像科學家一樣做實驗

摘 要：本文分析了高中化學實驗教學的傳統模式及其弊端，對學生自主構建的高中化學實驗教學的含義及實施策略進行了探索，希望參照科學探究的一般過程、環節和邏輯，改進高中化學實驗教學方式，增強實驗教學的學生自主性，讓學生像科學家一樣開展實驗活動，達成促進學生核心素養形成的目的。

關鍵詞：高中化學；實驗教學；學生自主性

化學是基于實驗的自然科學?；瘜W的教與學的過程中，實驗是最主要的學科實踐活動?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準》基本理念指出：以發展化學學科核心素養為主旨，重視“素養為本”的教學[1]。倡導創設真實的問題情境，開展以化學實驗為主的多種探究活動，充分認識化學實驗的獨特價值，精心設計實驗探究活動，促進學生學習方式的轉變。強調通過親身體驗、以實踐提升學生的化學實驗能力與實驗思維能力，發展學生的化學學科核心素養。但是目前高中化學實驗教學中，學生自主性未能充分體現。筆者希望參照科學探究的一般過程、環節和邏輯，優化高中化學教學中實驗相關的教學方式，探索學生自主構建的高中化學實驗教學方式。

一、傳統高中化學實驗教學的模式及其弊端

化學作為一門實驗學科，實驗教學對高中化學學科學習的重要性不言而喻。但受設施條件、課時安排、教師能力等多方面因素影響，部分實驗課堂教學仍然沿用比較傳統的模式，主要有以下幾種。

（一）“好像做了”的虛實驗

所謂的虛實驗指的是未在現場進行實驗的實驗教學方式。這種方式中，教師會讓學生閱讀實驗內容，向學生介紹實驗的目的、原理、步驟和預期結果，以及實驗中使用的儀器、試劑等，可能會使用多媒體資源（如視頻、動畫、模擬實驗等），讓學生觀察實驗現象，了解實驗過程，幫助學生理解實驗內容。在這樣的教學過程中，學生沒有實際參與到實驗中，無法親身體驗實驗中奇妙而復雜的反應過程和現象，連實驗設備和儀器都無法親自操作，更無法參與實驗的設計與實施，實驗的自主性根本無從談起。在這種情況下，學生不僅無法掌握實際操作技巧和經驗，無法充分認識實驗中的安全問題和風險，同時也影響對實驗涉及的知識原理的理解和掌握，使實驗的學科實踐育人功能完全無法發揮。

（二）“教師做學生看”的偽實驗

這里的偽實驗指的是單純由教師進行演示實驗而完成的實驗教學。這樣的實驗教學方式雖然能夠讓學生現場觀看示范操作，近距離觀察實驗過程和現象，但是依然剝奪了學生參與實驗設計、親自動手實施實驗的機會。這樣的教學方式未能體現學生的學習主體性，忽略了對學生探究思維、創新意識的培養。學生在這樣的教學模式下以被動接受知識作為學習的主要途徑，這不僅影響學生主動學習的興趣，而且影響了學生的探究思維和創新能力的培養，阻礙了學生化學學科核心素養的發展。

（三）“就這樣做”的機械實驗

所謂的機械實驗，指的是學生按照教師要求，按部就班完成實驗全過程的實驗教學方式。這種教學方式過于強調按照規定的步驟和要求，雖然學生能夠親自動手操作實驗儀器和試劑，但是喪失了實驗的自主性。學生像是“實驗機器人”，機械地按照既定的程序完成既定的步驟，并得到既定的結果。他們未能經歷提出問題、猜想假設、設計方案的過程，缺少對實驗原理、方法和意義的思考，無法真正掌握實驗技能，也無法將實驗知識應用到實際問題的解決中。這種自主性的喪失，不僅會使學生過于依賴指導和規定，導致在實際操作中缺乏自信和獨立完成的能力，更限制了學生的創新思維和獨立思考能力，使其傾向于按照既定模式和方法解決問題，而不愿嘗試新的方法和思路。

所以，應當改變這些“虛”“偽”“機械”的實驗課堂教學方式，把實驗的自主性還給學生，讓學生親身體驗真實的實驗，自主參與和構建實驗。而這些可以從科學家做的化學科研實驗中得到啟發。

二、像科學家一樣做實驗：學生自主構建的高中化學實驗教學

（一）化學科研實驗與化學教學實驗的對比

化學科學研究實驗一般是為了探索未知領域，驗證或發現新的科學理論、規律和現象。一般認為其過程包括：提出問題、猜想與假設、制訂計劃、進行實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流等[2]。

通過比較可以看出，教學實驗與科研實驗在目的、方法和過程等方面均有不同，由此導致自主性、開放性和探究性的差異。教學實驗從實驗本身性質來看，是對已知結果實驗的重復和再現，其目的是幫助學生理解化學概念、原理和方法，培養實驗操作能力和科學思維；在一定程度上依賴教師的指導和支持；結果通常是可預期的。而科研實驗需要科研人員自主設計、實施和分析實驗，結果可能存在不確定性，需要經過嚴格的驗證，甚至可能推翻原有理論，具有更高的自主性、開放性和探究性。

（二）學生自主構建的高中化學實驗教學的含義

學生自主構建的高中化學實驗教學，是通過設計引導學生像科學家一樣，沿著科學研究和實驗的思路和過程，自主分析、設計、實施實驗并得出結論的實驗教學方式。讓學生體會包含“提出猜想與假設”和“設計實驗與驗證”等科研實驗的必要環節和過程，經歷運用化學知識和思維方法分析、探究、驗證、最終解決問題的成功，體驗揭開未知獲取新知的滿足感和獲得感。通過這種更具自主性、開放性和探究性的學科實踐，讓學生更深入理解掌握化學概念、原理和方法，發展學生的科學探究能力和創新意識，培養科學態度和科學精神。

由于實驗目的、性質和實施條件的不同，學生需要像科學家一樣學習和研究，但又不能完全按照科學家的方式進行實驗。要充分理解、提煉科學實驗的邏輯、方法和要素，改進實驗教學，強化學生在實驗過程各環節的主體地位，增強化學實驗過程中的自主性、開放性、探究性，凸顯實驗的學習性和教育性，同時又要避免或減少科學實驗中的模糊性和隨機性，保證效率、安全和質量，使其符合高中化學課堂教學的條件和要求。

三、學生自主構建的高中化學實驗教學的實施策略

（一）將目標知識轉變為任務問題，增強實驗的探究意味

問題是科學研究的起點。科學家面對的問題，答案是未知的，正是這種未知性和不確定性使得他們的研究和實驗具備天然的探究性。化學教學實驗通常是對既定知識規律的現象重現或應用，這很大程度上削弱了實驗的探究性。通過設置任務問題，將學習的目標知識和規律轉變為待檢驗的猜想，減少實驗結論的必然性，使實驗在一開始具有一些不確定的意味，增強實驗的探究性。

例如，在“鈉的性質”相關知識點教學中，教材通過分析鈉原子電子層結構，得出“鈉的化學性質很活潑，能與許多物質發生化學反應”。可以引導“根據理論分析得出了這個推論，一起來檢驗一下這個推論是否正確”，將必然結論轉變為需要學生親自驗證的推論，增加實驗的探究意義。還可以進一步提問“如果鈉的化學性質很活潑，那么很活潑如何體現出來？”引導學生“一般情況下，不能與常見金屬反應的物質，是否能與鈉發生反應？”“反應的難易程度和現象是否會有不同？”讓學生關注鈉與生活常見金屬性質的不同，與生活經驗和現象的不同，引導他們在實驗中認真觀察和體驗“化學性質活潑”引起的未曾見過的現象。

（二）引導基于假設和驗證的設計，提升學生的自主性

問題是科學研究的起點，而假設是科學實驗設計與實施的起點。通過理論推演、已知現象或經驗，對問題的答案提出可供驗證的猜想假設，在此基礎上設計實驗進行證明或證偽假設，這是科學實驗的一般邏輯和思路。教材中化學實驗通常未明確體現猜想假設環節，部分教師也忽略了這一環節。很多教師希望能讓學生自主進行實驗設計，但在缺少猜想假設的情況下，自主設計就是無根之木，學生只能按照教材給出的既定方案進行“設計”。所以，應該讓學生針對問題進行猜想和假設，并著重引導提出可供驗證的假設，以此為根據分析“驗證假設所需的證據”“收集證據所需的實驗及其原理”“進行實驗所需的操作、器材、試劑和安全注意事項”“記錄實驗所需的表格”等，完成學生自主構建的方案設計。

以“探究氯氣與水反應”的實驗教學為例，在觀察“氯氣溶于水”的實驗現象后，引導學生對實驗原理進行猜想假設。學生猜想是物理變化或化學變化，教師應該繼續引導進一步猜想，“假設是物理變化，溶液中存在哪些微粒？假設是化學變化，又存在哪些微粒？”由此引導學生提出可供驗證的猜想假設，即“若是物理變化，溶液中存在Cl2和水，若是化學變化，可能存在水和含氯化合物（HCl或其他物質）。如果部分反應，還存在剩余Cl2”[3]。在此基礎上，學生就能夠明確下一步需要檢驗的對象，并根據所學知識原理提出有針對性地檢驗方法。此時可以讓學生按分組討論整合方案步驟、器材試劑、操作細節、注意事項等，完善方案后著手開展實驗。

（三）用觀察記錄替代臨場指揮，提升實驗實施過程的真實性

科研實驗的實施過程是科學家驗證猜想假設的關鍵步驟。而教學實驗中，實驗的實施階段不僅是驗證猜想假設的關鍵環節，更是學生掌握實驗技能、觀察體驗化學變化、收獲成功（或失?。┓e累經驗、培養探索創新自信的重要途徑。因此教師在這個環節應該側重于觀察記錄學生是否按照方案開展實驗、是否合理分工合作、能否規范操作、能否充分觀察現象記錄數據、能否及時思考應對意外情況，待操作結束后再引導學生進行反思，而不是忙于指導或急于糾正。教師應充分信任學生，除了涉及實驗安全的操作需要關注并及時糾正錯誤，其他環節均可放手讓學生自主開展。如此才能讓學生體驗真實的實驗實施過程，充分發揮化學實驗的學科實踐育人功能。

例如，在“鈉的性質”實驗中，除了金屬鈉取用的安全性需要重點控制和關注外，其他操作、觀察和記錄均可以讓學生自行開展，重點觀察學生在實驗過程中的表現。再如，在“氯氣與水反應”的探究實驗中，在做好關于氯氣的安全教育和操作引導后，重點觀察學生能否充分觀察發現氯水的漂白現象，并在操作結束后引導學生反思“為何有些同學觀察到，而有些同學忽略了？是否觀察充分記錄規范描述完整？”由此讓學生充分體驗自主而真實的實驗實施過程，訓練技能積累經驗，增強解決問題的實際動手能力和信心。

（四）引導基于證據的論證表達，增強實驗結論形成的科學性

基于證據的實驗結果分析與討論，是科研實驗的重要環節。引導學生切身經歷這一過程，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系，是培養化學學科核心素養中“證據推理”能力的重要途徑。部分教師對實驗結果的討論表達重視不足，急于給出實驗結論進入下一階段教學，使學生未能充分體會“猜想－證據－結論”的思維邏輯。要讓學生思考討論“實驗現象與數據是否符合我們的假設？如何解釋和表達？若符合，證據是否充分？若充分，方案是否還有可以改進的地方？”通過分析實驗結果，提取有效證據，充分思考、討論和整理，最終以符合邏輯的學術用語規范表達實驗結論。

對實驗結論的理性分析與表達還有助于引導學生發現和提出新的問題。引導學生思考“若證據不足以驗證假設，還需要補充哪些證據，如何獲得？若實驗結果與假設不符，是實驗方案有缺陷，還是實驗過程失誤？如何調整改進？”在此基礎上展開新一輪的猜想假設、方案設計與實施，讓學生體驗“實踐－認識－再實踐－再認識”的認知循環，體會科學研究的邏輯和方法，培養科學探究與創新

意識。

例如，在“氯氣與水反應”的探究實驗中，在學生驗證出氯水中含有Cl2和HCl后，發現了氯水具有漂白性。此時如果直接開展漂白性的探究驗證實驗也是能夠推進教學進程的。但是如果能夠讓學生討論整理一下實驗整體思路，引導學生自行表述“最開始猜想氯氣溶于水可能是物理變化或者化學變化，經過實驗驗證氯水中含有Cl2和HCl，說明氯氣溶于水中部分發生了化學變化。同時發現氯水具有漂白性，猜想有其他物質生成。要驗證這個猜想，應該先檢驗Cl2和HCl是否具有漂白性?！蓖ㄟ^這樣的整理與表達，讓學生進一步理解猜想：物理變化或化學變化，證明：含有Cl2和HCl，結論：部分化學變化的邏輯關系，同時在此基礎上分析“意外情況：氯水的漂白性，提出新猜想：其他物質生成，形成新方案：檢驗Cl2和HCl是否具有漂白性。讓學生按照科學研究的思路，基于證據的分析論證，形成結論并提出新問題、新猜想、新方案。

結束語

走向學生自主構建化學實驗教學是實現化學學科實踐育人功能的研究方向。借鑒科學研究實驗的環節、過程和邏輯，讓學生像科學家一樣做實驗，是增強實驗教學中學生自主性的有效方式。上文探討了學生自主構建的高中化學實驗教學的含義，并對其實施策略進行了歸納，建議在教學中選擇合適的方式開展探索實踐，具體有以下方面：一是要立足教學實際，開展教學實踐。要在現有教學環境和學情的基礎上，依托本地區或本?；瘜W教研團隊，充分發掘和利用教學資源，根據教學目標精心設計開展教學實踐。二是要抓住科研實驗本質，服務教學目標。完全按照科學家做實驗的方法流程開展實驗教學是不切實際的，要充分理解科研實驗的基本邏輯和思維方式，根據教學目標和具體實驗，選擇其中部分關鍵要素和環節改進實驗教學，促進實驗教學質量提升。三是要突出學習主體，錨定核心素養。任何教學改進都應以服務發展學生核心素養為目標，以此進行設計和實施實驗教學，突出學生的學習主體地位，增強學生實驗過程的自主性，讓學生做真實驗、真探究，收獲知識感悟

科學。

參考文獻

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

[2]黃恭福，鄒海龍，胡萍等.基于學科育人的高中化學實驗教學研究與實踐[J].化學教學，2022（9）：64-69.

[3]付小茹，姜璇，劉存芳等.基于科學探究和科學思維的化學建模教學實踐：以“探究氯氣與水反應”教學為例[J].中學化學教學參考，2023（14）：44-47.