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摘要：化學實驗對于全面發展學生的化學學科核心素養有著極為重要的作用。在化學教學中，引導學生從問題和假設出發，依據探究目的，設計探究方案，運用化學實驗，探索未知，有利于核心素養落到實處。要充分發揮實驗教學創設情境、探究原理、訓練思維的三大作用，在進行化學實驗設計時應直指問題生成、以沖突驅動探究、符合最近發展區。

關鍵詞：化學實驗設計；創設情境；構建知識；核心素養

從“三維目標”到“核心素養”，是課程改革的方向；重視開展“以素養為本”的教學，是新課程的基本理念。化學實驗對于全面發展學生的化學學科核心素養有著極為重要的作用。化學實驗有助于激發學生學習化學的興趣，創設生動活潑的教學情境，幫助學生理解和掌握化學知識和技能，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養學生的科學態度和價值觀［1］。在化學教學中，引導學生從問題和假設出發，依據探究目的，設計探究方案，運用化學實驗，探索未知，使核心素養真正落到實處，應該成為化學教學的常態。筆者將結合具體案例談談化學實驗在教學中的作用以及進行實驗設計時應注意的事項。

1化學實驗在教學中的三大作用

1.1創設情境，引出問題

建構主義認為，知識學習不是簡單的傳遞過程，而是學習者自主建構過程。真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺，設置恰當的情境為學生化學學科核心素養提供了真實的表現機會。因此，教師在教學中應重視創設真實且富有價值的問題情境［1］。以實驗為基礎是化學學科的重要特征之一，化學實驗情境的真實性，是其他情境無法替代的。以精心設計的化學實驗情境為載體而引出問題，能有效調動學生的學習積極性。案例1：人教版必修1NH3的還原性教學片段。情境素材1：管道工人用濃氨水檢測氯氣管道是否漏氣。情境素材2：將分別集滿NH3和Cl2的兩個集氣瓶口對口（用玻璃片隔開）立于桌臺上，氯氣在上（氯氣密度大于氨氣），氨氣在下，如圖1所示。快速抽離玻璃片，讓兩種氣體混合，立即看到集氣瓶中出現大量的白煙。引出問題：為什么產生白煙？白煙的成分是什么？在這個過程中體現了氨氣的哪些化學性質？創設意圖：學生已經有了氨氣能與氯化氫反應生成固體氯化銨（白煙）的知識儲備，通過創設氨氣與氯氣反應生成氯化銨實驗，引導學生從氧化還原反應原理分析推理，氯元素化合價降低，氮元素化合價必然升高，從而構建出NH3具有還原性的事實。將現實生活中工人用濃氨水檢測氯氣管道是否漏氣的真實事例所蘊含的化學原理，設置為直觀的實驗情境，很自然地引出了問題，直奔教學主題。

1.2探究原理，理解本質

在元素及其化合物教學中，物質性質和物質變化，內容繁多，學生難以掌握。尤其是化學變化中涉及量的問題，學生往往沒有理解反應的本質過程，靠死記硬背，學習效果不佳。而設計探究實驗，學生通過對宏觀現象的觀察，運用所學知識、原理分析判斷，體驗認知思維的構建過程，有利于培養實證推理的思維品質，讓核心素養在課堂中真正落到實處。案例2：人教版必修1關于碳酸鈉和碳酸氫鈉分別與鹽酸反應的教學片段。問題：碳酸鈉和碳酸氫鈉能與稀鹽酸反應嗎？反應的速率、劇烈程度一樣嗎？為什么？探究實驗：儀器：試管、膠頭滴管。藥品：濃度均為1.0mol/L的碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液，0.5mol/L的稀鹽酸。實驗操作步驟：在分別裝有5mL碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液的兩支試管中，①分別緩慢滴加兩滴濃度均為5mol/L的稀鹽酸，觀察；②分別快速加入一滴管稀鹽酸，觀察；③再分別快速加入一滴管稀鹽酸，觀察；④同時振蕩兩支試管，觀察。探究原理：步驟操作①中，在碳酸氫鈉溶液中發生：HCO3-+H+=H2O+CO2↑，在碳酸鈉溶液中發生：CO32-+H+=HCO3-（H+不足），前者立即產生氣泡，后者難以看到氣泡；在步驟②中，由于是快速加入一滴管的鹽酸，造成局部H+濃度較大，在碳酸鈉溶液中生成的HCO3-繼續與H+反應，產生少量氣泡；在步驟③中，裝有碳酸氫鈉溶液的試管中，由于上層的HCO3-被H+消耗，其濃度降低，只產生較少量氣泡，而裝有碳酸鈉溶液的試管中，上層生成了較多量的HCO3-，再滴加鹽酸時，立即產生氣泡；在步驟④中，振蕩使上下層液體充分混合，由于碳酸鈉溶液中所加入的H+已被消耗，無明顯氣泡產生，而碳酸氫鈉溶液中，下層的HCO3-與上層未反應完的H+混合，反應產生大量CO2。設計意圖：通過控制鹽酸的滴加量和滴加速率等操作而呈現出來的不同現象，學生獲取了解決問題的真實體驗和感知，并從宏微關系中探究反應本質，構建對碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸反應的原理的認知過程。同時，進一步促成“變化觀念”的形成：化學變化的多樣性和條件的可控性。通過本探究性實驗的學習，學生對于解答相關知識遷移性問題，就變得容易了。例如，將20mL1mol/L的Na2CO3溶液緩慢滴加到10mL1mol/L的HCl溶液中，與將10mL1mol/L的HCl溶液緩慢滴加到20mL1mol/L的Na2CO3溶液中，現象一樣嗎？會產生相同體積（同溫同壓）的CO2嗎？

1.3改進實驗，訓練思維

教材上的演示實驗和探究實驗，有其原創性和經典性，但都是在某一特定的教學階段，根據具體的教學內容而設計的，不一定具有統攝性，甚至個別實驗還具有一定的局限性。引導學生對教材上的實驗從操作和藥品儀器上進行改進，有利于他們加深對原理的認識，有利于他們發散思維的培養。案例3：人教版必修1氫氧化亞鐵的性質和制備教學片段。教材第60頁這樣描述：“為什么在FeSO4溶液中加入NaOH溶液時，生成的白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色呢？這是因為白色的氫氧化亞鐵被空氣里的氧氣氧化成了紅褐色的氫氧化鐵。”在實際操作中，往亞鐵鹽溶液中滴加氫氧化鈉溶液（圖2）時很快變成了灰綠色（只有幾秒鐘），學生難以觀察到白色沉淀。同時，也很難看到試管中的灰綠色沉淀變為紅褐色，在課堂中幾乎不能實現（耗時長達2h以上）。在教學中可以設置對比實驗，將灰綠色的懸濁液分為兩支試管，一支靜置，另一支振蕩，振蕩的那一支試管中可看到灰綠色很快變為墨綠色，粘附在試管上壁的墨綠色物質，較快變為紅褐色（約5min）。由此說明，顏色的變化快慢與空氣接觸的程度有關。由此，學生自然萌生出問題：“若讓氫氧化亞鐵隔絕空氣，不就能長時間看到白色了嗎？”引導學生討論達成此目的的實驗改進方案，可以用植物油（原料易得）將反應物與空氣隔絕，用長膠頭滴管伸入試管底部擠出NaOH溶液（圖3），結果很清晰地看到了白色膠狀沉淀。進一步設問：FeSO4溶液難以保存，我們能否從制取FeSO4的反應原理（Fe+H2SO4=FeSO4+H2）出發，設計出讓生成的FeSO4溶液在非氧化性氛圍中與NaOH溶液反應而得到穩定的Fe(OH)2呢？通過步步引導，設計出如圖4、圖5所示裝置。依據探究目的，從化學反應原理出發，運用實驗對比，提升了學生的思辨能力，通過合作交流，改進實驗，有效培養了學生的創新思維。

2化學實驗設計應注意的事項

2.1直指問題生成

在化學實驗探究設計中，設計的視角、形式多種多樣，可以從過程操作層面設計，也可以從知識原理層面設計，但無論怎樣設計，實驗設計的實施過程和實驗過程中產生的現象，要有利于指向性問題的生成，要目標明確，緊扣主題，一定要有針對性。

2.2以沖突驅動探究

產生的現象和引發的問題要能夠引起學生的共鳴，引起學生認知上的沖突，讓學生在解決問題的過程中強烈地感受到問題的意義和探究的價值，能有效激發學生的學習興趣和求知欲。

2.3符合最近發展區

化學實驗是實現教學目標和學習目標的一個重要載體，實驗設計要關注學生思維的出發點和核心素養的落腳點，關注學生的學習進階，問題的提出要從學生已有知識出發，要符合學生的最近發展區。例如，選取學生熟悉的知識內容，熟知的藥品儀器，以降低探究的起點，有利于由表及里層層推進，讓實驗設計具有診斷和發展功能，具有層次性。案例4：人教版必修1關于金屬鈉與水反應的教學。本內容是高一學生系統學習金屬元素及其化合物的開始，學生在初中已經學習了金屬活動順序表，知道“金屬活動順序表中前面的金屬可以將后面的金屬從其鹽溶液中置換出來”，于是，設計了如下情境：探究鈉與硫酸銅溶液的反應。在思維方式上屬于演繹規律中的演繹—預測。學生基于已有認知，預期實驗現象是應該有紫紅色的金屬銅產生，但實驗結果是生成藍色的氫氧化銅沉淀。“反常現象”的原因是什么？教師應引導學生從反應原理上、產物組成上分析。從產物組成的視角分析：氫氧化銅中的銅離子由硫酸銅提供，氫氧根離子從哪來呢？從反應原理來分析，由硫酸銅生成氫氧化銅，應該是鹽與堿發生復分解反應所致，由此，提出猜想，鈉與硫酸銅溶液反應時生成了氫氧化鈉。進而設計實驗，探究鈉與純水發生反應。通過鈉與水反應后的溶液滴加酚酞變紅，說明確實產生了氫氧化鈉，至于另一產物氫氣，從理論上可從氧化還原反應原理分析，鈉失電子價升高，金屬鈉作還原劑，水中的氧為負二價，不可能得電子，只可能是正一價的氫得電子，故還原產物為氫氣，也可以引導學生設計實驗，收集氣體進行檢驗。上述關聯性的實驗設計，喚醒了學生的已知，訓練了學生的分析、演繹、推理等思維。

3結語

以素養為本的高中化學實驗設計，有待我們每個化學教育工作者不斷探索，以促成學生有效開展分類與概括、證據與推理、模型與解釋、符號與表征等具有學科特質的學習活動，讓化學學科核心素養真正落到實處。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

作者:謝應龍 單位:長沙市實驗中學