李力

摘 要：根據(jù)新課程標準要求，高中化學教師引導學生自主探究化學實驗，發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)。本文簡要分析了核心素養(yǎng)導向的高中化學研究性學習的基本模式，根據(jù)“硫酸亞鐵銨的制備”實驗教學開展了核心素養(yǎng)導向的高中化學研究性學習，本次呈現(xiàn)的“硫酸亞鐵銨的制備”研究性學習活動過程，提出相關(guān)建議，以期能夠為推動高中化學教育教學發(fā)展提供可靠借鑒。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中化學；研究性學習；硫酸亞鐵銨的制備

硫酸亞鐵銨的制備是高中化學實驗教學內(nèi)容之一，這個實驗是一個操作復雜、耗時較長且有一定實驗危險性的實驗活動。在傳統(tǒng)高中化學課堂教學中，教師會先給學生講解本次實驗的原理與操作方法，之后進行實驗。而學生可能會出現(xiàn)操作不夠規(guī)范、實驗操作過程統(tǒng)籌協(xié)調(diào)性較差等問題。在研究性學習中，教師整合實驗教學活動各環(huán)節(jié)，利用實例給學生展示研究性學習環(huán)境，同時引導學生以創(chuàng)新思想?yún)⑴c化學實驗設(shè)計與硫酸亞鐵銨的制備，簡化實驗過程，增強探究性，有效落實學生的學科核心素養(yǎng)。

一、核心素養(yǎng)導向的高中化學研究性學習的基本模式

核心素養(yǎng)導向之下，教師根據(jù)實驗教學開展研究性學習，應當從四個方面對課堂教學活動進行把控。

（一）教學目的

在研究性學習中，教師可以正確引導學生對實驗涉及知識進行學習、對實驗原理與過程進行研究探索。相較于傳統(tǒng)教學模式，研究性學習更側(cè)重學生獲得知識的主動性，鼓勵學生運用獲得的知識與技能，支持學生發(fā)散思維、積極思考，讓學生主動選擇、主動思考、主動探究、主動參與到化學實驗的操作與觀察中。在這一過程中，學生可以充分發(fā)揮自身思維能力與敏銳性，從實際生活出發(fā)，利用相關(guān)方法鞏固自身已學知識、創(chuàng)新實驗方案?？梢姡咧谢瘜W課堂教學中開展研究性學習，主要目的是：（1）輔助學生知識遷移與運用，讓學生們可以在研究經(jīng)典的化學理論之后展開探討。

（2）解決實際問題、創(chuàng)新探索實驗、發(fā)展化學創(chuàng)新思維與科學思維，讓學生將個人所學知識運用到實驗操作中，轉(zhuǎn)化為化學觀念與思維能力。教師要緊緊把握研究性學習目的，以目的為出發(fā)點對課堂教學活動進行調(diào)整，如此才能構(gòu)建出有效的研究性學習支架。

（二）教學模式

研究性學習，本身是一種較為科學新穎的教學模式，在化學課堂教學中運用這一模式，需要教師根據(jù)新課程標準要求、學科特點與課堂教學需要，不斷更新自己對化學知識的理解，調(diào)整自己的課堂教學引導手段，從而提升課堂教學效果。在落實這一教學模式時，化學教師需要結(jié)合教學實際情況，選擇合適的方法輔助教學。比如：在化學概念知識講解課堂上，教師可以采用小組合作、案例分析等方法，為學生搭建研究的支架，讓學生通過研究與探索獲取對概念知識的理解，歸納出概念知識。再如：在實驗課上，教師可以采用模擬實驗、小組合作、自主實驗設(shè)計與實驗創(chuàng)新、項目式學習等方法，為學生搭建開放、自主設(shè)計與自主操作的實驗學習支架。在支架支持之下，學生可以根據(jù)自己對化學實驗的了解，自主選擇合適的實驗材料與實驗操作方式，從而開始對實驗原理、現(xiàn)象、過程與結(jié)果的研究，通過一系列研究分析出實驗的內(nèi)在機理，加強對課程知識的掌握，同時發(fā)展化學核心素養(yǎng)。

（三）課堂活動

高中化學課堂教學中的研究性學習，側(cè)重于學生自主探索。教師需要從學生的興趣、生活角度出發(fā)，選擇合適的內(nèi)容作為研究性學習方向，以此激發(fā)學生的興趣，讓學生在實驗操作中活學活用。比如：生活中打開自來水龍頭，發(fā)現(xiàn)剛剛流出的水有難聞的氣味[1]。可以將這一現(xiàn)象作為研究性學習活動的“引子”，引出化學藥品制備的現(xiàn)實意義。再如：硫酸亞鐵銨的制備工藝中，某種藥品的量增加過多，但是其產(chǎn)生的產(chǎn)品量并沒有變化，由此引起學生對“過飽和狀態(tài)與產(chǎn)品制備的關(guān)系”的辯證思考與討論，讓學生認識到在硫酸亞鐵銨制備中藥品量增加的合理性，從而對“增加量的范疇”進行研究。通過課堂活動的把控，讓研究性學習活動有序開展，不僅可以讓學生掌握實驗操作的方法，也可以培養(yǎng)學生關(guān)注身邊小事的思想，讓學生認識化學與生活之間的關(guān)系，形成積極正確的化學觀念。

（四）評價體系

在研究性學習的課堂教學中，評價體系十分重要。教師需要根據(jù)課程內(nèi)容構(gòu)建合理的評價體系。第一，應當明確評價方向。當前化學課堂教學中，學生為主，教師為輔。教師在對學生進行評價時，應當注重過程性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合，側(cè)重指向?qū)W生的研究過程、導向?qū)W生的核心素養(yǎng)發(fā)展。這種教學評價之中，教師需要對學生的課堂小組合作研究情況、研究性學習成果展示情況進行評價。

二、核心素養(yǎng)導向的高中化學研究性學習的實施——以“硫酸亞鐵銨的制備”實驗教學為例

為了進一步發(fā)揮研究性學習教學模式的有效性，讓教師在課堂上開展研究性學習活動，更好地培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。本次研究以“硫酸亞鐵銨的制備”這節(jié)化學實驗課為例，展示實驗課中教師組織學生開展研究性學習教學準備、實施過程，具體如下。

（一）實驗闡述

“硫酸亞鐵銨的制備”是高中化學實驗課，本節(jié)課屬于無機化學部分，旨在通過實驗呈現(xiàn)部分無機化學原理與化學反應，讓學生通過實驗學習發(fā)展嚴謹邏輯思維、科學精神，感受化學對現(xiàn)代社會的重要價值。本節(jié)課主要分為兩個部分，一部分是硫酸亞鐵的制備，另一部分是硫酸亞鐵銨的制備。實驗操作過程，包括稱量、水浴加熱、溶解硫酸銨、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、烘干等。本次“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的研究性學習，主要是為了簡化復雜的實驗學習過程，提高實驗教學高效性。

（二）實驗教學的研究性學習思路

在“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的研究性學習中，教師應當根據(jù)魯科版化學教學內(nèi)容，選擇合適的學習素材。學習素材的選擇直接影響學生的學習效果，關(guān)乎是否可以有效發(fā)展學生的化學核心素養(yǎng)。對于研究性學習的素材，應當以探究式的實驗作為主要內(nèi)容，實驗原理與過程聚焦核心理念，運用素材構(gòu)建情境，強調(diào)知識的形成過程。教師也可以從學生的實際生活、現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活角度出發(fā)，選擇合適的素材，拉近化學學科與學生的關(guān)系，激發(fā)學生的探究欲望[2]?；诖?，教師確定本次“硫酸亞鐵銨的制備”的研究性學習思路：根據(jù)教材中的“硫酸亞鐵銨的制備”實驗方案，調(diào)整實驗材料為硫酸亞鐵溶液、硫酸銨固體，以便于縮短實驗試劑的制備周期；將教材中原方案中的硫酸銨用量進行調(diào)整，促使實驗方案更穩(wěn)定安全，讓實驗設(shè)計更符合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實際，促使研究性學習可以有效發(fā)展學生的觀察與分析能力，指向?qū)W生核心素養(yǎng)。

（三）教學與學情分析

本節(jié)課學習之前，學生已經(jīng)經(jīng)歷了多次實驗學習活動，對實驗設(shè)計與操作方法、實驗探究學習、小組合作共同探索實驗具備一定經(jīng)驗，且具有一定的實驗探究能力、操作能力、問題分析能力，具備利用科學語言描述化學實驗過程與現(xiàn)象的能力，具有較強的好奇心與探索欲，對新事物有強烈的體驗意愿等。同時，“硫酸亞鐵銨的制備”實驗教學知識點難度適中，學生能從已學知識中發(fā)散思考，運用到本節(jié)課的實驗探究中。為了讓學生更有效地參與實驗研究活動，教師可以根據(jù)課堂實驗教學的實施情況，提出不同難度的研究學習任務(wù)，引導不同能力水平的學生參與，從而促進全體學生的學習與發(fā)展。比如：在硫酸銨用量的分析與調(diào)整環(huán)節(jié)，教師可以引導學生進行定性分析，同時提出精準計算的要求。有此能力的學生自然會參與到計算過程中，而能力普通的學生則可以參與到定性分析過程中。

（四）實驗的研究性學習目標

本次“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的研究性學習活動，最終導向是學生的化學學科核心素養(yǎng)。因此，本節(jié)課的所有教學環(huán)節(jié)、教學活動均需要為學生核心素養(yǎng)的發(fā)展而服務(wù)。教師根據(jù)新課程標準要求，結(jié)合研究性學習教學模式特征，提出研究性學習目標：（1）分析“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的反應條件、反應物的用量，了解二者對實驗過程與結(jié)果的影響；發(fā)展學生的分析能力、探究思維、嚴謹科學態(tài)度。（2）通過實驗設(shè)計與實驗問題探究，發(fā)展學生的創(chuàng)新精神、實踐能力。（3）通過操作實驗的結(jié)晶環(huán)節(jié)、分析實驗內(nèi)減壓過濾原理，體驗實驗探究的過程，探索研究性學習方法。（4）通過研究晶種結(jié)晶環(huán)節(jié)，感受化學的神奇之處，感受化學與現(xiàn)代社會發(fā)展之間的關(guān)系，發(fā)展學生的化學價值觀念與社會責任意識。

（五）研究性學習過程

1.實驗導學案輔助學習

“硫酸亞鐵銨的制備”研究性學習中，教師要充分發(fā)揮學生的學習主體性，讓學生真正參與到實驗的研究與探索中，才能夠促進學生核心素養(yǎng)的有效發(fā)展。因此，教師需要在課前為學生提供研究性學習導學案（見表1），為學生課前預習提供幫助，讓學生更有效地預習，引導學生提出疑問，提出問題。

在導學案的支持之下，學生提前了解了硫酸亞鐵銨這種化工材料的制備工藝與方法，知道了硫酸亞鐵銨在凈水、化工生產(chǎn)中的作用。學生利用微信進行小組內(nèi)的交流，提出問題，為之后課堂交流互動做好準備。

2.課堂質(zhì)疑拉開研究性學習序幕

課堂上，教師可以結(jié)合學生的課前導學案的學習情況，引導各學生小組說出自己的疑問。

教師：在課前環(huán)節(jié)，我們已經(jīng)了解了現(xiàn)代工業(yè)中的硫酸亞鐵銨材料，請問大家是否有關(guān)于“硫酸亞鐵銨”的疑問或者不懂之處呢？

各學生小組紛紛交流，提出自己的疑問。

A學生小組：在教材的實驗圖中，向硫酸亞鐵溶液中加入硫酸銨固體，在此之前需要加熱，為什么要加熱呢？另外，固體溶解之后也有加熱步驟，我們不太懂。硫酸亞鐵與硫酸銨之間本來就會發(fā)生化學反應，而加熱反而增加了實驗危險，這個步驟是否是多余的呢？

B學生小組表示：我們看到實驗中直接提到了硫酸銨的用量，那這個用量范圍是怎么確定的呢？是以什么為參照的呢？若用量過少或者用量過多，應該會對實驗產(chǎn)生影響吧？

教師：很好，看來大家都有很認真地思考問題。雖然老師沒有辦法直接給大家答案，但是，可以告訴大家的是，答案都隱藏在實驗中。請各小組以自己的問題擬定研究性實驗學習方案，提出你們想要研究的問題，根據(jù)這一問題操作與研究實驗吧。請大家認真觀察實驗現(xiàn)象，根據(jù)你們的觀察、思考、交流與推理，探尋問題的真相。

3.學生研究性學習與探究

在教師提出研究性學習要求之后，要觀察班級中各學生小組的表現(xiàn)與研究情況，適當參與其中，為學生提供指導，讓學生在不同的研究活動中發(fā)展化學核心素養(yǎng)。

考慮到實驗的整體性與學生的學習需求，教師將學生的問題整合起來，要求學生從頭開始進行實驗研究，分別將每組學生的疑問作為研究環(huán)節(jié)。這樣一來，學生不僅可以解決自己的疑問，也可以進一步拓展化學實驗研究范疇，提高學生的研究性學習高效性。

研究活動（1）：學生小組以“實驗中加熱環(huán)節(jié)的合理性與必要性”為主要研究內(nèi)容。研究方案為：以“加熱”為變量，在確定不變量的基礎(chǔ)上，調(diào)整變量的實驗時間/條件，觀察實驗變化，推理實驗結(jié)果。學生提出：“可以先根據(jù)教材內(nèi)容統(tǒng)一這組實驗的反應條件，確定藥品用量?！痹趯嶋H操作時，學生控制鐵屑量為2g，3monl·L-1H2SO4溶液的用量為15ml。學生按照教材中提供的實驗圖示，在步驟③配制硫酸亞鐵濃溶液之前進行水浴加熱觀察實驗，在步驟⑤操作之前進行水浴加熱觀察實驗。學生開展了5次相同的實驗，每次實驗中藥品用量與其余化學實驗條件不變，加熱時間逐漸縮短至20min。學生記錄多組實驗數(shù)據(jù)，將每次實驗中的現(xiàn)象記錄下來，進行對比，互相交流。這一過程，既可以讓學生理解這個實驗中“加熱”的意義，更能培養(yǎng)學生的嚴謹科學態(tài)度，讓學生掌握比較法的科學分析方法，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

研究活動（2）：學生小組以“確定硫酸銨的用量”為研究內(nèi)容。研究方案：根據(jù)“硫酸亞鐵銨的制備”實驗提出硫酸銨用量的假設(shè)，構(gòu)建虛擬的實驗反應物之間的關(guān)系，經(jīng)過討論對硫酸銨的用量進行計算與分析，掌握硫酸銨用量與硫酸亞鐵轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系。學生提出這樣的假設(shè)：20ml溶液與相同體積的純水之間溶解能力存在差異，那么，硫酸銨用量與溶液溶解能力之間的關(guān)系，可作為硫酸銨用量的范圍參照。之后，學生開展定性分析，得到結(jié)論：硫酸銨的用量，最多不可以超過溶液所能夠溶解的硫酸銨的最大值。得到這個結(jié)論之后，各學生小組內(nèi)能力較強的學生表示：“還可以計算出更精準的數(shù)據(jù)?！痹谀芰^強學生的帶領(lǐng)之下，各小組學生紛紛參與研究中。學生假設(shè)實驗為常溫條件下進行，而常溫之下硫酸銨的溶解度是75.4g，計算上限值是15.1g。學生交流認為：“硫酸銨固體加入的下限不應當比硫酸亞鐵等物質(zhì)少”，其根據(jù)教材中的實驗流程，計算已經(jīng)反應的鐵的質(zhì)量，根據(jù)方程式進行計算，最終確定下限值3.5g。這一環(huán)節(jié)中，學生將“硫酸亞鐵銨的制備”實驗的原理分解融入研究學習活動中，通過探索問題進行化學反應推理、化學關(guān)系分析、化學反應中物質(zhì)量的計算，能夠進一步發(fā)展學生的化學語言分析能力、化學表達能力、計算與分析能力、邏輯推理能力，多角度提升學生的核心素養(yǎng)。

研究活動（3）：學生小組通過實驗操作與觀察分析，解決了之前存在的疑惑。之后，教師給學生播放一組實驗演示視頻，讓學生發(fā)現(xiàn)“某化工廠中，過飽和狀態(tài)的溶液沒有晶體析出”這一現(xiàn)象，構(gòu)建真實的化工生產(chǎn)情境，引起學生的實驗探究欲望。學生紛紛表示：“為什么過飽和就不析出了呢？溶液中某種物質(zhì)過多，不是應當更容易析出嗎？”教師提出研究性實驗活動要求：“那么，請大家利用實驗室中的器材，進行實驗操作，在操作中尋找答案吧！”各學生小組紛紛利用實驗樣品設(shè)計“硫酸亞鐵銨的制備”的實驗方案。學生為了模擬視頻中的“過飽和狀態(tài)”，對實驗方案中反應物的量進行調(diào)整，分別開始了2組不同反應物的量的實驗操作與觀察，通過實驗觀察，學生發(fā)現(xiàn)實驗的冷卻結(jié)晶時間存在差異，且加入晶種與不加入晶種會出現(xiàn)不同的實驗現(xiàn)象[3]。在學生研究與操作的過程中，教師觀察學生的探究情況，適當給予提點，比如：在學生小組要加入硫酸銨固體之前，教師提出：“是否需要將硫酸銨壓碎呢？你們想一想，壓碎與不壓碎是否會有不同呢？想好之后做出決定吧！”在實驗中，教師巡視指導各學生小組的操作過程，及時糾正學生不規(guī)范操作的行為。若某學生小組在實驗中出現(xiàn)不理想的情況，則教師可以參與其中，與學生共同分析原因，引導學生探究問題。通過這一環(huán)節(jié)，學生自主設(shè)計實驗方案，根據(jù)自己的目的創(chuàng)新實驗細節(jié)，同時操作與觀察實驗，能夠進一步發(fā)展學生的研究性學習思維，提高學生核心素養(yǎng)發(fā)展水平。

4.研究性學習成果與展示

在學生完成研究性學習之后，教師組織學生輪流展示自己的研究性學習成果，并且開展多元化的教學評價。

教師：請大家分別展示你們小組的實驗方案、實驗過程與成果，說說你們的結(jié)論。

學生小組：我們小組從“實驗中加熱環(huán)節(jié)的合理性與必要性”入手，經(jīng)歷了“確定硫酸銨的用量”“某化工廠中，過飽和狀態(tài)的溶液沒有晶體析出”兩個環(huán)節(jié)的實驗研究，得出結(jié)論：硫酸銨溶液中飽和程度過高，浪費材料；蒸發(fā)濃縮時，晶膜過少的轉(zhuǎn)化率較低。因此，在制備硫酸亞鐵銨時，應當控制好反應物的量、加熱的時間與晶種的投入量，協(xié)調(diào)三者與實驗的關(guān)系，才能以最低的成本獲得最多的硫酸亞鐵銨產(chǎn)品。

之后，教師分別從學生小組的“提出疑問”“探索與解決疑問”“實驗中是否出現(xiàn)常見操作錯誤”“是否嚴謹觀察與記錄實驗現(xiàn)象”“是否提出自己的觀點”“是否能夠提出新的思考角度”等評價指標，讓學生自我評價、互評。最后，教師客觀提出對各學生小組的評價，并且提出關(guān)于實驗操作、研究性學習的方案，為學生提供學習建議。

結(jié)束語

綜上所述，硫酸亞鐵銨的制備是高中化學實驗學習內(nèi)容之一，以這組實驗為內(nèi)容開展研究性學習，大大豐富了學生的實驗探究過程，促使學生在實驗設(shè)計與操作中更直接地感受化學實驗操作的嚴謹性與科學性，讓學生在深度掌握硫酸亞鐵銨的制備的相關(guān)化學知識的同時，發(fā)展化學科學精神與邏輯思維，提升學生的化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展水平。在今后的高中化學教學中，為了更好地培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，建議教師借鑒本次硫酸亞鐵銨的制備實驗教學活動，優(yōu)化設(shè)計實驗教學的過程與活動形式，為學生搭建研究性學習支架。

參考文獻

[1]汪玉露，童金元，陳茂盛，等.核心素養(yǎng)下高中生物學研究性學習的實施策略：以“城市湖泊遺愛湖水質(zhì)調(diào)查”為例[J].中學生物教學，2023（15）：24-26.

[2]龐春輝，劉文.基于學科核心素養(yǎng)的高中化學研究性學習實踐與研究：以“鏡子的制備”為例[J].中學教學參考，2023（14）：64-67.

[3]許美羨，張賢金.真實情境下的高三化學項目式實驗專題復習：以“硫酸亞鐵銨的制備和組成的分析測定”為例[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2023（4）：115-118.

本文系南平市“十四五”中小學（幼兒園）學科教學帶頭人培養(yǎng)對象教育科研課題“化學探究性實驗在研究性學習項目中的應用案例研究”的研究成果。