加强实验教学 培养科学素养

lina

摘要：高中化学课程最基本的理念是“面向全体学生，提高21世纪公民的科学素养”，而实验是培养学生科学素养的最佳途径之一。因此在实验教学中要从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度落实对全体学生化学科学素养的培养。

关键词：实验教学 全体学生 科学素养   

每一位高中生都要学习化学，但毕业后从事化学专业的人只有很少一部分。大部分学生毕业后对所学化学知识都遗忘得差不多了，那么我们的高中化学能给学生的将来留下什么呢？《高中化学新课程标准》明确指出：高中化学课程最基本的理念是“面向全体学生”，目的是“提高21世纪公民的科学素养”。何谓“公民的科学素养”呢？“科学素养”一词源自英文literacy。这个词有两个不同的含义：一个是指有学识、有教养，是跟学者、专家有关的；另一个是指能够阅读、书写和计算，有文化，是跟普通公民有关的。各国学者们对科学素养的理解并不统一的，按照国际上对公民科学素养调查建议的内容来看，公众的科学素养至少应该包括三个方面的内容：

（1）对科学术语和概念的基本了解；

（2）对科学研究过程和方法的基本了解；

（3）对科学、技术与社会相互关系的基本了解。

而《高中化学新课程标准》也提出科学素养目标的界定：

知识与技能：常见物质的组成、性质与应用；化学基本概念、原理；化学技术与社会的联系；化学实验技能。

过程与方法：科学探究意识；科学探究的基本过程；科学探究的具体方法；解决化学问题；合作与交流。

情感态度与价值观：科学的好奇心与学习兴趣；科学的物质观；对化学科学的认识；科学态度和科学精神；爱国主义情感。

综上所述，科学素养落实到化学课程一般从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度来具体描述。既注意化学学科的核心概念及化学知识体系，又注重在化学知识的应用过程中体现科学思想、科学方法和科学价值观。培养学生化学科学素养的方式多种多样，本文就如何通过加强实验教学培养学生的化学科学素养谈几点粗浅的看法。

1、从知识与技能的维度来培养化学科学素养

实验是培养学生的动手能力、观察能力、思维能力、表达能力、合作能力、创新能力等的最佳途径。比如讲钠的性时钠与水反应的实验就充分体现了实验对学生各种能力的培养：

[教师]请同学们分组完成实验3-3——培养动手能力

[学生]分组实验钠与水反应

[教师]请一组同学描述你观察到的现象——培养观察能力、合作能力

[学生1]有气体生成，溶液变红，钠在水面快速游动

[学生2]钠与水剧烈反应熔成小球，烧杯变热了

[学生3]有嘶嘶的响声

[教师]同学们观察得很仔细。请同学们思考这些现象说明什么问题?——培养思维能力

[学生1] 有嘶嘶的响声和钠快速游动说明有气体产生，溶液变红说明反应后溶液显碱性，钠熔成小球及烧杯变热了说明反应放热

[学生2]钠熔成小球还说明钠熔点低

[学生3]钠浮在水面说明钠密度比水小

[学生4]说明钠很活泼

[教师]回答得非常好！再请同学把上述说法整理一下得出这个实验的结论。

——培养表达能力

[学生]钠与冷水剧烈反应生成气体和碱（推理应是氢气和氢氧化钠），并放出大量的热，说明钠很活泼

又如在制备氢氧化亚铁实验时，学生做完分组实验后，

[教师]同学们在制备氢氧化亚铁时观察到什么现象？——培养观察能力

[学生]依据课本上方法操作，只观察到灰绿色沉淀，最后变成红褐色，未看到白色沉淀。——培养实事求是的精神

[教师]观察不到白色沉淀的原因可能是什么？——培养思维能力

[学生]白色的氢氧化亚铁氧化得太快了

[教师]同学们有没有注意到刚才的操作有两个特殊的地方？——培养观察能力

[学生]（1）滴管要伸到液面以下（2）实验过程不可以振荡

[教师]这样做的目的是什么呢？——培养思维能力

[学生]隔绝空气，防止氢氧化亚铁被氧化。振荡将使溶液与空气的接触面增大，加快氢氧化亚铁被氧化。

[教师]回答得很好。以上两个操作的目的都是为了减少氢氧化亚铁与氧气的接触，但为什么还是不能清楚看到氢氧化亚铁的白色沉淀？——培养思维能力

[学生]因为水溶液中溶解了氧气

[教师]如何减少水溶液中氧含量？——培养创新能力

[学生]先把蒸馏水煮沸再配溶液

[教师]还有没有其他其他方法使反应体系隔绝空气？——培养创新能力

[学生1]在FeSO4溶液上加一层植物油

[学生2]通保护气

[教师]非常好。围绕着减少与氧气接触同学们想出了好几个新方法，请同学们课后再整理思路设计出制备较纯净的Fe(OH)2白色沉淀的各种方案，作为下一次课外兴趣小组的实验方案。

2、从过程与方法的维度来培养化学科学素养

2-1让学生体会科学探究的基本过程

科学素养的一个关键表现在于掌握科学研究的一般思维过程：提出问题——收集资料——提出假设——验证假设——得出结论，这种思维模式在实验探究中体现得淋漓尽致。比如在讲完氯气可与水反应的性质后：

[教师]演示氯气使湿润的红色布条褪色

[教师] 想一想氯水中是什么物质使湿润的红色布条褪色？请根据你现有的知识提出各种可能性——提出问题

[学生小组交流]：①氯气有强氧化性②氯气与冷水反应生成盐酸和次氯酸③次氯酸有强氧化性——收集资料

[学生汇报] 可能性有：①氯气使布条褪色，②盐酸使布条褪色，③ HClO使布条褪色，④ H2O使布条褪色——提出假设

[教师]根据同学提出的假设，请用实验桌上现有的实验用品设计简单的实验验证这些假设。

[学生]分组讨论方案，实验

实验①：把红色干布条放入充满氯气的集气瓶中，布条不褪色；

实验②：把红色布条伸入稀盐酸中，红色布条不褪色

实验③：把红色布条放在水里，布条不褪色。

——验证假设

[学生汇报]氯气、盐酸、水都不能使干燥的红色布条褪色，因此使红色布条褪色的应该是次氯酸——得出结论

2-2让学生体会科学探究的具体方法

自然界的变化或生产过程往往由多个因素控制的，在研究其变化规律时，为了避免各因素间相互作用带来的复杂性，在科学实验中，最常用一种科学方法是控制其他条件不变，只研究某一因素对反应影响。

比如在必修2探究影响化学反应速度的因素中：

[教师]从刚才的思考与交流可知，影响化学反应速率的因素可能有：温度、表面积、浓度、催化剂等。现在你们实验桌上有浓盐酸，稀盐酸，锌片，水，块状石灰石，粉末状石灰石，过氧化氢溶液，二氧化锰，氯化铁溶液，你如何设计实验探讨化学反应速率与外界因素的关系？

[学生]讨论方案

1. 锌片分别与浓盐酸、稀盐酸反应

2. 块状石灰石与稀盐酸分别在常温和加热条件下反应

3. 稀盐酸分别与块状石灰石、粉末状石灰石反应

4. 过氧化氢分别在常温、加热条件下分解　

5. 过氧化氢分解分别在有催化剂、无催化剂条件下分解

[教师]如果设计一个方案是块状石灰石、粉末状石灰石与稀盐酸分别在常温和加热条件下反应或者块状石灰石、粉末状石灰石与浓盐酸、稀盐酸分别在常温和加热条件下反应行不行呢？

[学生]不行，因为不同的条件太多，不知道是哪个条件起作用了

[教师]非常好！研究某种因素对反应速率的影响时，要设计至少两个对照实验。所谓对照实验，就是设计一组实验，只改变一个因素（唯一变量），用于观察该种因素对化学反应速率的影响。为了避免其它影响因素带来干扰，我们要控制其它因素都相同。因此比如第一组实验要注意锌片的大小一致、浓盐酸和稀盐酸要同体积、加入的时间要一样等。

现在请同学按你们的方案完成实验，并填好下表。

实验内容	实验现象	影响条件	结论

3、从情感态度与价值观的维度来培养化学科学素养

3-1让学生体会科学态度和科学精神

实事求是是科学研究的基本态度，在实验教学中常常会遇到实验现象与理论不一致的情况，这时不能视而不见轻轻带过，可以因势利导学生实事求是的科学精神。比如做Zn-Cu稀硫酸的原电池实验，教材的思路是可以观察到锌片发生溶解,而铜片上有气泡冒出,同时电流计指针发生偏转,有电流通过。而事实上学生虽然观察到电流计指针发生偏转，但锌片和铜片上都有气泡冒出，有时甚至锌片上冒出的气泡会更多。这时不能对锌片上有气泡冒出这现象视而不见，也不适宜在此详细展开讨论。

[教师]请同学描述你观察到的现象

[学生] 锌片和铜片上都有气泡冒出，电流计指针发生偏转

[教师] 铜片上有气泡冒出，电流计指针发生偏转，这两个现象说明了什么？

[学生] 电流计指针发生偏转说明形成了电流，铜片上有气泡冒出说明了H+在铜片上得电子生成氢气了。

[教师] 铜片没有反应，为什么铜片上会有电子呢？

[学生]因为Zn反应所失的电子沿着导线跑到铜片上了

[教师]那Zn片上为什么还有气泡呢？

[学生1]可能是Zn反应所失的电子没有完全沿着导线跑到铜片上

[学生2]可能是Zn片本身不纯

[教师] Zn片本身不纯为什么就会引起有气泡呢？

[学生]因为Zn片本身就构成了原电池了

[教师]回答得很好。理论上在理想的条件下，Zn反应所失的电子应该沿着导线跑到铜片上了，这时铜片上有气泡，Zn片上应该没有气泡了。实际上可能由于Zn片本身不纯，或者Zn反应所失的电子没有完全沿着导线跑到铜片上，还可能是其他我们还没想到的原因，让Zn片上也出现了气泡。同学们如果想再深入了解Zn片上为什么有气泡，可以在课后先查资料，再设计实验对影响原电池实验的因素进行探究，我们在课外兴趣小组中再对这个实验现象进行探究。

3-2让学生感受绿色化学思想

绿色化学是指从源头上防止污染产生或把化学过程对环境的负面影响降到最低，在实验中体现绿色化的途径有：开发绿色实验；回收药品、处理尾气；尽可能使用微型实验；对一些污染严重或危险性高的实验可观看实验录像等等。比如在复习氯气的性质时，可采用微型实验：在一块下衬白纸的玻璃片的不同位置上分别滴加0.1mol/L的KBr、KI（含淀粉溶液）、NaOH（含酚酞）、FeSO4（含KSCN）溶液各一滴，围成半径小于表面皿的圆形，在圆心放两粒芝麻大小的KClO3晶体。向KClO3晶体滴加一滴浓盐酸，立即用表面皿盖好。观察氯气的生成及其与各液滴反应的现象并记录，写出相应的化学方程式。这样可以让学生在有趣的实验中复习氯气的性质，又让学生体验到绿色化学的内涵。

又如做完铜与浓硝酸实验后，进一步讨论制备硝酸铜的各种路径。

[教师] 若以铜、硝酸、硝酸银、水和空气为原料，同学们能设计出几种制取硝酸铜的方法？

      [学生讨论]

      方法1：Cu+4HNO3（浓）====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

      方法2：3Cu+8HNO3（稀）====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

      方法3：Cu+2AgNO3（====Cu(NO3)2+2Ag

      方法4：2Cu+O2====2CuO

              CuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O

      [教师]从绿色化学角度出发（包括原料用量、有无污染等），请同学们分析哪一种方法最可行？

[学生讨论]

方法1：有NO2生成，污染环境，且制1 mol Cu(NO3)2硝酸需要4 mol HNO3（浓），原子利用率低

方法2：有NO生成，污染环境，且制1 mol Cu(NO3)2硝酸需要8/3 molHNO3（稀），原子利用率低

方法3：用AgNO3成本太大，且Ag+有毒；

方法4：无污染，且制1 mol Cu(NO3)2硝酸只需要2 mol HNO3（稀），原子利用率高，此法最可行。

这样处理一方面可培养学生科学探究的意识，另一方面可培养学生从绿色化学、环保节能的角度理解实际生产，是培养学生的化学科学素养的一种途径。

化学教学要做到面向全体学生,培养学生的科学素养并不是一朝一夕能做到的事。这需要我们教师首先建立起培养科学素养的意识，在日常教学中做个有心人，在每个教学环节上多花心思，充分利用各种方法素材特别是化学实验，让学生掌握一些对今后的学习或工作有用的化学知识与技能、科学的研究过程和方法、科学的情感态度与价值观，从而提高学生的科学素养。

参考文献

[1]刘知新.谈化学教育与科学素养[J].化学教育，1999，(9):3

[2]张英锋 张永安.新《高中化学课程标准》提高学生科学素养的理念.学科教育, 2004,(11)

[3] 李晶.化学新课程与学科素质培养. 中国纺织出版社 .2003

[4]普通高中化学新课程标准（实验）. 人民教育出版社.2003

[5]普通高中课程标准实验教科书化学选修6.人民教育出版社.2006