學科核心素養視域下的中學化學實驗教學研究綜述

黃恭福 鄒海龍

摘要： 基于課程標準，從化學實驗的獨特價值和促進學科核心素養全面發展的角度建立化學實驗教學的分析框架。基于文獻分析，學科核心素養視域下的中學化學實驗教學現有研究成果可梳理為重點發展“科學探究與創新意識”核心素養及其他四個方面，指出現有研究的不足，并提出后續應深入研究“素養為本”的實驗教學評價，實現“教、學、評”一體化等三點思考。

關鍵詞： 學科核心素養; 化學實驗教學; 研究綜述

文章編號： 1005-6629（2020）02-0024-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

2014年3月教育部印發《關于深化教育改革? 落實立德樹人根本任務的意見》，首次以文件形式提出了“構建學生發展核心素養體系”，隨后陸續發布了《中國學生發展核心素養》《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱課程標準）。課程標準雖然從內涵、目標和素養水平描述了化學學科核心素養，但教師仍面對如何將核心素養在教學中“落地”，核心素養視域下的化學實驗教學有何特點和要求，當前研究的現狀及對實施“素養為本”的化學實驗教學有哪些啟示和建議等問題，這些問題雖然棘手，但又急需解決。本文通過對課程標準、研究文獻的梳理和提煉，為促進學科核心素養落地的化學實驗教學提供了借鑒。

1? 學科核心素養視域下的中學化學實驗教學要求

課程標準是研究學科核心素養視域下的化學實驗教學的重要、權威的文獻，準確分析課程標準對核心素養視域下的實驗教學要求，有助于對其他文獻研究成果進行辨識和提煉。

1.1? 化學實驗對學科核心素養發展具有獨特價值和功能

課程標準明確指出[1]： 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。學科核心素養視域下的化學實驗教學強調化學實驗的獨特價值;強調化學實驗獨特的教學功能;強調精心設計實驗探究活動;強調科學有效開展實驗探究教學。

1.2? 化學實驗教學促進學科核心素養全面發展

化學學科核心素養是化學學科育人價值的集中體現，是學生通過化學學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。吳俊明（2019）[2]指出： 必備品格的形成僅依靠知識是不能順利形成的，還需要行為的參與，只有通過實踐活動的體驗才能使品格穩定形成必備品格;對于關鍵能力而言，能力是在活動中形成并表現出使活動順利完成的個性心理特征，因此核心素養的形成不能離開實踐活動，化學實驗作為學科特質的實踐活動對化學核心素養的形成和發展不可或缺。正確價值觀念就是促使學生認識到： 化學是人類利用自然、改造自然、保護自然、提高生活質量和生存安全，滿足人類的實際需要以及有關好奇心和興趣的科學。

化學實驗教學應培育的關鍵能力包括： 科學探究能力、問題解決能力和科學思維能力。科學探究能力可分為“一般科學探究能力”（包括提出問題、猜想假設等要素）和“特定實驗探究能力”（包括實驗類別、探究角度、活動程序與認知方式等維度）。“一般科學探究能力”基于科學探究的過程技能屬性和要素屬性，充分體現了科學探究的特點，是化學實驗教學中重點發展的科學探究能力，為關涉范圍廣、開放程度大的化學問題解決提供了一種科學研究的框架;“特定實驗探究能力”嚴格上講并不具有典型意義上的能力屬性，它是從實驗探究的內容和形式進行分類，歸納出的特定實驗類型的探究角度、活動程序與認知方式等，有助于實現課程標準要求的“形成不同類型化學實驗及探究活動的核心思路與基本方法”的實驗教學目標。

2? 基于文獻分析的學科核心素養視域下的中學化學實驗教學研究概述

2.1? 研究思路與方法

本研究概述的文獻來源主要是紙質版專業出版物的電子版，采用我國目前常見的中文數據庫作為收集、整理、分析電子資源文獻的重要工具，包括中國期刊全文數據庫（中國知網）、維普資訊中文期刊服務平臺。文獻檢索方式主要采取“主題”“關鍵詞”，結合有重大影響力“作者”等檢索方式。文獻分析本著綜合性、代表性和客觀性等基本原則，對學科核心素養視域下的化學實驗教學的重要研究成果進行梳理，客觀、全面地選擇對該領域研究產生持續影響和有推動作用的觀點和看法。

2.1.1? 文獻收集

以中國學術期刊全文數據庫（CNKI）為檢索源，以“化學核心素養、中學化學實驗教學、核心素養&化學實驗教學”為主題檢索，時間限定為2014年4月1日至2019年6月30日。檢索發現2016～2018年以“化學核心素養”為主題的文獻數量逐年大幅攀升，“中學化學實驗教學”主題的文獻呈現穩中有降趨勢。以“核心素養&化學實驗教學”為“主題”檢索，文獻總體數量偏少，文獻總數為86篇，其中碩博論文22篇，核心期刊3篇。以“核心素養&實驗教學”為“主題”檢索，核心期刊26篇，其中化學相關1篇。

文獻檢索顯示，中學化學實驗教學是化學教學研究的重點領域，以實驗為基礎的化學教學地位得到了普遍的認同;化學核心素養作為化學課程理念與價值追求引起廣大一線教師的積極反響，如何在課堂教學中落實化學核心素養成為化學教學實踐研究領域的熱點，也成為碩博士學術研究的重點領域。不過，雖然老師們分別對“化學核心素養”和“化學實驗教學”開展研究的熱度高，但將兩者結合起來開展研究的文獻較少，發表在核心期刊上的化學實驗教學期刊論文只有3篇，其余為碩博學術論文。

2.1.2? 文獻分析的基本思路

針對檢索的文獻，筆者重點研讀了以“核心素養&化學實驗教學”為主題的碩博論文、核心期刊，以及知名化學教育研究者關于核心素養研究的重要文獻。學科核心素養視域下中學化學實驗教學研究的分析主要從研究意義、目標、內容、教學、評價等幾個方面梳理，特別關注文獻在教學與評價層面的研究成果。通過對代表性文獻的分析，化學核心素養視域下的中學化學實驗教學的文獻成果可梳理為： 一是化學實驗教學對培養核心素養的重要作用;二是學科核心素養視域下的化學實驗教學設計、教學策略與教學評價研究;三是突出了化學實驗教學重點發展“科學探究與創新意識”核心素養;四是關注了不同類型化學實驗對發展學生核心素養的獨特貢獻等。

2.2? 文獻研究主要內容及觀點

2.2.1? 化學實驗教學對培養核心素養具有不可替代的重要作用

化學實驗對化學學科核心素養的發展起著極其重要的作用，五項學科核心素養的養成離不開化學實驗的支撐，開展基于核心素養發展的化學實驗教學研究具有重要意義。陳進前（2019）基于化學學科核心素養全面發展的視角，提出并構建了“基礎支撐與重點發展”互換模式[3]，作者指出： 化學實驗教學能重點發展“科學探究與創新意識”核心素養，其余四項學科核心素養“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學態度與社會責任”在化學實驗教學中也有不同程度發展，同時，四項學科核心素養對“科學探究與創新意識”核心素養發展發揮著基礎支撐作用。

孫佳林、鄭長龍[4]指出： 發展學生化學學科核心素養離不開化學實驗，教師可通過實驗現象觀察和基于實驗事實的證據推理發展學生“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”素養，開展化學實驗探究拓寬認識視角和認識思路，發展學生“科學探究與創新意識”素養，通過實驗評價發展學生的“科學態度與社會責任”素養等，初步闡述了發展各學科核心素養的途徑和策略。

其他學者（錢麗娟等）[5]以“化學平衡”“元素化合物”“電解質溶液”以及“反常實驗現象”等教學案例切入，分析如何在實驗教學中幫助學生構建“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”等化學核心素養等。還有研究者（徐瀟瀟，2018）[6]指出雖然化學學科核心素養的具體內容可以通過課程標準了解，但在實驗教學中教師發展核心素養的認識水平還不高，化學實驗往往還只用于進行演示實驗或是驗證物質性質時使用，對“實驗探究”認識也還存在誤區，認為只要學生動手做實驗就是探究，而忽視了真正的實驗探究應經歷假設、實驗設計、證據收集、檢驗、解釋、得到結論等過程，忽視實驗探究過程也是學生知識、方法、思維、情感、價值觀交融發展的過程等。

可見，化學實驗在發展學生科學本質觀、科學實踐觀和科學價值觀方面均有不可替代的功能，具有發展學生化學學科核心素養的功能[7]。因此，開展學科核心素養視域下的化學實驗教學研究是積極踐行“素養為本”教學理念、切實轉變教學行為的突破口。

2.2.2? 學科核心素養視域下的化學實驗教學設計、教學策略研究覆蓋廣

當前學科核心素養視域下的化學實驗教學研究主要集中在通過化學實驗設計、采用課堂教學策略和活動策略發展學科核心素養等方面，也還有部分文獻涉及了實驗教學評價問題等。具體而言，在教學設計和教學策略制定方面研究力度較大、成果豐富，具有較好的研究共識，研究尤其關注素養為本的實驗教學目標、內容情境化、教學結構化、實驗探究性等，有的還聚焦實驗教學中如何開展某項核心素養（如“證據推理與模型認知”或“變化觀念與平衡思想”等）培養的問題，但深入研究實驗教學評價與學生學習方式轉變的研究內容較少、對實驗教學中落實“教、學、評”一體化缺乏系統深入思考等。

何逸萍（2018）[8]研究認為，化學學科核心素養視野下的實驗教學設計具有以下特征： 素養為本的實驗教學目標;情境化和結構化的實驗教學內容;注重探究的實驗教學過程;注重觀察和推理的實驗教學策略;目標一致的多樣化實驗學習評價等。種飛飛（2019）[9]提出基于化學學科核心素養的實驗教學設計思路分為5個部分： 分析主題內容明確其能體現的化學學科核心素養;圍繞核心知識合理編排教學內容;結合主題選擇具有生長點的真實情景素材;設置探究活動（提出問題，形成假設，制定方案，收集證據，得出結論）培養科學探究與創新意識;運用科學方法掌握知識與提高能力并重。路麗陽（2019）[10]認為實驗教學要注重挖掘實驗的應用價值，以問題為導向，精心設計實驗教學過程，總結提出“看聽講想做”促進核心素養發展的化學實驗模式以培養學生思考問題、分析問題、解決問題的能力。

胡勝男（2019）[11]指出，高中化學實驗教學目標從三維目標走向核心素養，應結合核心素養、課程內容和學生實際選擇合適的教學方法，設計獨特的教學策略，還提出了基于核心素養的整體化、情景化、活動化、自主化、意義化的高中化學教學策略。楊紅（2018）[12]提出基于核心素養培養的化學實驗教學的有效策略是： 要在實驗教學中建構化學學科觀念、培養化學學科思維;要在實驗教學中堅持直觀性、過程性、深度性原則;要在實驗教學中勇于跨界，注重學科融合。扈玉歌（2019）[13]聚焦化學實驗教學“證據推理與模型認知”核心素養發展，提出整合化學實驗教學資源增強學生證據推理能力;通過實驗教學體系化引導學生構建認知模型的核心素養培養策略，通過教學案例研究指出，要幫助學生樹立模型意識，指導學生用合適的方式表達模型，建構具體的認知模型，引導學生建立科學探究的思維模型等。劉斌（2019）[14]提出在化學實驗教學中設置觀察點、設置問題串、讓危險實驗更安全等實驗教學策略發展學生核心素養。

阮雪丹（2018）[15]認為，化學學科核心素養教學強調學生在化學實驗探索過程中獲取直接經驗，定量化的化學實驗教學分析和評價能夠更加清晰直觀地認識優質化學實驗課堂的本質，采用質性化與定量化分析方法相結合，總結發現專家型教師體現出的實驗行為所占比重突出;實驗教學行為組合多樣化;教師語言富有啟發性和引導性，創設優質化學實驗課應提高學生實驗行為比重。

2.2.3? 突出了化學實驗教學重點發展“科學探究與創新意識”核心素養的研究

“科學探究與創新意識”是五項化學學科核心素養的核心，其他核心素養均為它的發展提供不同層面的支持。

張晶（2018）[16]從不同實驗類型的功能角度，開展“科學探究與創新意識”視角下化學遞進式實驗教學研究，提出實驗方式（基礎性實驗、探究性實驗、研究性實驗）層層遞進、學生能力培養層層遞進、實驗難度層層遞進、教師要求層層遞進，進階培養學生的動手能力和團隊協作能力、探究能力和探究性思維、創新能力和創新性思維等。

圖1? 化學遞進式實驗教學

甕秀秀（2018）[17]分析了國內外近10年關于“科學探究與創新意識”研究的相關文獻后提出： 實驗教學中，學生“科學探究與創新意識”不足的原因是缺少必要的教學策略，提出應從科學探究與創新意識的八個核心要素（提出問題、猜想與假設等）的角度構建核心素養發展的教學策略，如猜想與假設的教學策略包括類比法提出假設、歸納法提出假設、利用實驗過程中的異?，F象提出假設等。

還有學者從特定的實驗類別、學科能力和實驗思維的角度，探討發展核心素養。如，王磊（2018）提出化學實驗探究學科能力由化學核心活動經驗（活動程序、關鍵策略、認識方式）、實驗探究活動類型（應用類、探究類）和學科能力活動及其表現（學習理解、應用實踐、遷移創新）構成[18]。吳俊明（2013）[19]在研究化學實驗系統的主要思路時指出： 要以學生經驗基礎和有關心理為基礎，重視科學素養培養，強化基本原理、基本能力的教學，注重有思考和創新空間，促進學生發展創新能力等。宋心琦（2013）[20]基于中學化學實驗教學重要性和教育功能的認識，提出了化學實驗三體系，其本質是從發展“特定實驗探究能力”的視角，將化學實驗歸納為物質體系、儀器裝置和必要安全措施、合理的實驗步驟和規范操作三個方面，以此發展學生化學實驗的特定思維，培養科學精神和科學作風。孫丹兒（2007）[21]也認為化學實驗思維是實驗問題得以解決的核心思維，是化學實驗能力的核心內容，并歸納構建了化學實驗思維的七個要素。

整體而言，學者們普遍認為化學實驗教學在重點發展“科學探究與創新意識”核心素養的基礎上，對其他學科核心素養發展也同樣具有認識論、方法論和教學論意義;對科學探究過程八個核心要素的內涵及其發展策略研究深入，尤其關注到實驗思維能力對發展學生實驗能力的重要作用;也有學者創新性地從核心活動經驗、學科能力活動及表現、實驗探究活動類型等角度系統提出了提升實驗探究能力、發展核心素養的策略等。

2.2.4? 關注了不同類型化學實驗對發展學生核心素養的獨特貢獻

有學者對演示實驗、探究性實驗、虛擬實驗等不同類型實驗如何發展學生核心素養也開展了研究。

楊蕾（2017）[22]提出究利用高中化學虛擬實驗培養學生的“科學探究與創新意識”，并對虛擬實驗進行了分類： 減少操作失誤、實驗現象劇烈具有危險性、實驗藥品具有危險性、宏觀觀察不到的現象。于省委（2018）[23]基于核心素養視域下的高中化學演示實驗的實施案例分析指出，應加強對演示實驗的重視，設計適合高中生的化學演示實驗，發揮演示實驗示范功能、激趣功能、學習化學方法思維功能等，同時針對五項核心素養的發展設計了不同的演示實驗案例，如適合發展“科學態度與社會責任”核心素養的演示實驗有氯氣的制備和性質實驗、氯水的漂白作用、濃硫酸與銅的反應、乙烯的制取實驗等。

綜合分析檢索文獻的相關研究，發現以下不足和欠缺： 如化學實驗教學發展五項學科核心素養通過零散教學案例闡述的較多;發展核心素養的一般原則和策略趨同性多，具體細致體現化學學科本質的少;對“科學探究與創新意識”核心素養研究較多，而對其他學科核心素養研究較少;對顯性化學關鍵能力研究較多，而對隱性的必備品格培育與正確價值觀形成的策略研究少;對科學探究能力研究較多而對科學思維能力研究少等。

3? 研究的啟示與反思

3.1? 現有研究成果

基于文獻研究的總體情況而言，學科核心素養視域下的化學實驗教學已經受到化學教師、化學教育研究人員的重視。目前研究范圍涉及化學實驗教學對培養核心素養的重要作用、學科核心素養視域下的化學實驗教學設計、教學策略與教學評價、化學實驗教學與“科學探究與創新意識”核心素養，以及不同類型化學實驗對發展學生核心素養的獨特貢獻等。這對在化學實驗教學中進一步發展學生學科核心素養，培育正確價值觀念、形成必備品格和關鍵能力有重要的理論貢獻和實踐價值。

3.2? 現有研究不足

現有文獻研究主要是集中在化學實驗教學設計、教學策略，較少涉及實驗教學評價與核心素養發展的研究;主要是集中在學科核心素養的宏觀整體發展的角度，圍繞學科核心素養發展的關鍵能力、關鍵環節、關鍵表現、關鍵問題的中觀、微觀研究有所欠缺;主要集中在教學方式轉變上，圍繞核心素養視域下實驗探究活動中的建構學習、探究學習和問題解決學習的研究不足;主要是集中以發展學科核心素養為目標的實驗教學案例研究，對課程標準文本中關于實驗教學的研究還不深入等。

3.3? 繼續研究的思考

根據文獻研究現狀，筆者就全面深入開展學科核心素養視域下的中學化學實驗教學提出如下啟示和思考。

3.3.1? 深入開展“素養為本”的實驗教學評價研究，實現“教、學、評”一體化

化學實驗教學評價要堅持全員評價、全程評價、全面評價、全局評價的基本原則，科學制定實驗評價目標。堅持“教、學、評”一體化的評價策略就是要使實驗教學、學習和評價圍繞共同的目標開展，核心素養視域下的實驗教學以目標為導向設計評價任務和實驗活動，依據課程標準內容要求確定“該學”什么;依據化學學科素養水平和教材知識結構確定“能教”什么;依據學生實際情況確定“能學”什么，實驗目標的制定要具體化、細化，有利于在教學實踐中操作和評價[24]。

3.3.2? 進一步厘清學科核心素養視域下化學實驗教學中關鍵能力的內涵

基于課程標準開展科學探究能力、問題解決能力和科學思維能力等關鍵能力研究。尤其是問題解決能力作為高階思維能力的重要組成部分和學科核心素養發展的關鍵能力，課程標準提出了明確要求，但目前這方面的文獻研究還很不足，需要后續重點開展深入研究。