高中化學實驗教學現狀分析、模式創新及改進建議

福建省泰寧縣第一中學(354400) 黃清輝 潘祥泰

福建教育學院化學教育研究所(350025) 張賢金 吳新建

《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》明確指出：國家課程方案和課程標準都明確規定實驗教學作為教學內容的重要組成元素，是實現創新型人才培養的重要途徑。《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》明確指出：化學實驗是研究和學習物質性質、變化規律、用途的一種最基本的方法，也是科學探究的一種重要手段，教師在教學活動中要開展以化學實驗為主的多種探究活動，充分調動學生學習化學的熱情，激發學生主動參與課堂學習，實現學習方式的重大轉變，促進創新精神和實踐能力的較大提升。在新課程、新教材、新高考的背景下，高中化學課堂如何真正地將化學實驗教學有效地貫穿于日常課堂教學當中，是每個高中化學教育工作者面臨的一個極其重要的課題。

1 高中化學實驗教學的現狀分析

中國高考評價體系主要由“一核”“四層”“四翼”三部分內容組成，回答了“為什么考”“考什么”“怎么考”三個核心問題，同時也很好地詮釋了教師“為什么教”“教什么”“怎么教”三個關鍵問題。然而，當前部分高中課堂教學中仍然存在著“滿堂灌”、重點知識機械重復訓練的現象，同時也存在未能充分重視化學實驗教學，忽視化學實驗對學生高階思維能力發展的重大意義的現象。部分教師不是很重視化學實驗教學，主要基于以下幾個方面的原因：一是有些化學實驗不容易成功，實驗現象也不夠明顯；二是化學實驗操作需要花比較多的時間和精力，同時也影響教學進度；三是誤認為學生可以通過記化學反應原理、實驗裝置、操作步驟、反應現象、實驗規律及實驗設計等手段，同樣可以達到掌握實驗知識學習的目的；四是誤認為實驗教學對學生思維能力提高得不多，有也僅僅只是提高學生實驗觀察能力和動手能力；五是現成很多實驗視頻錄制效果好，誤認為可以完全取代演示實驗；六是部分實驗會產生有毒的氣體等污染物，影響課堂教學。由于部分教師對化學實驗的價值功能意識不夠到位，存在用“說”實驗取代“做”實驗的不正確的做法，很大程度地挫傷學生自發學習的動力和自主學習的能力。化學實驗不僅僅只是為了獲得實驗數據及實驗結果，而是通過化學實驗，促使學生達到動手、動腦、動心的效果，更是實現提升學生探究思維、發散思維、創新思維的高層次培養目標。

2 高中化學實驗教學的模式創新實踐

2.1 基于真實實驗，發展學生科學思維

科學思維(Innovative thinking)，又稱科學邏輯，即人們在科學認識實踐活動中，對感性認識材料進行加工處理的一種重要思維方式。科學思維必須遵守邏輯性、方法論、歷史性三大基本原則。《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》明確強調：教學過程要將信息技術與化學實驗課堂教學進行深度融合，充分利用信息技術手段將難完成、難觀察的化學實驗直觀化、形象化、生動化地呈現出來，合理運用計算機模擬實驗，但這并不能代表其可以完全替代真實的化學實驗。

2.2 基于探究實驗，發展學生發散思維

發散思維(Divergent Thinking)，又稱輻射思維、擴散思維等，是指人的大腦在工作時處于一種擴散狀態，具體表現為思維視野廣闊及多維發散狀等特征，如“一題多解”“一事多寫”“一物多用”等方式。《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》指出：實驗探究是一種極其重要的科學實踐活動，是提升化學學科核心素養的重要方式與手段。教師應依據學生已有認知水平及發展規律，精心設計并有效組織實施實驗探究活動，促進學生對科學探究和科學精神的深度理解，提升科學探究能力與水平。教師在教學過程中，要積極挖掘教材中的化學實驗素材，并引導學生從多視角、多維度進行實驗探究，充分調動學生積極參與課堂學習、討論，進行思維碰撞，進而發展學生發散思維。

案例2：在雙氧水分解實驗教學中，教師引導學生通過開展項目式學習來證明“二氧化錳是過氧化氫分解的催化劑”。通過組織學生討論，并設計實驗、問題環節完成學習任務：什么是催化劑？催化劑在反應中有什么特點。

實驗一：取5 mL 6%的過氧化氫溶液于試管(編號1)中，伸入帶火星的木條，觀察木條，得到什么結論？

實驗二：向盛水的試管(編號2)中加入二氧化錳，伸入帶火星的木條，觀察木條，得到什么結論？

實驗三：向盛有5 mL 6%的過氧化氫溶液的試管(編號3)中，加入稱量好的二氧化錳，伸入帶火星的木條，觀察木條，得到什么結論？

如何結合催化劑的特征，進一步證明二氧化錳確實起到催化劑的作用？如何對實驗進行補充完善呢？①將試管3中的物質進行過濾，并對濾渣進行洗滌、干燥、稱量，與反應前二氧化錳的質量進行對比，得到什么結論；②向實驗三得到的固體中重新加入過氧化氫溶液，觀察反應現象；③分別往3支5 mL 6%的過氧化氫溶液的試管(編號4、5、6)中加入0.1 g、0.2 g、0.3 g的二氧化錳，觀察30 s后，收集到氣體的體積有什么特點，得到什么結論；④還有沒有其他物質對雙氧水的分解起到催化作用，探究Fe3+和Cu2+對H2O2分解反應的催化效果，對含Fe3+和Cu2+的物質有何要求？

教師通過組織學生對化學實驗進行有目的、有計劃、有步驟的探究，一方面有利于對催化劑的原理、特征有直觀的認知，同時引導學生如何對化學實驗從定性和定量兩個維度進行探究。在探究過程中，學生的思維被充分打開，實驗能力、探究能力、思維能力都得到極大的提升。

2.3 基于改進實驗，發展學生創新思維

創新思維(Creative thinking)是指不被常規思維約束，用獨特視角去解決問題的一種全新思維過程，它是一種有別于傳統思維思考問題的思維方式。創新思維不等同于發散思維，發散思維強調事物之間相互聯系,即一個事物與其他事物之間的聯系，而創新思維則強調從現在的狀態改變到新的狀態,強調的是改變。科學探究和創新意識是化學學科核心素養的一個重要方面的內容。教師在實驗教學過程中，要根據高中化學實驗教學存在的不足，對實驗進行再優化，使得實驗操作更簡單，實驗裝置更簡易，實驗現象更直觀，實驗原理更有力，從而進一步提升高中化學教學質量。改進化學實驗可以從以下幾個方面進行：一是反應原理的改進；二是反應條件的改進；三是反應裝置的改進；四是實驗操作的改進；五是借助現代化實驗儀器；六是將實驗改成趣味性實驗等。

案例3：趣味實驗可以充分激發學生學習化學的欲望，促使學生以一種更加積極、主動的狀態去學習化學知識，教師要善做完善和改進教材實驗的有心人。如在鐵的多樣性化學實驗教學中，教師可以將鐵的性質和轉化設計成百變“雞尾酒”趣味實驗作為新課引入，這樣的設計可以極大地調動學生學習化學的積極性。具體實驗方案：①將一瓶“白酒”(瓶內試劑為KSCN溶液)與一瓶“黃酒”(瓶內試劑為FeCl3溶液)混合，立即變成“紅酒”(瓶內含Fe(SCN)3溶液)；②往“紅酒”中加入幾片檸檬，立即變成“黃酒”(瓶內含Fe2+溶液)；③繼續往“黃酒”中加入“白酒”(瓶內試劑為HNO3溶液)，立即變成“紅酒”(瓶內含Fe(SCN)3溶液)。引發這一系列現象的原因是什么?誰能很好地解釋這些問題?在學習完鐵的性質后，對百變“雞尾酒”進行解密。這一增補實驗無疑會極大地吸引學生的注意力，讓學生整節課帶著一種渴望知道奧秘的熱情去學習新知。類似百變“雞尾酒”的趣味實驗還很多，比如“變色龍”實驗(氫氧化鈉、酚酞與鹽酸反應)等，教師只要留心觀察，精心思考，善于改進，就能充分激發學生學習化學興趣，引發學生主動猜想與思考，充分發揮化學實驗的教育功能和育人價值。

3 高中化學實驗教學的改進建議

3.1 注重綠色化實驗設計，促使學生樹立社會責任

《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》指出：在進行物質性質和反應規律的研究中，對有害氣體的制備與性質實驗要進行綠色化實驗設計，使學生具有堅定的理想信念和強大的社會責任感。化學實驗中制備或探究有時要用到或產生有毒有害的物質，如二氧化硫制備及性質實驗的過程中，往往會有比較多的二氧化硫有毒有害氣體逸出，造成污染。教師可以利用借助注射器及其他輔助工具制成小型儀器進行二氧化硫的制備和性質的微型實驗。微型化實驗具有儀器簡單、藥品用量少、污染小、操作安全、現象明顯等優點，增加學生學習化學的趣味性，最終實現實驗的綠色化。但是，由于用量較少，不容易讓全體學生都觀察到明顯的實驗現象，故不適合做教師的演示實驗，而更適合讓學生進行分組實驗。教師在開展化學實驗教學中，自己要以身作則，每次實驗做到精準用量，嚴格避免污染物排入環境中，并時刻嚴格要求學生規范操作，增強學生綠色環保意識，促使學生樹立社會責任意識。

3.2 注重項目式實驗設計，幫助學生建立思維模型

教師要充分認識化學實驗的獨特價值，要精心設計每一次實驗探究活動，讓學生充分了解并掌握某一類型化學實驗思維路徑，真正發揮化學實驗應有的作用。教師在組織實驗探究的過程中，可能會遇到這樣一個問題：教師把實驗目的、實驗原理、注意事項講授清楚后，發現部分學生還是不知道如何按照實驗目的一步一步去設計實驗方案，也不知道如何去選擇最佳的實驗方案。究其原因，就是學生的思維模型未能充分建構起來，教師可以開展項目式實驗教學幫助學生建構思維模型。項目式實驗教學是指學生在教師指導下通過完成一個完整的實驗目的而進行一系列實驗的教學模式。教師要高度重視對化學實驗項目化設計，在化學實驗教學中，要把學科體系中的知識內容轉化為一個個微小項目組織教學，學生通過自主學習直接參與整個項目式實驗設計教學過程，主動進行學習體驗、感悟和探究，建立思維模型，培育化學學科核心素養。

3.3 注重開放性實驗設計，幫助學生提升關鍵能力

核心素養是指學生在接受相應教育過程中，逐步形成的適應個人終身發展以及社會發展所需要的必備品格和關鍵能力。學生關鍵能力的提升離不開化學實驗，尤其是開放性的實驗。化學課堂上，化學實驗教學不應該只是由教師事先設計好化學實驗方案，然后按照設計好的方案完成化學實驗，而學生只是充當觀察教師操作的角色，這是一種被動學習化學知識過程。我們應該把課堂真正還給學生，讓學生依據已有認知水平去設計實驗，然后教師再組織學生對各種實驗方案展開討論，分析每種實驗設計存在優點及不足，并指導學生加以補充改進完善。只有這樣，學生才能真正地掌握實驗過程中如何去發現問題，提出問題及假設，設計更加優化的實驗方案，實施實驗、獲取數據、分析原因、建構模型、形成結論及交流評價等核心要素，促進學生對實驗探究的內涵深度理解，從而養成獨立思考、敢于質疑和勇于探索的科學精神，最終發展科學探究能力，提升關鍵能力，進而提高學生核心素養。