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高中化学创新实验中提高学生科学素养实践

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摘要:针对化学实验中蕴含着许多科学素养的教育内容,从三个方面阐述了化学创新实验教学与科学素养提升的关系,结合实例,提出了提高学生科学素养的化学实验教学策略。
关键词:创新实验;科学素养;化学实验教学;科学DIY实验
文章编号:1005–6629(2012)7–0049–04:B
科学素养是化学学科最重要的德育点之一,它包含着科学本质精神的众多层面。2011年,我校建成的化学创新实验室为科学素养的培养搭建了一个崭新而又重要的平台。笔者结合多年的教学经验,在高中化学实验的创新教学中,如何提高学生的科学素养方面进行了一些实践和思考。
1 缘起
据调查,在目前的化学实验教学中,出现几个新的“多与少”:视频动画实验多,现场动手操作实验少;照本照做实验多,大胆创新实验少;验证性实验多,探究性和应用性实验少;这些“多与少”直接导致的结果是:学生对化学实验的好奇心逐渐缺失。长久以往,会使学生对科学实验的本质理解出现偏差,科学素养就会明显下降。作为高中化学教育工作者,如何在“以学生为本,一切为了学生的发展”育人理念指引下,根据学校学生实际情况,在化学创新实验教学中努力提高学生的科学素质,是我们必须面对的重大课题。

2 化学创新实验与科学素养的提升

对于科学素养的基本标准,目前国际上通行的阐释为:一是对科学知识达到基本理解与应用的程度;二是对科学研究的过程和方法达到基本的了解程度;三是对科学、技术、社会的相互关系达到基本的了解程度。可见,科学素养的核心内容是科学知识,科学过程与方法,科学态度与价值观。而化学课程对提高学生的科学素养、促进学生全面素质发展有着不可替代的作用。
在化学教学中,化学实验对于学生知识的获得、技能的培养、科学方法的学习和科学态度的形成起着重要的作用。与一般的化学实验相比,化学创新实验的特点可概括为:新颖性、探究性、环保性和趣味性[3]。从中学教学的角度来讲,化学实验的创新点主要体现为:实验本身的创新,包括实验反应条件、实验装置、实验方案等的创新;实验教学的创新,体现在实验教学的设计、实施与评价等方面;从学生认知角度来讲,实验理解方式的创新,表现在学生个体对实验现象的敏锐性、实验结果的理解力等;实验行为的创新,体现在学生主导下的实验设计与实验过程等。
化学创新实验的研究与发掘,必须突破陈规,勤于探究和思考,勇于提出疑问,并借助实验手段来解决问题。可见,中学教师积极创设化学创新实验平台,是提升学生科学素养的有效途径和方法。同样,一个具有良好科学素养的学生,对化学实验会有浓厚的钻研兴趣,对化学学科的理解会更深刻与宽厚。总之,化学实验教学与科学素养培养,在一定程度上是“你中有我、我中有你”。
下面,从三个方面阐述化学创新实验与科学素养提升的关系。

2.1 化学创新实验是科学知识综合应用的最佳平台

通过化学创新实验,不但使学生掌握和巩固更多的课堂知识,扩大了知识面,而且拓展了学生的思维,让学生深切地感受到了知识的实用性。因此,化学创新实验是科学知识综合应用的最佳平台。
例如,在复习二氧化硫的性质时,一般的教师只用化学反应方程式来复习它的还原性、氧化性、漂白性。我们针对理科拓展选修的同学,设计了不同的实验:用小针筒为容器来制备二氧化硫,并进行系列性质实验,简单又环保;用点滴板和大培养皿设置一个小型气室,制备二氧化硫并进行性质鉴定。这样的创新实验,让学生对化学学科知识的掌握与应用得心应手,难以忘怀。

2.2 化学创新实验教学是科学思维方法培养的有效途径

实验是培养学生技能和智能的过程。传统的教学方法对于化学实验大多是“葫芦画瓢”,而未能充分发挥学生的主观能动性。要真正培养学生创造质疑、勇于探索,即使对那些早已成为定论的事物,也要从不同角度和侧面进行重新审视,以不断完善和发展。在创新实验活动的参与中,学生通过专家报告、查阅资料、自主实验,使他们的科学探究方法和科学思维方式得到不断地启迪与完善。
例如:在讲解金属活动性顺序时,设计钠与水、钾与水反应的对比实验。首先教师示范钾与水反应实验,然后让学生提出钠与水反应的检测设,并由学生自愿上来演示。在这个过程中,教师引导,学生观察,体验并讨论形成科学的列表法,比较两者的异同,根据结果分析活动性的顺序,最后鼓励学生提出其他疑问,进行大胆预测并动手实验。如学生问为什么两者现象有所不同?如何进一步证明产物?若把钠放入硫酸铜溶液中能否把铜置换出来,等等。通过这样的实验,诱发、拓宽、深化学生所获得化学知识,并能及时、主动、积极地把所学到的知识转化为解决实际问题的能力,使学生对学科思维更加系统化、灵活化和创新化。

2.3 化学创新实验是科学精神培养的主阵地

科学精神是科学所具有的优秀传统,是科学赖以生存发展的生命线。它的内涵十分丰富,主要为:科学的本质观、科学真理的实践观、独立精神与和谐创造观。
背离科学精神,必然会酿成悲剧。“为什么有的人会相信有包治百病的灵丹妙药?”“为什么会出现苏丹红事件?”“为什么会出现三聚氰胺事件?”这些悲剧的发生,一些专业人员缺乏最起码的科学精神,不能不说是一个重要的原因。目前,社会上有些人对化学的印象不太好,提到化学就想到腐蚀、爆炸、有毒、污染环境,作为中学化学教师在教学中必须让学生懂得化学的真正价值:它是为人类造福的科学,给人类带来进步,带来现代文明,同时也让学生懂得化学物质的两面性。
例如:讲苯酚性质的时候,展示五官科医院专配的苯酚滴耳液,让学生充分理解物质的两面性。又如,在氢氧化钠与酚酞的显色反应实验

源于:论文例文www.udooo.com

中,有意识采用不同浓度的氢氧化钠溶液,让学生根据事实来陈述现象,如有变红的,有变红又褪色的,从而培养学生求真的科学精神。
创新实验的开发过程本身也是一个科学研究的求真过程,在此过程中帮助学生掌握科学的研究方法,培养严谨的科学态度,树立正确的科学价值观和科学的本质观,不做与科学精神相违背的愚昧的事情。
3提高学生科学素养的化学实验教学策略

3.1 常态实验教学创新化

常态的化学实验主要包括教师演示实验和学生实验两部分。这些实验是以教师讲解,学生观察和动手为主。为改变“照方抓药”式的传统做法,笔者在实验教学中,潜心挖掘每一个实验的创新点,探索替代实验和微型绿色实验,巧妙运用多种现代技术资源,更大限度达到实验教学的目的。
例如:乙醇的催化氧化实验;教材上用铜丝、酒精灯与试管等仪器进行操作,比较适合做学生实验。笔者在课堂教学时,改用粗的螺旋型铜丝搁在装有无水酒精的大烧杯中,点燃酒精,放在讲台上,教师走到学生中间,与学生一起观察非常明显的“忽明忽暗”的实验现象。这样的改进,更具操作性与可观性,而且师生可以交流,能倾听学生的反映,并能不时地引发学生思考“为什么自动变化?”“为什么烧过的铜丝表面会有不同的颜色”等。
又如:2011年上海高考化学卷第6题,是关于物质分离的几种实验装置的选择题,让学生有些为难。主要原因是:平时教学时所用的碘升华实验装置是封密性的“T”型管,这是从环保角度而设计的一种新的装置;而B选项的碘升华实验装置,是老教材通行的实验装置,学生感到十分的陌生。这说明教师在平时的实验教学时,不应纯粹为一个概念或原理而做验证性实验。如果教师把创新的基础加以分解与应用,采用科学比较的方法,对实验进行深入的探究,甚至补充一些最基础的实验,加以溯源和启迪,学生不至于感到为难,这样做也是一种科学探究和教学创新的策略。
要真正做到常态化学实验教学的创新化和系列化,需要备课组和教研组教师们的集体智慧,协同开发化学创新实验,这样才能更好地完善学生科学素质培养的体系。

3.2 拓展实验探究开放化

开放性是科学探究的一个重要特征,包含选择探究问题的开放性、探究过程的开放性和探究结果的开放性。而增强化学实验内容的开放性,让学生放眼课本外,到生活中寻找、发现问题并进行科学探究活动,是通过化学实验培养科学探究能力的关键。2007年,我校编著了《拓展实验(供学生选做)》,内容都是一些与生活密切相关的系列拓展实验,作为学生开展开放性实验的素材。
例如:84消毒液的漂白、消毒效果的探究,二附中小池塘的水质定性分析等等,在学校实验室,家庭小作坊,都可以进行开放性的探究。在这个过程中,学生学会了用化学视角观察生活,还可以进一步发现问题、提出检测设、设计新的实验等进行科学探究活动。另外,在开放实验过程中,学生还可以发现其他一些研究价值和实用价值课题,教师可以帮助或指导学生完成小课题研究。近几年的科技创新活动中,与化学相关的学生课题研究取得了较好的成绩。
通过实践表明,化学实验教学只有贴近生活、贴近社会,向生活和社会开放,才能使学生真正感受到化学对生活、对社会的价值,从而增强学生的探究,发挥学生探究的主动性。
案例1 加碘食盐中碘元素的检验[4](由笔者设计)
[问题提出]
市场上有许多种加碘食盐,市售“碘盐”是不是真的含有碘?如果是,碘的存在形式又是怎样的呢?为什么国家规定有些地方必需食用含碘盐?日常生活中食用的加碘盐是否合格?带着这些问题,学生不妨做个探究实验。
[知识背景]
碘单质能使淀粉变蓝,但碘离子不能使淀粉变蓝,所以,碘与淀粉的显色反应可以定性检验碘单质的存在,从而证明碘元素的存在。对于碘元素所组成的不同物质的检验方法如下:
①单质:用淀粉溶液可直接检验食盐中是否有碘单质。
②碘化物:选择如高锰酸钾、重铬酸钾、碘酸钾等氧化剂,然后用淀粉溶液检验是否有碘单质生成。并可用碘化钾溶液与氧化剂反应后,滴加淀粉溶液,作对比实验。
③碘酸物:选择如亚硫酸钠、硫代硫酸钠、碘离子、亚铁离子等还原剂,然后用淀粉溶液检验是否有碘单质生成。并可用碘酸钾溶液与还原剂反应后,滴加淀粉溶液,作对比实验。
[实验过程]

一、实验用品:(略)

二、操作步骤:

实验1:检验加碘食盐中是否含碘单质
观察市售加碘食盐,取少量加碘食盐置于表面皿中,滴加淀粉溶液,观察实验现象。
实验2:检验加碘食盐中是否含碘化物
(1)取两药匙加碘食盐置于表面皿中,滴几滴稀硫酸酸化,后滴加2滴高锰酸钾溶液,再滴2滴淀粉溶液,观察实验现象。
(2)用重铬酸钾和碘酸钾溶液代替高锰酸钾溶液,重复步骤(1)的操作,观察实验现象。
实验3:检验加碘食盐中是否含碘酸盐
(1)取两药匙加碘食盐置于表面皿中,滴几滴稀硫酸,后滴加2滴亚硫酸钠溶液,再滴2滴淀粉溶液,观察实验现象。
(2)用硫代硫酸钠溶液代替亚硫酸钠溶液,重复步骤(1)的操作,观察实验现象。
(3)用氯化亚铁溶液和盐酸代替,重复步骤(1)的操作。若气温偏低时,稍作加热,观察实验现象。
建议:用纯净的NaCl作对照实验。
[结果分析]

1.实验现象

(1)加碘食盐白色洁净,无紫黑色固体;加热无紫红色的烟;淀粉溶液没有变色。
(2)往加碘食盐中加入氧化剂后加淀粉溶液,没有显蓝色,见表1。
表1 加碘食盐和不同氧化剂混合后加淀粉的显况
(3)往加碘食盐中加入还原剂后加淀粉溶液,显蓝色,见表2。
表2 加碘食盐和不同还原剂混合后加淀粉的显况

2.实验结论与解释

(1)通过实验观察可知,加碘食盐中肯定没有碘单质存在。碘单质有毒,不能作为食品添加剂。
(2)由表1的结果可以推断,加碘食盐中没有还原性的碘化物存在。
(3)由表2的结果可以推断,加碘食盐中含有氧化性的碘酸盐。
结论:加碘食盐中含有碘成分,并以碘酸盐的形式存在。
[拓展和讨论](略)

3.3 科学DIY实验趣味化

化学趣味实验可以让学生通过观察生动、有趣的化学反应现象体验到化学学科的奥秘,培养学习化学的兴趣,从而激发科学探究的愿望。通过创设科学DIY(Do It Yourself 的缩写,意思是自己动手做)系列活动,旨在培养同学们的动手能力,提升学生的科学素养。
我校自2008年推出第一期的“科学DIY实验”以来,已有50多期,参与学生达2000多人,深受学生的欢迎。对于科学DIY实验来说,最重要是将实验设计趣味化和系列化,有足够的吸引力,促使学生发自内心地投入此项活动中,并得到较多的收获。
案例2 化学DIY实验——可燃的“冰块”(笔者为指导教师)
[问题提出]
广告语:“你想知道‘冰’能燃烧吗?”“你想做一个会点火的魔棒吗?”在餐桌上,人们经常看到怎么写作员点燃一种固体,作为加热菜肴的热源。它无色透明(也有彩色的)。这种固体怎么能点燃?更使人惊奇的是,人们可以不用火柴和打火机,只要用玻璃棒轻轻一点,‘冰块’就立刻地燃烧起来。同学们往往对这样的实验有探究的兴趣。
[知识背景]
这块透明的固体其实是一种胶状的固体酒精。
这根点火的“魔棒”,其实是涂了含有氧化性很强的七氧化二锰的棕色油状液体。
[实验过程]

一、实验用品(略)

二、操作步骤

实验1:“冰块”的制作
(1)在烧杯中加入20 mL蒸馏水,再加入适量醋酸钙,制备醋酸钙饱和溶液。
(2)在大烧杯中加入80 mL酒精,再慢慢加入15 mL饱和醋酸钙溶液,用玻璃棒不断搅拌,烧杯中的物质开始时出现浑浊,继而变稠并不再流动,最后成为凝胶状。
(3)取出胶冻,捏成球状,放在蒸发皿中。
实验2:“魔棒”的制作
(1)在研钵中倒上1~2小粒高锰酸钾固体,轻轻地研成粉末。
(2)滴上几滴浓硫酸,用玻璃棒搅拌均匀,蘸有这种混合物的玻璃棒,就是一个不易察觉的小火把。
实验3:点燃“冰块”
用上述玻璃棒轻轻往“冰块”上一触,“冰块”马上就会燃烧起来,并发出蓝色火焰。

三、操作建议(略)

4 小结
综上所述,化学创新实验为培养学生的科学素质提供了很好的平台和契机,具有得天独厚的优势。搭建多种系列化学创新实验,完善科学素养培养体系,这对创新型人才的培养必将起到较大的推动作用。
随着自然科学的发展,化学已成为高科技发展的强大支柱之一。面对世界科技飞速发展的挑战,面临新课程改革的需要,化学教师自身必须培养和提高适应未来生存和发展所必备的科学素养。在化学创新实验课程体系的开发与完善中,迫切需要具有较强创新意识和科学前瞻性教师的积极投入,以及学生的共同参与。诚然,创新实验的多元评价系统还需要更好的研究,实验室环境与资源还需充分挖掘与整合,这样才能使高中生的科学素养培养体系得到进一步的保障,科学素养得到更大的提升。
参考文献:
Miller J D. Toward a scientific understanding of the public understanding of science and technology[J]. Public Understanding of Science, 1992,(1):22~26.
制订.普通高中化学课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003.
[3]王祖浩,王程杰. 中学化学创新实验[M].桂林:广西教育出版社,2007:32.
[4]何晓文.华东师大二附中拓展实验[M].上海:华东师范大学出版社,2007:84~86.

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