中學化學實驗教學對化學核心素養培養的影響研究*

冉清連 周駿宏

（黔南民族師范學院化學化工學院，貴州都勻，558000）

隨著各國經濟實力的不斷發展，綜合國力的競爭逐漸加劇，不斷提高對未來人才的能力素養要求，提高國民素養成為了各國的共同話題，培養和發展學生的核心素養已經成為教育的新目標。因此，強化核心素養的教學，不僅可以加深學生和教師對化學學科核心素養的理解，也可以改變高中化學教師的教學理念和教學方式。為了掌握本地區化學實驗教學現狀及其與核心素養的培養的關聯性，我們選擇貴州省黔南民族自治州某縣的中學進行調查。

一、調查過程

1.調查對象

考慮到問題的復雜性，為了得到可靠性高且全面的數據，本次問卷調查對象分層次選取貴州省某縣三所中學的初中和高一學生進行調查。包括A 中學45 名學生、B 中學360 名學生以及C 中學50 名學生，高中210 名學生，人數總計665 人。

2.問卷設計

本次問卷的問題主要分為基礎信息和試題兩部分，基礎信息采用主觀題的形式，試題以課程標準為指導依據，包含了五大化學核心素養水平并且涉及知識點都是學生學過的初中、高一所學范圍內有關實驗教學和核心素養的知識點。本次試題問卷為不定項選擇，有單選、多選及實驗案例分析。

3.問卷的發放與數據分析

本次調查共發放問卷為初中455 份，回收455份，剔除無效試題后有效問卷為447 份，試卷有效率為98.24%，滿足統計學要求；高中210 份，回收210 份，剔除無效試題后有效問卷為206 份，試卷有效率為98.09%，滿足統計學要求。

二、調查結果分析

1.實驗教學調查

（1）學生對化學實驗的認知情況

化學實驗作為化學學科的基礎，可以真實地反映出學生對化學實驗的重視程度[1]。根據調查數據可知：針對化學實驗的喜愛程度，A 中學有84.44%的學生喜歡化學實驗，其中62.22%的學生敢于嘗試做實驗。B 中學有83.06%的學生喜歡化學實驗，其中63.89%的學生喜歡且想嘗試做化學實驗；C 中學有98%的學生喜歡化學實驗，其中90%的學生還想要嘗試做化學實驗。可見初中剛剛接觸化學就有很多學生喜歡化學實驗，對于化學實驗也是非常重視的。針對促使做化學實驗的原因，A 中學86.66%的學生認為化學實驗有趣并且能力能夠得到提高；B中學78.52%的學生認為化學實驗很有趣并且可以提高自身能力；C 中學92%的學生認為化學實驗有趣且能提高能力。對于化學實驗操作問題，A 中學97.78%的學生認為實驗操作對化學實驗很重要，不僅能提高學生的能力還有助于對化學知識的理解；B 中學81.12%的學生認為操作很重要，有助于知識的理解，有助于能力的提高；C 中學100%的學生認為實驗操作很重要。綜上可看出，學生對于化學實驗能夠有一個正確的認知，認識到化學實驗在化學課程中的重要性。

（2）實驗開設及實驗設施配置情況

良好的實驗設備是開展化學實驗的基礎，并且可以從學校實驗設施的配置以及實際運行情況反映出學校對于化學實驗的重視程度。

根據調查結果可知，A 中學可以使用的實驗室為2～3 個，C 中學為1～2 個，B 中學為1～2 個，而且化學實驗的設施也只能滿足一些基本的化學實驗，這就導致了教師開設化學實驗的情況有所差異：A中學教師開設了4 個實驗，B 中學教師開設的實驗有4 個，符合課程標準要求，而C 中學教師開設實驗僅1 個。由此可以看出，這三所學校在實驗配置上是基本能滿足教材所列的化學實驗的，但是教師對其化學實驗的開設頻率相對比較低。對于學生而言，因為剛接觸化學實驗，對其充滿了好奇與興趣，三所學校超過85%的學生都希望課外時間學校能隨時或者定時開放化學實驗室。

綜上所述：雖然教師和學生都認識到了化學實驗對化學學習的重要性，但在教學中會受到實驗設施或課時的影響，導致教師開設化學實驗的頻率比較低，這樣會使學生了解化學實驗和親自動手操作實驗的機會也較少，無法滿足學生對化學實驗的學習，也就很難體現出化學實驗對化學學習的作用。

（3）學生對教師化學實驗教學策略的認知情況

教師在進行化學實驗教學時采用的策略在一定程度上直接影響學生對化學實驗的學習，當教師采用不同的教學方法時，學生的學習效果也會有所不同。

根據調查可知：三所中學的學生都更加喜歡老師在進行實驗教學時可以演示實驗，甚至是讓學生自己動手操作，至少也播放一下實驗視頻，但幾乎沒有學生喜歡老師直接口頭講述。學生對于實驗側重點也不一樣，超過50%的學生更加注重實驗步驟，這與前面喜歡老師邊講學生邊做的教學方式調查結果成正相關，但是注重實驗原理的比例不到10%、注重實驗現象不超過30%，而只注重實驗結果的高達18%，這不利于學生對化學實驗的學習。再結合對學校的調研來看，由于安排學生實驗會對教學進度有所影響，因此大部分教師會把學生實驗安排成視頻教學甚至是口頭講解，這就使得學生對化學實驗只注重其結果而忽視了實驗原理、步驟及其現象，這不利于對學生化學實驗能力的培養。

（4）學生對化學實驗的操作態度及其掌握情況

通過上面的調查我們知道學生對化學實驗有正確的認知，那么學生是否會主動去操作化學實驗呢？通過調查學生對化學實驗的操作情況是可以反映出學生對其實驗的掌握程度的。

根據調查數據可知：對于初中生而言，當面對老師要求上臺為同學們演示實驗時，積極主動要求做化學實驗的學生比例占69.44%，而因為害怕出錯不敢上去的高達44.44%，這有可能是學生對實驗的掌握情況還不夠，也可能是不夠自信造成的；24.44%的學生覺得別的同學做得更好，自己就沒有上去的必要，這可能與學生個人性格有關。對于在操作實驗時，學生獨立完成的僅占2%，合作完成的占66.67%，這有可能是因實驗設施不夠完備。對于在進行化學實驗發現錯誤時，73.33%的學生都會選擇重新做直到做正確，這與前面積極主動爭取做實驗成的結果正相關，但還是有少部分同學認為只要能夠得到結果就行，或者是老師沒有發現就不重要。

綜上所述：學生是學習的主體，對于化學實驗，學生的主觀能動性是非常重要的，超過半數的學生都想積極主動地爭取機會參與其中。但是由于化學實驗設施的缺乏以及學習環境或其他某些因素的限制，學校很難保證每個學生都可以獨立自主地完成每一個實驗。因此，學生對化學實驗的操作態度雖然很好，但操作能力還是有所欠缺的，并且對實驗的掌握程度還不夠。

（5）學生的實驗探究及創新能力情況

發現有價值的東西是進行探究的基礎[2]。解釋“異常”現象是科學探究與創新意識的具體要求[3]。因此，學生是否擁有發現生活中與化學實驗有關且有價值的好奇心和解釋異常現象的能力一定程度可以反映學生是否具備對實驗的探究和創新能力。

根據調查數據可知：當面對別人提出的化學實驗現象，幾乎沒有學生會在沒有親眼看見現象之前直接相信，73.89%的學生會按照方法自己動手進行驗證，驗證現象實現了才會相信，差不多一半的學生就算自己不動手也會讓提出者現場進行實驗驗證，正確了才會相信。當遇到研究實驗裝置的課題時，只有46.39%的學生會認真研究并且嘗試用生活中的實物進行替代，48%的學生會研究裝置，但僅僅只局限于研究裝置本身，沒有改造裝置的想法，還有高達35.6%的學生對實驗裝置本身沒有興趣。

綜上所述：學生雖然有對化學實驗的好奇心以及對實驗現象的興趣，但是這種好奇與興趣僅僅存在于表面，學生并沒有學會思考如何處理日常學習和生活中遇到的問題。因此教師要將化學實驗帶入課堂，并且要利用現代技術創設引導學生學習實驗教學過程中出現的異常現象。在教學中設計實驗教學活動積極引導學生發揮自己的想象能力，提升學生的探究問題能力和創新能力。

2.學生化學核心素養調查

加強對學生的核心素養的培養已經形成了共識，但如何培養，特別是如何檢驗培養效果卻是很困難的。對于核心素養培養的效果測量，我們嘗試采用多種手段、多角度、代表性的點進行設計問題，有的是讓被調查者自我評價，有的是考查被調查者的認知、判斷、推理能力。

（1）對科學探究與創新意識素養的掌握情況

針對科學探究與創新意識素養，我們采取了比較簡單的提問，要求學生回答自己通過階段學習后，是否能通過學習零散的化學知識找到其內部的聯系，建立解決復雜問題的框架進行探究，從而揭示現象的本質規律，調查結果如圖1。

圖1 科學探究與創新意識調查結果

根據圖1 調查數據可知：初中只有3%的學生可以做到，高中有5.88%的學生可以做到，這可能是高中課標有規定必須要培養學生的化學學科核心素養，所以較初中有明顯的提高。初中可以做到一點的占82%，而高中卻只有68.14%，有可能是初中學生剛剛接觸化學所以比較感興趣，而高中學生的興趣度不夠高。很難做到的學生高中高達25.98%，這可能是因為高中較初中課程更多、時間更緊導致學生自主探究實驗較少。

綜上所述：雖然學生都有學習化學實驗和想要探究的意識，但是欲望還不是很強烈，加上教師對其重視度還不夠，所以學生在科學探究與創新意識素養方面的培養還是比較欠缺的。

（2）對宏觀辨識與微觀探析素養的掌握情況

通過對水的組成這一課題的學習，可以從宏觀和微觀兩個方面對水有一個新的認識，因此對其相關知識點的掌握程度也可以反映出學生對宏觀辨識與微觀探析這一素養的掌握情況。

由圖2 調查數據可知：初中生對于反映水的宏觀方面的掌握總和才54.92%，而對于微觀方面不足50%，即使是能從宏觀去解釋，也不能很全面地分析清楚，這可能是初中課程標準沒有要求，教師還不是很重視造成的。相對的，高中學生并沒有因為知識面的廣闊和課程標準的要求而有較多的掌握，在宏觀方面還沒有初中學生掌握得好，只占到27.78%，這可能因為對以前學過的知識點掌握得不牢固。

圖2 宏觀辨識與微觀探析調查結果

綜上所述：學生對所學知識沒有復習鞏固的習慣，教師對其學科核心素養的重視程度也不夠，所以導致教師在教學過程中沒有精心設計教學去引導學生學習。對于學過的知識教師也沒有及時帶領學生回顧學習，像水的性質這么基礎的知識點都沒有很好的掌握，水的宏觀微觀表象都不清楚，這說明在教學中教師對學科素養關注度還是不夠，那么學生的宏觀辨識與微觀探析素養就很難得到培養，所以這方面的能力很差。

（3）對證據推理與模型認知素養的掌握情況

對于化學實驗，研究者通常要具備假設、猜想的能力[4]，然后通過這些猜想和假設進行模型的構建和推理從而解決問題。因此學生是否能夠通過推理和模型構建去證明物質的組成是可以反映其對證據推理與模型認知素養的掌握程度的。

根據圖3 調查結果所示：對于初中生，在探究水的組成時超過一半的學生能證明氫元素是水的組成的一部分，只有不到10%的學生能夠證明氧元素是水的組成的一部分，之所以會這樣是因為學生前面已經學習過氫氣的燃燒實驗[5]，而對于電解水實驗因為實驗現象不是很明顯，實驗設施不夠完備，教師并沒有實際演示此實驗，只是口頭講解，所以學生對其原理還沒有掌握。對于高中生，無論是對于氫元素還是氧元素是水組成的一部分的驗證都明顯比初中所占比例要高，但是整體情況也不是太好，只能片面了解，對于反向論證比例還不到3.6%。

圖3 證據推理與模型認知調查結果

綜上所述：雖然初中課程標準沒有要求培養學生的學科核心素養，但是由于剛剛接觸，學生學習興趣還在，所以對知識點掌握還可以，只是缺乏對其核心素養的理解。而高中因為學習任務較重，面臨高考的壓力，無論是教師還是學生都更加注重成績，所以導致很少花時間以學科核心素養的態度去思考和解決問題。雖然課程標準有要求，但是面對升學的壓力，不得不選擇性放棄，這就導致培養學生核心素養的時間越來越少，所以即使是高中學生在證據推理和模型認知素養方面的能力也是非常欠缺的。

（4）對變化觀念與平衡思想素養的掌握情況

變化觀念與平衡思想素養的掌握能多角度、動態的分析化學反應，運用化學反應原理解決實際問題。因此，如果學生能掌握其原理也就可以反映這一核心素養的掌握情況。

由圖4 可知，通過對水的凈化這一課題的學習，初中有10.54%的學生對其原理、方法和結論都已經掌握，63.64%的學生基本掌握，25.83%的學生不是很了解。而高中完全掌握的學生有62.14%，不是很了解的僅僅只有3.4%，較初中對這一素養的掌握有很大提高。

圖4 變化觀念與平衡思想調查結果

綜上所述：雖然沒有要求一定要培養初中生的核心素養，但是對于化學變化與平衡思想這一素養的培養在平時的教學是有所體現的。對于高中生因為接觸了更多的理論課程的學習，也可能是教師在針對涉及這一素養的教學中有深入的講解，從而使得學生對化學變化與平衡思想素養有一定程度上的認知。

（5）對科學精神與社會責任素養的掌握情況

化學作為一門自然科學學科，對培養學生科學素養有重大意義，如何體現，就看學生是如何看待化學對社會的貢獻以及化學與社會的聯系。

由圖5 可知，對于酸雨的了解，初中17.8%的學生只了解其形成，60.44%的學生只了解其對環境和人的危害，二者都了解的僅僅只有21.76%，這有可能是初中教師對學生的要求不高。而高中二者都了解的學生占到了65.05%，說明我國教育部門對高中生化學學科教育提出了更高的要求[6]。

圖5 科學精神與社會責任調查結果

綜上所述：初中生與高中生在科學精神與社會責任素養方面還是得到了一定的培養，對化學這門學科也有很清晰的認識。

3.案例分析

為了讓調查數據分析更加具有說服力，增加兩個案例分析，以具體深入調查學生核心素養的掌握情況。第一個案例是對于初中教材中關于空氣氧含量的測定實驗，采用了紅磷與氧氣燃燒實驗的相關問題調查，具體情況如下：本實驗設計了五個題目，初中生對于一到四題的作答率都超過了90%，但是第五題卻只有26.9%的學生作答，并且其中作答錯誤的占35.1%，本題目是考察學生有沒有找到代替紅磷進行該實驗的藥品，顯然調查結果不是很理想，說明學生在科學探究與創新意識素養方面的培養還不夠，這與前面的實驗教學相對應，學生對實驗的掌握還是太表面只停留在興趣上，沒有深入探究和創新實驗的意識，這與教師的實驗教學方式單一也存在一定聯系。對于第二題觀察U 型管液面情況，有67.78%的學生作答正確，說明學生對其實驗原理還是有一定理解的，也說明學生對變化觀念與平衡思想核心素養有一定的掌握，與前面調查結果保持一致。對于第三題，64.17%的學生通過實驗已經掌握了其實驗的目的，最終可以證明其結果，此選項設置了多個正確答案，但是卻沒有一個學生是選完整的，因此學生對證據推理與模型認知的素養也僅僅在于表面了解，這與前面調查結果是一樣的，說明學生對實驗的學習還沒有運用于實踐。再看高中生，除第五題外，答題率很高都是100%，但是錯誤率高達31.1%，通過對答題情況統計發現一部分原因是大多數學生的學習態度不端正，另一部分是對以前學過的知識點沒有復習的習慣，導致對所學過知識點遺忘。調查結果顯示，對于第一個案例分析，高中學生在實驗探究與創新能力素養培養情況與初中生一樣，還是不夠深入。像變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知培養也與初中生一樣，雖然有一定的掌握，但是并沒有因為知識點的廣度有所提高。

綜上所述：無論是初中還是高中學生對實驗探究與創新能力素養的培養還需要加大力度，在教學過程中教師應該幫助學生端正其學習態度，培養其對化學實驗的熱愛。

第二個案例因為知識點超過了初中水平，因此只調查了高中學生，本案例是高中化學必修一教材中的丁達爾效應實驗，第一問是問學生有沒有可以替代氫氧化鐵膠體的原料，雖然全員作答，但是答錯的達到23.3%，其中有膠水、硝酸鐵、糖水等回答，顯然這是因為學生壓根沒有明白膠體的性質，沒有清楚膠體與溶液的區別，所以學生對實驗的學習還是處于被動狀態，教師在教學時沒有引導學生去思考。對于第四題，給學生列出幾種物質，讓學生選擇可以產生丁達爾效應的物質，卻有78.18%的學生選擇出了正確答案。

綜上所述：如果給予學生一個模型一個過程，那么學生就會由此展開推理去解決問題；如果僅僅是給出結果，那學生連依葫蘆畫瓢也不會。換句話說就是學生還是太過于被動、機械地去學習，沒有自己的想法，沒有探究的欲望。實驗教師在教學中要以學生為學習的主體，積極引導學生去發現問題、分析問題然后解決問題。

三、結論及展望

對調查問卷結果進行統計分析，再結合實地調研的結果得出兩個結論：一是化學核心素養的培養離不開實驗教學，并且核心素養的培養是基于實驗的。二是發現這三所中學的化學實驗教學和核心素養的培養存在很大的不足。這種不足體現在學校和教師對二者的重視程度不夠；實驗設施不夠完備，實驗室對學生開放少；教師在實驗教學時所用的教學策略比較單一；學生的化學實驗操作能力和主動性還有待提高；學生對學習的態度還不夠端正；教師沒有教學生把理論知識運用于實踐。

通過以上調查結果分析表明，無論是初中還是高中學生在核心素養的培養上還不是太全面，所以教師在化學實驗教學中要更加注重學生自主實驗以及操作能力的培養，多演示一些趣味實驗來增強學生對化學實驗學習的興趣，幫助學生端正其態度，從而增強學生對化學學習的興趣，這樣在開展核心素養培養研究時就有一定的基礎。同時，教師也應該保持終身學習的理念，多在教學研究上下功夫，提高教學質量；對于學校不要一味地追求升學率、只注重學生成績，要多元化、多方式地去評價學生，完善學校的學習設備，為學生提供一個良好的學習環境。