新时代化学实验育人的探索
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作者:何兆铭
教学改革走进核心素养新时代，教学肩负落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建议者和接班人，教学指向全面育人。化学实验教学是重要的化学教学内容，是培养创新人才的重要途径，化学实验教学要发掘育人功能，实施素质教育。
化学是以实验为基础的学科，“化学实验对促进全面发展学生的化学学科核心素养有重要的作用”。化学实验对培育学生的必备品格、关键能力、正确价值观念具有独特价值，创设生动活泼的实验教学情境，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，认识科学本质，培养学生的学科思维，培养学会解决问题学生的方法，培养学生处理问题科学的态度与正确的价值观念，促进学生学科核心素养发展。
下面以探究乙酸的酯化反应实验教学为例，探讨化学实验育人的教学落地策略。
一、联系化学实验实际，激发学生学习兴趣
在学习乙酸的酯化反应实验前，学生已经学习了乙醇的相关性质，对于烃的含氧衍生物官能团有了初步的了解。本实验不仅能够复习醇的相关知识，而且是学习酯类物质的基础。教师通过创设情境，提出问题：为什么酒越陈越香？为什么生活中用食醋和酒精作为调味品来提高食物的香味？这些问题从生活实际中来，引导学生从生活问题走进化学学科知识，感受化学知识在现实生活中有广泛的用途，激发了学生学习兴趣。兴趣是最好的老师，它是学生学习的内在驱动力，是学生学习的源泉。联系化学实验实际，促进学生学习兴趣的形成与发展，让学生对学习产生好奇心，这对于学生认识化学物质在日常生活用途及创造新物质有重要的作用。
二、开展化学实验探究活动，发展学生化学学科核心素养
1.发展宏观辨识与微观探析素养
在乙酸的酯化反应实验中，乙醇、乙酸可以从宏观观察到颜色、状态、溶解性等。从微观视角引导学生从有机物官能团分类的角度去认识物质的组成、结构、性质和变化，让学生形成“物质结构决定物质性质”的观念。通过宏微结合从产生有香味的酯类物质的现象，到用化学反应方程式用符号表征反应过程，以及能从原子间的断键和成键的微观角度去分析酯化反应的原理分析，宏微结合促进学生形成学习有机化合物的一般思路和方法，促进学生发展宏观辨识与微观探析素养。
2.发展变化观念与平衡思想素养
分析酯化反应原理：CH3COOH+CH3CH2OH浓H2SO4△CH3COOCH2CH3+H2O，让学生认识酯化反应是一个可逆反应，通过对实验中乙醇的用量、浓硫酸作催化剂和吸水剂，加热作为反应的条件，从不同的角度去改变条件，促使反应从有利于酯化反应正方向移动，提高乙酸乙酯产率，让学生认识到化学反应速率有快有慢、有限度，化学反应速率、反应限度是可以调控的。指导学生通過学习酯化反应的平衡移动原理，能迁移应用到实际生活中，在今后学习生活中，能运用变化观念、平衡移动思想去解决实际问题。
3.发展证据推理与模型认知素养
通过对酯化反应实验现象的观察，当观察到用于收集的试管中液体上层浮有油状物时，引导学生学会基于这一实验现象作为证据，对产物乙酸乙酯的物理性质进行分析推理。基于生成物与饱和碳酸钠溶液分层现象和饱和碳酸钠溶液中有少量气泡产生现象，作为证据分析推理饱和碳酸钠的作用。通过乙醇、乙酸、乙酸乙酯的分子球棍模型的建构，培养学生能够从官能团断键的角度去分析酯化反应的机理，培养学生从分子模型到分子结构的认识。通过利用同位素的示踪原子研究反应过程，学会用科学方法、科学实验进行对研究问题的猜想假设加以证实或证伪，学会分析解决问题基于事实与证据。学会归纳总结，从问题的本质、规律去建构认知模型，培育模型认知素养。
4.发展科学探究与创新意识素养
乙酸的酯化反应实验条件的探究、分子模型的搭建、反应机理的分析都是科学探究，在科学探究实践活动中，通过提出问题、进行猜想与假设、设计实验验证、收集实验证据、进行解释，归纳结论等过程，培育学生科学探究素养。通过反思与评价、表达与交流等过程，引导学生积极思考，能够从实验目的、实验原理、实验过程以及从物质结构角度研究分析问题，发现问题，发现异常现象，独立发表自己的见解，培育学生敢想、善思、质疑的创新意识素养。
5.发展科学态度与社会责任素养
指导学生像科学家一样认真探究乙酸的分子结构，结合乙酸的化学性质取决于乙酸的分子结构，向学生渗透辩证唯物主义教育：结构是化学变化内因，条件是化学变化的外因，物质结构决定物质的性质，培养学生严肃认真的科学态度和认真对待探究活动的良好习惯。通过学习研究酯化反应机理的验证、实验条件的探讨，激发学生认真学好基础知识，养成实事求是的严谨科学态度。通过三种试剂的混合顺序、碎瓷片的使用、以及接收导管口放置位置等分析论证，让学生深度参与分析讨论，让学生进一步领会安全操作的重要性，从而培养学生社会责任感。
三、开展化学实验改进深度学习，培养学生创新精神
深度学习是指“在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与，体验成功，获得发展的有意义的学习过程”。在这个过程中，学生学会掌握学科的核心知识，同时在参与学习的过程中，掌握学科的本质、思想方法，激发内在学习动机，培养高阶思维，培养关键能力，形成正确的价值观念。
在深度学习理论指导下，设计乙酸的酯化反应实验改进项目活动，通过设计任务驱动，让学生在教师的指导与帮助下，发挥学生主体作用，围绕乙酸的酯化反应实验改进项目这个活动中心，教师提供相关学习资源，搭建学习脚手架，让学生自主学习、小组合作学习，让学生“跳一跳摘到果子”，从而完成实验改进任务的设计。
以乙醇和乙酸为原料，浓硫酸作为催化剂来制备乙酸乙酯实验，有些不足之处。例如：由于浓硫酸具有强氧化性和脱水性，容易发生副反应，有SO2、CO2杂质排放出来。另外，浓硫酸具有强腐蚀性，学生实验有一定危险性。反应没有回流装置，造成反应物乙酸和乙醇挥发损失，降低了乙酸乙酯的产率。接收导管容易插入饱和碳酸钠溶液中，会产生倒吸现象。
乙酸的酯化反应实验改进为：用三氯化铁固体作为催化剂，没有腐蚀性，没有毒害，不会污染环境，符合绿色化学的要求，能让学生了解绿色化学的理念，改进催化剂有利于提高学生实验操作的安全性。因此，可以用三氯化铁固体代替浓硫酸用于乙酸乙酯的制备。设计一条长导管的简单回流装置，学生动手组装仪器，同时能够使乙醇和乙酸反应充分，提高乙酸乙酯的产率。在接收乙酸乙酯端连接一个干燥管，有效防止倒吸现象。改进实验现象明显，收集到乙酸乙酯多，容易闻到香味，实验效果好。
在乙酸的酯化反应实验改进项目教学实践中，通过创设实验问题情境，设计任务驱动，引导学生自主学习，深入思考，在实验问题的解决过程中，大胆假设，大胆质疑，大胆发表见解，培养学生创新意识。通过亲身参与化学实验活动中，进行动手操作实践，认真观察实验现象，学会发现问题与分析问题，形成独立思考，学会收敛思维、发散思维等创新思维方法，培养学生创新能力。通过实验项目的综合实践活动，进行深度学习，让学生学会交流与合作，学会感知与体验，学会分析问题与解决问题，学会科学推理，归纳总结结论，学会迁移应用。在实验改进实践活动中，培养学生敢于质疑、敢于创新的必备品格，从而培养学生创新精神。
责任编辑 龙建刚
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