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摘 要：有效实验设计在培养学生学科核心素养中有重要作用，可通过创设问题情境激思维火花，利用异常现象激探究欲望，巧妙设置问点引探究方向等策略开展实验教学，以便充分发挥实验教学在育人中的价值。
关键词：实验设计;有效性;核心素养
一、 一堂区级公开课引发的思考
2019年，主题为“氯气的性质”的区级公开课在我校举行。因为氯气有毒，所以很多教师在日常教学中不愿现场开展有关氯气性质的探究实验，而采取口述或播放视频的方式描述实验及实验现象，因而让学生错失了一次非常好的科学探究和素养发展的机会，同时也降低了课堂教学的效率。而在此次公开课上，上课教师精心设计的实验教学在课堂上大放异彩，激发了学生的兴趣和强烈的求知欲，让化学课堂充满魅力。下面我们一起分享一些精彩片段。
（一）实验模拟案发现场，层层剖析最终找到自救办法
笔者在新课引入时，用塑料瓶模拟混合洁厕灵和84消毒液引发中毒事件的案发现场，引导学生找到罪魁祸首，激发学生学习热情。然后抛出问题“如果你在现场，如何自救？”通过演示实验向瓶中加水和加NaOH的效果对比（瓶子瘪的程度），引出氯气与水及NaOH的反应，进一步引导学生得出如果生活中氯气泄漏，可采用捂湿毛巾或浸有肥皂水的毛巾的方法逃离现场，同时向空气中喷洒碱液吸收氯气。
（二）小杯子大用处，摇身一变变废为宝
外校一位教师在探究氯气的性质时，她准备了一个奶茶店带盖的饮料杯，杯内装有少量KMnO4粉末，盖上有一小孔，通过小孔插入吸管，在吸管口和小孔处塞上棉花，吸管从上到下依次粘有湿润的淀粉KI试纸、紫色石蕊试纸、pH试纸和红色纸片。实验开始，棉花用NaOH溶液润湿，然后通过吸管向杯内注入适量浓盐酸，迅速塞上棉花，引导学生仔细观察并分析实验现象。这样一套集制备、性质探究和尾气吸收于一体的小型实验装置，让在座的师生大开眼界。
（三）比一比，谁的氯气制备更环保
在氯气制备上，各校教师各显神通，其中最环保的是有一位教师将KMnO4粉末密封在输液袋中，然后用小针筒注入适量浓盐酸，很好地解决了氯气有毒的问题。
巧妙的实验设计，精彩的实验演示，让原本枯燥的课堂显得灵动活泼，充满生机。学生在真实的实验情境中解决实际问题，在知识的学习中提升学科素养。所以教师在日常教学中要注重实验有效设计，激发学生学习化学兴趣，启迪学生科学思维，训练学生科学方法，培养学生的科学态度和价值观。
二、 有效实验设计在培养学生学科核心素养中的价值
（一）激发学生学习兴趣，培养学生观察和分析推理能力
好奇是学生的天性，好奇心是创新潜在的动力，是创新的萌芽。有效的实验设计可以让学生由“观”生“趣”，由“趣”激“疑”，由“疑”导“想”，由“想”得“知”。这样既能打好基础知识，又能开发学生智力，培养学生的观察能力和分析推理能力。
如上述公开课上，笔者用塑料瓶模拟案发现场，产生的黄绿色气体马上引起了学生的兴趣，“原来这就是罪魁祸首，它是谁？它是如何产生的？它的性质如何？如果我在案发现场，如何利用所学的知识进行自救？”这一系列的问题都会在学生脑中闪现，在这些问题的驱使下学生有了更强烈的探究欲望，激起学生学习的热情和动力。
（二）突破课堂教学难点，提升学生科学思维能力
教学难点是指学生不易理解的知识，或不易掌握的技能技巧。而实验教学以其直观、一目了然的特点，成为突破教学难点的一个重要手段。
如上述公开课上，学生不清楚到底是氯气具有漂白性还是氯水中的某种成分具有漂白性？于是笔者设计了对照实验：将红色纸片分别放入装有以下物质的试剂瓶：1号干燥的氯气;2号一定浓度的盐酸;3号新制的氯水。学生通过观察，发现只有3号褪色，分析氯水成分，排除氯气、水和盐酸使其褪色的可能，根据氧化还原反应中化合价的变化规律，推导出氯气和水反应生成具有漂白性的新物质，引导学生完成方程式的书写。
这样设计的实验教学，不但落实了知识点，突破了难点，而且培养了学生的观察能力、分析问题的能力以及科学思维的能力，让科学素养落地生根。
（三）积极构建创新氛围，培养学生创造性思维能力
课堂精彩，需要教师精心经营。教师对教材实验的目的、要求和功能要作精心分析和灵活处理，精心经营的课堂能使学生在潜移默化中掌握知识，更能培养他们的创造性思维。
如我校新教师演示铜与稀硝酸反应的实验，将铜片放入装有稀硝酸的试管中，结果学生观察到红棕色气体，无法说明其还原产物为无色NO气体，上课时教师只能向学生解释，这是由于生成的NO遇空气中的氧气生成NO2气体。虽然学生知道了结果，但由于实验现象与理论反应无法吻合，不但没有发挥化学实验教学的作用，反而给教学带来负面影响。因此须对这一实验进行改进。
改进要求：①反应开始前怎样避免装置内的空气;②反应后能有效通入空气，证明NO;③NO和NO2都是污染性气体，反应结束要防止其逸散到空气中。
学生热烈讨论，最后给出实验设计方案：
①把铜片放入针筒内，然后抽取适量稀硝酸，用橡皮塞塞住针筒，反应产生无色气体（活塞向外移动），反应结束后将反应溶液挤出，抽取一定量空气，气体变成红棕色。
②矿泉水瓶中装入适量稀硝酸，然后慢慢将空气挤出，将系有铜丝的盖子迅速盖上，松开后倒转瓶子使其反应。瓶子慢慢膨胀，说明有无色气体产生。接着将瓶子再倒转，反应结束。打开瓶盖，空气进入，气体变成红棕色。
该实验经过如此设计以后，充分发挥了学生的主体作用，让学生充分地动脑、动手、动口，从而激发他们的创造性思维，这也是符合新课程理念的。
三、 有效實验设计在培养学生学科核心素养中的策略 在新课程理念下，实验设计要体现科学探究的重要性，所以要求我们在设计时要有巧妙的构思与新意。下面笔者结合日常教学谈谈如何来设计有效的实验教学。
（一）创设问题情境，激起思维火花
心理学研究表明，意识到问题的存在是思维的起点，所以教师在设计实验时要创设问题情境，始终要让学生产生发现问题和解决问题的渴求和欲望，达到当他面临某一情境时，会自发地产生“为什么？怎么去解决？有没有新的问题？”等一连串想法，从而充分调动学生的学习积极性。下面以“化学电源”一节为例：
【問题情境一】教师拿出手机，“老师手机没电了，你们能否利用自己的所学，帮老师设计一个充电器？”教师提供以下材料：铜片、锌片、硫酸铜溶液、烧杯、导线若干，学生根据原电池工作原理，很快设计好实验装置，如图1所示。
【问题情境二】经电流表检测，上述原电池能正常工作，但电流很快减弱并消失，什么原因？如何获得持续稳定的电流？这时教师引导学生仔细观察电解质溶液和铜片、锌片表面变化，得出导致电流减弱并消失的原因是锌和硫酸铜溶液接触，所以反应一段时间后锌片周围的铜离子直接在锌片上析出。如何解决这个问题？学生经过讨论设计出如图2的实验装置。
【问题情境三】再经电流表检测，该装置能获得持续稳定的电流，但是电流很小。在教师的引导下，学生生成了两个问题：1. 该装置产生电流小的可能原因是什么？2. 如何改进装置，获得更强电流呢？学生经过讨论又设计出如图3的实验装置。
这样设计的实验教学，激发了学生的学习兴趣，也让学生在观察中发现问题，分析问题，最后解决问题。由此课堂不再枯燥无味，知识点不再死记硬背，也就与新课程理念充分吻合。
（二）利用异常现象，激发探究欲望
在实验教学中出现“意外”，这是非常好的动态生成教学资源。如果教师设计巧妙，一个失败的实验更具教学价值。
如Fe2 的检验：取少量溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，无明显现象，再加几滴H2O2，结果学生没有看到预期的血红色。此时笔者及时抓住“意外”，让学生大胆猜测，并设计实验方案验证自己的猜测。学生在生疑、讨论、实验探究中激活思维，拓展想象空间，让创造的火花灿烂地绽放。
（三）巧妙设置问点，引导探究方向
在实验教学过程中，当学生的思维受阻时，教师的问题设计就显得尤为重要。若教师忽略问题的设计，“任意问”“随便问”“模糊问”“大而化之的问”，结果使学生很难把握“问点”，要么无法回答，要么答非所问。所以巧妙设疑是诱导学生积极思维，诱发学生研究实验的最佳方案。
如铜与浓硝酸反应，学生认为应该是溶液变成蓝色，而实验结果却是绿色的，如果直接问学生为什么，估计他们无从回答。如果教师此时设计一串问题：①铜与浓硝酸反应的产物由哪些？②溶液呈绿色可能由哪些因素引起的？③NO2能溶于水吗？④如何证明你的猜测是否正确？最终引导学生得出结论：铜与浓硝酸反应，产生的NO2溶解在硝酸铜溶液中，所以溶液显绿色而不是蓝色。
陶行知曾经说过：“解放孩子的头脑，使之能想;解放孩子的双手，使之能干;解放孩子的眼睛，使之能看;解放孩子的嘴巴，使之能讲。”因此，作为化学教师，我们一定要利用一切手段提高实验教学的效率，提升学生学科核心素养，把学生培养成适合时代的人才。
参考文献：
[1]普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.
[2]沈国亮.如何做好化学演示实验[J].新课程导学，2014（8）：18.
[3]李检保.新课标下高中化学实验教学探讨[J].中国教育技术装备，2012（2）：15.
作者简介：
王秀英，浙江省杭州市，杭州市塘栖中学。
关键词：实验设计;有效性;核心素养
一、 一堂区级公开课引发的思考
2019年，主题为“氯气的性质”的区级公开课在我校举行。因为氯气有毒，所以很多教师在日常教学中不愿现场开展有关氯气性质的探究实验，而采取口述或播放视频的方式描述实验及实验现象，因而让学生错失了一次非常好的科学探究和素养发展的机会，同时也降低了课堂教学的效率。而在此次公开课上，上课教师精心设计的实验教学在课堂上大放异彩，激发了学生的兴趣和强烈的求知欲，让化学课堂充满魅力。下面我们一起分享一些精彩片段。
（一）实验模拟案发现场，层层剖析最终找到自救办法
笔者在新课引入时，用塑料瓶模拟混合洁厕灵和84消毒液引发中毒事件的案发现场，引导学生找到罪魁祸首，激发学生学习热情。然后抛出问题“如果你在现场，如何自救？”通过演示实验向瓶中加水和加NaOH的效果对比（瓶子瘪的程度），引出氯气与水及NaOH的反应，进一步引导学生得出如果生活中氯气泄漏，可采用捂湿毛巾或浸有肥皂水的毛巾的方法逃离现场，同时向空气中喷洒碱液吸收氯气。
（二）小杯子大用处，摇身一变变废为宝
外校一位教师在探究氯气的性质时，她准备了一个奶茶店带盖的饮料杯，杯内装有少量KMnO4粉末，盖上有一小孔，通过小孔插入吸管，在吸管口和小孔处塞上棉花，吸管从上到下依次粘有湿润的淀粉KI试纸、紫色石蕊试纸、pH试纸和红色纸片。实验开始，棉花用NaOH溶液润湿，然后通过吸管向杯内注入适量浓盐酸，迅速塞上棉花，引导学生仔细观察并分析实验现象。这样一套集制备、性质探究和尾气吸收于一体的小型实验装置，让在座的师生大开眼界。
（三）比一比，谁的氯气制备更环保
在氯气制备上，各校教师各显神通，其中最环保的是有一位教师将KMnO4粉末密封在输液袋中，然后用小针筒注入适量浓盐酸，很好地解决了氯气有毒的问题。
巧妙的实验设计，精彩的实验演示，让原本枯燥的课堂显得灵动活泼，充满生机。学生在真实的实验情境中解决实际问题，在知识的学习中提升学科素养。所以教师在日常教学中要注重实验有效设计，激发学生学习化学兴趣，启迪学生科学思维，训练学生科学方法，培养学生的科学态度和价值观。
二、 有效实验设计在培养学生学科核心素养中的价值
（一）激发学生学习兴趣，培养学生观察和分析推理能力
好奇是学生的天性，好奇心是创新潜在的动力，是创新的萌芽。有效的实验设计可以让学生由“观”生“趣”，由“趣”激“疑”，由“疑”导“想”，由“想”得“知”。这样既能打好基础知识，又能开发学生智力，培养学生的观察能力和分析推理能力。
如上述公开课上，笔者用塑料瓶模拟案发现场，产生的黄绿色气体马上引起了学生的兴趣，“原来这就是罪魁祸首，它是谁？它是如何产生的？它的性质如何？如果我在案发现场，如何利用所学的知识进行自救？”这一系列的问题都会在学生脑中闪现，在这些问题的驱使下学生有了更强烈的探究欲望，激起学生学习的热情和动力。
（二）突破课堂教学难点，提升学生科学思维能力
教学难点是指学生不易理解的知识，或不易掌握的技能技巧。而实验教学以其直观、一目了然的特点，成为突破教学难点的一个重要手段。
如上述公开课上，学生不清楚到底是氯气具有漂白性还是氯水中的某种成分具有漂白性？于是笔者设计了对照实验：将红色纸片分别放入装有以下物质的试剂瓶：1号干燥的氯气;2号一定浓度的盐酸;3号新制的氯水。学生通过观察，发现只有3号褪色，分析氯水成分，排除氯气、水和盐酸使其褪色的可能，根据氧化还原反应中化合价的变化规律，推导出氯气和水反应生成具有漂白性的新物质，引导学生完成方程式的书写。
这样设计的实验教学，不但落实了知识点，突破了难点，而且培养了学生的观察能力、分析问题的能力以及科学思维的能力，让科学素养落地生根。
（三）积极构建创新氛围，培养学生创造性思维能力
课堂精彩，需要教师精心经营。教师对教材实验的目的、要求和功能要作精心分析和灵活处理，精心经营的课堂能使学生在潜移默化中掌握知识，更能培养他们的创造性思维。
如我校新教师演示铜与稀硝酸反应的实验，将铜片放入装有稀硝酸的试管中，结果学生观察到红棕色气体，无法说明其还原产物为无色NO气体，上课时教师只能向学生解释，这是由于生成的NO遇空气中的氧气生成NO2气体。虽然学生知道了结果，但由于实验现象与理论反应无法吻合，不但没有发挥化学实验教学的作用，反而给教学带来负面影响。因此须对这一实验进行改进。
改进要求：①反应开始前怎样避免装置内的空气;②反应后能有效通入空气，证明NO;③NO和NO2都是污染性气体，反应结束要防止其逸散到空气中。
学生热烈讨论，最后给出实验设计方案：
①把铜片放入针筒内，然后抽取适量稀硝酸，用橡皮塞塞住针筒，反应产生无色气体（活塞向外移动），反应结束后将反应溶液挤出，抽取一定量空气，气体变成红棕色。
②矿泉水瓶中装入适量稀硝酸，然后慢慢将空气挤出，将系有铜丝的盖子迅速盖上，松开后倒转瓶子使其反应。瓶子慢慢膨胀，说明有无色气体产生。接着将瓶子再倒转，反应结束。打开瓶盖，空气进入，气体变成红棕色。
该实验经过如此设计以后，充分发挥了学生的主体作用，让学生充分地动脑、动手、动口，从而激发他们的创造性思维，这也是符合新课程理念的。
三、 有效實验设计在培养学生学科核心素养中的策略 在新课程理念下，实验设计要体现科学探究的重要性，所以要求我们在设计时要有巧妙的构思与新意。下面笔者结合日常教学谈谈如何来设计有效的实验教学。
（一）创设问题情境，激起思维火花
心理学研究表明，意识到问题的存在是思维的起点，所以教师在设计实验时要创设问题情境，始终要让学生产生发现问题和解决问题的渴求和欲望，达到当他面临某一情境时，会自发地产生“为什么？怎么去解决？有没有新的问题？”等一连串想法，从而充分调动学生的学习积极性。下面以“化学电源”一节为例：
【問题情境一】教师拿出手机，“老师手机没电了，你们能否利用自己的所学，帮老师设计一个充电器？”教师提供以下材料：铜片、锌片、硫酸铜溶液、烧杯、导线若干，学生根据原电池工作原理，很快设计好实验装置，如图1所示。
【问题情境二】经电流表检测，上述原电池能正常工作，但电流很快减弱并消失，什么原因？如何获得持续稳定的电流？这时教师引导学生仔细观察电解质溶液和铜片、锌片表面变化，得出导致电流减弱并消失的原因是锌和硫酸铜溶液接触，所以反应一段时间后锌片周围的铜离子直接在锌片上析出。如何解决这个问题？学生经过讨论设计出如图2的实验装置。
【问题情境三】再经电流表检测，该装置能获得持续稳定的电流，但是电流很小。在教师的引导下，学生生成了两个问题：1. 该装置产生电流小的可能原因是什么？2. 如何改进装置，获得更强电流呢？学生经过讨论又设计出如图3的实验装置。
这样设计的实验教学，激发了学生的学习兴趣，也让学生在观察中发现问题，分析问题，最后解决问题。由此课堂不再枯燥无味，知识点不再死记硬背，也就与新课程理念充分吻合。
（二）利用异常现象，激发探究欲望
在实验教学中出现“意外”，这是非常好的动态生成教学资源。如果教师设计巧妙，一个失败的实验更具教学价值。
如Fe2 的检验：取少量溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，无明显现象，再加几滴H2O2，结果学生没有看到预期的血红色。此时笔者及时抓住“意外”，让学生大胆猜测，并设计实验方案验证自己的猜测。学生在生疑、讨论、实验探究中激活思维，拓展想象空间，让创造的火花灿烂地绽放。
（三）巧妙设置问点，引导探究方向
在实验教学过程中，当学生的思维受阻时，教师的问题设计就显得尤为重要。若教师忽略问题的设计，“任意问”“随便问”“模糊问”“大而化之的问”，结果使学生很难把握“问点”，要么无法回答，要么答非所问。所以巧妙设疑是诱导学生积极思维，诱发学生研究实验的最佳方案。
如铜与浓硝酸反应，学生认为应该是溶液变成蓝色，而实验结果却是绿色的，如果直接问学生为什么，估计他们无从回答。如果教师此时设计一串问题：①铜与浓硝酸反应的产物由哪些？②溶液呈绿色可能由哪些因素引起的？③NO2能溶于水吗？④如何证明你的猜测是否正确？最终引导学生得出结论：铜与浓硝酸反应，产生的NO2溶解在硝酸铜溶液中，所以溶液显绿色而不是蓝色。
陶行知曾经说过：“解放孩子的头脑，使之能想;解放孩子的双手，使之能干;解放孩子的眼睛，使之能看;解放孩子的嘴巴，使之能讲。”因此，作为化学教师，我们一定要利用一切手段提高实验教学的效率，提升学生学科核心素养，把学生培养成适合时代的人才。
参考文献：
[1]普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.
[2]沈国亮.如何做好化学演示实验[J].新课程导学，2014（8）：18.
[3]李检保.新课标下高中化学实验教学探讨[J].中国教育技术装备，2012（2）：15.
作者简介：
王秀英，浙江省杭州市，杭州市塘栖中学。