縣域高中化學教學中開展探究性實驗提升行動研究

摘 要：《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》明確強調學科核心素養是學科學習的基本要求，亦是學生學習和發展的關鍵能力。基于此，縣域高中化學教學發生了改革，教學任務不再以簡單的知識傳授為主導，而是更注重培養學生的探究能力和實踐能力。其中，開展探究性實驗則是通過讓學生參與實際的實驗操作，經歷提出問題、設計實驗、收集數據、分析結果等一系列探究過程，從而培養核心素養的一種教學方式。文章旨在通過行動研究，探討縣域高中化學教學中開展探究性實驗的方法和效果，以提升學生的學科核心素養。

關鍵詞：縣域高中化學；探究性實驗；教學策略

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2023）48-0113-05

一、 引言

高中化學是幫助學生打下科學基礎的關鍵學科，這個階段學生的認知、思維在逐漸成形，并在實驗觀察、實驗推理和實驗邏輯的加持下趨于完善。然而，教師想要在這一階段構建高效的實驗教學課堂，就應打破舊理念的禁錮。以往教學中，教師注重知識的傳授和學生的記憶與應用，而學生則被動接受和消化所學知識，這種教學方式缺乏對學生實際操作和實踐能力的培養，無法滿足新課程標準對學科核心素養的要求。在此背景下，教師需要基于實際教材，將化學研究性實驗與課程內容有機結合起來，通過在實驗中引入相關的理論知識，幫助學生理解和掌握化學原理和概念。也正因如此，有效開展探究性實驗成為提升縣域高中化學教學的重要途徑。

二、 高中化學學科核心素養概念

核心素養是指學生在學習過程中所培養的一系列基本能力和素質，其中涉及學科知識、學習方法、創新能力、合作能力等多個方面，這些能力是學生全面發展的基礎。同時，這些能力也是學生在未來職業發展中所必需的，能夠幫助他們適應快速變化的社會和工作環境。而學科核心素養則是指學生在特定學科領域中所培養的能力和品質，即學生在學習特定學科時所需要具備的核心素養。高中化學學科核心素養主要包括以下幾個方面：（1）探究實踐能力。在宏觀層面，學生需要通過觀察、實驗和分析，了解物質的性質、組成和變化規律。他們需要具備觀察力和實驗操作能力，能夠準確描述和解釋實驗現象，并從中推斷出物質的特性和行為。在微觀層面，學生需要理解分子和原子的結構，掌握基本的化學概念和原理。他們需要能夠運用這些概念和原理來解釋宏觀現象，并預測和推斷實驗結果。（2）科學思維能力。學生需要從實驗數據和觀察結果中提取關鍵信息，進行推理和判斷，并運用科學的方法和邏輯來構建和驗證知識模型，從而解釋和預測化學現象。這就要求學生具備批判性思維和邏輯思維的能力，能夠分析和評估不同的理論和觀點。（3）創新能力。學生需要運用所學的化學知識和方法，提出創新的問題和解決方案。這就要求他們具備創造性思維和創新意識，從多個角度思考問題，并能夠提出新的觀點和理論。由此可以看出，化學教學中進行探究性實驗不單單是為了提高學生的實驗技巧，更主要的是培養其觀察、分析和推理的能力，從而構建學生的科學思維和創新意識。

三、 探究性實驗教學的意義

（一）形成完善的化學知識框架

實驗是建立起實踐與理論知識之間聯系的一座橋梁，通過實際操作和觀察，學生能夠更加深入地理解和掌握化學原理和概念。高中化學探究性實驗教學是基于學科素養的培養，為學生提供了在實踐中探索、觀察、實驗、分析和總結的機會，幫助他們將學習到的化學理論知識與實際實驗現象相結合。通過自主思考和實踐操作，學生能夠更深入地理解和掌握化學原理和概念，形成自己的化學知識框架。

（二）強化化學理論知識與實驗的聯系

在化學的早期發展階段，化學家們通過反復實驗和觀察，逐漸發現了各種元素和它們的性質。例如，通過對不同物質的燃燒實驗，他們發現了氧氣和氫氣等元素，同時，通過實驗發現了化學元素的周期性規律，即元素周期表，這些實驗結果為化學領域的知識積累提供了基礎。探究性實驗教學也是基于這一原理，通過實驗操作來加強學生對化學理論知識和實驗現象之間聯系的理解。在實驗中，學生可以自主思考、設計實驗方案、進行實驗操作，并通過實驗結果來驗證和修正自己的理論推測。這樣的實踐操作過程能幫助學生將抽象的化學理論轉化為具體的數據和現象，進一步鞏固和深化學生對理論知識的理解。

（三）有助于學生自主學習意識的形成

現代社會對人才的需求已經發生了很大的變化，不再只是要求其掌握大量的知識，更重要的是能夠靈活運用知識解決問題。而傳統的教學方法往往只注重知識的灌輸，忽視了學生的能力培養。如果學生一直處于被動接受知識的狀態，他們很難培養出獨立思考、創造和解決問題的能力，這將嚴重影響他們今后的發展。在化學研究性實驗教學中，教師可以根據學生的年齡和學科特點，確定核心素養的培養目標，并設計相應的實驗活動來幫助學生提高這些核心素養。通過圍繞核心素養創新教學模式，使學生在實驗中更好地發展和提高自己的能力，增強他們學習的主動意識。

（四）有助于學生提高觀察與探索的興趣

實驗往往需要一定的時間和步驟，有時實驗結果的變化可能并不顯著或迅速，需要學生耐心等待和觀察。只有具備細致和耐心的觀察力，學生才能在實驗過程中不放過任何細微的變化，從而感受到化學之中的奧妙和魅力，增強對化學的興趣和好奇心。當學生的學習熱情得以保持時，他們會更加主動地參與實驗和觀察，從而產生更強的主觀意識。此外，實驗也可以為學生提供探索未知領域的機會，激發他們對科學的興趣和好奇心，培養他們主動學習和創新的精神。

（五）有助于學生樹立求真務實的精神

從古代煉術到現代化學，持之以恒的探索精神是推動化學科學不斷發展的重要動力之一，求真務實的嚴謹態度是發展化學科學的必要條件。在進行實驗時，所有操作必須嚴格按照步驟進行，以確保實驗的可重復性和準確性，如果在操作步驟中出現任何變化或偏差，都可能會導致實驗結果的誤差或不準確性。其中試劑的添加劑量和順序的準確性也對實驗結果至關重要，添加過少或過多的試劑可能導致實驗結果的偏差或錯誤。而且一些實驗本身具有危險性，如有毒物質的使用、高溫、高壓等。但高中生實踐經驗并不豐富，可能在實際操作中會面臨許多不確定因素，如遇到陌生的實驗操作步驟、不熟悉的實驗容器和試劑，以及不了解的實驗條件要求等。這就需要學生具備嚴謹的態度和求真務實的精神，對實驗操作進行仔細研究和準備，確保實驗的安全和準確性。通過實驗的實際操作，學生能夠深刻體會到實驗中的每一個細節和環節的重要性，培養出嚴謹、細致和求真務實的精神。這種精神不僅在化學實驗中起到重要作用，也可以在學生今后的學習和工作中發揮重要的指導作用。

四、 探究性實驗教學現狀

（一）設備問題與課時安排問題

首先，現代化的化學實驗儀器和試劑是進行實驗的基礎，它們能夠提供準確的數據和可靠的結果。然而，許多縣域高中的化學研究實驗室由于設備更新緩慢，往往無法及時獲得最新的儀器和試劑，導致實驗條件受限。這樣一來，學生們在實驗中無法充分發揮自己的想象力和創造力，無法進行更加復雜和有挑戰性的實驗，限制了他們的實驗動手能力的鍛煉。其次，部分學校僅僅以時間長短來安排實驗教學，忽視實驗的過程和實驗中的重要細節，這反而限制學生對實驗的深入理解和探索。最終使學生實驗動手能力無法得到鍛煉，探究、創新能力無法得到培養。

（二）目標模糊

實驗是化學學科中重要的一環，它不僅是展示化學原理的一種手段，更是培養學生素養的重要路徑。由于教師對教學目標的不充分了解，很多縣域高中化學教師往往只注重理論知識的傳授，忽視了化學研究性實驗在學習過程中的重要作用，他們可能認為實驗操作過程煩瑣、時間消耗大，而且可能存在安全隱患，因此選擇簡化化學實驗內容，或者干脆不進行實驗。這種做法使得學生失去了親自動手實踐的機會，導致他們對化學知識的理解和應用能力受到了限制。

（三）觀念落后

隨著新課改的深入，化學教師認識到化學研究性實驗教學的重要性，但由于各種原因，比如應試教育、評比等為了節省時間而很少讓學生進實驗室做實驗，以此形成了“背實驗現象”和“背實驗結論”等不良現象；有的以信息技術的應用為理由，在課堂上播放實驗視頻替代演示實驗和學生實驗。所以，學生的實驗動手能力沒有得到提高，更談不上提升實驗探究創新能力。

五、 縣域高中化學探究性實驗教學實施策略

（一）實驗前充分準備，確保實驗順利實施

化學研究性實驗是一門非常復雜的學科，需要進行詳細的實驗設計和嚴格的操作步驟。在實驗過程中，教師需要提前對實驗進行充分的準備工作。首先，熟悉實驗的目標和要求。了解實驗所涉及的化學原理和反應機制，對涉及危險化學品的實驗，教師應了解化學品的特性、性質以及可能的危險性，這樣可以幫助教師評估實驗的風險，并采取相應的安全措施。其次，準備實驗所需的材料和設備。這包括化學試劑、實驗器具、安全設備等，教師應提前確保所有材料和設備的質量和完整性，以保證實驗的可靠性和準確性。其中所涉及的所有實驗器具需要進行消毒和清潔，以防止交叉污染和實驗結果的誤差。此外，實驗進行之前，教師還要向學生詳細介紹實驗的目的、步驟和安全注意事項。在解釋實驗可能的危險性的同時，告知他們如何正確使用實驗器具和化學品，以及應急處理措施，并提醒學生遵守實驗室的規章制度，如穿戴實驗服、戴上安全眼鏡和手套等。

以“粗鹽提純”的實驗為例，教師可以先向學生介紹實驗的目的，即通過提純粗鹽的實驗，了解溶解、結晶和過濾等基本的化學操作技術，以及學習如何使用實驗器具和化學品。然后，再詳細說明實驗的步驟，包括加熱溶解粗鹽、過濾溶液、冷卻結晶、過濾結晶、洗滌和干燥等。介紹步驟的同時，教師還可以解釋每個步驟的化學原理和反應機制，幫助學生理解實驗的意義和原理。直至進入實驗，也須密切關注學生的操作和安全情況，及時給予指導和幫助。

（二）結合信息技術，豐富實驗感官

現代化學實驗教學已經開始應用信息技術，以提供更豐富的實驗教學資源和更靈活的實驗探究方式。借助信息技術手段，教師可以將實驗過程和結果以多媒體視頻的形式生動地展示給學生，讓其通過觀看實驗視頻，了解實驗步驟和操作要點，從而增強對實驗過程的理解。另外，虛擬仿真技術也能通過計算機軟件或者在線實驗平臺模擬實驗過程，讓學生在虛擬環境中進行實驗操作和觀察。這樣不僅可以避免實驗中可能出現的危險和污染問題，還能夠提供更多的實驗機會和實驗數據，讓學生進行多次實驗探究，提高實驗的可重復性和準確性。化學模擬軟件則能提供分子結構的可視化，幫助學生更好地理解化學反應和分子間的相互作用。學生可以通過模擬實驗進行反應條件的調整和觀察，進一步探索化學原理和規律。

以“氯氣制備”的實驗為例，學生能通過虛擬仿真技術在計算機軟件或在線實驗平臺上進行模擬操作，調節實驗參數如反應溫度、氣體壓力等，觀察氯氣的生成過程和反應速率的變化。同時，利用化學模擬軟件預測不同條件下氯氣制備的效果，比如，不同濃度的鹽酸溶液和不同反應時間等。通過觀察和分析模擬的結果，更好地理解化學原理和實驗過程，并進行實驗設計的探索。此外，虛擬仿真技術和化學模擬軟件還可以為學生提供實驗數據的記錄和分析功能，使其在模擬實驗中獲取反應物消耗量、產物生成量等實驗數據，然后進行數據處理和分析，比如，繪制反應曲線、計算反應速率等。這樣，學生也能通過模擬實驗的方式鍛煉實驗設計能力和數據分析能力，提高對化學實驗的掌握能力。

（三）細化教學內容，構建教學情境

當前，縣域高中所應用的新教材中化學理論均具有典型、成熟的特點，其中不僅包括了基礎的化學理論知識，還涵蓋了一些前沿的研究成果和應用領域。為了更好地教授這些知識，教師可以通過化學研究性實驗來幫助學生深入理解教材中的知識點、公式和課后題，這樣能使學生更加直觀地理解和應用所學的知識。當進行教材中的實驗教學時，實驗設計可以針對不同的知識點和實驗目的，設置不同的實驗環境和情境。

例如，在學習“硫及其化合物的教學”時，可以設計一個“硫的提取與制備”的實驗，在實驗中，學生需要通過加熱硫鐵礦石與氧化鐵反應，得到硫的純凈產物。實驗過程中，教師則要在一旁引導學生觀察反應現象，分析反應機制，探討硫的提取和制備方法。通過這樣的實驗情境構建，能使學生更深入地理解硫的性質和化學反應，加深對知識點的理解和記憶。實驗觀察和數據記錄的環節也必不可少，這能讓他們充分參與實驗的每一個環節。之后，學生還可以根據實驗結果，進行數據分析和實驗報告的撰寫，進一步深化對實驗現象機制的認知。

（四）引入生活實際，深化實驗應用

化學在生活中應用十分廣泛，無論是日常生活還是工業生產，都離不開化學的應用。在教學過程中，教師應該根據生活經歷，將一些常見的現象、問題等融入教學中，讓學生能夠從自己的生活中領悟到自己所掌握的化學知識，從而在解決生活中遇到的問題時能夠靈活地應用自己所掌握的化學知識，以此提高他們的“學以致用”的水平。為了達到這個目的，教師應該具備一種“生活化”的理念，將教學設置于生活之上，以生活為依據，進行實驗應用的教學，借此培養學生將化學知識運用到解決實際問題的能力。需要注意的是，生活實例和素材的選取不能脫離學生認知，常見的食物材料和熟悉的生活場景才更能調動學生的積極參與和思考。

例如，在“氧氣”教學中，教師在設計生活化教學方案時，融入日常吃燒烤這一場景，以木炭燃燒、串燒烤的鐵簽子不燃燒為引線，引導學生思考：“為什么木炭燃燒，鐵簽子不燃燒？什么條件下鐵簽子才會燃燒？”這種現象在學生的現實生活中非常普遍，可以循序漸進地激發學生的探索欲望。通過實驗演示，學生可以親自觀察和參與，深入理解氧氣對燃燒的作用，并通過實驗結果得出結論，加深對氧氣性質的理解。這樣的教學方法能夠使學生在實際操作中把理論知識與實際問題結合起來，提高他們的實際應用能力。生活化探究實驗比較看重培養學生的觀察力、思考力和動手能力等核心素養。因此，教師也應該注重生活實際案例的引入，設計生活化的教學方案，讓學生能夠在學習中體驗到化學的魅力，提高他們解決生活中實際問題的能力。

（五）挖掘實驗潛在價值，關注學生情感態度

在探究性實驗中為了實現“立德樹人”的教學目標，教師不能只把化學知識傳授給學生，還需將道德教育融入化學教學中。這種帶有情感性實驗教學可以讓學生在掌握化學基本知識和技能的同時，培養出對科學的熱愛、對環境的關注以及責任感和道德觀念。例如，教師可以從利弊兩方面進行分析化學對人們的生活的廣泛影響。一方面，化學產品的應用使得我們的生活更加便利和舒適。如，化學在藥物研發中的應用使得許多疾病有了更有效的治療方法，延長了人們的壽命；化學在食品加工中的應用使得食品更加美味和安全；化學在材料科學中的應用使得我們擁有了更輕更堅固的材料，推動了科技的發展；化學在環境保護中的應用使得我們能夠更好地處理廢水、廢氣和廢物，減少了對環境的污染等。另一方面，化學物質的應用也帶來了一些負面影響。如化學工業的發展導致了大量污染物的排放，對環境造成了嚴重的破壞；部分農藥和化妝品中的成分可能對人體產生潛在的危害等。當學生帶有這些思考角度看待和進行實驗時，就會認識到化學的應用既帶來了好處，也存在一些問題和挑戰。教師可以在此之后引導學生參與實驗和探究活動，讓他們親自動手進行科學實踐，體驗科學的樂趣和成就感。同時，再提出一些倫理和社會問題，讓學生思考化學知識和技術的應用對人類和社會的影響。只有這樣，才能實現化學探究性實驗教育的真正意義，讓學生在實際生活中受益。

（六）鼓勵學生自主實驗，尊重學生主體地位

在實驗教學中，將學生置于實驗的主體地位意味著將他們視為實驗的主要參與者和主導者，這會大大增加他們的自我效能感，從而加快其核心素養的養成。演示性實驗和探究性實驗是化學研究性實驗課程中常常使用的兩種不同的實驗方式。演示性實驗是“教為主，學為輔”，由教師展示一系列實驗步驟和現象，讓學生通過觀察來了解化學原理和現象，這種實驗方式可以直觀地展示化學現象，讓學生對化學知識有一個初步的認識。但是，學生在這個過程中并沒有主動參與實驗設計和操作，無法真正理解和掌握化學的基本原理。相比之下，探究性實驗更注重學生的主動參與和探索。在探究性實驗中，學生需要自己提出問題、設計實驗方案、進行實驗操作和數據分析，從而發現和理解化學原理，這種實驗方式能夠培養學生的探究能力、批判性思維和解決問題的能力，提高他們的學習動機和學習效果。為了強化學生主體地位，在實驗教學中可以采取以下措施：（1）提供適當的實驗指導和支持：教師可以提供一定的實驗指導和支持，例如，提供實驗方案、相關理論知識和操作技巧，但是要避免過多的干預，給學生足夠的自主空間和決策權。（2）鼓勵學生自主設計實驗：教師可以給學生一些自主設計實驗的機會，讓他們根據自己的興趣和問題進行實驗設計。學生可以通過文獻檢索、討論和思考來確定實驗的目的、方法和預期結果。（3）提供實驗資源和設備：教師應該提供足夠的實驗資源和設備，使學生能夠自主進行實驗操作。同時，教師也要指導學生正確使用實驗設備和遵守實驗安全規范。總之，實驗不是流于表面化地觀察和模仿，而是要通過實際操作使學生深入理解和掌握化學知識。

以“鹽酸的作用”教學內容為例，教師可以先進行一個簡單的演示性實驗，展示鹽酸與金屬反應產生氫氣的現象。然后，鼓勵學生自主設計實驗，研究鹽酸的濃度對反應速率的影響。學生可以根據自己的興趣和問題，設計不同濃度的鹽酸溶液，然后測量反應開始后一段時間內產生的氫氣體積，并進行數據分析。通過實驗結果的比較，學生可以得出結論：鹽酸濃度越高，反應速率越快。在這個實驗設計過程中，學生需要獨立思考和決策，這可以培養他們的探究能力和批判性思維。當學生的主體地位得到充分尊重和發揮后，其學習自主性也將大大增強。

六、 結論

綜上所述，縣域高中化學教學中開展探究性實驗是培養學生核心素養的重要路徑。無論是認知、實踐還是思維層面，學生都會通過探究性實驗教學產生一個飛躍性的提升。因此，教師應根據實際教材和學科特點，合理設計和組織探究性實驗活動，并通過行動研究來評價教學效果，不斷改進教學策略和方法，提高學生的學科核心素養。

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基金項目：文章系甘肅省教育科學“十四五”規劃2022年度重點課題“縣域普通高中發展提升行動研究”（課題立項號：GS［2022］GHBZ033）成果。

作者簡介：馬尚天（1976～），男，漢族，甘肅景泰人，甘肅省景泰縣第一中學，研究方向：高中化學教學。