實驗教學新路徑：以創新促進高中化學核心素養的形成和發展

謝明陽 鮑亞培

摘? 要? 基于“全國中小學實驗教學說課活動”，探討了創新實驗教學促進學生核心素養發展的策略。通過分析第六、第七、第八屆“全國中小學實驗教學說課活動”中選送的161節高中化學實驗說課作品的分布及創新點，提出形成以學生為本的實驗設計理念、輔以信息技術支持的實驗觀察手段及引入真實問題的實驗情境創設是有效的實驗活動創新路徑。這些策略有助于學生形成化學觀念、科學態度、社會責任感，提升學科能力。

關鍵詞? 高中化學；實驗創新；實驗教學；核心素養；課程標準

中圖分類號：G633.8? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）13-0009-04

0? 引言

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱高中課標）中明確提出了學科核心素養的概念，即“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”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”[1]。學生通過學科學習逐步形成的這些正確價值觀、必備品格和關鍵能力是學科育人價值的集中體現。作為一門以實驗為基礎的學科，化學實驗教學改進是推進學科育人目標達成的重要手段。2019年，教育部印發《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》，要求“不斷將科技前沿知識和最新技術成果融入實驗教學，豐富內容，改進方式”[2]。“全國中小學實驗教學說課活動”作為全國性的教研活動，是改進化學實驗教學方法、提升實驗教學質量的重要交流平臺。本文選取第六、第七、第八屆“全國中小學實驗教學說課活動”作品進行簡要分析，以窺探高中課標頒布后一線實驗教學創新現狀及發展趨勢，通過明確優秀實驗說課作品落實學科核心素養的路徑，進一步助力實驗教學發展并對即將參與2023年“全國中小學實驗教學說課活動”的化學教師提供參考。

1? 高中化學實驗作品分布情況分析

“全國中小學實驗教學說課活動”自2013年起至今已成功舉辦8屆。作為一項旨在推進中小學實驗教學創新、提高實驗教學水平的大型教育比賽活動，其為全國中學化學教師的實驗教學創新搭建了交流、分享的平臺，促進了實驗教學方法和策略的創新，為優秀的實驗設計及裝備改進提供了有效的推廣和應用路徑。說課活動第六屆至第八屆，參賽作品的數量和質量都有明顯提升，每年不乏實驗設計作品入選說課活動優秀作品集，具體數據見圖1。

1.1? 課程分布

高中課標頒布后，高中化學課程結構變為必修、選擇性必修和選修三個課程階段。其中，必修階段是全體學生必須修習的課程，不分設模塊，通常在高一階段分兩冊教材學習。選擇性必修課程是學生根據個人需求與升學考試要求選擇修習的課程，分設《化學反應原理》《物質結構與性質》《有機化學基礎》三個模塊。選修課程是學生自主修習的課程，包含《實驗化學》《化學與社會》《發展中的化學科學》三個系列。大部分說課作品選題集中在必修階段及選擇性必修階段，選修部分的涉及較少，見圖2。

1.2? 主題分布

近三屆的高中化學實驗說課涉及高中課標中多個課程階段的主題，各主題選題數量差異較大（見表1）。相對而言，涉及物質性質與應用的主題作品數量最多，如“常見的無機物及應用”“烴及其衍生物的性質與應用”等主題。選擇性必修模塊1中與化學實驗原理探究相關的主題也有較多作品涉及。選題涉及選擇性必修模塊2的作品很少，且“研究物質結構的方法與價值”等主題并無投稿作品。

1.3? 知識點分布

對近三屆高中化學實驗說課作品選題進行核心知識點分布統計，可以發現，選題知識點相對集中在氮、硫等重點元素與化合物的性質與應用，化學反應平衡及水解平衡等重難點知識（見表2）。

總體而言，近三屆高中實驗說課作品選題涉及范圍較廣，多相對均勻地分布在高中化學必修及選擇性必修的不同主題中，在教材分布上各冊教材也多有涉及。這體現了參賽教師們在教學中能夠充分考慮高中課標要求、兼顧學生的興趣及學情，結合豐富的教學經驗以學科視角選擇適當的實驗活動選題。但同時，相對于高中課標及教學中豐富多樣的實驗教學活動，仍有較多核心知識相關實驗未有選題涉及，說課作品選題的知識點主題仍相對集中在物質的性質與應用、化學原理探究幾個重點領域，并呈現出與考試重難點內容較高的相關性。這種選題傾向一方面來自教師教學中的壓力與需求，一方面也與學生在學習某些章節時存在的普遍性的思維難點相關。這反映出當前的學科教學呈現出向素養導向發展的趨勢，但整體上仍然受評價方式影響較深的真實現狀。

2? 高中化學實驗作品創新路徑分析

百年大計，教育為本。黨和國家對“教育、科技、人才”的戰略需求迫切要求基礎教育課堂育人方式的協同創新。全國中小學實驗教學說課活動為促進實驗教學育人功能的發揮、應用和推廣實驗教學創新提供了良好的平臺。教師們在實驗設計理念、實驗問題挖掘、實驗裝置改良、實驗實施路徑等多維度進行創新，為高中課標精神的貫徹特別是學生學科核心素養的發展提供了可復制、可推廣的實現路徑。

2.1? 以學生為本的實驗教學設計理念

學科素養無法通過機械記憶獲得，需要學生在學習后自主進行深入的體驗、思考和反思后內化形成，并在持續性的學科活動中不斷自我構建、不斷發展。因此，學習活動的主體一定是學生。以發展學生學科素養為目標的實驗教學設計，其教學活動設計理念勢必需要注重學生在實驗探究活動中的主體性。例如，胡策策等老師在“過氧化鈉與水反應的異常現象及反應歷程探究”實驗中，全程以學生為主體引導了發現問題、提出猜想、設計方案、實驗探究、得出結論的探究流程，學生得以在實驗活動中形成證據推理的素養，構建科學探究的思維模型。又如，杜愛萍老師在“雙液原電池鹽橋的實驗改進”實驗中讓學生依據已有認知對雙液原電池的電流進行預測，引導學生自主發現問題。隨即，學生展開討論、進行分析、改進方案、動手實驗、分析得到結論并最終形成裝置改進方案，解決實際問題。在這個過程中，教師精心組織思考與探究活動，學生全程作為主體深度參與并基于原電池相關知識在實驗探究的過程中進行深入的思考、體驗和反思，以化學學科視角系統性分析和解決問題。

2.2? 引入信息技術拓寬實驗觀察手段

高中課標倡導“注重發揮現代信息技術的作用，積極探索現代信息技術與化學實驗的深度融合”。《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》也指出在教學中應注重傳統實驗教學與新興科技的有機融合。比如利用虛擬現實技術呈現現實世界中因危險性、破壞性或不便觀察、控制無法進行的部分實驗，提升實驗教學的質量和效果。這幾屆“全國中小學實驗教學說課活動”的高中化學實驗作品不少都運用新型的信息技術進行實驗創新，特別是選擇性必修1《化學反應原理》模塊的實驗，大量的作品引入了離子濃度傳感器、壓強傳感器的應用，幫助學生厘清模糊概念、跨越思維障礙，加深對化學平衡、水解平衡或電化學原理的理解。例如，施志斌老師在“數字化實驗破解電化學腐蝕疑惑”中利用數字化顯微鏡輔助學生觀察吸氧腐蝕及析氫腐蝕過程，利用延時攝影技術記錄吸氧腐蝕的顯現過程，借助溶解氧傳感器幫助學生觀察不同環境下的腐蝕的動態過程，通過多種數字化手段介入電化學實驗進行實驗創新，拓展了實驗觀察的尺度。又如，曾文靜老師在“基于真實情境和數字技術的平衡移動創新實驗設計”中，引入pH傳感器、電導率傳感器、壓力傳感器探究濃度、溫度、壓強對化學平衡的影響，幫助學生從宏觀—微觀—符號相結合的視角進行觀察，構建平衡認知模型，發展核心素養。

2.3? 創設解決真實問題的實驗情境

高中課標倡導創設真實且富有價值的問題情境，為學生化學學科核心素養形成和發展提供適宜的土壤，以激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力。態度與責任是學科的高階素養，也是落實立德樹人根本任務的最終體現。在“全國中小學實驗教學說課活動”中，不少教師已經有意識地在選取實驗主題時將學科問題和真實世界進行結合，通過選取化學電池、工業制堿、自然資源的提取真實問題或者簡化真實世界中的化學問題，引導學生感知化學在生產和生活中的重要作用，思考和分析化學對社會發展的影響，從而培養學生的科學態度和社會責任意識。例如，吳塞金老師在“實驗室模擬純堿的工業制法”一課中對化工生產進行實驗室模擬。學生通過文獻查閱、制定方案、實驗探究、交流評價、優化方案，得以親身體驗工業的生產過程，并在探究活動中利用工程思維及3D打印技術解決問題，體會真實世界中化工原理轉化為工業生產的復雜性。又如，梁晟斌老師在“石油分餾”一課中，參考石油工業中的分餾裝置設計了實驗室裝置，使演示實驗與工業實際相結合，并利用熱成像技術輔助使石油的分餾過程直觀呈現，幫助學生體會化學工業在自然資源提取中的重要作用。

3? 結束語

綜上所述，這幾屆高中化學實驗教學說課作品呈現出百花齊放的創新勢態，廣大教師通過實驗理念、實驗方法、實驗技術、實驗用品等多角度對教學實驗活動進行創新設計，反映了廣大實驗教師在探索創新實驗教學方法、豐富學科育人內容方面的積極性和創造性，對于落實發展學生學科核心素養的育人目標具有重要意義。這些優秀的實驗教學作品以學生為主體關注科學思維與能力的發展，有效融合了教育技術與實驗教學，創設有價值的問題情境，賦予了實驗教學新的深度。

同時，也建議廣大教師在后續參與活動時更加重視實驗選題的價值性和適宜性，采用更加靈活多樣的教學策略，豐富實驗創新角度，關注學生的參與和體驗。期待在未來的“全國中小學實驗教學說課活動”中，能夠見到更多的教師分享寶貴的教學實踐與創新經驗，共同推動我國中小學實驗教學的發展。

4? 參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中物化學程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見[A/OL].（2019-11-20）[2023-05-21].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/201911/t20191128_409958.html.