核心素养视域下高中化学实验功能和教学策略

【摘要】新课程标准强调，高中化学教师应通过化学实验来组织探究活动，激发学生学习化学知识的热情，帮助他们掌握科学知识、明确科学探究方法，以树立严谨务实的科学态度。在教学实践中，化学实验具有独特的价值，特别是在培养学生科学价值观、本质观和实践观方面，学生能通过观察化学现象和推理事实的过程培养化学素养。文章基于核心素养视角，旨在探讨高中化学实验的功能和不同类型化学实验的教学策略，进而发挥化学实验的应用价值，为学生核心素养的培养提供支持。在高中化学教学实践中，化学实验是重要的教学工具之一。教师应深入探讨化学实验所蕴含的核心素养元素，并根据不同实验类型选择恰当的实验方法；同时，创设实验教学情境，为学生构建交流互助的平台，充分发挥化学实验的育人功能，构建高效的化学课堂。一、核心素养视域下高中化学实验功能（一）基础实验功能基础实验是指培养学生实验操作能力的实践活动。通过参与基础实验，学生可以初步掌握实验知识和技能，为进一步参与同类实验探究活动奠定基础。常见的基础实验包括物质分离、溶液配制、气体制备和焰色反应等。在核心素养教育的背景下，基础实验教学不仅要求学生掌握实验原理和化学知识，还要求他们在实验过程中观察、模仿、掌握实验操作方法，并提高表达能力。具体而言，基础实验具有两大功能。一方面，开展基础实验有助于学生培养实验操作技能，弥补应试教育中实验操作机会相对不足的问题。在化学教学中，教师常常通过实验视频、演示等方式替代学生亲自参与实验操作，导致学生出现实验技能薄弱、学习兴趣不足等情况。在苏教版化学教材中，基础实验出现在必修一教材的第二章、第三章。教师应合理安排教学内容，通过基础实验教学培养学生化学实验操作技能，激发其对科学探究的热情［1］。另一方面，开展基础实验有助于学生形成科学的态度。化学实验是化学学科的基础，学生对化学实验的每个环节、注意事项和仪器药品的使用都需要严格对待。一些学生由于化学理论基础薄弱或实验操作经验不足，可能会在实验过程中遇到意外情况。因此，教师应引导学生尊重事实，根据实验现象进行科学分析，借助教学策略培养学生的科学严谨态度。（二）物质性质实验功能在化学教材中，与物质性质相关的实验多为探究性实验。这类实验有助于学生迁移应用所学知识和技能，理解物质性质，参与生活实践。在探究过程中，分类思想的融入十分关键。该思想要求学生以典型物质性质为切入点，分析实验过程，掌握某类物质性质及探究方法。教材中的物质性质实验主要分为有机化合物性质和无机化合物性质两部分。物质性质内容是化学实验的基础，不仅涉及操作技能，还蕴含化学思维。其范围广、数量多，为学生提供了丰富的探究素材。学生在探究过程中通过证据推理，形成物质变化的化学观念。物质性质类型实验的教学功能分析如下。第一，有助于学生对宏观现象形成感性认识，搭建物质性质的知识体系。鉴于高中化学涵盖物质种类众多且部分性质相似，学生易于混淆，教师应在实验教学阶段引导学生仔细观察实验现象，培养其感性认识能力。教师可通过实验演示或让学生参与实验，引导学生利用视觉、听觉、嗅觉来感知物质性质，发散思维后将其内化为化学概念，从而在大脑中建立完善的物质性质知识体系［2］。第二，有助于增强学生的探究能力和信息处理能力。考虑到物质性质这一主题在考试中的应用广泛且灵活，为了提升学生的能力水平，教师应将实验作为教学工具，培养学生的科学探究能力和数据处理技能。在开展实验研究时，学生应培养根据观察结果进行推理的习惯，通过实验现象推理和分析同一周期和同一主族元素的性质，来判断有机化合物中不同官能团的性质之间的相似性和差异性，进而提升信息感知和处理能力。第三，有助于提高学生的证据推理能力。教师通过实验讲解反应原理，能够引导学生从多个角度观察实验现象。例如，通过微观角度分析物质性质、电子转移及价态变化之间的紧密关系；通过理解实验原理正确判断物质的氧化性和还原性；结合宏观和微观的方法对物质性质和变化进行预测，并给出合理解释。第四，有助于培养学生的科学态度，塑造其正确的价值观。在探究物质性质时，学生可以思考诸如“如何获取纯净物？”“去杂时选择什么试剂？”“怎样处理实验尾气？”“如何借助物质性质、转化等对雾霾、酸雨的形成原因进行分析？”等问题。在解决这些问题的过程中，学生将意识到物质对环境的影响，并建立起环境保护意识和可持续发展的环保观念。（三）物质检验实验功能在化学教学实践中，物质的检验涉及有机物区分、离子鉴别、元素检验等。物质检验实验功能包括两方面。一方面，物质检验实验能够帮助学生迁移知识和培养逆向思维。物质检验实验作为学生从宏观到微观的桥梁，旨在通过探究物质的反应特性验证待检测物质，要求学生根据物质特性运用逆向思维设计检验实验，有效地迁移和运用知识。另一方面，物质检验实验能够提高学生的问题分析和推理能力。物质检验实验要求学生具备推理思维和操作技能，借助探究过程了解物质的检验过程和方法。学生应合理提出假设，通过实验设计和数据收集寻找验证方式，并进行正确的推理并得出结论，从而培养问题分析意识，提升证据推理能力［3］。二、核心素养视域下高中化学实验教学策略（一）基础实验教学策略以苏教版高中化学必修一“配制一定物质的量浓度的溶液”基础实验的教学为例。该实验作为高中阶段化学课程中的首个定量实验，在培养学生化学观念、科学思维、操作与探究能力及科学态度方面具有重要意义。根据新课程标准的要求和实验内容，该实验旨在引导学生通过对比量筒、烧杯和容量瓶等不同仪器在实验中的使用差异，使学生能够熟练选择和操作各种仪器，并掌握溶液浓度计算方法。1.教学导入首先，教师可利用多媒体设备展示常见的化学标签，如食品包装上的成分标识、医学体检单上的化验结果、化学试剂瓶上的浓度标签等，以激发学生的学习兴趣。其次，教师可引导学生深入分析这些标签所包含的信息，并重点关注单位“mol·L-1”的含义。再次，教师可组织学生以小组合作的方式探讨物质质量、体积和浓度等概念，以培养其系统性思维和综合归纳能力。最后，教师应详细解释物质量浓度的符号、单位和相关公式，帮助学生更深入地理解和掌握化学量浓度的概念。2.提出问题在化学领域，物质的量浓度是常用物理量，广泛应用于科研与生产。实验室配制溶液时，常涉及相关问题，如“如何配制100mL0.1mol·L-1碳酸钠溶液？”“配制过程需用哪些仪器？”。学生可分组讨论问题并制订实验方案。其中，方案一为取1.06g碳酸钠与100mL水，而方案二则是取1.06g碳酸钠并将其加水至100mL。教师可提出问题：“两种方案有何区别？”“使用烧杯、量筒有何优劣？”“如何精准选择容器并设计方案？”学生通过自主讨论，总结出方案的差异及使用烧杯和量筒的优缺点，并发挥想象力和创造力设计实验方案。这种方法有利于培养学生的合作、沟通、推理、创新能力，凸显基础实验对学生核心素养培养的重要价值［4］。3.归纳总结教师为学生示范溶液配制流程及操作方法，引导学生带着问题观察实验。学生通过思考“实验用到哪些仪器？”“实验步骤有哪些？”“溶液为何要冷却后才转移至容量瓶？”“洗涤环节有何作用？不洗涤会怎样？”“距离标准刻度线2cm处用胶头滴管的目的何在？”等问题，并自主总结实验步骤和注意事项，不仅能够强化主体意识，还能培养观察和总结能力。（二）物质性质实验教学策略新课程标准强调，物质性质实验教学应以实验主题和内容设计为重点，旨在培养学生的探究能力。教师应循序渐进帮助学生寻找探究思路，运用正确的实验步骤，观察实验现象，基于数据收集完成分析和推理过程。以苏教版高中化学必修一“浓硫酸性质”的教学为例，具体教学策略如下。1.从物质类别视角分析物质性质在“浓硫酸性质”实验教学的导入阶段，教师以二氧化硫性质、硫酸工业制备等内容为切入点，提出问题：“硫酸作为重要的化工原料，其性质如何？从物质类别角度，同学们对浓硫酸的性质有怎样的预测？”此问题的设置充分考虑了学生的认知水平和基础，引导他们从物质类别视角对新知识进行探索，完成预测任务。2.创设情境用问题驱动学生探究首先，教师基于学生已有的稀硫酸与铁反应制氢气的知识经验创设情境，提出问题：“若反应物为稀硫酸和铜，能否产生氢气？浓硫酸与铜又会如何反应？”学生依据金属活动性顺序对实验结果进行预测，引发认知冲突，激发探究兴趣。其次，教师演示浓硫酸与铜反应实验，引导学生观察实验现象，并提问：“能否描述反应现象？生成的气体可能是什么？”学生运用氧化还原反应原理进行假设与猜想，教师指导学生从化合价角度分析反应本质，助力学生迁移知识，认识浓硫酸的性质。随后，教师进一步提问：“如何检验生成的气体是二氧化硫？”以引导学生设计检验装置。在实验教学过渡阶段，教师提出问题：“浓硫酸具有强氧化性，能与金属铜发生反应，那么浓硫酸是否还能与其他类型物质发生反应？”以鼓励学生进行猜想和假设。再次，教师演示“浓硫酸与蔗糖”反应实验，要求学生观察实验现象，并思考：“反应过程产生的黑色物质可能是什么？产物结构有何特点？反应现象产生的原因是什么？”学生依据硫酸具有腐蚀性进行思考、推测答案。教师通过演示实验引导学生探究，使学生对浓硫酸性质形成感性认识。最后，在实验室中，通常用浓硫酸作二氧化硫等酸性气体的干燥剂除去水分，因此教师提问：“这与浓硫酸和蔗糖反应的实质是否相同？”随后教师演示硫酸与胆矾反应实验，要求学生观察现象，并讨论：“反应过程是否生成了黑色物质？该反应与浓硫酸和蔗糖反应实验有何区别？”学生根据实验现象总结反应原理，从物质本质角度对化学中的“脱水性”“吸水性”等概念进行分析［5］。（三）物质检验实验教学策略在物质检验实验教学方面，本研究选择“硫酸根离子检验”实验作为案例，具体教学策略如下。1.引导学生发现问题在工业生产中，硫铁矿制酸产生的废水未经处理直接排放至环境，可能导致土壤酸化的问题。在引导学生探讨此议题时，教师提出如下问题：“土壤酸化可能是由工业废水中的哪种物质引起的？如何验证工业废水中是否含有硫酸根离子？”通过这一引导，学生不仅能意识到工业废水对环境造成的污染，树立环保意识，同时也能根据所学知识推测出工业废水可能含有硫酸。2.解析问题合理预测在实验教学中，教师可基于实验室检验硫酸根离子常用的氯化钡溶液设置问题：“向未知溶液中添加定量氯化钡溶液，产生白色沉淀是否一定意味着溶液中含有硫酸根离子？”引导学生依据常见沉淀物检验知识进行推理，使学生在问题引导下参与问题解析过程，自主判断检验过程可能存在的干扰离子，从而提升学生宏观辨识与科学探究素养。随后，教师进一步提问：“除硫酸根外，工业废水中还可能存在哪些离子？硝酸能氧化哪些物质？若要对硝酸根离子进行检验，为排除银离子、亚硫酸根、碳酸根等干扰，应选择何种酸进行酸化？”并要求学生分组讨论。教师通过设置层层递进的问题，引导学生自主总结：“要排除溶液内的干扰离子，需要利用稀盐酸酸化。”这一过程培养了学生的创新意识与科学探究能力［6］。3.探究实验