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摘要：以空氣中氧氣含量的測定為例，從實(shí)驗(yàn)分類、知識(shí)承載、能力培養(yǎng)、素養(yǎng)培育等角度對初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)功能；核心素養(yǎng)培育

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在化學(xué)教學(xué)過程中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是獲取知識(shí)、培養(yǎng)能力、培育素養(yǎng)的重要手段。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要分為兩大類：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)。在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)將化學(xué)實(shí)驗(yàn)滲透到學(xué)生的整個(gè)中學(xué)階段，在實(shí)際的課堂中，要多注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，從而在豐富學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)其實(shí)踐能力[1]。化學(xué)作為一門自然科學(xué)，科學(xué)素養(yǎng)的培育是化學(xué)學(xué)科課程賦予化學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)，《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》中提出“以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為主旨”[2]。隨著時(shí)代變遷、社會(huì)發(fā)展，以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為目標(biāo)的“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”以及化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提出，為化學(xué)學(xué)科教學(xué)賦予了新的使命，雖然化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)還沒有正式列入義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)，但只要開啟化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，核心素養(yǎng)的培育也就正式成為教學(xué)的主要目標(biāo)。為此，筆者認(rèn)為，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能，主要包括驗(yàn)證與探究功能、知識(shí)承載功能、能力培養(yǎng)功能與素養(yǎng)培育功能。其關(guān)系如圖1所示。為了厘清初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)功能，下面就以人教版《化學(xué)(九年級上冊)》中測定空氣里氧氣的含量[3]實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行說明。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證與探究功能

教材介紹了法國化學(xué)家拉瓦錫用定量的方法研究空氣成分，得出空氣是由氧氣和氮?dú)饨M成，其中氧氣約占空氣總體積1/5的結(jié)論基礎(chǔ)上，仿照這個(gè)歷史上著名實(shí)驗(yàn)的原理，來測定空氣里氧氣的含量。為此，教材在設(shè)計(jì)上安排的是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是指對研究對象已有一定了解，并形成了一定認(rèn)識(shí)或提出了某種假說，為驗(yàn)證這種認(rèn)識(shí)或假說是否正確而進(jìn)行的一種實(shí)驗(yàn)。其功能是為接受性學(xué)習(xí)保駕護(hù)航，提供令人信服的、足夠的事實(shí)支持。由于在小學(xué)科學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，對空氣相關(guān)知識(shí)已有所涉及，根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，可以進(jìn)行倒置設(shè)計(jì)，將該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn)。探究性實(shí)驗(yàn)是指實(shí)驗(yàn)者在不知曉實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下，通過自己實(shí)驗(yàn)、探索、分析、研究得出結(jié)論，從而形成科學(xué)概念的一種認(rèn)知活動(dòng)。但由于初中學(xué)生是化學(xué)初學(xué)者，實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、探究能力與化學(xué)問題的分析能力還較欠缺，更多需要教師進(jìn)行引導(dǎo)探究。探究性實(shí)驗(yàn)的主要功能是使學(xué)生在探索、推究中培養(yǎng)實(shí)踐能力、思維能力和創(chuàng)新精神。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)承載功能

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本目的是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中獲取化學(xué)知識(shí)。化學(xué)知識(shí)大體可分為陳述性知識(shí)、程序性知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與改進(jìn)識(shí)與策略性知識(shí)；從層次上看，大體可分為了解、理解與綜合運(yùn)用。陳述性知識(shí)也叫描述性知識(shí)，是個(gè)人能用語言進(jìn)行直接陳述的知識(shí)。本實(shí)驗(yàn)涉及的陳述性知識(shí)主要有：第一，空氣中氧氣的體積約占1/5(如圖2所示)；第二，紅磷在點(diǎn)燃的條件下能與氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷(如圖3所示)。陳述性知識(shí)常以文字、圖式、線性序列等作為表征。它與知識(shí)本身的內(nèi)涵較為一致，是一種狹義的知識(shí)。從知識(shí)層次看，這屬于了解的范疇。程序性知識(shí)可以簡單地理解為過程性知識(shí)與拓展。它是在學(xué)習(xí)過程中習(xí)得陳述性知識(shí)的基礎(chǔ)上，與原有知識(shí)聯(lián)系，進(jìn)行融合拓展形成的系統(tǒng)性知識(shí)。本實(shí)驗(yàn)由第二個(gè)陳述性知識(shí)建立聯(lián)系：消耗空氣中的氧氣，測定相同壓強(qiáng)下空氣中減少的量，即為氧氣的占有量；然后通過紅磷燃燒消耗集氣瓶中的氧氣，使其產(chǎn)生壓強(qiáng)差，利用外界壓強(qiáng)將燒杯中的水壓入集氣瓶，利用水的體積確定氧氣的體積。從知識(shí)層次看，這屬于理解的范疇。策略性知識(shí)是指學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)情境中對任務(wù)的認(rèn)識(shí)、對學(xué)習(xí)方法的選擇和對學(xué)習(xí)過程的調(diào)控。它是由學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)調(diào)控和元認(rèn)知等要素構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑸楸ＷC實(shí)驗(yàn)成功，主要采用的調(diào)控手段有：第一，集氣瓶內(nèi)先加入少量水，防止損壞集氣瓶；第二，將集氣瓶水面上方空間分成5等份(第一個(gè)陳述性知識(shí))；第三，為保證氧氣消耗完，紅磷必須過量；第四，紅磷熄滅并冷卻后，再打開彈簧夾(控制變量)。從知識(shí)層次看，這屬于綜合運(yùn)用的范疇。

三、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力培養(yǎng)功能

初中學(xué)生剛接觸到化學(xué)學(xué)科，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能是學(xué)好化學(xué)的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)是在第一單元《走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室》基礎(chǔ)上進(jìn)行的第一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。為此，學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)是首要任務(wù)，因?yàn)樗婕皩?shí)驗(yàn)儀器的選擇與辨認(rèn)、實(shí)驗(yàn)儀器的組裝與協(xié)調(diào)、實(shí)驗(yàn)的操作與配合等，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的開展提供動(dòng)手能力保障。在實(shí)驗(yàn)過程中，觀察能力的培養(yǎng)尤為重要，觀察是一種有目的、有計(jì)劃、比較持久的知覺活動(dòng)，觀察力是人們從事觀察活動(dòng)的能力，具體指眼看、鼻聞、耳聽、手觸、嘴嘗等知覺活動(dòng)以及這些知覺活動(dòng)間的配合能力。本實(shí)驗(yàn)主要涉及物質(zhì)顏色與狀態(tài)的確認(rèn)能力、煙霧的辨別能力、溫度的感知能力、刻度變化的確認(rèn)能力等。在觀察過程中，圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康模呌^察邊思考，這就涉及思維能力的培養(yǎng)，思維能力是指人們在工作、學(xué)習(xí)、生活中每逢遇到問題，總要“想一想”，這種“想”，就是思維。它是通過分析、綜合、概括、抽象、比較、具體化和系統(tǒng)化等一系列過程，對感性材料進(jìn)行加工并轉(zhuǎn)化為理性認(rèn)識(shí)及解決問題的能力。本實(shí)驗(yàn)著重要對實(shí)驗(yàn)原理的選擇能力、原理的邏輯思維能力等進(jìn)行培養(yǎng)。發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題是人的高層次能力，為此需要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中對學(xué)生分析與解決問題的能力進(jìn)行培養(yǎng)。本實(shí)驗(yàn)主要從數(shù)據(jù)的處理能力、誤差的分析能力、原理拓展的判斷能力等方面對學(xué)生加以引導(dǎo)與培養(yǎng)。

四、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的素養(yǎng)培育功能

化學(xué)作為一門自然科學(xué)，科學(xué)素養(yǎng)的培育是初中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。科學(xué)素養(yǎng)一般包含三部分。一是了解科學(xué)知識(shí)。本實(shí)驗(yàn)包含的主要知識(shí)有：空氣中含有約1/5的氧氣、紅磷與氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷。二是了解科學(xué)研究的過程與方法。本實(shí)驗(yàn)通過紅磷燃燒消耗氧氣，形成內(nèi)外壓強(qiáng)差，利用測量水的體積判斷氧氣的體積。三是了解科學(xué)技術(shù)對社會(huì)和個(gè)人所產(chǎn)生的影響。本實(shí)驗(yàn)從環(huán)保角度讓學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)對社會(huì)的影響等。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，也是化學(xué)教學(xué)的重要手段。培育化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是化學(xué)教學(xué)的方向。人教版初中教材的化學(xué)實(shí)驗(yàn)較多，幾乎貫穿了教材始終。所以，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育的程度與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能發(fā)揮有著直接的聯(lián)系。化學(xué)核心素養(yǎng)包括五個(gè)部分：宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任[4]。本實(shí)驗(yàn)中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)主要體現(xiàn)在以下幾方面。第一，宏觀辨識(shí)與微觀探析：本實(shí)驗(yàn)通過紅磷燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、燒杯中的水進(jìn)入集氣瓶、集氣瓶中水面刻度變化等宏觀現(xiàn)象，分析出空氣中氧氣被消耗以及消耗量。第二，觀念：從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析出生成了新物質(zhì)，發(fā)生了化學(xué)變化；由水進(jìn)入集氣瓶的現(xiàn)象說明集氣瓶中氣體的壓強(qiáng)發(fā)生了變化。第三，證據(jù)推理：氧氣被消耗的直接證據(jù)(紅磷燃燒)、氧氣被消耗完的直接證據(jù)(紅磷有剩余)、氧氣被消耗的間接證據(jù)(燒杯中的水進(jìn)入集氣瓶)、氧氣占空氣總量比的間接證據(jù)(集氣瓶中水面增加一個(gè)刻度)。第四，科學(xué)探究與科學(xué)態(tài)度：利用實(shí)驗(yàn)直接測定空氣中氧氣的含量，以現(xiàn)象、數(shù)據(jù)說話。第五，社會(huì)責(zé)任：實(shí)驗(yàn)在密閉系統(tǒng)中完成，減少了污染物的排放，體現(xiàn)一定的環(huán)保意識(shí)。教育部印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》中指出：“立德樹人”是發(fā)展中國特色社會(huì)主義教育事業(yè)的核心所在，是培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人的本質(zhì)要求。化學(xué)學(xué)科立足“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”，在培育學(xué)生個(gè)體的關(guān)鍵能力與必備品格方面責(zé)無旁貸。本實(shí)驗(yàn)主要從以下幾方面進(jìn)行培育。第一，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。以實(shí)驗(yàn)激活課堂，讓學(xué)生樂學(xué)；用科學(xué)方法引導(dǎo)研究，促進(jìn)學(xué)生善學(xué)；系統(tǒng)描述現(xiàn)象、收集相關(guān)數(shù)據(jù)，促進(jìn)學(xué)生的信息意識(shí)；用異常現(xiàn)象剖析，促進(jìn)學(xué)生勤于反思。第二，健康生活。注意實(shí)驗(yàn)安全，提升學(xué)生安全意識(shí)，讓學(xué)生珍愛生命；用實(shí)驗(yàn)研討、學(xué)生交流、師生交流，完善學(xué)生人格；小組合作實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)過程有序分工，讓學(xué)生能自我管理。第三，科學(xué)精神。用科學(xué)的觀點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生理性思考；實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象或不同觀點(diǎn)讓學(xué)生具有批評質(zhì)疑精神；從未知到已知，促進(jìn)學(xué)生勇于探究。第四，人文底蘊(yùn)。實(shí)驗(yàn)裝置組合之美、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之美培養(yǎng)學(xué)生具有一定的審美情趣；實(shí)驗(yàn)過程中、學(xué)習(xí)過程中教師的關(guān)心指導(dǎo)、學(xué)生之間的互相幫助，讓學(xué)生感受到人文情懷；結(jié)合科學(xué)家的探究歷程，了解空氣中氧氣含量的測定發(fā)展史，有利于人文積淀。第五，實(shí)踐創(chuàng)新。知識(shí)的獲取離不開學(xué)生自身的努力學(xué)習(xí)，通過實(shí)驗(yàn)動(dòng)手獲取知識(shí)、增強(qiáng)研究能力，能培育學(xué)生的動(dòng)手能力與勞動(dòng)意識(shí)；實(shí)驗(yàn)過程中必然會(huì)產(chǎn)生一些問題，解決這些問題與解決方法的積累有助于學(xué)生提升問題解決能力；實(shí)驗(yàn)儀器的使用、組裝協(xié)調(diào)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用多媒體展示等有助于促進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用。第六，責(zé)任擔(dān)當(dāng)。實(shí)驗(yàn)的成敗、實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的人身傷害、環(huán)保問題等情況都有助于磨煉學(xué)生成為有社會(huì)擔(dān)當(dāng)之人。總之，隨著社會(huì)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”成為每個(gè)學(xué)科教學(xué)的共同責(zé)任與任務(wù)。對于初中化學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的主要內(nèi)容與教學(xué)手段，只有充分認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能，才能在教學(xué)過程中最大限度地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用，提高課堂教學(xué)的效益與效率。

參考文獻(xiàn)

[1]孟界友.基于發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與思考[J].高考,2017(27):139.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[S].北京:北京師范大學(xué)出版社,2012.

[3]義務(wù)教育教科書化學(xué)九年級上冊[M].北京:人民教育出版社,2012.

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

作者:李思盛 余必能 單位:四川省成都市龍泉驛區(qū)教育科學(xué)研究院 四川省成都市龍泉驛區(qū)第六中學(xué)