摘 要：实验是化学教学中不可缺少的环节，其对于培养学生的实践能力和综合素质极为重要。文章结合当下教学现状和教学案例对“研究性学习”在高中化学实验中的运用进行相关浅析，以期提升学生化学核心素养，仅供参考。
关键词：研究性学习;高中化学;化学实验
一、 前言
高中化学与生产、生活息息相关，其要求学生具有充分的学习兴趣和完整的化学知识逻辑以提升其自身核心素养、从容应对高考。实验是化学与学生之间的桥梁，实验课的教学模式和方法对于课堂质量的提升尤为关键。
二、 高中化学实验教学现状及其存在的主要问题
（一）学习兴趣不充分
对于高中化学的学习来说，学生的学习兴趣尤为重要。众所周知，化学学科本身的纯理论表达较为晦涩，难以理解，学习中，学生遇到的阻碍较多，而在攻克难点、认识化学知识方面，化学实验发挥了重要作用。然而，很多学生将化学实验作为一种任务或是负担，很难对其产生足够兴趣。究其原因，这主要因为传统教育观念没有得到革新，使得很多化学实验的展开模式比较僵化，多以教师为主体进行单方面的讲解和知识灌输，不注重对学生在思维上的引导，学生很难有主动发挥的机会，长此以往，逐渐失去对化学实验课的学习兴趣。
（二）对实验课重视不足
纵观教学现状，很多化学实验课受到了时间限制。高三学生的学习任务繁重，教师和学生难有充分时间去展开对化学实验的学习。很多教师比较注重对于课本知识的理论传授，而忽略了实验的重要性，甚至在教学中有意识地去缩短化学实验的时间，部分关键的知识点是通过理论灌输的方式给予传授，这使学生没有充分的思考与探索机会。这种教学方法虽然提高了实验效率，但是降低了实验的质量，降低了化学实验教学的效用性。
（三）实验逻辑不紧凑
在高中化学实验教学中会涉及到多种教学情境、实验工具，在面对多种多样的设备和器材时，学生很容易產生一种迷茫的状态，缺乏实验逻辑、对实验目标缺乏准确把握。然而，高中化学知识在理解程度和深度方面都具有很大的挑战性，如果学生无法充分发挥主动性去思考问题，明确实验目标，那么他们常常会出现不知所措的状态，也很难在实验中获得提升。
三、 “研究性学习”的涵义和特点
（一）“研究性学习”的涵义
“研究性学习”是指学生在学习的领域内或者相应的情境中，以某个问题为切入点，通过识别问题、提出问题、分析问题、研究问题、解决问题等环节而进行的一种探究性学习活动，这种学习方法可以显著提升学生学习兴趣，发挥学生主动性，帮助学生实现对相关知识和方法的有效学习和系统应用。
（二）“研究性学习”的优势
1. 主动性
在“研究性学习”中，常将学生作为主体，以学生的需求为主导来展开教学。学生将已学知识和已具备的能力作为实验基础，在积极探索和发展中提升自身能力，通过体验、实践、思考不断更新自身的认知结构，经过充分的调研和思考，有效解决问题。而教师在这个过程中主要起辅助作用，偏于协调、组织的角色，这非常利于学生的主体意识和学习能力的提升。
2. 实践性
“研究性学习”属于实践型的学习活动，学生应该利用相应的工具与方法，通过自身的感官、认知等多方面的主体活动将各个实践活动与学习过程给予充分融合，贯穿始终。在此活动内，学生需要调配自己的感知能力、操作能力以及语言表达能力，在直接参与和间接参与以及利用直接经验和间接经验时实现理论与实践的结合，在不断认知的基础上更新和完善实践活动，促进学习能力的提升。
3. 过程性
“研究性学习”是一个追求过程和结果并重的教学活动，这种教学方式非常关注学生在学习过程中的体验与实践。学生可以充分参与一个发现问题、识别问题、探讨应用和发展的过程，并对问题和操作环节进行分析和反思，将体验、实验以及知识的创新充分融合，这对于学生综合能力的培养具有积极意义。
4. 开放性
“研究性学习”摒弃了传统教学中存在的一些弊端，为学生提供了更多创新、思考以及发挥的空间。学生在学习中可以大胆质疑、提出问题，并实现对问题的探讨和解决。对原因的大胆假设和验证假设的实验操作可以激发学生的创新意识和创造能力，强化了学生的知识逻辑结构体系。
四、 “研究性学习”在高中化学实验中运用的案例分析
（一）探究铜与浓硝酸反应的溶液与硝酸铜溶液的颜色差异案例分析
1. 问题识别
在高一《氮的循环》课程教学中，学生会发现铜与浓硝酸、稀硝酸反应时的液体颜色差异。由于当时此知识点并不是研究重点，教师会对实验中对其进行简单解释——这是因为NO2溶于液体中所致。学生缺乏知识框架和思维逻辑，对此会存有疑惑，有人会认为这是铜离子的浓度差异而导致的不同结果。在高二，学生在进行课外练习时，学生常会遇到关于这个反应溶液为什么呈现出绿色的题目，这激发了他们的好奇心。为此可以此作为切入，将实验研究的题目设定为：探究铜与浓硝酸反应的溶液颜色，探究溶液颜色呈现出绿色而不是蓝色的原因。以学生兴趣和渐进接触的内容为探究切入点，更能调动学生主动思维的积极性。
2. 探究过程
准备好实验所需的仪器与试剂之后，结合已学的知识，提出疑问，小组充分探究导致该现象发生的所有可能性，要素如下：铜离子浓度不同、硝酸跟离子浓度不同、氢离子浓度不同、反应后的溶液温度变化、反应后的NO2气体使溶液变色。为了辨析出正确答案，学生需要展开充分的实践操作对其进行探究。第一，加热饱和的硝酸铜溶液，当温度达到80摄氏度饱和溶液仍为蓝色，可排除铜离子浓度、溶液反应后的温度两个可能性原因。第二，在配置好的硝酸铜饱和溶液中分别加入硝酸钾固体、浓盐酸、浓硝酸，观察溶液颜色变化，可排除硝酸跟离子浓度、氢离子浓度两个可能性原因。第三，采用固液加热型装置来产生NO2通入饱和硝酸铜溶液液中，液体在起初变绿，但很快又变成蓝色，实验效果不够理想，需要对实验进行反思，进行实验改进，反思原因：开始变绿说明NO2是有影响的，但是很快又变成蓝色，猜测可能是NO2与水发生反应变成了硝酸。为此，直接将NO2直接通入浓硝酸中，可以明显看到溶液变成绿色。这说明铜与浓硝酸反应变绿的原因是NO2溶解在铜的溶液中。
3. 结果分析
通过实验可以发现，如果硝酸不足，NO2就会与水反应使溶液重新变蓝。对此进行进一步探究，这种变蓝是颜色的叠加效果还是形成了新的配合物所致。为此，学生可以查阅知识，利用配合物的生成对电极电势的改变来验证该原因，通过对比实验以及灵敏电流计的变化情况，可以得出这是一个颜色叠加的结果。即：NO2在浓硝酸存在的情况下溶解呈现出黄色，黄色叠加蓝色而变成绿色。
4. 教师点评
学生在本次“研究性学习”中遇到了一些问题，并对其进行分析和改进，受益颇多。例如：当实验效果不明显时要学会分析原因，并主动调用知识和思维去解决问题，这锻炼了学生的思维能力、实践能力以及学习的主动性。学生在实验中立足于所学知识，展开合理的实验步骤，显著提升了学习兴趣，取得了较好的学习效果。
（二）从茶叶中提取咖啡因的案例分析
1. 问题识别
一个有兴趣的探究主题对于学生积极展开化学实验是非常必要的，结合学校教育需要，以生活为切入点也是比较适合进行研究性学习的。建瓯有悠久的茶历史和茶文化，而人们在生活中也常喝茶，比较熟悉。为此，班级学生选择了《茶叶的化学成分》作为研究课题，查阅资料研究茶叶的化学成分，发现学生对咖啡因这个成分非常感兴趣，为此，他们决定进行在茶叶中提取咖啡因这样的实验操作。本次实验目的是通过提取茶叶中咖啡因的原理和方法，掌握提取植物成分、纯化物质的基本方法，学会对不同的提取和分离方案进行评价等。
2. 探究过程
准备好仪器试剂后，查询咖啡因性质资料，得知咖啡因是弱碱性化合物，易溶于热水和氯仿，能溶于水和乙醇，微溶于乙醚。100摄氏度时失去结晶水并开始升华，120摄氏度时显著升华，178摄氏度时迅速升华。可利用这一性质纯化咖啡因。在这个过程当中，还要对咖啡因的溶解度进行研究。小组通过充分探讨，最后决定选择利用沸水作为浸取剂，再用氢氧化钙中和单宁酸，通过蒸干水分的方式来升华咖啡因。第一，浸取。将茶叶研碎，加入水中，酒精灯加热，利用咖啡因在沸水中溶解性大的特点煮出咖啡因。第二，过滤。用小团棉花过滤浸取液。第三，将滤液转至蒸发皿中，加入熟石灰搅拌除去单宁酸，蒸发浓缩至剩余少量液体。第四，焙炒。除去全部水分，注意对温度的掌控，防止咖啡因升华。第五，升华。在滤纸上用大头针刺有许多小孔，小孔带有滤纸纤维的一面向下。升华时，热气流从小孔通过，咖啡因附着在滤纸纤维上结晶析出。
3. 结果分析
对得到的咖啡因产品较少现象进行分析，可能原因包括：焙炒温度、石棉网受力不均、氢氧化钙量不足。针对以上原因，对实验加以改进。增加氢氧化钙的用量，发现实验结果基本没有变化，排除氢氧化钙量不足这一可能性。用浴沙间接加热控制温度，可得到较多咖啡因。通过此次实验，学生掌握了溶剂浸提法和升华法的应用，不仅得到了咖啡因，而且认识到自身实验操作、实验技能上的不足和进步。
4. 教师点评
通过此次实验，可以发现学生对探究实验过程有了深刻的理解。在不同的阶段所使用的实验操作方法不一定是最优的实验方案，但一定是该学习阶段最为适合的方案。在实验中，学生能够发现问题、进行实验操作、对知识进行探索，技能和知识都得到了显著提升。
五、 结语
综上所述，高中化学实验课对于学生的核心素养提升具有重要意义和作用。我们应结合当前教育缺陷和教育所需充分挖掘“研究性学习”的特点和优势，将其应用到化学实验学习中，完善对应用流程和经验的总结和拓展，以期有效提升教学质量。
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作者简介：李力，福建省建瓯市，福建省建瓯第一中学。
