课堂教学中提升科学探究与创新意识素养的策略

课堂教学中提升科学探究与创新意识素养的策略

沈向峰

上海市崇明中学 202150

 为落实“立德树人”的教育根本任务、充分发挥课程在人才培养中的核心作用，高中化学课程标准修订组根据“中国学生发展核心素养”和高中化学课程特点，提出包含“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“实验探究与创新意识”“科学精神和社会责任”五个维度的高中化学核心素养。笔者通过教学实践研究，就“科学探究与创新意识”素养的培养提出以下教学策略供同行参考。

1.创设教学情境，提升学生创新意识

在化学课程教学过程中，教师应创设良好的教学情境，侧重于学生创新意识的形成与发展。要通过创设良好的教学情境，激发学生的求知欲，增强学生的好奇心，让学生养成主动思考、深入探究的习惯，进而培养学生创新意识。教师可以结合教材内容创设问题情境，让学生通过自主探究、合作探究的方式解决相关的化学问题，在情境中进一步熟悉课本知识，深入理解所学知识。也可以结合学生熟知的生活案例创设生活情境，将化学理论知识融入到生活案例之中，做到学以致用，增强学生的学习能力，提升学生的学习效率。在创设生活情境时，教师要做到根据学生的知识基础与学习能力精选生活案例，满足学生的好奇心，促使学生不断探究，学会利用教材中的化学知识合理地解决生活中的具体问题，在实际应用知识的过程中提高创新能力。教师还可以根据教学内容创设实验情境，包括通过实验探究化学知识和原理；发现实验中的“异常”现象从而探索“隐藏”在“异常”背后的知识；对教材中的实验设计进行评价、优化等等，不仅能激发学生探索研究的热情，同时使学生具备批判、质疑的精神。

教学案例：氢氧化亚铁的教学片段

【教学过程】

师：演示实验——向有硫酸亚铁溶液的试管中滴加氢氧化钠溶液制备白色的氢氧化亚铁沉淀，结果观察到一开始就产生灰绿色沉淀最后变为红褐色沉淀。

生：实验现象的“异常”激发起学生探究的欲望。

师：为何白色的Fe(OH)₂沉淀最终变为红褐色？红褐色的是什么物质？

生：马上想到Fe(OH)₃沉淀。

师：Fe(OH)₂怎么会变成Fe(OH)₃？

生：氧气是“罪魁祸首”。Fe(OH)₂变为Fe(OH)₃，铁元素化合价升高，需要氧化剂的帮忙，是空气中的氧气把Fe(OH)₂氧化。

师：这位同学分析得很有道理。根据物料守恒，Fe(OH)₂变为Fe(OH)₃时还需要水参与反应，4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃。

师：如何才能看到氢氧化亚铁的真面目呢？

生1：在溶液上方加一层植物油，可以隔绝氧气。

生2：虽然溶液上方覆盖保护层，但在反应液混合时还是会接触到氧气。

生3：受到生2的启发，想到用长胶头滴管伸入液体中后滴加试剂的方法。

师：想法非常好。我们来尝试一下。

师：演示实验——在试管中取一定量硫酸亚铁溶液，加入少量植物油（或苯），用长胶头滴管伸入液面下滴加氢氧化钠溶液。出现白色沉淀，后又变为红褐色。

师：哪里还存在问题呢？

生：探究热情高涨，溶液中存在着溶解氧、亚铁离子被氧化。

师：能否改进实验方案让白色Fe(OH)₂沉淀能够保持更长的时间。

生：硫酸亚铁溶液中加铁粉、溶液加热煮沸除溶解氧、加入亚硫酸钠消耗氧气、鼓入气体赶走氧气……

师：哪个方案效果好呢，课后我们可以去实验室进行实验。

【教学反思】

本节课通过创设教学情境将学生带入制备氢氧化亚铁的探究活动中。通过创设向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液制备氢氧化亚铁的情境，让学生展开对实验中异常现象的探究。通过创设“如何才能看到氢氧化亚铁的真面目呢？”的情境，引导学生积极设计隔绝氧气的实验方案。在不断解决情境中发现的问题的过程中，学生的科学探究能力和创新意识得到培养。

化学是一门以实验为基础的学科。教师利用化学实验创设教学情境，引导学生体验实验探究的基本过程，提高学生解决综合实验问题的能力，对发展学生“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养有独特的价值。

2.创新教学模式，激励学生拓展思维方式

化学学科作为一门自然科学，具有很强的实践性和科学的严谨性，其教学模式需要与时俱进，才能营造良好的教学氛围，激发学生的学习兴趣，拓展学生的思维方式，促使学生更好地学习化学知识。这就要求化学教师更新教学理念，与新课改的步伐保持一致，要敢于尝试新的教学模式，善于吸收先进的教学经验，引进更为高效的教学方法。在实际的化学教学过程中，教师可以引入多媒体教学，借助相关的多媒体技术，直观地为学生呈现化学知识，集中学生的课堂注意力，提高学生的学习效率。还可以将班级学生划分成多个小组，在日常教学中引导学生进行小组合作学习，让学生通过相互讨论与共同探究解决实际问题，加深学生对所学知识的印象。也可以通过知识竞答、实验竞赛等形式激发学生学习兴趣，为学生展现自我提供平台。不同教学模式的创新应用，对于课堂氛围的营造、学生创新能力的培养具有重要作用。

教学案例：二氧化硫的复习课

【教学过程】

【教学反思】

这是一堂“二氧化硫”的复习课，以往的复习课过于关注知识结构的构建、完善以及解题技能的强化，所以在复习课教学时力争知识点再现，而且尽可能面面俱到，并将其以网络形式呈现，辅以题组式的例题和习题讲练。教学实践表明，这样的复习方式缺乏对学生新奇感的刺激和挑战欲的激发，过分关注知识与技能目标，却忽略了学习的兴趣，忽略了过程与方法，学生损失了动手探究的乐趣，其结果只能是欲速则不达，阻碍了学生核心素养的发展。所以本节课尝试以“二氧化硫性质”为复习主题，改变一种教学模式，以实验带动复习，尝试在复习课中引导学生体会学习的意义所在，体会科学在生活中的应用意义，引导学生在知识复习强化的同时建构化学价值观。

3.运用先进教学技术，提升数据、图像处理能力

信息发展日新月异，紧跟时代的步伐。一些定量实验、无法直观体现出来的数据可以借助于现代教学装备，如pH传感器（酸碱度的测定）、压强传感器（溶解气体的测定）、数据采集器、手持技术的合理使用。大数据使上课节奏紧凑、高效，帮助学生从元素和原子，分子水平认识物质的组成，结构、性质和变化，能从宏观辨识和微观探析相结合的视角分析与解决问题。创新能推动发展，通过设计、改进实验方案，对实验方案的评价预测，激发学生的求知欲，培养他们“科学探究与创新意识”的化学核心素养，从实践层面激励学生勇于创新，为将来积极参与有关化学问题的社会决策打下基础。

教学案例：离子互换反应的教学片段

【教学过程】

师：什么是离子互换反应呢？我来举两个例子。硫酸溶液和氢氧化钡溶液反应：H₂SO₄+Ba(OH)₂→BaSO₄↓+2H₂O，碳酸钠溶液和盐酸反应：Na₂CO₃ +2HCl→2NaCl+CO₂↑+H₂O。

师：同学们能否再列举几个反应。

生1：氢氧化钠和盐酸反应

生2：碳酸钙和盐酸反应

师：水溶液中酸、碱、盐之间发生的复分解反应是离子互换反应。我们是怎么判断复分解反应能否发生的？

生：回忆初中学习过的复分解的条件：有沉淀、气体或水生成。

师：为什么满足这些条件复分解反应就能够发生呢？今天我们就以硫酸溶液和氢氧化钡溶液反应为例进行探究。

师：演示实验——利用手持技术测定氢氧化钡溶液和同浓度的硫酸溶液反应过程中的电导率。电导率数据转化为动态图像在屏幕上实时呈现给学生。

生：注意力一下子就被大屏幕上实时获得的电导率图像吸引。

师：为什么反应过程中溶液的电导率会有这样的变化？

生：踊跃回答，是溶液中自由移动离子浓度减小导致电导率减小。

师：肯定学生的回答，然后追问——哪些离子浓度大幅减少导致了导电性的明显下降呢？

生：很快想到，是生成难溶的硫酸钡和难电离的水导致了相关离子浓度的减小。

师：离子互换反应能够发生的微观本质是什么？

生：思考后回答，离子互换反应向着相关离子浓度减小的方向进行的。

师：除了沉淀、气体或水外，还有哪些物质生成时也可以让相关的离子浓度减小？

生：弱酸、弱碱

师：非常好。弱酸、弱碱和水都是难电离物质。通过对离子互换反应（复分解反应）微观本质的探析，我们对其能够发生的条件也有了更加全面、完整的认识。

【教学反思】

“离子反应”是高中化学的一个核心概念，它要求学生能从微观粒子的角度认识化学反应的本质。教师在教学时利用数字化实验创设教学情境，为学生提供了能探析微观世界的途径。当数字化实验仪将硫酸和氢氧化钡反应过程中的电导率数据转化为动态图像实时在屏幕上呈现出来时，学生真切地感受到了微观世界的变化。数字化实验情境的创设帮助学生建立起离子互换反应宏观表征和微观表征的联系，让他们对离子互换反应的规律有了更高层次的认识。

高中化学中离子反应、氧化还原反应、元素周期律、晶体结构、化学键、有机物的结构与性质、化学变化中的能量变化等和“宏观辨识与微观探析”的联系更为密切。学生由于缺乏对微观世界的直接感官体验，往往难以充分想象和深刻理解宏观表象下蕴含着的微观本质，这时就需要教师通过创设教学情境帮助学生架起宏观与微观之间的“桥梁”，让学生能够从宏微结合的视角认识物质及其变化。

4. 重视课堂生成性资源，提升探究活动品质

事物的发展变化具有复杂性。我们进行化学实验时，有时实验现象可能比较复杂，我们在教学中总是抓住实验的主要现象或达到实验目的所需要的现象，而有意忽略一些细节性的或无用的现象。实际上许多学生的观察能力较强，观察比较仔细，会发现一些我们“并不需要”的现象。如果教师对这些学生的表达不与评价和解析，会使这些能力比较强的同学产生挫折和冷落感，影响其学习积极性。对于这样的再生性教学资源，如果能适当利用，加以分析和引导，正确认识这些现象，会开阔学生视野，也使学生认识到反应过程的复杂性。

教学案例：Fe²⁺的检验

【教学过程】

一堂 Fe²⁺检验的学生实验课，之前老师和学生在课堂上就检验方法达成了共识，可以用氯水和KSCN溶液检验待测液中是否含有Fe²⁺，先滴入几滴KSCN溶液，再加入氯水，如果一开始没有明显实验现象，加入氯水后溶液才变为血红色，证明原溶液存在Fe²⁺。可是实验中，很多同学按照这样的方法进行操作，却出现了“意外”——实验老师的确准备了含有Fe²⁺的溶液，但实验最后没有变为血红色，若加入较多的氯水，溶液颜色加深一些，但也只是棕黄色。面对“意外”，教师和同学们一起进行了探究。教师先告诉学生，待测液中，其实是存在Fe²⁺的，老师确实也不知道出现“意外”的原因，请大家一起思考、推测究竟是什么原因导致了这一“意外”。一下子，激发了学生思考的兴趣，互相之间讨论起来。一会儿，学生提出很多观点：

学生1： KSCN溶液有问题

学生2：可能实验老师记错了，溶液中没有Fe²⁺

学生3：氯水有问题，时间久了变成了盐酸

然后老师让同学们设计实验验证提出的假设。用FeCl₃溶液检验KSCN溶液，用NaOH溶液检验溶液中有没有Fe²⁺，用碘化钾—淀粉试纸检验氯水，结果三种试剂都没有失效。此时，学生们陷入了沉思。突然一位同学，提出氯水会不会与KSCN溶液反应，而且氯水先和KSCN溶液反应。话还没说完，学生迫不及待地动手做起实验来，取待测液，先滴入几滴KSCN溶液，再加入氯水，没有明显现象，再加入一定量的KSCN溶液，“奇迹”出现了，溶液颜色发生了明显的改变，变为了很深的血红色，同学们兴奋地欢呼起来，此时老师让学生思考如何更好地设计实验，用氯水和KSCN溶液检验待测液中是否含有Fe²⁺，并在课后查阅资料进一步验证，氯水可以氧化KSCN。

【教学反思】

在课堂实验中，时经常会出现一些异常现象，仅凭教材的粗略解释难以让学生信服，也容易扼杀学生探究的欲望。有的某些实验后的产物与预期的情况不一致，例如上述案例中Fe²⁺的检验实验，先加入KSCN溶液，再加入氯水，颜色变化并不明显；有的伴随着不可忽视的其它现象，例如乙烯的制备过程中最后在反应容器——圆底烧瓶中得到黑色物质；有的是产物中含有其它杂质，例如实验室制备溴乙烷，得到的溴乙烷中含有一定量的溴单质；有的甚至是得不到预期的产物，硫酸亚铁溶液中滴入氢氧化钠溶液，并没有获得白色沉淀，而是灰绿色的；这些“意外”恰恰是非常可贵的课堂再生资源，教师如果能很好地利用这些在课堂实验中生成的再生资源，设计实证性实验探究课，引导学生抓住化学变化的本质进行探究，学生不仅能养成严谨的科学态度，而且获得了严密的思维能力。当然，并不是把所有的课堂教学过程中出现的非预期现象都作为生成性的教学资源加以利用。教师只能从中选择一些具有探究价值和对教学有利的引导学生进行分析、探讨、验证。既不能完全拘泥于课前的预设，对生成性教学资源视而不见，也不能完全不顾课前的预设，过多的利用生成性的教学资源，要注意两者的协调处理。教师在课前预设时最好为课堂上生成性教学资源的利用预留出一定的弹性空间，避免二者发生冲突。