《普通高中化學課程標準（2017年版）》對實驗內容的要求及啟示

梁弘文 楊伏勇 馮求榮

摘要：文章從實驗素材、實驗內容要求、實驗功能等三個方面簡要總結了《普通高中化學課程標準（2017年版）》對實驗內容的要求，并為實驗教學提供了相關建議：（1）開發真實而有意義的實驗素材，促進學生學習方式轉變。（2）整體規劃實驗及探究教學，鍛煉學生高階思維能力。（3）關注課標要求和實驗原型，提高學生知識遷移水平。

關鍵詞：學科核心素養;課程標準;化學實驗

文章編號：1008-0546（2019）09-0069-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn. 1008-0546.2019.09.021

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）引導教師從“知識為本”到“素養為本”教學取向的改變，指引著中學教師課堂教學的改革方向。化學實驗對于全面發展學生的化學學科核心素養有著極為重要的作用，也是高考化學的重要內容之一。本文將以化學實驗為對象，分析其在“新課標”中的要求和特點，并結合高考對實驗的考查方向，提出相關教學建議以供化學同仁參考。

一、新課標實驗內容的特點

“新課標”緊扣化學學科特征，以學科核心素養的形式凸顯實驗教學的重要性湘對于實驗版課程標準來說更加突出對學生實驗探究能力的培養，其特點可總結為以下幾個方面：（1）實驗素材上，圍繞真實問題情境選擇實驗素材。（2）實驗內容上，要求夯實基本實驗原型對學生實驗探究能力的培養，凸顯實驗探究過程中學生需掌握的方法和策略。（3）實驗功能上，重視結構化的實驗活動，形成對真實問題解決的思路方法并外顯。下面分別從“實驗素材”“實驗內容要求”“實驗功能”三方面作具體闡述。

從“實驗素材”上來看，“新課標”給出的教學素材更加豐富。以必修課程為例，在數量上，新課標在每個主題下給出的實驗素材平均超過10個;在類別上，除了實驗室實驗，還增加了化工模擬實驗、家庭實驗等項目，如“化工生成模擬實驗（制硫酸）”“用生活中的材料制作簡易電池”等;從素材呈現上看，實驗素材將化學實驗置于真實的問題情境中，改變了學生只是簡單動手做實驗的現狀，以期在真實的實驗情境中讓學生解決問題，培養學生的高級學科思維，如用“含氯消毒劑及其合理使用”的素材取代“氯氣的漂白性”。實驗素材的豐富提醒教師在實驗教學中要善于開發教學資源，讓學生在真實的實驗情境中提出化學問題，基于真問題設計實驗方案，付諸實踐解決真問題，這樣的實驗教學不僅僅是培養學生動手能力，更重要的是掌握科學探究的核心思路和基本方法，認識化學學科在問題解決中的價值。

從“實驗內容要求”上來看，“新課標”在必修課程和選擇性必修課程中分別明確規定了9個學生必做實驗，這些基本實驗原型直指化學學科的核心素養養成。例如“用化學沉淀法去除粗鹽中的雜質離子”的實驗，不但培養了學生對物質的分離與提純、物質檢測這些實驗過程的一般思路與方法，更能極大地激發學生進行實驗方案的設計、評價和優化，開展基于給定實驗方案機械完成實驗操作，到基于簡單問題設計實驗方案并合作完成實驗，再到自主完成實驗方案和操作，最后進行評價和優化實驗方案，實現科學探究水平的進階，從而實現了知識與能力的遷移。同時，“新課標”也強調“尊重事實、充分討論、特別關注異常現象”“觀察并如實記錄實驗現象和數據”等能力。要求教師深入分析這些異常現象的根源，科學合理地對學生進行引導，著力對學生的“科學態度與社會責任”進行培養。例如在“化學反應速率的影響因素”的必做實驗中，學生需要使用FeCl3溶液催化H202分解，由于在催化過程中存在深色的過渡配合物，會出現溶液變成深棕色的異常現象，教師通過對此異常的引導討論，可以幫助學生理解化學反應的完整過程，并發展學生在真實的化學問題中演繹推理、假設的實驗探究能力。

從“實驗功能”上來看，新課程標準更重視真實問題解決的思路方法的形成與外顯。強調深刻認識化學實驗在教學中的作用。其一化學實驗不是化學課堂教學的附屬品，它可以主導課堂教學的內容，應該讓學生在完整的實驗探究活動中學習化學知識。例如在“補鐵劑中鐵含量測定”的實驗中學習（亞）鐵離子的檢驗和性質，通過對補鐵劑中鐵元素的存在形式、是否真的含有Fe2、鐵元素含量的是否合格三個結構化探究實驗展開[1]，形成基于物質和元素價態的視角認識、分析元素化合物，以及研究物質性質的一般思路和方法。其二，化學實驗不僅僅是動手操作實驗，還包括化學史實驗、模擬板實驗等，可以通過化學實驗史，引導學生了解化學概念。例如，通過回顧法拉第等科學家對“電離”的發現和爭議學習“電解質”的概念等。教師要在充分認識實驗功能的基礎上精心設計實驗探究活動，增進學生對科學探究的理解。

二、對實驗教學的啟示

1.開發真實而有意義的實驗素材，促進學生學習方式轉變

“新課標”注重真實具體情境的功能，具體的學習情境是學生學科核心素養形成和發展的平臺[2]。教師如何進行實驗素材的開發并開展實驗探究教學，直接影響學生學科核心素養在課堂上的真實表現。現以魯科版《物質結構與性質（選修）》中第二章第四節“氫鍵與物質性質”的教學實踐為例，來說明開發真實而有意義的實驗素材，促進學生學習方式的轉變，給學生提供真實的素養表現機會。

“氫鍵與物質性質”一節，教材本身理論性較強，內容抽象，沒有實驗活動，故教師的教學方式以講授為主，學生在學習過程中以識記為主，即記住了什么是氫鍵及其對物質性質的影響，往往無法深入理解其本質，很難通過對“氫鍵與物質性質”的學習達成學科核心素養的培育。筆者通過研讀挖掘教材，在教學過程的三個環節（見表1、2、3）植入了創新性的實驗，引導學生積極主動開展建構學習、探究學習和問題解決學習，以達素養培育的目標。

實驗素材一通過對水的體積變化的反常和水的沸點的反常，啟發學生對范德華力這一原有分子間作用力的認識模型的局限性的認知，推測水分子間存在不同于范德華力的一種特殊的作用力。即沸點升高，該作用力強度可能大于范德華力;體積變化，該作用力可能具有一定的方向性，深化對微粒間相互作用模型的認識，發展學生“證據推理與模型認知”核心素養。實驗素材二以學生生活中最熟悉的H20為例，用演示實驗創設了真實的問題情境讓學生感受到氫鍵的存在，體會到氫鍵作為特殊的分子間作用力與范德華力的差別。該環節在真實的情境中引發科學問題，在問題驅動下開展學習活動，在活動中引發學生進行推理、預測，促進學生反思原有的概念模型的局限性。

教學環節二中教師充分開發和利用現代信息技術資源，組織學生進行小組合作探究。創設真實而有意義的化學學習情境，充分開發和利用現代信息技術資源是實施“素養為本”的化學課堂教學重要的教學策略之一[3]，學生通過對沸點圖像表征得到水的沸點遠高于甲烷的沸點，通過實驗數據事實中提取證據，提出相關假設——甲烷分子中的C-H不足以形成氫鍵，再通過手持技術實驗從微觀上得到證據，推出合理的結論——乙醇分子間作用力大于正戊烷，說明O-H能夠形成氫鍵，C-H難形成氫鍵，說明只有正電性高的氫原子才容易形成氫鍵，X-H…Y中X原子應具備較強的電負性。在整個學習活動的過程中，學生利用手持技術將“測定”“記錄”“比較”“總結”和“解釋”一系列行為組織起來，進行了“分析”“評價”“選擇”等多種科學思維活動，對于發展學生“證據推理與模型認知”“宏觀辨識與微觀探析”等素養有重要的價值。

教學環節三通過演示磁鐵之間同極相斥、異極相吸來形象地說明分子間的氫鍵具有方向性;一根磁鐵的S極能吸引一定數量的N極，來說明分子間氫鍵具有飽和性。與磁極不同的是水分子之間不是通過磁極彼此吸引，而是通過電性的相互吸引，極性相反的兩個原子相互吸引，從而使分子形成一定的取向[4]。在“新課標”中對于“氫鍵”的情境素材建議是“氫鍵與生命的密切聯系，如DNA、蛋白質結構中的氫鍵”。但是.如何讓學生在認識到氫鍵的本質及形成條件之后，進一步建立氫鍵存在著方向性和飽和性，完善氫鍵的認識模型，還需借助實物模型、計算機軟件模擬、視頻等多種直觀手段，促進學生對物質微粒間相互作用力模型的認識深化。可見教學素材的優劣和使用的時機，有賴于教師的教學智慧，合適的實驗素材用在合適的教學節點，能促使學生學習方式的改變，讓教與學和諧統一，取得事半功倍的效果。

2.整體規劃實驗及探究教學，培養學生高階思維能力

“新課標”明確指出“整體規劃實驗及探究教學”“選取真實的、有意義的、引發學生興趣的探究問題”以及“改變在實驗中注重動手但缺少思考的現狀，強調高級思維過程”。實驗教學中調用學生的高階思維，是培養學生科學探究和創新意識的關鍵，而這樣的實驗教學離不開教師結構化思路和挑戰性問題的設計。筆者基于“離子反應”課堂教學實例，以“食鹽精制”為情境素材，通過學生的實驗探究活動，逐步建立分析電解質在水溶液中行為的基本思路，以從微觀角度解決與電解質溶液相關的實際問題為核心任務，引導學生運用基本思路進行復雜問題解決。基于此，在進行“離子反應”的教學中，確立如下教學目標：

（1）以食鹽精制為背景，設置了從微觀角度再看食鹽精制的核心任務，學生在完成任務的過程中找到真正的反應是離子間的反應，從而得出離子反應的概念，培養了學生“分類表征”的學科素養。

（2）結合復分解反應的本質及離子反應發生的條件，掌握離子反應方程式的書寫方法。由現象去判斷反應是否發生，從而培養了學生“宏微結合”的學科素養。

（3）將學習到的知識應用到一個新的真實情境中。通過活動的展開，使學生認識到：從離子角度認識廢水中的污染物，選擇合適的試劑，并能正確書寫離子方程式。整個過程綜合培養了學生“宏微結合”“變化守恒”及“綠色應用”等學科素養。

整節課立足于食鹽溶液中微觀離子的探析，使得學生將初中階段從宏觀角度、孤立地認識酸堿鹽及其之間的反應，發展到從宏觀和微觀兩個角度相互關聯地分析酸堿鹽等電解質在水溶液中的行為，在解決問題時能在宏觀和微觀兩個角度之間進行相互轉換——看到物質，立刻辨識其在水溶液中的存在形式，從基于物質看反應上升到基于微粒看反應，提升了學生對化學反應的認識層次。據此設計教學思路如下圖l所示：

本節課以學生熟悉的食鹽精制過程作為背景素材，巧妙地設計了不同梯度的問題解決活動。學生已經熟悉了基于物質水平對粗鹽提純中反應的認識，但是卻沒有形成從微觀的層面認識溶液，由此設計了“一是粗鹽溶液中真正的雜質是什么？二是除雜過程中真正的反應是什么？”這兩個核心任務，這兩個任務直指離子反應的實質，引導學生先從微觀角度“看”物質，再從微觀角度“看”反應，將學生的認識視角從宏觀深化到微觀。形成了微觀的視角后再探討離子反應發生的條件，將宏觀現象與離子間相互作用結果相結合，從宏觀和微觀相結合視角對溶液離子間的相互作用進行符號表征，即離子方程式的書寫，最終幫助學生建立起研究水溶液系統的思路方法：“判斷物質在水溶液中能否電離一分析離子的種類和數量一分析離子間是否反應一相應的宏觀現象及反應產物”。由此可見實驗教學中挑戰性問題和結構化設計，實現了對學生高階思維的培養。

3.關注課標要求和實驗原型，提高學生知識遷移水平

實驗在高考中是考查重點，課標中對實驗的要求即是其命題的依據，課標中提供的實驗素材也是其命題的參考。通過對近年高考實驗內容的分類剖析，不難發現高考實驗題大部分是能從課程標準中找到原型的。新課程考查的實驗模型一般是在已有的實驗原型的基礎上，考查學生對具有科學性的實驗原理的理解，甚至對實驗裝置進行適當的改造，考查學生的遷移能力、創新精神和實踐能力。這就要求日常的實驗教學一定要注重基本實驗原型的理解和遷移，提高學生知識遷移能力。中學化學基本實驗原型包括常用儀器的識別、使用以及作用;一定物質的量濃度溶液的配制、過濾、分液等實驗基本操作;常見離子的檢驗和鑒定;物質的分離和提純;以及常見氣體的制備和檢驗等方面知識點，涉及到實驗基本原理的領會、實驗裝置的操作要點的把握、以及組織能力和語言表達能力等方面的考查。如2018年高考全國卷理綜化學部分中，全國卷（I）有2題、全國卷（Ⅱ）有3題、全國卷（Ⅲ）有1題，總共6題涉及到基礎實驗知識的考查[5]。全國卷（I）第9題的實驗室制備和純化乙酸乙酯、全國卷（I）第9題的甲烷與氯氣的取代反應、全國卷（Ⅲ）第10題都屬于基本實驗原型的考查，重在檢驗學生對實驗裝置和實驗原理的熟悉程度。而全國卷（I）、（Ⅱ）、（Ⅲ）的第26題以及全國卷（Ⅱ）的28題涉及到氣體的制備和作用、常見儀器和試劑的識別和作用、實驗現象的原因分析、物質的分離和提純操作等知識點，考查了化學實驗和探究能力以及分析信息、整合信息的能力，屬于綜合性題型，是對基本實驗原型的拓展和提高，需要注重基本實驗原型的理解和遷移。

注重基本實驗原型的理解和遷移，重點在于回歸教材。所謂回歸教材，旨在聯系基本實驗原型，理清基本實驗原型的實驗原理、實驗裝置和操作要點，提出“3W”問題——做什么（WHAT），怎么做（HOW），為什么這樣做（WHY），幫助學生在已有的基本實驗原型中建立新的實驗模型，根據化學問題解決的需要，選擇常見實驗儀器、裝置和試劑，確定探究目的，設計實驗探究方案，進行實驗探究。全國卷（I）第26題的基本實驗原型是氫氧化亞鐵的性質，考查的知識點是從實驗原理上進行遷移和提升。氫氧化亞鐵的制備原理（WHAT）是FeS04+2NaOH—Na2S04+Fe（OH）2↓.高中教材中為防止氫氧化亞鐵被氧化（HOW）做了如下操作：（1）用長膠頭滴管吸氫氧化鈉溶液，浸入試管中的2mL硫酸亞鐵下面。（2）擠出氫氧化鈉溶液，不攪動溶液，而后輕輕提出滴管。因為氫氧化亞鐵中的二價鐵極易被氧化生成氫氧化鐵（WHY），除上述操作外還在氫氧化鈉溶液上方加一層植物油或者苯。全國卷（I）第26題中的信息提示明確了二價鉻和二價鐵相似的性質，因此可以聯系二價鐵和三價鐵相互轉化的相關知識點進行解題。全國卷（ I）第26題的三價鉻和二價鉻間相互轉化的離子方程式書寫考查了學生能否“根據已有經驗和資料做出預測和假設，收集和表述實驗證據，基于實驗事實得出結論。”除此之外，儀器的選擇、氣體的作用以及基本操作等問題正是對“3W”問題的提升。

注重基本實驗原型的理解和遷移，關鍵在于挖掘內涵。所謂內涵指的是深入剖析題目的價值，深刻把握實驗目的和實驗原理，將基本實驗原型的科學性原則延伸到新的實驗模型中，提高知識遷移的能力。全國卷（Ⅱ）第26題考查的實驗流程題借鑒了高中教材中的“從海水中提取化學物質”以及“從鋁土礦中提取鋁”等知識要點，在解答時，需要深刻剖析題目價值。知識上，是各個實驗的融合，除了考查物質的分離提純、沉淀的轉化，還涉及了元素化合物的基本知識。故而在分析解答時，一定要綜合應用元素化合物的轉化、物質的分離提純等化學知識，靈活應用本實驗原型的原理和方法，提高知識遷移的能力。

三、結語

從1951年我國中學化學課程標準的確立開始，化學實驗就是中學化學教學的重要組成部分，歷經近70年的風雨，在如今以培養學生學科核心素養的課程深化改革的背景下，中學化學實驗如何與課程改革目標相契合，如何找準功能與定位，如何發揮重要作用，仍需我們進一步探索[6]。通過對“新課標”的分析，結合課堂教學，我們可以從以下幾個方面得到啟示：

第一，在實驗素材的選擇上開發真實而有意義的實驗素材，在設計實驗素材時應聯系生產生活實際，通過各種真實的問題情境，從中提取值得探究的化學問題，在真實的問題情境中引導學生進行科學探究，而不是僅僅講授簡單而直接的實驗知識。這種基于真實的生產生活問題開展科學探究的方法，有利于激發學生化學學習的興趣，促進學生學習方式的轉變。

第二，從“新課標”對實驗內容的要求來看，注重基本實驗原型的理解和遷移，實驗題的考查，不論情境是陌生還是熟悉，其實質仍然是考查基礎的化學實驗技能，因此在實驗教學中還是要圍繞裝置組裝、基本操作、基本原理等實驗問題展開，以典型儀器、裝置、實驗方法為原型，通過對實驗原型的擴展、延伸達成對一類實驗問題的深度理解，形成知識的遷移，以此來解決情境陌生和綜合性高的實驗題，促進學生實驗能力和實驗素養的發展。

第三，對實驗功能的定位上，首先，教師應該在實驗教學中整體規劃實驗及探究教學，對于“在不同教學時間段開展何種形式的實驗教學”這個問題，教師要做到心中有數，整個實驗教學過程要從簡單培養學生實驗操作能力到培養學生基于高級的學科思維的實驗設計能力和分析、評價能力，最終達成學科核心素養的要求。其次，應該在實驗教學中鍛煉學生高階思維。目前高考試題對實驗內容的考查主要集中在水平1和2，特別是水平2層次基于實驗現象的證據推理是當前化學實驗考查的重點。這就提醒教師在實驗教學中要讓學生理解化學實驗的目的和步驟，學會觀察實驗現象，引導學生在實驗探究中多思考“為什么這樣做”“這樣做可能會出現什么現象”“為什么會出現這種現象”等有價值的問題，培養學生基于實驗現象的推理能力。實驗題中對實驗方案的評價考查對學生來說是一個難點，建議教師在教學中多引導學生思考“還可以如何改進”“還可以如何做”這樣高水平的問題，實現學生實驗能力的真正提高。

參考文獻

[l]梁弘文，謝桂芳，張賢金，《普通高中化學課程標準（2017年版）》特點及教學啟示[J].化學教學，2018，40（6）：32-37

[2] 中華人民共和國教育部，普通高中化學課程標準（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[3]鄭長龍，孫佳林，“素養為本”的化學課堂教學的設計與實施[J].課程·教材·教法，2018，38（4）：71-78

[4] （美）Phillips，J.S等著.科學發現者·化學概念與應用（下冊）[M].王祖浩等譯.杭州：浙江教育出版社，2008

[5]王霞，王后雄，基于學科核心素養的2018年高考全國卷化學試題評析[J].教育測量與評價，2018，11（11）：48-57

[6]孫佳林，鄭長龍.中學化學實驗教學發展歷程回顧及啟示（下）[J].化學教育（中英文），2018，39（15）：44-48