新舊教科書化學實驗變化分析

季春陽 王玉晶

摘要：?為把握人教版普通高中課程標準教科書（2019）實驗設(shè)置的變化，從豐富實驗呈現(xiàn)方式、移動實驗章節(jié)位置、改變實驗內(nèi)容選擇、重建實驗探究思路、細酌操作現(xiàn)象表述和搭配欄目深化思考6個方面分析了“元素化合物”部分的實驗。分析發(fā)現(xiàn)人教版普通高中課程標準教科書（2019）順應(yīng)《普通高中化學課程標準（2017年版）》對實驗探究的要求變化，以科學探究思路為主設(shè)計實驗并用多種形式呈現(xiàn)，兼顧學生認知發(fā)展順序，適當創(chuàng)設(shè)真實情境，規(guī)范化學實驗用語，引導學生深入思考，綜合發(fā)展學生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：?化學實驗;?教科書;?元素化合物;?化學課程標準

文章編號：?10056629（2021）07001805

中圖分類號：?G633.8

文獻標識碼：?B

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（簡稱“新課標”）在“教材編寫建議”中明確指出要重視實驗探究與實踐活動[1]。人教版普通高中課程標準教科書（2019）（簡稱“新教科書”）順應(yīng)新課標的要求變化在實驗設(shè)置上做出許多改變。教師需準確地掌握變化，才能更好地實施實驗教學，引導學生掌握事實知識，提高學生實踐能力，建構(gòu)科學探究思維路徑，發(fā)展學生核心素養(yǎng)。筆者以人教版“元素化合物”實驗為例，從豐富實驗呈現(xiàn)形式、移動實驗章節(jié)位置、改變實驗內(nèi)容選擇、重建實驗探究思路、細酌操作現(xiàn)象表述和搭配欄目深化思考6個方面分析新、舊人教版普通高中課程標準教科書中的實驗變化情況，以期為教師適應(yīng)教科書實驗變化，開展教學和研究提供參考。

1?豐富實驗呈現(xiàn)形式

對比新舊兩版教科書中與“元素化合物”實驗有關(guān)的正文和欄目可以發(fā)現(xiàn)，新教科書將實驗的呈現(xiàn)形式和所處位置適當調(diào)整，擴展為“實驗××”“探究”“思考與討論”“研究與實踐”“實驗活動”和“科學·技術(shù)·社會”6種形式，詳見表1。

由表1可知，“實驗××”設(shè)置在正文，保持了其在舊教科書中的地位與作用。該種形式的實驗屬于旨在反映物質(zhì)基本性質(zhì)、承載元素化合物基礎(chǔ)知識且操作簡單的基礎(chǔ)性實驗。此外新教科書沿用舊教科書中“思考與交流”欄目的設(shè)置理念并改名為“思考與討論”，內(nèi)容多為結(jié)合實驗內(nèi)容提出問題，引發(fā)學生思考，并針對改進實驗方案、分析實驗裝置、選擇實驗試劑等方面設(shè)置問題組織學生討論，發(fā)展學生“科學探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。

新教科書中“探究”欄目與舊教科書中“科學探究”欄目一脈相承，同樣倡導由學生自主討論得出實驗結(jié)論的探究式學習方式，并在此之上適當改善，強調(diào)了“預(yù)測”這一環(huán)節(jié)在科學探究中的重要性，傾向于外顯“先預(yù)測、后實驗、讀信息、得結(jié)論”的實驗思路，還原科學探究路徑，發(fā)展學生“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)。

此外為突顯生活中的化學，新舊教科書分別在章節(jié)末尾結(jié)合各章節(jié)內(nèi)容設(shè)置了“研究與實踐”和“實踐活動”，帶領(lǐng)學生利用化學知識，通過實驗手段去研究生活中的物質(zhì)，引導學生從化學角度認識生活中的現(xiàn)象。尤其是新教科書更表現(xiàn)出了“研究”在化學實踐中的重要性，結(jié)合章節(jié)內(nèi)容設(shè)計探究專題進行研究并實踐，實踐目的、任務(wù)各個環(huán)節(jié)清晰明了，更具指導性，更利于發(fā)展學生“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)。

新教科書還在章末將學生必做實驗設(shè)計為“實驗活動”。“實驗活動”的實驗內(nèi)容大多在該章的“實驗××”或其他欄目中出現(xiàn)過，在此處以更結(jié)構(gòu)化的形式重現(xiàn)，帶領(lǐng)學生明晰實驗?zāi)康模x擇實驗用品，理清實驗步驟，展開問題討論，總結(jié)實驗結(jié)論。類似于如此規(guī)范化的“實驗活動”設(shè)置在舊教科書中不曾出現(xiàn)，“實驗活動”的設(shè)置為學生確定了實驗活動基本框架，突出了該章的實驗學習重點，更鍛煉了學生的實驗?zāi)芰ΑＡ硗庑陆炭茣凇翱茖W·技術(shù)·社會”欄目也涉及了實驗發(fā)展的相關(guān)信息，例如在“驗證次氯酸光照分解產(chǎn)物的數(shù)字化實驗”這一主題中，便簡單介紹了數(shù)字化實驗的含義以及將驗證次氯酸光照分解產(chǎn)物設(shè)計為數(shù)字化實驗的實驗步驟，激發(fā)學生求知欲望，展示技術(shù)發(fā)展對科學研究的深刻影響。

2?移動實驗章節(jié)位置

為遵循新課標的內(nèi)容要求、適應(yīng)新教科書結(jié)構(gòu)體系，新教科書移動了部分實驗所在的章節(jié)位置，以更好地順應(yīng)學生認知發(fā)展水平，幫助學生理解知識內(nèi)容。據(jù)筆者分析統(tǒng)計，“元素化合物”部分中共有4個實驗的章節(jié)位置發(fā)生移動，詳見表2。

新教科書在“元素化合物”部分適當削弱了鋁的知識點占比，減輕學生負擔，并遵循新課標中必修課程主題3的內(nèi)容要求，將“氫氧化鋁的制備”和“氫氧化鋁分別與鹽酸、氫氧化鈉的反應(yīng)”移動到“元素周期律”部分，探索第三周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。如此將“鋁及其化合物”知識分為2個階段學習，可起到分散難點的作用，減小學生學習“金屬材料”的負擔，另外將“元素化合物”事實性知識與“元素周期律”理論性知識聯(lián)系起來，有利于幫助學生形成知識網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)“位構(gòu)性”間的內(nèi)在聯(lián)系，減少并列學習。此外新教科書還將“硫及其化合物”部分的2個實驗——“硫酸根離子的檢驗”和“用化學沉淀法去除粗鹽中的雜質(zhì)離子”移到“硫及其化合物”中，將硫及其化合物知識體系完整地建構(gòu)起來。而且在新教科書的結(jié)構(gòu)體系中，學生已經(jīng)有了離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)的理論基礎(chǔ)，對于檢驗中為何選擇氯化鋇而非其他鋇鹽，為何需要酸化以及為何選擇稀鹽酸酸化而非其他酸（氧化性酸）等問題都會更容易理解，能夠從本質(zhì)上發(fā)現(xiàn)去除溶液中可溶性雜質(zhì)的一般方法和規(guī)則。

3?改變實驗內(nèi)容選擇

新課標要求教科書要進一步精選學科內(nèi)容，促進學科核心素養(yǎng)的落實[2]，這使得新教科書所選擇的作為承載元素及其化合物性質(zhì)知識內(nèi)容的探究實驗活動也發(fā)生了改變，變化情況詳見表3。

根據(jù)新課標降低了鋁、銅、硅及其化合物學習要求的變化，新教科書將鋁、硅2種元素作為學生建立、運用概念原理的感性認識素材來處理，對于硅酸的制備及硅酸鈉的性質(zhì)不作過多要求，據(jù)此新教科書刪掉了“制備硅酸”和“硅酸鈉的防火性能”2個實驗。新教科書基于上述新課標變化又考慮到實驗安全等問題，刪掉了“加熱鋁箔”和“鋁熱反應(yīng)”2個實驗。

此外新教科書根據(jù)新課標規(guī)定的學生必做實驗和教學需要適當添加了部分實驗。如鐵及其化合物增設(shè)了“利用覆銅板制作圖案”的探究實驗和“檢驗食品中的鐵元素”的實踐活動，引導學生感受科學與工業(yè)和生活的相互作用。其中“利用覆銅板制作圖案”探究實驗是以制作印刷電路板為背景引入探究課題，吸引學生興趣的同時還體現(xiàn)鐵及其化合物對電子產(chǎn)品發(fā)展的重要意義;接著介紹操作步驟及反應(yīng)原理，幫助學生從氧化還原反應(yīng)角度理解反應(yīng)過程及實質(zhì);再引導學生利用其原理在覆銅板上制作任意圖案，鍛煉學生動手實踐技能，凸顯學生個性和創(chuàng)造力;最后結(jié)合以上實驗過程進行小組討論，嘗試分析上述過程中所發(fā)生的變化及如何處理使用后的“腐蝕液”，促進學生思考反思，引導學生利用氧化還原反應(yīng)原理實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)，培養(yǎng)“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)。

鐵和硫分別作為典型的變價金屬元素和變價非金屬元素，二者及其重要化合物的學習對學生舉一反三推理其他變價元素的化學性質(zhì)具有重要意義。新教科書將“鐵及其化合物的性質(zhì)”和“不同價態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”2個實驗按照相同的設(shè)計思路呈現(xiàn)出來，前后思路統(tǒng)一利于學生發(fā)現(xiàn)探究變價元素化合物性質(zhì)及反應(yīng)的一般思路和方法。筆者以“不同價態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”為例進行分析。該實驗首先帶領(lǐng)學生明確實驗?zāi)康模瑢W生知道實驗?zāi)康暮退伎冀嵌群髸嗅槍π缘靥讲閷嶒炈悸罚诶斫夂头治鰧嶒炦^程及實驗原理。其次學生根據(jù)教科書所描述的實驗步驟理清實驗流程，鞏固硫及其化合物的性質(zhì)，加深對低價態(tài)含硫物質(zhì)與氧化性不同氧化劑作用產(chǎn)物不同、高價態(tài)含硫物質(zhì)氧化性強、檢驗二氧化硫特征實驗（漂白性）、單質(zhì)硫與變價金屬作用生成低價態(tài)金屬硫化物等知識的認識，通過探究不同價態(tài)含硫物質(zhì)在氧化還原反應(yīng)中充當角色不同、發(fā)揮作用不同的過程感受反應(yīng)條件對化學實驗的重要影響。最后提出問題引發(fā)學生反思，通過總結(jié)該實驗過程中硫元素價態(tài)變化情況幫助學生充分認識到一般情況下變價非金屬元素相鄰價態(tài)間相互轉(zhuǎn)化的變化規(guī)則，發(fā)展學生“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng);通過分析鐵粉與硫粉在空氣中燃燒還可能發(fā)生的其他反應(yīng)認識到化學反應(yīng)的復(fù)雜性，還可以借此提問引導學生比較硫單質(zhì)與氧氣的氧化性強弱，進一步鞏固氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識，培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng);通過反思實驗過程中遇到的問題，可引導學生從環(huán)境保護或節(jié)約試劑等角度進行分析討論，培養(yǎng)學生“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)。

新教科書為了凸顯硝酸的特殊性質(zhì)設(shè)置了硝酸與銅反應(yīng)的實驗，學生根據(jù)學習過的一氧化氮和二氧化氮相關(guān)知識，能夠認識到稀硝酸與濃硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)所得還原產(chǎn)物的差異，進而從元素價態(tài)變化角度區(qū)分濃稀硝酸，幫助學生從氧化還原反應(yīng)角度理解反應(yīng)機理，且學生可通過觀察生成氣體顏色的變化認識到濃硝酸與銅反應(yīng)過程中，硝酸濃度不斷下降變成稀硝酸，培養(yǎng)學生“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)。

4?重建實驗探究思路

新教科書除了在每章中結(jié)合章節(jié)內(nèi)容增設(shè)實驗活動培養(yǎng)學生探究意識外，還對舊教科書中部分原有實驗做出重大改變，重新設(shè)計實驗探究思路。其中在“元素化合物”部分以“鈉與水的反應(yīng)”和“堿金屬化學性質(zhì)的比較”2個實驗為典型。

新教科書“鈉與水的反應(yīng)”改變了舊教科書過分注重描述反應(yīng)現(xiàn)象的情況，將重點放在認識陌生化學反應(yīng)的探究思路上。新教科書將“鈉與水的反應(yīng)”分為“預(yù)測—實驗—結(jié)論”3個環(huán)節(jié)，幫助學生建立分析陌生化學反應(yīng)的思維模型：?在“預(yù)測”環(huán)節(jié)引導學生依據(jù)物質(zhì)組成及氧化還原反應(yīng)2個角度做出有依據(jù)的預(yù)測，培養(yǎng)學生基于理論知識的證據(jù)推理反應(yīng)現(xiàn)象及反應(yīng)產(chǎn)物的意識;在“實驗”環(huán)節(jié)引導學生完成實驗操作并觀察和記錄實驗現(xiàn)象，鍛煉學生觀察物質(zhì)及其變化的能力;在“結(jié)論”環(huán)節(jié)引導學生依據(jù)實驗現(xiàn)象，判斷生成物，得出相應(yīng)結(jié)論，并與自己的預(yù)測相對比，引導學生進行反思或提出新的實驗設(shè)想。一方面引導學生形成基于元素認識化學反應(yīng)和物質(zhì)性質(zhì)的思路，提高學生遷移應(yīng)用的能力，培養(yǎng)學生“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng);另一方面改變了以往探究中學生動手多但思考少的狀況，強調(diào)高階思維過程，促進學生探究能力的發(fā)展，培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。

新教科書將“堿金屬化學性質(zhì)的比較”明確地分為“問題和預(yù)測實驗和觀察分析和結(jié)論”3個環(huán)節(jié)，突出科學探究的一般過程，幫助學生建立對比物質(zhì)化學性質(zhì)的思維模型。新教科書首先帶領(lǐng)學生從結(jié)合鈉的化學性質(zhì)以及鋰、鈉和鉀的原子結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，引導學生預(yù)測鋰和鉀可能具有哪些與鈉相似的化學性質(zhì)，幫助學生養(yǎng)成依據(jù)已有知識做出合理預(yù)測的科學探究習慣;接下來由教師演示實驗，引導學生觀察鉀在空氣中燃燒、鉀與水反應(yīng)的實驗現(xiàn)象并與鈉相關(guān)實驗現(xiàn)象對比，鍛煉學生觀察能力的同時還提高學生辨別實驗現(xiàn)象差異的能力;最后由學生討論并總結(jié)鈉和鉀化學性質(zhì)的相似，分析與實驗前預(yù)測是否一致，呈現(xiàn)完整的科學探究路徑，然后再引導學生預(yù)測鋰與水反應(yīng)的難易程度，起到重復(fù)強調(diào)的作用，更凸顯出依據(jù)理論知識預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)的重要性。

5?細酌操作現(xiàn)象表述

規(guī)范準確的實驗操作及現(xiàn)象描述能夠端正學生科學作風。對比新舊教科書發(fā)現(xiàn)在實驗操作和實驗現(xiàn)象描述方面存在著幾點細微差異，筆者以“鈉及其化合物”部分的實驗為例進行說明。

（1）?新教科書的實驗操作描述更詳細。細化實驗操作描述利于學生順利完成實驗。例如“鈉的燃燒”實驗中，舊教科書的實驗操作描述為“把這一小塊金屬鈉放在坩堝里，加熱，有什么現(xiàn)象？”[3]，新教科書實驗操作描述為“將一個干燥的坩堝加熱，同時切取一塊綠豆大的鈉，迅速投到熱坩堝中，繼續(xù)加熱坩堝片刻，待鈉熔化后立即撤掉酒精燈觀察現(xiàn)象”[4]。相比較而言新教科書的實驗操作描述更加詳細具體，“綠豆大的”“迅速”“立即撤掉酒精燈”等詞句具有一定指導性，有助于學生順利完成實驗，且強調(diào)實驗安全。

（2）?新教科書實驗的提問方式更有效。例如“鈉與水的反應(yīng)”中，舊教科書用提示標識提醒學生注意鈉與溶液的變化、有沒有氣體產(chǎn)生反應(yīng)、是否放出熱量，要求盡可能多地列出所觀察到的實驗現(xiàn)象。“有沒有”和“是否”等提問方式明顯，學生的回答存在猜的成分，沒能充分發(fā)揮提問的功能。“盡可能多地”一詞會導致學生觀察范圍過廣，進而導致觀察效果差。新教科書將其改為從鈉在水中的位置、鈉的形狀的變化、溶液顏色的變化等方面觀察和描述實驗現(xiàn)象。這樣既能夠指導學生進行觀察，又能夠幫助學生學會觀察方法，既能突出觀察重點，又不遺漏其他的觀察對象，利于學生更好地展開觀察活動并分析實驗現(xiàn)象，進而得到實驗結(jié)論。

（3）?新教科書對實驗現(xiàn)象的認識由感官認識過渡到數(shù)理認識。例如“過氧化鈉與水的反應(yīng)”中舊教科書寫道“向反應(yīng)后的溶液中滴入酚酞溶液，有什么現(xiàn)象發(fā)生？”[5]，有研究表明變紅的酚酞溶液褪色受中間產(chǎn)物過氧化氫以及生成的過濃的氫氧化鈉影響，因此實驗現(xiàn)象可能會不明顯或不持久[6]，影響學生判斷，新教科書規(guī)避這個問題將其改為“用pH試紙檢驗溶液的酸堿性”[7]，學生可直接通過pH試紙顏色的變化判斷溶液酸堿性及強弱程度;此外“碳酸鈉與碳酸氫鈉性質(zhì)對比”實驗中新教科書將舊教科書的“手摸感覺溫度”改為“將溫度計分別插入其中，溫度計的示數(shù)有何變化”[8]，學生可根據(jù)溫度計示數(shù)直接比較二者溫度變化情況。諸如此類變化均是將感官認識過渡為數(shù)理認識，現(xiàn)象判斷更科學，所得結(jié)論更加客觀，凸顯自然學科特點。

（4）?詞語使用更加科學。例如舊教科書在描述焰色試驗時寫道“很多金屬或它們的化合物灼燒時都會使火焰呈現(xiàn)特殊的顏色”[9]，新教科書將“呈現(xiàn)特殊的顏色”改為“呈現(xiàn)出特征顏色”。查看《現(xiàn)代漢語詞典（第七版）》可知“特殊”意為“不同于同類的事物或平常的情況的”，“特征”意為“可作為人或事物特點的征象或標志等”[10]，說明“特征”更能體現(xiàn)出某一金屬元素與某一焰色的對應(yīng)關(guān)系，更能突出可利用焰色作為判斷化合物所含金屬元素的依據(jù)，更加科學嚴謹。

（5）?實驗插圖的圖題發(fā)生變化。新教科書將部分實驗的插圖圖題做了適當改動，不再體現(xiàn)實驗現(xiàn)象。例如“鈉與水的反應(yīng)”實驗中新教科書將舊教科書中插圖的小標題（把鈉放入水以前、鈉浮在水面迅速反應(yīng)、鈉熔為小球并在水面快速移動）刪掉;“過氧化鈉與水反應(yīng)”實驗中舊教科書插圖圖題為“過氧化鈉與水反應(yīng)放出的氧氣使帶火星的木條復(fù)燃”，新教科書插圖圖題為“過氧化鈉與水反應(yīng)”。可見使用新教科書時學生需要自己親自觀察實驗現(xiàn)象，而不是通過教科書給出的圖題直接得到實驗現(xiàn)象，進而得出實驗結(jié)論。

6?搭配欄目深化思考

新教科書的部分實驗會搭配“思考與討論”欄目，結(jié)合實驗內(nèi)容進一步提出問題引發(fā)學生思考，充分發(fā)揮實驗的教育作用，引導學生開闊思路，深化認識，幫助學生學會提問，培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。通過內(nèi)容分析發(fā)現(xiàn)“元素化合物”部分共有3個實驗與“思考與討論”欄目搭配，分別是“氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的生成”“二氧化氮溶于水的實驗”和“濃硫酸與銅反應(yīng)”。其中“氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的生成”和“二氧化氮溶于水的實驗”的“思考與討論”欄目功能類似，均是結(jié)合實驗內(nèi)容引導學生設(shè)計實驗方案。例如“氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的生成”的“思考與討論”欄目在學生完成實驗，認識到氫氧化亞鐵易被氧化之后提出問題：“白色的氫氧化亞鐵會被溶解在溶液中的氧氣氧化。那么在實驗室里，如何得到氫氧化亞鐵呢”[11]。該問題的提出可以幫助學生對知識的掌握由理解水平提升至應(yīng)用水平，鼓勵學生基于實驗?zāi)康陌l(fā)散思維設(shè)計實驗方案，完成實驗操作。學生在設(shè)計實驗方案的過程中不僅要考慮隔絕空氣中的氧，還要根據(jù)欄目中“白色的氫氧化亞鐵會被溶解在溶液中的氧氣氧化”的提示，想辦法去除溶液中的溶解氧。這類欄目的設(shè)置有利于學生在設(shè)計實驗方案的過程中體會實驗探究的樂趣，還可以引導學生相互之間交流設(shè)計想法，在與同學交流過程中發(fā)現(xiàn)不足或長處，并不斷完善實驗方案，逐步形成獨立思考、勇于創(chuàng)新、合作學習的精神，培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。

另外新教科書在培養(yǎng)學生實驗安全意識方面也做出許多改善。一方面與實驗教學內(nèi)容緊密結(jié)合，在存在安全隱患的實驗旁邊添加“注意”資料卡，標明該實驗中所用試劑具有腐蝕性或有毒，抑或是實驗過程中易引起燒傷灼傷，且在句尾使用嘆號起強調(diào)作用，充分提醒學生注意實驗安全;另一方面提示學生注意無害化處理和保護自身安全，并介紹應(yīng)對實驗安全問題的具體措施，減輕學生的畏懼心理，體現(xiàn)了新教科書“以人為本”和“綠色化學”的人文精神，培養(yǎng)學生“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)。

綜上，新教科書實驗設(shè)置整體上較舊教科書有所提升，因此教師應(yīng)從多角度分析新教科書實驗設(shè)置的變化，挖掘變化后的實驗所蘊含的教育信息，充分發(fā)揮新教科書實驗的教育功能，全面培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)。

參考文獻：

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