中學化學教材學生實驗的發展研究

人民教育出版社課程教材研究所(100081) 郭 震

化學實驗對于學生理解化學原理、掌握物質性質，并將化學理論應用于實踐具有重要意義，是化學研究和化學教育的基礎，也是學習化學的主要途徑。我國化學教育自清末誕生以來，實驗始終是化學教材和化學教學的重要組成部分，其獨特的功能和地位是教材中其他內容無法代替的。按照實驗主體的不同，習慣上將化學教材中的實驗分為教師演示實驗和學生實驗。目前，有關化學實驗的研究主要集中在實驗方法改進和實驗教學探索上，對其發展變遷關注較少。已有研究多以教材正文中的演示實驗為主要對象，對學生實驗的發展研究主要集中于當代教材，尤其是課程改革新教材中的學生實驗，缺乏對近現代教材相關內容的整理。本文對我國清末至今化學教材中學生實驗活動的發展過程和變遷規律進行初步梳理和分析，以期為化學實驗教學提供參考。

1 不同時期化學教材中學生實驗的發展概述

1.1 清末民國時期化學教材中的學生實驗

我國化學教材自清末時便編入了化學實驗，但清末和民國初年的化學教材未將學生實驗或演示實驗作為欄目單獨列出，對實驗的相關敘述較為簡略，一般只描述實驗過程和現象，很少涉及實驗用品和操作注意事項。其主要作用是配合教師的演示向學生呈現化學事實，學生難以據此進行獨立的實驗操作。這一時期我國出版了一些與化學教材配套的“化學實驗教科書”和“化學實驗教程”，如《初等實驗化學教科書》(飯岡桂太郎 著，華申祺 譯，上海文明書局，1907年)、《化學講義實驗書》(龜高德平 著，虞銘新 譯，上海普及書局，1909年)等，主要譯自日本。其內容是對中學化學教材中各處實驗的具體操作進行詳細說明，收錄實驗的數量繁多，如《化學講義實驗書》收錄了100多個實驗(如圖1所示)。其中的化學實驗可被視作現代意義的學生實驗活動的雛形，同時也兼作教師的實驗準備參考資料。

圖1 《化學講義實驗書》的封面、部分目錄和化學實驗

清末和民國初年，我國的化學課程文件沒有對學生親自動手實施的化學實驗(即“學生實驗”，或稱“實驗室實驗”)進行明確要求。1923年，北洋政府教育部頒布的《新學制課程綱要 高級中學第二組必修的化學課程綱要》第一次明確規定了中學化學課程的“實驗綱要”，列出20項實驗要求，同時注明“但示其范圍大概，各條中有非一二次所能作完者，其實際課程可臨時酌定”。此后，我國的化學課程文件開始列出具體的學生實驗內容。例如，1932年的《高級中學化學課程標準》列出“加熱裝置與玻管使用法”“過濾與蒸餾”“硫酸”“炭化輕[即碳化氫(烴)，筆者注]”等28項實驗內容，1936年的《初級中學化學課程標準》列出“燈之用法及試管中加熱法”“氧之制法及性質”“酸堿之性質”“食物之成分”等15項實驗，明確了學生實驗的內容。

為適應課程標準的要求，民國時期的出版機構延續清末化學教材的做法，未在化學教材內增加“學生實驗”欄目或相關內容，而是繼續單獨出版與教材配套的化學實驗教程，如商務印書館出版與其“復興教科書”配套的《復興初級中學教科書化學實驗》(1936年)、《復興高級中學教科書化學實驗》(1948年)，正中書局出版與“新中國教科書”配套的《新中國教科書初級中學化學實驗教程》(1947年)，等等。這些實驗教程以學生為服務對象，以課程標準中“實驗教材”規定的學生實驗為核心內容。一般在第一個實驗中詳細介紹化學實驗的基本操作，為后續學生親自操作奠定基礎；對實驗目的、實驗儀器和藥品、實驗操作和注意事項進行了詳盡的描述，并在每個實驗后附“問題”，啟發學生進一步了解實驗內容和原理，深化對相關知識的理解。以上兩種實驗教程均被設計為活頁形式，便于學生送交教師批閱，需要學生觀察記錄的實驗結果則被設計為對應的填空(如圖2、圖3所示)。

民國時期的化學課程標準雖幾經修訂，但其中有關學生實驗的內容變化不大。同時由于其間爆發了抗日戰爭和內戰，局勢動蕩，出版機構自身也受到很大影響。各版本化學教材多沿用20世紀30年代初的內容，配套實驗教程中學生實驗的數量和內容基本保持穩定。學生實驗與化學教材中的教學內容匹配度較高，初中主要為氧氣、氫氣、二氧化碳和酸堿鹽等基本物質的制備與性質實驗，加熱、玻璃加工、過濾等基本實驗操作，以及食物成分、纖維鑒別等生活化內容；高中則以各類元素化合物的性質實驗為主，其中包含了部分過渡元素和長周期元素的性質實驗，學生實驗的數量較多。

1.2 新中國時期化學教材中的學生實驗

新中國成立初期，教育領域全面學習蘇聯，通過制定教學大綱規范教材和教學，化學教材嚴格依照教學大綱進行編制，二者具有很高的一致性。1954年的《中學化學教學大綱(草案)》指出：“大綱中所規定的教師演示和學生實驗都是完成大綱所規定的教學任務的重要組成部分，教師應切實遵照規定進行講授，作好演示，并指導學生進行實驗”，課程文件還同時列出了與各部分知識同步對應的學生實驗的內容。此后至今，除21世紀初新課程改革時期的十余年外，我國初、高中化學課程文件均明確區分教師演示實驗和學生實驗，并對其內容進行具體規定。

這一時期的化學教材嚴格依照教學大綱的要求，一般在全書最后集中編入“學生實驗”(或稱“實驗室實驗”)。這一時期教材中的學生實驗，與各章涉及的基本實驗操作和重點物質性質的教學相匹配，明確給出實驗目的、實驗用品和實驗步驟。人民教育出版社在1955年出版的初中化學教材，開始在學生實驗的起始部分介紹實驗安全注意事項，1982年版初中教材的學生實驗中首次出現了“問題和討論”，讓學生就實驗活動中遇到的問題進行討論和交流，使其在動手操作、鞏固知識的基礎上進一步反思，提升學生實驗的思維深度和知識容量，促進了化學實驗教學的發展。這樣的學生實驗編寫形式多年來一直保持穩定，并被現行的初中化學教材(2012年版)和高中化學教材(2019年版)所繼承。本時期的特殊情況是2000年后各出版社出版的初、高中課程標準實驗教材。這一批教材根據當時課程標準的要求，突出科學探究，提倡學生在做中學，淡化演示實驗和學生實驗的區別，未單獨列出學生必做實驗。

1956年的《中學化學教學大綱(修訂草案)》規定“學生實驗又可以分兩種形式進行：一種是實驗作業，這是跟教師講解教材相結合的實驗；另一種是實習作業，這是在學過一個題目或部分教材以后，在教師指導下，由學生單獨或分組進行的實驗”，實習作業“包括一些實驗習題，也就是通過實驗來解決某些問題的作業”。此后的化學教材在學生實驗中一般均編入“實驗習題”，通常設置在幾個相關實驗之后，包含幾個獨立的問題，不給出實驗藥品和步驟提示，讓學生運用所學知識自行設計并實施實驗方案。這些實驗習題能夠使學生獲得使用和鑒別物質的技能，了解化學知識的應用，從而更充分地理解教材內容，提高分析和解決問題的能力。

2 化學教材中學生實驗的發展與變化

清末民國時期，20世紀20年代前的化學課程文件未對學生實驗進行具體要求，相關的配套實驗教材數量貧乏，且內容差異較大。故新中國成立前的學生實驗選取三四十年代使用最為廣泛的商務印書館“復興化學教科書”的配套實驗教材——《復興初級中學教科書化學實驗》和《復興高級中學教科書化學實驗》中的學生實驗作為代表，其余時期則選取人民教育出版社出版的全國通用初、高中化學教材作為各時期代表性化學教材，對其中的學生實驗活動進行梳理和分析。

2.1 化學教材中學生實驗的數量變化及原因分析

圖4和圖5統計了各時期初、高中化學教材中學生實驗的數量。可以看出，從20世紀30年代至今，學生實驗的數量在整體上呈現下降趨勢，個別時期的數量有所回升。民國時期初中的學生實驗為15個，高中為38個，都明顯多于新中國成立后化學教材中的學生實驗。主要原因是民國時期初中的課程標準和教材強調聯系生活，加入了一些如食物的成分、鑒別纖維、去污法等實用化、生活化的學生實驗；同時，高中化學教材的教學內容較為龐雜，元素化合物種類繁多，因此編入了銅、汞、銀、鉻、錳等過渡元素和鉛、錫等長周期元素及其化合物性質的學生實驗。

圖4 不同時期初中化學教材中學生實驗的數量

圖5 不同時期高中化學教材中學生實驗的數量

新中國成立后，教學內容強調學科知識的系統性，對以上民國化學教材中較為龐雜的內容進行了適當精簡。此后至今，初中教材中的學生實驗為8～13個，高中為18～30個。初中教材中學生實驗的增加，一次是50年代末至60年代初，“大躍進”背景下編寫的提高教學要求的教材，增加了硫酸銅重結晶、配制溶液、鐵及其化合物的制法和性質等實驗；另一次是70年代末，為縮小與先進國家的差距，初中化學教材增加教學內容，提高了教學要求，教材中出現了結晶水含量測定、溶解度曲線繪制等要求較高的定量實驗，以及因高中內容“下放”而引入的鹵素和堿金屬的性質實驗。相應學生實驗的數量增加到13個，是新中國成立后數量最多的時期。此后，在“減負”的大環境下，教學大綱和教材精簡內容，降低教學要求，學生實驗的數量有所減少。

與初中教材相比，高中化學教材的知識體系比較系統，教學內容相對穩定，其中學生實驗的數量變化相對較小。較明顯的一處變化發生在90年代，此時教材的必修第一冊增加了有關化學實驗基本操作的學生實驗，選修第三冊因設有“化學實驗方案的設計”“物質的檢驗”兩章而相應增加了學生實驗，總數達到新中國成立后最多的30個。另一處需要說明的是50年代和60年代的高中教材。我國50年代的高中化學教材學習蘇聯，學生實驗主要按元素類別進行分類，每個實驗中包含很多內容。如“實驗VIII硫的實驗”，包含硫的熔化、彈性硫的制取、硫和鐵的化合物的制取、對亞硫酸的認識、硫酸的性質等14個子項，實驗內容繁多。盡管此時的化學教材使用了曲管、玻璃片等較為簡便的微型實驗裝置，但由于實驗內容過多，而當時國內中學的實驗條件有限，學生實驗活動的實際開展情況仍受到一定影響。因此，60年代的化學教材在編寫時汲取了編譯蘇聯教材的經驗教訓，注意結合國情對學生實驗的內容進行精簡。例如，曾有14個子項的“氮的實驗”在精簡后被分為“氨的制法和性質”“銨鹽的制取和性質”“硝酸和硝酸鹽的性質”這3個獨立的學生實驗。學生實驗的數量雖然只是從27個減少到25個，但由于只保留必要的少數實驗，實驗主題更為明確，師生負擔得到明顯減輕。

學生選做實驗在改革開放前的化學教材中尚未出現。80年代的化學教材在減輕學生負擔、降低教學要求的過程中，將少量學生實驗改為選做實驗。90年代的教材大幅增加了選做實驗的數量，初中有8個，高中12個。在這些實驗中，一部分是要求較高的化學原理類定量實驗，如溶解度和阿伏伽德羅常數的測定；還有一些趣味性、實用性強的實驗，如“火龍寫字”、番茄電池、天然水的凈化、從海帶中提取碘的實驗，以及可根據課時和學校條件選用的、密切配合教學內容的實驗，如金屬的電化學腐蝕、乙炔的制取和性質、苯和甲苯的性質、合成有機高分子化合物的性質等學生實驗。

2.2 化學教材中學生實驗的內容類別變化及原因分析

以制備和性質實驗為主，如粗鹽的提純，氧氣、氫氣、二氧化碳的制取和性質，酸、堿的性質等。根據圖6中的統計數據，在初中化學教材的學生實驗中，制備實驗占1/3左右，但絕對數量的波動較大。性質實驗的數量一直最多，在50年代的化學教材中占絕對優勢，超過70%，此后其比例下降至40%～50%。概念原理類實驗在民國時期的學生實驗中約占1/3，其內容除基本化學實驗操作外，還包括空氣中氧氣含量的測定、溶液的性質等實驗，數量較多。在新中國成立后的教材中則從無到有，呈逐漸增加的趨勢，1978年版初中教材中的數量最多，包含測定硫酸銅晶體里結晶水的含量、測定硝酸鉀在水里的溶解度并繪制其溶解度曲線圖，以及配制懸濁液和乳濁液等概念原理類實驗。其中部分實驗的操作要求較高，或有定量要求，學生實施難度較大，在80年代的修訂中或被刪去，或改為選做實驗。90年代的教材則編入化學變化的現象和分子運動這兩個容易實施的概念原理類實驗。

圖6 不同時期初中化學教材中各類學生實驗的數量與比例

圖7統計了不同時期高中化學教材中各類型學生實驗的數量與比例。由于高中階段化學教材的知識體系比較完整，有大量元素化合物的性質需要學生通過實驗進行驗證，因此從實驗類型看，除2019年至今這一時期外，性質實驗的數量始終最多，占50%～60%。制備實驗在民國時期和五六十年代的教材中較多，約占1/5到1/3。教材在不少元素化合物的性質實驗之前，也編入相應的制備實驗。但這類實驗在改革開放后化學教材中的比例明顯下降，低于15%，一般只保留制備氨、膠體、甲烷、乙烯、乙炔、乙酸乙酯等重要代表性物質的少量制備實驗。2019年后出版的高中教材只保留簡單配合物和乙酸乙酯的制備實驗，其比例僅占8%。

圖7 不同時期高中化學教材中各類學生實驗的數量與比例

整體上看，高中教材中概念原理類實驗的比例呈現增加趨勢，民國時期和五六十年代高中教材中的數量較少，一般只有周期律和周期表的相關實驗、電解質溶液的相關實驗，以及一定濃度溶液的配制等少量實驗。1979～1980年版高中教材由于新增教學內容，提高理論水平，學生實驗中概念原理類實驗的比例也相應提高，達到1/3。編入阿伏伽德羅常數的測定、中和熱的測定、化學反應速度與化學平衡、分子量的測定、中和滴定、原電池和金屬的電化腐蝕、電鍍等實驗，擴大了學生實驗對教材中理論性知識的覆蓋面。80年代的五年制高中教材為減輕學生負擔，刪去阿伏伽德羅常數和中和熱測定這兩個定量實驗，同時編入原初中教材測定硫酸銅晶體結晶水含量的學生實驗。90年代的教材恢復了原有的一些定量實驗，將部分內容編入選做實驗，同時還增加了電解質溶液、化學實驗基本操作等學生實驗。2019年后出版的高中教材，由于新增了“選擇性必修2化學反應原理”模塊，教材編入了燃料電池、平衡移動、鹽類水解等化學原理類學生實驗，必修教材也增加了化學反應速率、化學能轉化為電能等實驗。概念原理類實驗的比例上升至56%，體現了新時期高中教材從關注物質性質等知識性內容轉向化學原理等方法性、觀念性內容的教育理念變化。

3 小結

近代以來，我國化學教材中的學生實驗活動從無到有。其呈現形式從民國時期單獨出版配套學生實驗教程，發展為新中國時期與教材正文一體化編寫出版，或融入各章，或在書后集中呈現，已經成為化學教材不可缺少的重要組成部分。21世紀初，實驗版化學課程標準為凸顯知識的生成性，培養學生的創新能力，提倡通過科學探究來學習化學，未對學生實驗進行明確規定。據此編寫的各版本初、高中化學教材在編寫“實驗化學”模塊的同時，不再區分演示實驗和學生實驗，學生實驗作為一個獨立的欄目從教材中消失。受傳統升學觀念和教育、考試方式的影響，以及學校軟、硬件條件的制約，選修“實驗化學”模塊教材的地區很少，必修階段的學生實驗活動難以開展，中學的化學實驗教學受到嚴重影響。

針對這一情況，2011年版初中和2017年版高中化學課程標準恢復了對學生實驗的明確要求，列出應組織學生完成的“學生必做實驗”，此后出版的化學教材重新編入學生實驗欄目，受到師生的普遍歡迎。多年來的教學實踐表明，現有條件下，在化學教材中列出學生最低程度必做的實驗，不僅提高了教材的整體性和系統性，便于師生使用，而且能夠為教育裝備部門和學校保障實驗活動的開展提供依據，有效地鞏固和提高學生的實踐與探究能力。

化學教材中教師演示實驗的內容較為重視知識的生成性，學生實驗則習慣上通過明確實驗活動的目的、原理、儀器試劑、操作步驟，引導學生得出實驗結果，著眼于單元重點知識和技能的驗證與鞏固。其傳統意義上的定位決定了學生實驗與中學化學教材和教學密切相關，其主要內容多年來基本保持穩定。由于化學具有作為成熟自然科學的學科屬性，化學教材中一些經典的制備實驗、性質實驗和概念原理實驗得以傳承，為不同時期的學生在實踐中掌握物質性質、理解化學原理、進行化學應用發揮了重要的作用。

與此同時，化學教材中學生實驗活動的傳統定位也使其在內容設置上過于強調學科本位，局限于就知識進行實驗，實驗內容與教材正文的演示實驗存在一定程度的重復；驗證性實驗多，探究性實驗少，對過程體驗和創新精神關注不足。實驗技能訓練亦較為專業，缺乏對化學應用背景的情境描述，對學生生活和社會實際關注不足。由于各地經濟和教育發展水平存在顯著差異，受學校儀器裝備條件制約，化學教材中的學生實驗大多為使用傳統儀器的定性實驗，定量實驗僅有溶液配制和中和滴定，缺乏數字化實驗和微型實驗，與化學學科發展與應用的定量化、綠色化趨勢不相匹配。

回顧和梳理百年來化學教材中的學生實驗，為我們從歷史和現實的角度理解其內容與呈現的變化，更好地開展實驗教學，實現化學實驗在培育化學學科核心素養方面的功能提供了有益的參考。實驗是化學學科的重要特征，實驗教學在化學教育中發揮著重要作用。化學教材中的學生實驗活動作為培養學生實驗能力最直接的途徑，隨著化學學科和教育教學理念的發展，其內容的選擇與呈現需要與時代同步，并充分考慮國情。在使用更科學合理、先進環保的實驗手段和實驗儀器改進傳統學生實驗的同時，可以將相關內容拓展為選做實驗，促進教材中學生實驗的數字化、微型化和綠色化，提高實驗活動的選擇性和可操作性。在實現鞏固基本知識和技能等傳統定位的同時，不斷更新教學理念，在學生實驗中融入化學的應用背景和創新元素，通過項目任務等途徑，加強與生活、社會及其他學科的聯系，提高學生實驗的綜合性、探究性和實踐性，以更好地實現化學學科的育人價值。