化学实验教学中学生科学素养的培养方法

【摘要】实验是化学研究的基本方法。在初中化学教学中应用实验教学法培养学生的科学素养，用实践体验和探究活动代替传统的理论灌输，使学生在实验操作中获得科学知识、科学技能和科学方法，循序渐进地培养学生的科学能力和科学观念，为发展学生科学品质提供有力支持。基于此，文章阐述了在初中化学教学中培养学生科学素养的意义，并提出培养策略。【关键词】初中化学；实验；科学素养；策略伴随着新课改的实施和推进，构建培养学生能力和素养的化学课堂逐渐成为教师的共识。传统化学教学方法以预习、导入、课堂讲解、作业设计为主，形成了一套以掌握化学知识为中心的完整的教育体系，但不利于学生能力的培养，为此教师必须结合学生的成长发展需求推动化学教学模式改革。将实验活动引入初中化学教学中，利用实验活动增强学生的学习体验感和参与感，通过实验活动积累知识，培养科学思维，为学生核心素养的发展提供有力支持。一、初中化学实验教学中培养学生科学素养的意义1.在化学实验教学中培养学生科学素养是新时期学生发展的目标和要求。《义务教育化学课程标准（2022版）》指出：“化学课程要发展学生的核心素养，教师应当基于核心素养结构化设计和组织课程内容……以实验为基础，激发学生对物质世界的好奇心，发展科学思维，养成科学态度。”由此可见，在初中化学教学中培养学生的科学素养对学生学习发展的意义以及通过实验活动培养学生科学素养的必要性，为此教师应当围绕学生科学素养的发展需求不断创新教学理念、教学方法和教学模式，为新时代的初中化学实验教学模式的构建奠定基础[1]。2.在实验教学中培养学生科学素养是保证化学教育有效性的关键。科学素养集中表现在三个方面，第一是学生对科学探究方法的了解程度，第二是学生对科学知识的了解情况，第三是学生对“科学技术对社会和个人产生的影响”的基本了解程度。化学学科是知识的集合体，化学实验是人们探究化学知识的主要方式，是化学科学形成与发展的基础，也是检验所学知识的关键，教师作为化学教学的主体，能够根据化学实验的过程和结果引导学生发散思维，保证化学实验教学的有效性，因此，化学实验在培养学生科学素养、保证化学教学有效性方面具有不可替代的作用。3.在化学实验教学中培养学生科学素养有助于建立以学生为主体的教学模式。随着新课改的深入，化学教学越来越强调对学生能力和素养的培养，而传统化学教学模式以化学知识讲解和组织练习活动为主，忽视了学生能力和素養的发展需求，在化学实验教学中培养学生科学素养，以素养为目标开展实验教学活动，教师为实现化学教学目标不得不改变传统的实验教学方法，将探索性内容引入实验活动之中，引导学生在学习过程中学习科学研究方法，思考科学研究应当保持的态度，在无形中构建以学生为主体的化学实验教学模式，在体验式教学中建立起人与化学、社会之间的联系，为学生今后的化学学习奠定坚实基础[2]。二、初中化学实验教学中培养学生科学素养的策略1.趣味实验激发学习潜能，培养探究兴趣。化学知识涉及微观物质变化，知识较为抽象，学生学习理解化学知识的难度较大，为避免学生对学习化学知识产生畏难情绪，教师将趣味性要素引入化学实验活动之中，以此激发学生的学习探究兴趣，使学生主动参与实验活动，探究实验现象背后的化学知识，通过趣味性实验活动深化学生对化学知识和实验方法的理解，为学生科学素养的发展提供有力支持。保证实验趣味性的关键在于实验活动生活化，利用生活中常见的事物完成实验活动，学生结合生活经验猜想实验结果，用出人意料的实验结果激发学生，激发学生的学习动力，使其主动、自觉地投入到实验过程中，保证趣味实验活动的有效性。趣味性实验将学生作为主体开展教学活动，强调学生的学习体验感，教师作为引导者需要适时提供鼓励和支持，引导学生从已有的实验现象出发，探索实验活动背后的化学知识，考虑到不同学生个体的思维能力和理解能力存在差异，为使每个学生都能在实验活动中获得成长，教师将问题趣味化，营造趣味性课堂氛围，并将学生分成小组，合作讨论化学知识，培养学生的科学探究兴趣，助力学生成长[3]。以“酸和碱的反应”为例，为进一步加强学生对酸碱物质性质的理解和对酸碱中和反应的认识，教师在课堂上组织氢氧化钠和稀盐酸反应实验，引导学生观察酸碱反应后的生成物，了解酸碱中和反应的实质。为保证实验活动的趣味性和探究性，建立以学生为主体的化学实验活动课程，教师引入信息技术辅助学生探究化学知识，感受化学学科知识的趣味性。教师播放实验视频，视频中教师介绍土壤改良方案，“农民伯伯会在土壤中加入熟石灰或是硫酸亚铁来调整土壤的pH值，大家思考：为什么需要改良土壤pH值？为什么这种方法可以用来改良土壤pH值呢？”创设生活情境激发学生探究化学知识的热情，强化化学教学的趣味性。在实验教学活动中，教师利用多媒体技术播放氢氧化钠与稀盐酸中和反应的实验视频，并提问：“水中加入碱性物质，用试纸检测结果也偏碱性，水中加入酸性物质，试纸检测结果也偏酸性，现在老师在实验中既加碱又加酸，大家猜猜会发生什么变化呢？”教师将学生分为小组，小组互动猜测酸碱中和实验结果，在猜想、互动、说理中赋予学生趣味性的学习体验。教师继续播放视频，通过温度计、观察对比等方式了解反应过程，为强化学生的实验参与感，教师提出问题：“现在虽然将酸和碱混合在一起，但是我们应该怎样证明酸和碱之间发生化学反应呢？”引导学生以小组为单位结合所学知识讨论验证化学反应是否发生的方式，鼓励学生运用已有的实验器材和药品自行设计实验，通过实验设计活动深化学生对实验技能和实验方法的理解，为学生科学素养的发展提供有力支持。2.制订教学目标，设计化学实验。在初中化学实验教学中培养学生的科学素养，包括对学生科学品质和科学观念的培养，为让学生认识到科学实验的意义，教师结合教材内容和教学目标设计化学实验活动，鼓励学生以讨论形式设计实验，通过实验活动探究学习化学知识的意义，引导学生积极主动地投入到化学教学之中，为学生科学探究能力的发展提供有力支持。以讨论形式设计化学实验，削弱了教师在传递知识方面的作用，为学生提供了一个可以自由发散思维、表达意见的学习空间，学生在教师的引导下，结合探究性问题或是生活需求整合所学化学知识，互动讨论解决问题，保证实验教学活动的有效性，对学生创新思维的培养起到了一定的促进作用。考虑到学生的年龄较小，过度发散思维容易影响实验设计的有效性，因此教师在课上除引入实验背景外，应当从实验探究过程的关键点入手，显现实验探究学习路径，引导学生自主讨论思考，通过思考、综合、归纳等一系列思维活动突破化学教学重难点，为学生科学思维的形成与发展奠定坚实基础[4]。以“空气的成分”为例，为让学生理解空气的成分，教师从学生熟悉的事物入手设计问题：“同学们，我们每天每时每刻都要进行呼吸，大家说我们为什么要呼吸呢？我们需要空气中的哪种成分来维持身体的机能呢？”学生从问题出发，结合生活经验思考问题，提出猜想：“氧气是人维持生命的必需物质。”教师结合学生的猜想继续提问：“如果猜想是真实的，那么人体吸入的空气与呼出的空气在成分上会存在哪些差异？”学生相互讨论教师提出的问题，在教师的引导下制订实验目标：测定空气中的氧气含量。考虑到学生接触化学知识的时间相对较短，对化学实验的了解相对有限，教师引导学生从燃烧现象入手设计测定氧气含量的实验活动：“同学们，经过之前的学习，我们知道空气中各类气体的比例基本相同，且燃烧活动本身会消耗氧气，大家说如果我们将空瓶中的氧气消耗完毕，是不是就能知道空气中氧气含量的占比了呢？”学生在教师的提示下开展讨论活动，探索实验设计模型，考虑到实验设计难度较大，教师在课堂上播放红磷燃烧测定空气中氧气含量实验视频，引导学生结合已有知识分析红磷燃烧实验设计理念以及实验结果的含义，帮助学生掌握更多类型的实验方法的同时，培养学生基于实验过程进行推理、建构模型和推测物质变化情况的思维能力，为学生科学素养的形成与发展提供有力支持。3.利用演示实验，唤醒科学热情。演示实验是实验教学法的主要形式之一，教师展示实验过程，学生观察实验现象和实验结果，在互动中解析实验中的化学知识。为构建以学生为中心、以科学素养为目标的初中化学课堂，教师将情境教学法融入化学实验活动中，利用实验活动创设教学情境，引导学生在情境中探究化学知识，学习实验方法，培养学生的科学探究能力和科学探究热情，促进学生全面发展。初中化学实验多为验证性实验，即以实验方式验证所学理论知识的教学活动，这种先有结论，再用实验验证结论的教学方式仅仅只是用机械重復操作被动验证所学知识，难以激发学生的探究热情，不利于学生科学素养的形成与发展，为此教师在演示实验中将验证性实验改为探究性实验，依托实验活动讲解化学知识，整合实验记录，分析事物在化学实验中的变化以及变化原因，重历化学知识的生成过程，使感性认知上升到理性认知。教师还可组织学生扮演科学家，以科学家的身份和视角观测实验变化和实验结果，在探索未知的过程中培养学生的科学思维能力，助力学生成长[5]。以“燃烧条件与灭火原理”为例，教师在导入阶段简单介绍人类利用燃烧现象的方式，提出探索性问题：“燃烧需要哪些条件？”教师依托实验活动创设角色扮演情境，要求学生以科学家的身份和视角观察生活中的化学现象，探索燃烧现象的原理。课堂上教师首先展示红磷和白磷燃烧实验，锥形瓶中的白磷燃烧但红磷不燃烧，置于水下的白磷也同样不燃烧，学生对比实验结果提出猜想：不同类型的物质有些可以燃烧，有些不能燃烧，物体处于水下时也无法燃烧。教师结合学生的回答用试管对准水下的白磷，向其中通入空气，用火点燃红磷，学生发现空气中的红磷和水下的白磷也都可以燃烧，引入拓展性实验打破学生的原有认知，学生自主对比分析固有认知，认识到空气和温度是燃烧现象发生的原因之一，在实验活动的最后，教师播放加热岩石和木材的视频，学生发现某些物质达到一定温度可燃烧，另外一些物质即便不断加热也无法燃烧。通过探索性实验活动使学生在学习过程中掌握化学知识，为学生科学素养的形成与发展提供有力支持。在课程的最后，教师引导学生转换角色，尝试运用所学化学知识帮助消防员熄灭火灾，教师结合学生提出的熄灭火灾的方式在互联网上寻找相应的实验素材，使学生认识到化学知识对现实生活的指导作用，培养学生的科学态度与责任意识。4.联系生活实际，培养动手能力。化学知识来源于现实生活，与学生的日常生活环境密切相关，为让学生感受到学好化学知识的重要性，教师应当把握化学教学内容与现实生活的联系，从生产生活中应用的化学知识入手，引导学生结合所学化学知识尝试解决生活中出现的问题，在探究性学习中培养学生的科学探究精神、科学思维能力和实验技能，在学中做，在做中学，促进学生的科学素养发展。为进一步增强化学实验和现实生活的联系，教师应尽可能从学生身边环境入手，从学生熟悉的事物中汲取灵感，必要时组织学生到课外开展实验教学活动，在自然环境中组织开展化学实验活动，在活动激发学生参与科学实验的热情，活动中由教师带队，鼓励学生运用化学知识分析所见，指导学生严格按照实验操作规则进行科学实验活动，体验应用化学知识解决现实问题的过程，使学生认识到化学知识的实用性，为学生今后认真学习化学知识奠定坚实基础[6]。以“化学肥料”为例，本节课主要讲解常见的肥料种类、特性以及作用，简要说明肥料的种类以及使用方式，使学生认识到合理施肥、适量施肥的重要性。为使化学知识联系到现实生活，教师在授课中带领学生到田野中，在现实场景中模拟施肥情况，引导学生从生活实践中解读化学知识。“同学们，大家现在看到的是农业种植中经常用到的两种肥料，一种是碳酸氢铵，一种是尿素，也叫碳酰胺，大家发现没有，农民通常会在早上和晚上施碳酸氢铵肥，在中午施碳酰胺肥，大家说这是为什么？”教师从农业生产过程出发引导学生思考化学知识，学生提出猜想：温度会分解肥料物质，碳酸氢铵中的物质在低温状态下不容易受影响，而尿素在温度较高的情况下施肥，肥力更容易被土壤吸收。教师引导学生自行设计实验证明猜想，探索温度对碳酸氢铵和碳酰胺的影响，部分小组提出设计长期实验，将碳酸氢铵按照温度分类保存一段时间后，施加在土壤中，同时栽种植物，对比分析植物的生长情况，确定碳酸氢铵的性质有无因温度受影响，教师引导其他学生小组评价实验设计思路，学生提出此类实验的周期太长，变量太多，实验精准度难以把控。另有学生小组提出碳酸氢铵本身属于植物需要的养分，肥力消失与碳酸氢铵受热分解存在一定关系，可以在实验中直接加热物质，观察碳酸氢铵的化学变化验证猜想，学生在加热实验中验证猜想，认识到碳酸氢铵受热分解后会形成氨气，不利于土壤的吸收。教师