核心素养的有效途径。下面是本人优化实验创新策略，落实学科核心素养的一些体会与大家一起商榷。一、实验创新，促学科核心素养落实对于部分重要的知识，教材有时未安排实验，教师可创造性使用教材，根据学习内容适当增加必要的探究实验，增强初中化学实验的趣味性，在实验创新的过程中既可加深对知识的理解，又能进一步发展学生学科核心素养。例如：NaOH和CO的反应，教材2是通过化学方程式直接给出的，喜欢思考的学生会提出质疑，教师可抓住这个绝佳机会，创造性地使用教材，增设探究实验。笔者通过问题引领，密闭装置内的Co被消耗掉，压强如何变化？可以利用哪些明显现象来体现？讨论交流实验方案，筛选提供的实验器材，动手设计出不吹自大的气球实验，实验操作如下：用250ml圆底烧瓶收集满一烧瓶C0,并注入一定量浓NaoH溶液，快速地在瓶口处塞紧一个插有玻璃管下端系好瘪2气球的橡皮塞，不断振荡，可观察到气球逐渐变大。引导学生分析气球变大的原因，讨论瓶内压强减小的原因，进而判断此实验方案是否严密？有无干扰因素？能否得出CO2与NaoH溶液发生化学反应的严密结论？启发学生怎样改进实验排除CO溶于水或与水发生反应的干扰？学生讨论后给出解决方法：向烧瓶所得溶液中滴加足量稀盐酸或增加一个向充满CO圆底烧瓶注入与浓NaoH溶液体积相同的水作对比实验，比较气球变大的程度。利用这样一步一步生成最佳的创新实验方案，不仅有力佐证NaOH和CO确实发生了2化学反应，学生实验设计能力和评价能力得到培养，而且还使证据推理、科学探究与创新意识的学科核心素养得到发展。二、优化组合，强化科学探究与创新意识化学实验创新要遵循步骤简便、现象明显、便于比较的原则，对于实验目的复杂的实验，我们可以整合实验步骤，让多因素实验目的都得到实现。例如在探究温度、浓度、催化剂对化学反应速率的影响的实验时，可采用以下实验探究方案。实验步骤为（1）在具支试管橡皮塞上安装吸有10%HO溶液的注射器，然后在常温下把15mL10%HO溶液缓慢地推入具支试管中，仔细观察具支试管中液面上变化情况。（2）先把橡皮塞取下，再把半药匙MnO粉末撒到液体中，然后迅速塞紧橡皮塞，此时可以观察到液面上就会有大量气泡迅速地冒出，右端的量气装置两玻璃管中液面会明显出现升降现象。第（1）、（2）出现不同的实验现象说明了什么？（3）等到上述反应全部停止后，将具支试管橡皮塞上换装吸有5%Ho溶液的注射器，向具支试管中推入15mL5%HO溶液，可观察到液面冒出气泡的速度明显变慢，右端的量气装置两玻璃管中液面升降明显变慢。实验（3）可以与上面第几步实验作对比，能得出什么重要的实验结论？（4）将具支试管半浸在热水中，可观察到液面冒出气泡的速度加快,右端的量气装置两玻璃管中液面升降变快，从这个实验现象里，你们又能得到什么样实验结论？此实验量气装置有什么好处？本实验探究方案具有节约药品，省时间,易操作，实验现象可见度大，同时，具有在同一个实验装置中采取分步对比，可以探究出浓度、温度、催化剂这三种因素对化学反应速率的影响。装有红色液柱的玻璃管，这个量气装置的使用可以定量地体现反应速率的快慢，直观体现温度、浓度、催化剂对化学反应速率的影响，使实验结论更准确、严密，将科学探究与创新意识的核心素养落到实处。三、优化实验创新策略，让学科核心素养落地生根达尔文说：“任何改进，都是进步”。同样对实验的任何改进，往往都具有积极的意义，甚至会起到无法想象的效果，彰显实验创新的魅力，落实学科核心素养。1 .改进实验装置，构建模型认知例如：在测定空气中氧气含量的实验中，笔者进行这样改进：将教材实验中的集气瓶用具支试管代替，烧杯用量筒代替，红磷换成白磷。实验步骤是：（1）在具支试管口塞上带有导气管的橡皮塞，把导气管另一端放入盛水的烧杯中，双手紧握具支试管底下部，检查装置气密性；（2）在具支试管中装满滴有红墨水的水并塞上橡皮塞，把具支试管中装满的红墨水倒在量筒内量取红色液体的体积，即具支试管里面空气的体积；（3）把白磷用滤纸吸取表面水分，装入具支试管底部，把橡皮塞塞上，在胶皮管上夹上弹簧夹，使用酒精灯的外焰对准具支试管底部进行加热，让白磷进行充分燃烧；（4）待温度冷却至常温下，把导气管伸入盛有红色液体的量筒中，打开弹簧夹，待液面静止后读出量筒剩余红色液体的体积；（5）把空气中氧气的体积分数计算出来。这样不仅解决了污染空气和先点燃后伸入造成的实验误差，而且还能用数字准确体现，使实验结果更加精确，较好地渗透了定量研究问题的实验方法，培养证据与推理能力，构建出氧气约占空气体积分数21%的模型认知，利用改进实验装置发展了学科核心素养。2 .开放实验方案，发展科学探究与创新意识在化学实验探究过程中，有时围绕某一个问题开展探究活动可能有多种实验探究方案，教师不能满足学生已设计出实验方案就立即收兵，要关注实验方案的开放性，抓住提高学生学科关键能力，凝练学科核心素养的有利时机。例如：在用等质量、形状完全相同的铝片、铁片、铜片和只使用一次稀盐酸（稀盐酸已耗尽）探究铝、铁、铜金属活动性强弱时，学生可能会设计出先把铁片插入稀盐酸，再把铜片插入所得溶液中，最后把铝片插入的溶液中。此时，教师还可以引导学生改进实验过程，若调整插入金属的顺序是否可行？在教师的引领下，学生会设计出另一个实验方案：先在稀盐酸中插入铜片，再在的溶液中插入铁片，最后在所得溶液中插入铝片。既培养了学生实验设计能力和实验创新能力，训练了学生思维发散，渗透控制变量法在实验设计中的具体应用，又发展了宏观辨识、变化观念、证据推理与金属活动性强弱的模型认知和科学探究与创新意识的核心素养。3 .改进实验仪器，丰富证据推理氢氧化钠固体溶于水然后放出热量这个实验，如果用感官感知时，有时现象不太明显，实验结论说服力不强。于是使用定量神器一一采用手持技术，温度传感器先分别测量固体氢氧化钠和水的初温，然后把氢氧化钠刚好溶于水时的温度测量出来，将温度传感器变化的示数动态地在电脑坐标轴上呈现出来，利用曲线表征，氢氧化钠溶于水后放出热量的具体过程就会直观形象地反映出来，增强了实验视角冲击力，定量诠释固体氢氧化钠溶于水放出热量的结论，让证据推理更充分。4 .改进实验方案，促证据推理素养落地对一些实验可以在原实验的基础上补充和创新，以促进学生对相关知识的理解和提升。譬如：在探究灭火的原理时，学生对将温度降低至可燃物着火点以下能够灭火，总会持质疑的态度，为了消除学生这个质疑的想法，笔者曾做一个这样的实验：在250ml的烧杯内倒入一定量的水，把一个盛有燃着蜡烛的小铁盒，用土甘土覆钳夹持放在盛有水的烧杯中，此时小铁盒内的蜡烛安静燃烧，然后邀请学生向烧杯中的水放入NHNO固体并用玻璃棒进行搅拌，不一会儿，学生可以看到烧杯中小铁盒内燃着的蜡烛立刻熄灭，指导学生分析蜡烛火焰熄灭的原因。为了让实验证据更加充分，又补做一个实验，把小铁盒中的蜡烛拿到烧杯外部，再次点燃，铁盒中的蜡烛又继续燃烧起来。通过设置对比实验和原因分析，学生对降低温度至着火点以下能够灭火的方法就深信不疑，既提升了证据推理能力，又强化了创新意识，可谓一箭双雕。5微观探析，揭示本质培养学生具有宏观辨识与微观探析能力，是中学化学学科所要求的最基础的素养之一。梳理知识之间的逻辑关系，理清宏观、微观化学概念间的必然联系，便可将化学知识内化为学科素养。众多研究表明，唯体验方能久远，因此，在探究质量守恒定律的原因时，教师设计这样的体验式活动：将学生分组用磁扣在小黑板上动手搭建电解水分解的微观模拟图，搭建电解前水分子模型、电解过程中水分子拆分成氢原子和氧原子模型、电解后新分子氧分子和氢分子模型。思考电解前最少需要搭建几个水分子？搭建后讨论交流以下问题：（1）观察组合后的微粒模型，还是水分子吗？变成了什么分子？这是一个什么变化？（2）在整个变化过程中，变化的粒子是谁？不变的粒子是谁？（3）水被电解的前后，氧原子和氢原子的种类、数目有什么变化？（4）由这些不变量，还能推出什么结论？你能总结出质量守恒定律的真正原因吗？学生在讨论交流中会逐步意识到化学变化前后物质质量守恒的微观真正原因，从而高效达成教学目标，学生在活动、思考问题、讨论交流中亲身体验到水分子分解的具体过程，体会水分解的微观反应实质，体验式教学能使学生在亲身经历中理解并建构知识，进而培养学科关键能力，引起情感共鸣，促素养落地。四、实验创新绿色化，增强社会责任感无论是演示实验，还是分组实验，有时会涉及有毒物质的存在，如果处理不当,对社会环境会造成一定污染。针对这一问题，要引导学生积极思考，增强环保意识,敢于创新，鼓励进行实验创新绿色化设计。九年级化学人教版上册33页实验2-3硫在氧气中燃烧实验在演示时存在以下缺点：（1）若用燃烧匙放入硫粉用量大则污染更加严重，对师生毒害大；若硫粉用量太少，燃烧匙会挡着燃烧的火苗，教室后面的学生就观察不到实验现象，可视度较小；（2）硫在空气中燃烧后，生成的二氧化硫被直接释放，而没有进行处理；硫在氧气中燃烧虽在集气瓶中进行，由于玻璃片与瓶口间隙较大，也会由此向外释放，被师生呼吸进去，对人体有一定程度危害，造成空气污染严重，实验操作不环保；（3）集气瓶里面放置少量的水，可以吸收部分由反应生成的二氧化硫，减少空气污染，但水将二氧化硫是否完全吸收，不能直观体现出来。为了解决教材演示实验中的这些问题，笔者带领学生在课堂上寻找解决问题的实验改进方案如下：教师在课堂上亲自演示硫在空气中燃烧，提醒学生会看到什么现象？闻到什么气味？燃烧结束后教师故意用书在燃烧匙旁边煽动，加快气体的流动。生1：不停咳嗽，呛人；生2：有火药味；生3：有刺激性气味产生。其他学生都不约而同地用手捂住鼻子。师：二氧化硫气体有害、有毒，还会对空气造成一定的污染，因此，在实验时我们该怎样改进实验，从而防止二氧化硫气体被排放到空气中呢？生1：在密闭装置中进行实验；生2：把盛有硫粉的燃烧匙插入橡皮塞中，硫粉燃烧时，立刻在集气瓶口部赛进带有燃烧匙的橡皮塞。师：虽然能密闭大部分燃烧生成的二氧化硫，但是，在点燃硫粉塞进集气瓶口的过程中还会有少量二氧化硫扩散到瓶外污染空气，能否将二氧化硫全部密闭在集气瓶内？生1：可以先把装置密闭后，再用灼热的物体引燃硫粉；生2：把一根玻璃管插在带有燃烧匙的橡皮塞上，在玻璃管的上端系上气球，让玻璃管下端离燃烧匙中的硫粉2-3厘米，用燃着酒精灯将橡皮塞中的玻璃管下端加热2分钟，在燃烧匙内放入硫粉，将橡皮塞塞进集气瓶口部，转动下移玻璃管，使灼热的玻璃管下端触碰到硫粉将其引燃；生3：燃烧停止后，打开橡皮塞瓶中的二氧化硫仍会扩散到空气中造成空气二次污染；生4：集气瓶先装一定量水，再收集氧气，用水吸收生成的二氧化硫。师：怎样用明显的实验现象证明瓶中的水将二氧化硫已吸收完？展示文献资料：（1）二氧化硫易溶于水且能与水反应生成亚硫酸；（2）亚硫酸能与氧气在常温下反应生成硫酸；（3）硫酸具有酸性，与镁等活泼金属反应生成氢气。学生阅读学习文献资料，讨论交流改进实验方案，最终确定改进的实验方案是:在集气瓶底部放入若干片足量打磨过的镁条，再注入一定量的水，收集满氧气盖上玻璃片，把一根玻璃管插在带有燃烧匙的橡皮塞上，在玻璃管的上端系上气球，让玻璃管下端离燃烧匙中的硫粉2-3厘米，用燃着酒精灯将橡皮塞中的玻璃管下端加热2分钟，在燃烧匙内放入硫粉，迅速将橡皮塞塞进盛有镁片、水、氧气的集气瓶口部,转动下移玻璃管，使灼热的玻璃管下端接触硫粉并引燃，燃烧停止，过一会儿，观察到集气瓶中的水面不在冒出气泡，表明水将燃烧生成的二氧化硫已吸收完。学生分组实验，按照最终改进的实验方案动手操作，在实验中他们看到了蓝紫色的火焰，气球先胀大后变瘪，燃烧停止后，水面开始有气泡冒出，过一会儿，水面无气泡冒出，再也闻不到刺激性的气味。这时，同学们的脸上露出成功的微笑。此教学案例通过创设污染空气，危害人体健康的真实情境，发现问题，引发思考，设置问题串，层层推进，搭建思维的脚手架，围绕问题的解决开展讨论交流活动，观点交锋，思维碰撞，注重培养学生问题分析、问题解决能力、信息处理加工能力、实验设计和创新能力，同时，成功地渗透环保观念，实现实验创新绿色化，增强学生用化学知识服务社会的责任感。五、结束语化学老师们针对实验教学要善于发现实验中的问题，反思实验过程中不足和缺陷的原因，围绕解决实验存在问题进行大胆的改进和创新，力求有所突破，取得更好的实验效果，注重培养学生创造性思维能力，以利于落实学科核心素养，促进学生的全面发展。在化学实验教学中，教师只有“勤”、“思”、“钻”，赋予实验创新以探索性、研究性和创新性，才能发挥实验创新育人功能的作用。优化实验创新策略，落实学科核心素养是化学教师在教学实践中一直努力追求的目标，让我们一起负重前行。参考文献丁丹丹：基于化学学科核心素养的初中化学启蒙教育的思考J.化学教与学2018(1)15-19o王德强：基于核心素养的初中化学课堂教学研究J.化学教与学2018(4)33-36o