化学家庭小实验教学,培养学生核心素养

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  戚绍智

  摘要:初中化学核心素养包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认识、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任等五个要素都可以通过家庭小实验教学来培养。

  关键词:初中化学 核心素养 家庭小实验培养

  2017年9月,《中国学生发展核心素养》正式发布。所谓学生发展核心素养,主要指学生应具备的,能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分,全面展现了学生通过化学课程学习形成的关键能力和必备品格。

  中学化学的“核心素养”是化学学科最具学科本质的素养,化学核心素养包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认识、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任等五个要素。

  初中化学是化学教育的启蒙阶段,而化学是一门以实验为基础的科学,化学实验本身就有一定的新奇性,因此教师要充分挖掘家庭小实验本身的趣味性,激发学生实验兴趣,使学生愿意进行化学家庭小实验,乐于进行化学家庭小实验,在愉悦中提高操作能力。

  如何通过家庭小实验教学来培育化学学科核心素养呢?

  一、家庭小实验是实现宏观辨识与微观探析的重要依据

  化学是通过微观解释宏观性质的一门学科,和其他学科不同的思维方式,不仅要从宏观现象上对物质的性质和变化进行观察、描述,而且还要从微观结构上进行解释,只有如此才能把握事物的本质和规律。可以说化学语言是连接宏观和微观的纽带。因此,加强结构性质的关联就是要强化化学中微观、宏观两重世界的联合。

  如下图是木炭在空气和氧气里燃烧的家庭小实验操作图:

  木炭在空气和氧气里燃烧相比,木炭燃烧得更旺,从微观角度分析其原因是空气中含有较多氮气分子,氧气分子的含量相对较少,木炭与氧分子碰撞的机会就较少,而在纯氧中则大大增加了这样的碰撞机会,反应速度加快。让学生利用分子与原子的性质分析和解决问题,可燃物燃烧时的不同现象的微观解释,物质间要发生化学反应首先是分子间要接触碰撞培养了学生宏观辨识与微观探析的能力。

  二、家庭小实验是树立变化观念与平衡思想的重要载体

  化学学科中"变化观念与平衡思想"素养指向物质转化层面的相关内容,含物理变化、化学变化以及化学变化过程中的平衡问题、变化的规律和变化的守恒、能量等问题,属于物质的动态层面。“变化观念与平衡思想”素养的内涵与外延,对于指导化学反应原理相关知识的教育教学有着十分重要的意义。

  例如:学生在做以下雪碧成分与碳酸钠反应这道家庭小实验探究题,通过对柠檬酸与碳酸钠反应让学生认识到变化观念与平衡思想的观念。

  例题:小科从标签得知雪碧成分中有水、二氧化碳、柠檬酸、柠檬酸钠等。在阅资料知道1体积雪碧中含有约3体积二氧化碳,柠檬酸的含量约为2.8g/1000mL。柠檬酸与碳酸钠反应的化学方程式为:2C6H8O7+3Na2CO3===2C6H5O7Na3+3CO2↑+3H2O。

  他用一瓶500mL的雪碧做了如下实验:

  实验步骤

  步骤一

  步骤二

  步骤三

  步骤四

  操作过程

  倒出三分之二雪碧,测其pH

  在剩余雪碧中加入约6gNa2CO3

  立即盖上瓶盖、摇匀

  测溶液pH

  现象或结果

  pH约为3

  产生大量气泡

  气泡消失,瓶子略瘪

  pH约为9

  【发现问题】CO2去哪儿了?

  【提出猜想】①CO2被溶解了;②CO2与H2O发生了反应;③CO2与Na2CO3溶液发生了反应。

  小思否定了猜想①和②,其理由是。

  【设计实验】对猜想③进行实验探究。

  编号

  实验一

  实验二

  实验三

  实验四

  实验

  装置

  操作

  过程

  Na2CO3溶液中滴加CaCl2溶液

  Na2CO3溶液中通入过量CO2滴加CaCl2溶液

  收集一瓶CO2加入30ml饱和Na2CO3溶液中,盖上瓶盖摇匀

  加入将实验三的溶液低温蒸发、干燥,得到的白色粉末按如图所示装置进行实验

  实验

  现象

  实验产生白色沉淀

  无明显变化

  瓶变瘪,瓶底有晶体析出

  A试管口有水滴,澄清石灰水变评浊

  根据实验探究过程,回答下列问题:

  (1)设计实验一的作用是。

  (2)实验四中A试管口略向下倾斜,其目的是。

  (3)根据实验探究得出:CO2与Na2CO3溶液反应的化学方程式是。

  三、家庭小实验是施行证据推理与模型认知的重要平台

  化学教学活动中的证据推理是基于基本理论和化学实践的推理,具有很高的科学性和趣味性,对于激发学生的学习兴趣、拓展学生的思维、提升教学质量都有极大的促进作用。

  化学学习始终离不开模型,能否熟练地建立或运用模型直接影响着学习的效率,所以化学教学要引导学生进行模型认知,教师在进行教学时,要为有关的学科方法和思维方法选择适当的模型,引导学生通过分析、综合、抽象、概括、比较、判断、假设、推理等方法从已有模型到建立起新的模型。

  家庭小实验“探究鸡蛋壳中可能含有的物质”,这个实验需要的用具有鸡蛋壳、醋精或者白醋、石灰水、玻璃片和口杯等,这是在家里进行的小实验,有些仪器药品家里可能没有,如玻璃片和石灰水,这时需要学生开动脑筋去找替代品进行证据推理。类似的家庭小实验还有很多,大部分实验都会基于家庭实验条件的限制需要学生灵活的调动自己的思维来采取各种替代方法来将实验完成,这极大的考验着学生的实验推理能力。

  家庭小实验的展开首先能够给学生的实验创新能力提供模型认知的重要平台,并且能够很好的锻炼学生的实验操作技能,这些都是很难在平时的课堂上实践的内容,是对于课堂教学的一种很有效的拓宽与延伸。

  四、家庭小实验培养实验探究与创新意识的重要途径

  实验探究与创新意识指发现和提出有探究价值的化学问题,能依据探究目的设计并优化实验方案,完成实验操作,能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论;提出进一步探究或改进实验的设想、和同学交流实验探究获得的成果;能尊重事实和证据,不迷信权威,具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神。

  在家庭小实验“烧不断的棉线”的实验中,学生仔细分析了棉线烧不断的原因是利用NaCl在棉线表面结晶,从而形成支撑的框架,使棉线燃烧后不会断。参照这一原理,他们设想在纤维中加入一些不能燃烧的晶体,调好比例,或许能制造出既柔软又烧不坏的衣服,甚至很难烧着的衣服,例如含结晶水的晶体受热后有水分解出来,起阻燃作用。

  又如,在家庭小实验“关于检验发酵粉加水或被加热能产生CO2的实验”的实验中,在检验发酵粉里逸出的气体是否CO2所需的澄清石灰水,学生就用“旺旺雪饼”里的干燥剂加水熔解,静置,取上层澄清溶液代替。因为干燥剂是用于吸水的,又是白色粉末,里面的成分可能有CaO,CaO溶于水就生成Ca(OH)2了,通过实验验证果然没错。还有代替烧杯用易拉罐,代替铁架台用铁丝等。学生在家庭小实验过程中体现的创新意识和创新能力,出乎教师意料。

  以家庭小实验为核心来组织的课外活动,在化学原理规律的获取上,主要以科学探究的“提出问题,猜想与假设,制定计划与设计实验,进行实验与收集证据,评估与反思,交流与合作”等七大环节来展现,并让学生经历化学原理规律的发现过程。实验探究课,增强学生的实验探究与创新意识,培养学生合作能力和跨学科合作综合素养。

  五、家庭小实验是成就科学精神与社会责任的重要手段

  科学精神与社会责任,就是要培养学生具有终身学习的意识和严谨求实的科学态度;具有关注与化学有关的社会热点问题的能力;具有环境保护、合理开发、持续发展、绿色化学的观念;具有热爱化学与赞赏化学对社会发展的重大贡献,且勇于承担责任的精神。

  课本中还有很多课外实践活动,如讲完混合物的分离和粗盐提纯的实验后,安排学生从废电池中回收二氧化锰:在讲过酸、碱和盐的应用后,组织学生到农村访问,调查化肥的种类和实用情况,并带回标本进行鉴别:或就地取材,从废铁屑中制硫酸亚铁,从草木灰中提取碳酸钾等,要求写出相关论文或报告,激起学生对化学的热爱,增强学生学习化学的兴趣、智力、钻研精神,帮助学生认识到科学技术与社会之间的联系,关注人类面临的与化学相关的社会问题,培养学生的社会责任感。

  结语:

  初中化学核心素养立足初中生的化学学习过程,各有侧重,相辅相成。“观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认识”体现了具有化学学科特质的思想和方法;“实验与探究”从实践层面激励创新,“科学精神和社会责任”进一步揭示了化学学习更高层面的价值追求。上述素养将化学知识与技能的学习、化学思想观念的建构、科学探究与解决问题能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等方面的要求融为一体,形成完整的化学学科核心素养体系。

  总之,化学作为人类文明的基石,在促进人类进步和发展的历程中起着不可替代的巨大作用,在家庭小实验过程中不仅仅是教给学生知识,更重要的是帮助学生认识化学学科的本质,揭示化学学习的意义以及化学知识的社会价值,在化学学科观念的建构过程中,落实对学生“核心素养”的培养。

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