初中化学实验作业的内涵、设计与实施

摘要

在“双减”背景下，初中化学实验作业的实施原则为：坚持实验作业的探究性，强化实验作业的开放性，丰富实验作业的挑战性。基于实践得出初中化学实验作业设计的策略是：源于生活情境，提倡创新开放。以实验作业的形式开展教学，以实验作业的设计促思考，以实验作业促动手，以实验作业讲评促创新，以实验作业为纽带，引领学生观察世界、预测世界、解释世界和创造世界，最终达成化学启蒙教学的目标。

关键词

初中化学 / 实验作业 / 设计实施 / 实验教学

《义务教育化学课程标准（2022年版）》倡导“做中学”“用中学”“创中学”。“双减”背景下的作业与实施，引领学生在真实的生活背景下，通过自主的科学探究活动，解决生产和生活实践中的相关问题，实现对知识的意义建构，提升思维品质^［1］。实验是帮助人类观察世界、解释世界、预测世界和创造世界的重要工具。因此，初三教师在化学启蒙教学中，有必要布置实验作业，发挥实验功能，追寻实验教学的意义，促进实验行为对学生认知的影响。

1 初中化学实验作业的内涵

（1） 实验作业是教师根据教学进度的安排而设计的一系列任务，以及相应的解决过程，让学生能够对所学知识与技能进行练习巩固、迁移应用和评价反馈。

（2） 实验作业有4层含义：①它是一系列让学习者在课堂外完成的用于特定任务的学习；②它是学习者用于理解、检验所学知识与技能的活动；③它是学习者运用所学知识与技能解决真实问题的过程；④它帮助学习者具备核心素养要求的综合能力。

2 初中化学实验作业的实施原则

教师布置实验作业，学生在完成实验的过程中，一方面理解、巩固、应用和延伸知识，另一方面提升思考、实践创新能力。教师布置的实验作业，不仅仅是让学生做实验，更是借实验提出和解决问题。学生根据作业的要求完成实验，逐步掌握化学探究的一般思路和方法。

2.1 坚持实验作业的探究性

学生先思考并设计实验方案，再动手实践，在实践中发现问题，进一步思考、设计并加以改进，从而在不断试错中完成实验。在此过程中，学生的参与感、体验感和成就感普遍得到提升。其设计方式主要有3种：①按照问题解决线路推进；②按照知识巩固路径推进；③按照新问题引发推进。

【案例一】在学习沪教版化学九年级第二章第4节“水的组成和净化”时，布置作业：准备两支铅笔、白醋（或饮料，苏打、小苏打溶液）、电池，探究水的组成，提交实验报告。

从学生的作业内容来看，有些实验设计出乎笔者的预料。为了固定铅笔，学生在硬纸板上打孔。有的学生把电解器用保鲜膜密封，观察液面的变化；有的学生不仅用铅笔芯实验，还用铁丝、铜丝做对比实验；有的学生电解自来水，发现笔芯上难以较快产生气泡，遂改为电解白醋、小苏打溶液，对比气泡产生的速率。在布置作业时，教师提醒学生不要电解食盐水，但有的学生硬要电解食盐水，当其看到气泡的颜色异常时，探究欲被激发起来，查阅资料得知，电解食盐水产生了氢气和氯气，这就为持续学习作好了铺垫。

在实验中，学生能主动发现问题，查阅资料，分析原因，逐渐形成证据推理和模型认知能力。同时，在撰写实验报告的时候，能做到进一步整理、归纳、反思所学知识与技能，从而提升了多种能力。

【案例二】在学习沪教版化学九年级第二章第4节“水的组成和净化”一节时，布置作业：自制净水器，并观察活性炭的净水效果。

学生在实验中发现，向白醋、可乐中加入活性炭，褪色效果明显，但向酱油中加入活性炭，效果不明显。学生质疑：活性炭的脱色有选择性吗？为释疑，笔者带领学生用吸光度传感器，测试纳米活性炭、柱状椰壳活性炭对酱油、芬达、健力宝和王老吉的褪色效果。实验数据如表1所示，从表1数据可以判断并得出：向芬达、健力宝和王老吉中加入活性炭，其吸光度均下降，但向酱油中加入活性炭，其吸光度却没有变化。

活性炭脱色的原理是什么？

【查阅资料1】活性炭具有物理和化学双重吸附的特性，活性炭表面官能团的数量和种类决定了其化学性质，孔径分布和比表面积决定了其物理性质，活性炭的物化性质决定了吸附性能。活性炭能够有选择地吸附物质，达到选择性去污提纯的目的^［2］。

【查阅资料2】酱油主要由碳、氢、氧、氮等元素组成，其颜色主要有氨基糖-羰基反应生成的黑色素，以及由大豆蛋白质中的酪氨酸氧化生成的黑色素^［3］。

【教师释疑】活性炭对酱油色素的吸附既有限度，又有选择性。

2.2 强化实验作业的开放性

【案例三】在学习沪教版化学九年级第六章第3节“金属防护和废金属回收”一节时，布置作业：探究铁钉锈蚀的条件，利用白醋、洁厕灵和可乐清除铁钉上的铁锈。

从实验报告中发现存在以下问题：①铁生锈是铁与氧气反应生成四氧化三铁；②铁钉浸没在食盐水中，长时间不锈蚀；③不会准确描述实验现象，如描述锈蚀的铁钉放到可乐中产生很多泡沫，或者实验现象的描述不全面；④可乐能清除铁锈，是因为碳酸与铁锈反应；等等。

铁锈的颜色？四氧化三铁的颜色？

学生：铁锈是红色的，在铁丝燃烧实验中发现四氧化三铁是黑色的，所以猜测铁锈是四氧化三铁不合理。洁厕灵为什么是蓝色的？洁厕灵中有铜离子吗？

教师反问：如果洁厕灵中有铜离子，铁钉放在洁厕灵中应该有什么现象？你观察到什么现象？

学生：如果有铜离子，应该有红色的固体产生，实验中没有出现红色固体，说明没有铜离子。

【学生查阅资料】洁厕灵的主要成分是盐酸，还含有一种指示剂，该指示剂在盐酸中呈现蓝色。

从学生完成的作业中采集教学反馈信息，有利于教学的动态生成和矫正补救。师生面对真实的实验，探讨、查阅资料，并在一问一答中学习自然发生。

2.3 丰富实验作业的挑战性

作业从教学史角度呈现3种认识：作业即知识操练；作业即心智训练；作业即自我探究^［4］。实验作业可以激发学生的挑战性，考查学生的探究能力和质疑精神。

学生提问：浓度为多少的稀硫酸除锈效果最好呢？

【师生探究实验】将10枚生锈的铁钉分别放在质量分数为98%的浓硫酸和水的体积比为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9和1∶10（15.2%）的硫酸溶液中，观察。

【实验现象记录】铁锈都被除去，7 d后，铁钉慢慢溶解，溶液从无色到浅绿色，有绿色固体产生。在体积比为1∶1的硫酸溶液中，除去铁锈后，铁钉几乎完好无损，铁钉上有白色固体产生。

【查阅资料】无水硫酸铁是白色的粉末，带结晶水的硫酸铁是棕黄色的固体，硫酸铁溶液为浅紫色。

生：白色固体可能是硫酸铁。体积比为1∶1的硫酸溶液浓度较高，有吸水性。铁锈与硫酸反应生成硫酸铁和水，而浓硫酸吸水，所以会析出无水硫酸铁固体。

【查阅资料】铁遇到质量分数为93%以上浓硫酸时会钝化，其表面生成致密的氧化膜，阻止反应继续发生^［5］。

生1质疑：体积比为1∶1的硫酸浓度为63.5%，低于93.0%。

生2：生成的硫酸铁溶解度低，覆盖在铁钉表面，阻碍反应的进一步发生。

【查阅资料】硫酸铁常温下的溶解度为7.2 g。

生3：既与浓硫酸的钝化有关，也与硫酸铁的溶解度有关。

师：铁遇浓硫酸的钝化、硫酸的浓度范围，有待进一步通过实验加以验证。倘若实验发现异常，应该怎么做？

生：反复实验，查阅资料，寻找真相。

3 初中化学实验作业设计的策略

3.1 源于生活情境

实验是化学的灵魂，实验贯穿化学教学始终，着重考查学生的概念认知、数据处理和科学素养等能力。比如，学生用塑料瓶自制制氧机，不仅可以模拟吸氧，还可以给小金鱼吸氧；有学生用厨房里的爆炸盐（含有过碳酸钠）作为制氧剂，又利用生锈铁钉与白醋反应生成的含有铁离子的溶液作为催化剂。上述实验集知识性、趣味性和实用性于一体，学生在实践中内化化学观念、激发实践潜能，最终提升自身的科学素养。

3.2 提倡创新开放

在布置实验作业时，鼓励实验创新。例如，在学习沪教版化学九年级第六章第2节“金属的性质和应用”时，组织学生联想并希望得到启示——选择铸造硬币的金属材料要考虑哪些因素？

学生：铸造成本低并保证硬币的实际价值低于面值，符合劣币驱逐良币的定律。耐磨、耐腐蚀，手感良好，美观，冲击性能良好。

【教师布置作业】探究硬币的耐腐蚀性，将不同面值的硬币放在白醋中，观察现象。

学生将1角、5角和1元硬币放在白醋中，7 d后无任何变化，说明硬币耐白醋的腐蚀。

学生质疑：若把硬币放在稀盐酸、稀硫酸中会不会被腐蚀呢？

【师生合作实验1】将不锈钢游戏币（代替1角硬币）分别放在稀盐酸（体积比1∶4）、稀硫酸（体积比1∶4）中。放在稀盐酸中的游戏币很快溶解，4 d后游戏币消失，溶液变成绿色，有少量气泡产生，放在稀硫酸中的游戏币很快溶解，变成蓝绿色浑浊溶液，有少量气泡产生。

【查阅资料】1角硬币的材料有：铜锌合金、铝锌合金。从2005年开始，其材质变为不锈钢，这种材质更耐磨，不易发生磨损。铬、镍在金属活动性顺序表中位于氢的前面，可与稀盐酸、稀硫酸反应，生成绿色的镍盐和铬盐。

【结论】游戏币可以溶解在稀盐酸或稀硫酸中。

【对比实验】不锈钢钥匙分别放在稀盐酸、稀硫酸中，观察到不锈钢钥匙溶解，液体变成墨绿色，有固体出现。

【师生合作实验2】将5角、1元硬币分别放在稀盐酸（体积比1∶4）、稀硫酸（体积比1∶4）中。现象：7 d后1元、5角硬币无变化。

【查阅资料】1992年，我国的1元硬币改用钢芯镀镍，5角硬币则采用铜-锌合金^［6］。钢芯镀镍硬币是将低碳钢板冲成币坯，经镀镍后高温烧结，铁、镍相互扩散，形成铁基合金固溶体，使镀镍牢固，具有耐磨和抗变色能力，并能提高其防伪性能^［6］。

学生质疑：根据金属活动性顺序表可知，硬币中的锌、铁均可以与稀盐酸或稀硫酸反应，在此为什么会无反应现象呢？出现异常的原因是什么？

【查阅资料】当合金中加入的溶质原子数量超过溶剂金属的溶解度时，除能形成固溶体外，还会出现新的相变，新相态可以是另一种组成的固溶体，常见的就是形成金属间化合物，这类合金的化学键介于离子键和共价键之间，以金属键结合^［5］。

【结论】铜锌合金、钢芯镀镍固溶体，形成金属化合物合金，以金属键结合，不易溶解在稀盐酸和稀硫酸中。

4 总结与展望

实验作业设计要联系生活，兼顾过程和结果，让学生综合运用物理、化学、生物学、工程等学科知识，打开科学思维，淡化学科界限，灵活解决社会问题，从多维度更好地认识世界、改造世界和保护世界^［7］。实验作业的价值超越纸笔作业，实验作业能更好地激活学生潜能，唤醒其好奇心。同时，实验作业设计对教师的专业素养发展有促进作用。但也要看到，一些教师不愿意布置实验作业，主要在于：时间投入的成本过高；实验作业还不能更好地匹配学业质量的评价；中考试题的指向性还不能明显地呈现实验作业的优势。因此，要想开发出高质量的实验作业，既需要教师在实践中不断探索和尝试，也需要有学业质量评价的导向性变革，以及中考试题指向性的引领等政策性的支持与帮助。

参考文献

[1] 21世纪教育研究院.为生活重塑教育［M］.北京：中国人民大学出版社，2016.

[2] 王文林，宋海云，刘灿，等.坚果壳基活性炭制备及其在废水处理中应用的研究进展［J］.农业研究与应用，2021，34（05）：45-54.

[3] 刘月芝.酱油颜色与质量关系的探讨［J］.中国调味品，1998（02）：5-8.

[4] 莫秀庆，谭学才.化学系列作业的优化设计与评价创新［J］. 教学与管理，2018（25）：65-68.

[5] 北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学.无机化学［M］.第5版.北京：高等教育出版社，2021.

[6] 王永立.硬币及硬币材料的发展［J］.材料科学与工程，1997（01）：68-70.

[7] 张丽丽.“双减”视域下初中化学核心素养导向的作业设计［J］.化学教学，2023（04）：80-84.