高中化學實驗單元教學的實踐與探索

摘 要：遵循新課程標準的指引，高中化學實驗課程的更新與改革成為教育領域的一項重要任務。為此，開發單元教學課程體系，旨在通過“大單元”方式來組織和呈現教學內容。這種方法的核心在于，圍繞化學學科的大概念構建實驗教學的框架和內容，確保實驗活動不僅深入探索科學原理，而且緊貼實際應用。因此，本文將結合人教版高中教材，對高中化學實驗單元教學的實踐方法進行探索，以供廣大教師參考。

關鍵詞：高中化學實驗；單元教學；實踐與探索

課程通過將教學內容與大概念相結合，并通過設置接近生活的實驗情境，旨在激發學生的探究興趣，從而有效提升學生的化學實驗素養。通過這種方式，不僅能夠促進學生對化學學科的深入理解，還能夠為他們將來解決學習和生活中的問題提供堅實的基礎。

一、高中化學實驗單元教學實施背景

實驗活動是構成化學教學核心的基本元素，不僅是教師向學生傳遞知識的關鍵通道，也是激發和培養學生科學思維的有效工具，更是在化學教育中實現人才培養目標的關鍵途徑。教育部在《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》中已經強調了實驗教學在培育創新人才中的重要地位，將其視為教學體系中不可或缺的一部分。根據高中化學課程標準（修訂版）的要求，教師在開展教學活動時應積極融入各類實驗探究活動，確保這些活動不僅緊貼學生的生活實際，也與社會的實際需求相連通。通過這樣的實際操作，旨在激勵學生對學習化學的興趣，引導他們主動投入學習過程中來。這種教學策略的運用，有助于學生從傳統的學習方式中轉變為更加主動深入的學習模式，從而在促進學生的創新精神和實踐技能的提高的同時，達成培育學生核心素養的教育目標。通過精心設計的實驗教學活動，可以有效地動員學生的學習熱情，為學生提供一個通過親身實踐來深化對化學知識理解的平臺。這樣的做法不僅能夠幫助學生建立起更加直觀、實在的知識體系，更能在實際操作過程中培養他們解決問題的能力，進而在實踐中提升他們的創新能力和實驗技能。綜上所述，實驗教學活動的設計和實施對于激發學生學習興趣、引導學習方式的轉變以及提升學生的核心素養都具有不可替代的作用，是高中化學教育中實現教學目標的重要手段。

二、高中化學實驗單元教學優勢

高中化學實驗單元的教學方式，以其結構化和系統性的特點，成為化學教育中培養學生科學素養和實驗技能的有效工具。這種教學模式通過整合關鍵的化學概念，或稱作“大概念”，以及與之相關的實驗操作，為學生提供了一個深化理解和探索化學知識的平臺。化學實驗單元的教學格式能夠鼓勵學生主動參與學習過程，通過實踐活動來發現和理解化學原理。這種方式不僅加深了學生對抽象化學概念的理解，還促進了他們解決問題和開展創新實踐的能力。實驗操作的直接體驗，讓學生能夠在動手做的過程中，將理論知識與實踐技能有機結合，從而加深對科學原理的認識。化學實驗單元通過模擬真實世界情境的實驗設計，使學生能夠在接近實際的環境中運用化學知識，解決問題。這樣的實驗設置更貼近生活，能夠激發學生的學習興趣，增強他們對化學學科的認識和喜愛。通過面對真實或虛擬的科學問題，學生能夠學習到更多關于如何在日常生活中應用化學知識的技能。另外，化學實驗單元通過圍繞中心概念展開的教學活動，幫助學生建立起化學知識之間的聯系，形成一個結構化的知識網絡[1]。這種教學方法有助于學生從整體上把握化學學科的框架和邏輯，使得學生能夠在各個知識點之間建立起聯系，從而在更高層次上理解化學的概念和原理。

三、高中化學實驗教學中存在的主要問題

在目前的高中化學實驗教學實踐中，面臨著幾個顯著的問題，這些問題在一定程度上阻礙了學生能力的全面發展和化學實驗的教育價值的充分體現。首要問題是，盡管多數化學教師在理論上認同實驗教學的重要性，卻在實際操作中表現出一定程度的疏忽。這表現在替代親身實驗操作的做法較為普遍，如通過展示實驗視頻或僅僅討論實驗題目來代替真正的實驗操作，由此導致學生失去了通過親自動手進行實驗探索和知識建構的機會，這種現象嚴重影響了學生通過實驗來培養科學思維和實踐技能的可能性[2]。其次是教材內容的問題，當前教材中的實驗內容往往偏重知識的構建，致使實驗的設計更多地服務于總體的知識體系建立，而忽視了對學生實驗技能系統性培養的需求。這種情況下，學生難以通過教材中的實驗來系統地訓練和積累實驗技能，從而影響到他們形成一套完整的實驗操作能力。

第三個問題涉及學生解決問題能力的培養，教材中的實驗活動往往零散地分布在各個知識點之間，綜合性和實踐深度不足，通常只限于單一的操作步驟，這遠遠不足以提升學生的創新思維和解決實際問題的能力。缺乏將知識綜合應用于解決復雜問題的訓練，學生的實踐能力以及對科學原理應用的深入理解都會受到限制。針對這些問題，需要從重視實驗教學的育人價值、改進教材編寫以及增加學生解決實際問題經歷三個方面進行改進和優化。教育者應更加注重實驗操作的親身體驗，確保學生能夠直接參與到實驗過程中，通過親自動手的方式來學習科學知識和培養實驗技能。同時，教材的設計應當更加關注于培養學生的實驗能力及其解決實際問題的能力，通過將系統的實驗技能訓練和創新思維能力的培養納入教學內容中，來促進學生知識的深層次理解和應用。此外，增加綜合性強、能促進學生主動探索和解決問題的實驗活動，也是培養學生創新思維和實踐能力不可或缺的一部分。通過這樣全面的改進，旨在提升高中化學實驗教學的整體效果，進而全面提高學生的科學素養和實踐能力。

四、高中化學實驗單元教學思路與體系構建方法

（一）利用大單元理念結合情境教學設置內容

為了在課堂上深入實踐“以素養為本”的教學理念，創設貼近生活的真實情境與設計具有驅動力的問題被認為是極為高效的教學策略。項目式教學作為一種深受認可的方法，被證明在融合和發展核心素養方面特別有效。此方法鼓勵教師挖掘和開發富有意義的實驗素材，使學生得以在真實的環境中采用化學的思維方式進行思考與學習，旨在培育他們的科學思維和方法；此外，它還助力學生轉變學習方式，并提高化學實驗技能[3]。利用任務驅動策略創設具有挑戰性的問題，有助于學生獨立面對并解決實際問題，從而培養探索和創新的精神，同時鍛煉其高層次的思考能力。遵循此思路，并在化學課程標準的指導下，《高中化學實驗項目式學習》專注于從真實的生產和日常生活中選取素材。一系列圍繞具體主題的微型實驗項目的探索和開發，著力強調課程內容與學習方式的優化，并堅持“實驗促進化學學習”的理念，印證了化學實驗在教育過程中的核心價值。課程中包含多個與日常生活和產業緊密相關的實驗項目，例如肥皂和硫酸亞鐵銨晶體的制備、水中溶解氧的檢測、含碘鹽的鑒定以及補鐵劑中鐵含量的測定等，涉及環境監測和人體健康等領域。設置這些具體的學習任務旨在激發學生運用實驗解決現實生活問題的意識和能力，深化他們對化學知識的理解與應用。

（二）結合大概念引領實驗內容

在學科教學中，大概念扮演著樞紐般的角色，它不僅是學科內部知識的中心點，而且能夠將次級概念及子概念與其他學科的概念相聯系，形成一個互聯的知識網絡。構建教學內容圍繞這些核心概念，有助于學生們不僅對學科的知識體系有更深刻的理解，而且能更好地將所學知識應用到新的場景中。化學的實驗教學領域，探索如何圍繞化學體系的核心要素，即包含的核心概念，進行解構和再構建，是一個重要的研究方向。通過將這些核心概念融入單元教學的框架中，不僅能夠提升學生的實驗技能，還能夠加深他們對化學原理的理解。在實際操作中，對實驗項目所涵蓋的大概念和知識層次進行詳細分析，可以實現知識的結構化，同時，利用一些典型的實驗現象，引發學生思考，并指導學生運用歸納、推理等方法，進一步理解化學原理，避免機械地進行實驗操作。

以“制備肥皂”這一實驗為例，從“實驗三大因素”和“成分影響性質”這兩個重點概念入手進行剖析，可以幫助學生更好地理解和掌握。另外，在實驗過程中，還可以設置一些拓展實驗，深化學生對實驗原理的應用，為學生提供探索新實驗的機會，實現對學生應用能力與創造性思維培養。在課程設計時，應當充分考慮到學生的認知與發展規律，只有這樣才能保證化學實驗的教學質量，真正實現實驗教學在培育化學素養方面的重要作用[4]。通過這樣的教學設計，旨在培養學生在化學領域內的核心能力，包括知識遷移、創新思維以及解決問題的能力，為他們的全面發展奠定堅實的基礎。

五、高中化學實驗單元教學的實踐方法

（一）確定教學內容

本文將以人教版高中化學教材（2019）《硫及其化合物》為例，探索以實際應用場景或實驗探究為途徑的學習方法。本單元主要教學目標在于讓學生對硫及其化合物的性質有所了解及掌握，并認識硫及其化合物在實際生活中的應用。在本單元學習之前，學生能夠具備一定化學基礎，在化學基礎指導下對硫元素及其化合物有一個更好的學習，了解并掌握硫的化學結構與性質，并掌握相關實驗技能。從這一單元課程設計中可以看到，主要以硫酸的工業生產工藝為主線，通過硫化合物，引導學生運用已掌握的知識進行物質間轉化。在實際教學中，可以精心設計問題，如：“為何人們稱硫酸為‘化工之母’”“怎樣制備硫酸？”“怎樣檢測溶液中是否存在硫酸鹽？”以及“硫酸有著怎樣的產業化生產流程特點？”等相關問題。這些問題不僅指導學生在化學知識的獲取過程中注重實踐和應用，也引導他們思考在自然界和實驗室環境中，如何有效控制和利用含硫物質的轉換。通過解決這些實際問題或參與探究活動，學生將在學習化學的同時發展和完善自己的科學素養。

課堂的第一環節側重于解析硫酸的制備途徑，通過深入分析硫原子的結構，探究其潛在的化合價，聯合現有的物質分類方法，繪制出價與類的雙向圖譜用以展現含硫物質。利用該圖譜，學生能夠對硫酸的生產路徑做出合理的預測，并對所選路徑的實施可能性進行深入分析。繼而，引領學生對硫及二氧化硫的物理及化學屬性進行學習，進一步通過研究這些物質在日常生活中的應用，領會“結構影響性質、性質決定應用”的邏輯關系，從而構建起對非金屬元素性質研究的理論框架。在第二個教學環節中，學生將探討硫酸之所以被譽為“化工之母”的深層次原因。此部分以硫酸在化學生產中的核心作用為切入點，對不同濃度的硫酸進行性質研究，得出濃硫酸具有強吸附、強脫水和強氧化這三個主要特點。另外，通過檢測硫酸離子，使學生更加深刻地理解和掌握“結構決定性質，性質決定用途”這一概念。

第三節課教學重點在硫酸的工業化生產。通過對硫酸的工業化生產工藝進行分析，使學生更好地理解和掌握物質轉化條件，并了解在自然和實驗室條件下硫及其化合物之間的相互轉化，培養科學探究和創新的精神。本單元的教學目標定位于深入理解硫及二氧化硫的性質，掌握可逆反應概念、濃硫酸的獨特性質以及硫酸根離子的檢測方法，同時，強調含硫物質互轉的機制。面對的挑戰包括如何根據物質的原子結構、分類及化合價等信息準確預測其性質，并在課堂實踐中設計并實施相應實驗。通過整合化合價與不同含硫物質的轉化機理設計出實用的實驗方案，進一步推廣應用。

（二）教學實踐過程

在化學領域，制造硫酸的過程堪稱人類智慧與自然力量的卓越結合。經過對制備硫酸的路徑設計和性質了解之后，現在帶領學生深入化工現場，親身體驗和感受硫酸在工業上的生產過程。通過觀看有關硫酸生產的視頻資料，學生將對硫酸的制造流程有更直觀的認識，并能夠把視頻中展示的內容與所學知識相結合，完成對工藝流程圖和反應方程式的細致書寫。通過展示硫元素在自然界中的存在和轉化方式的圖片，引發學生對地殼和大氣中含硫物質分布特征的思考，并進一步討論這些物質如何在自然條件下彼此轉化、循環。這一環節的目的，在于讓學生理解自然界中含硫物質的轉化規律，以及它們在地球生態系統中所扮演的角色。

以實驗室條件下不同化合價態硫物質間的相互轉換為研究對象，通過詳細地闡述實驗方案設計，讓學生了解實驗的設計原理與過程，并讓學生分析其在氧化還原反應中不同硫物質發揮的是還原劑作用還是氧化劑作用。進一步，學生將從所學知識出發，設計用以實現特定價態含硫物質轉化的實驗方案，并在小組討論中評估方案的可行性。課程進入實踐環節，學生分組按照既定實驗方案進行實驗操作，實時觀察并記錄實驗過程及現象。通過實踐活動，學生可以直接應用理論知識，檢驗實驗方案的實際效果。實驗結束后，學生需要對觀察結果進行分析，綜合實驗現象和數據，得出科學的結論，并在班級前進行匯報。此教學流程旨在引導學生通過從工業到自然乃至實驗室的不同層面，全面理解含硫物質轉化的科學原理，并通過實際操作，加深對硫及其化合物特性及應用的認識。在此過程中，學生的科學探究能力、實驗設計和團隊合作能力將得到有效鍛煉和提升。

（三）教學反思

課堂互動的中心環繞著學生展開，他們在教師的悉心指導下，自主挖掘問題并致力于解決之。為此，教師必須在課堂上扮演支持者的角色，通過提供適宜的學習資源，如引人入勝的情景問題、必要的實驗器材等，確保學生能夠自主學習。特別是在探討“工業制硫酸及其對含硫物質轉化控制”的單元時，教師通過精心策劃的學習活動與任務，創設了豐富的學習場景以強化學生的主體地位，同時自身作為輔導者的角色亦得到了充分體現。學生通過觀看視頻資料，深入了解工業制硫酸的詳細生產過程，這不僅拓寬了他們的實踐知識，而且促使他們開始將學到的理論知識與實踐相結合，逐漸形成了將化學研究成果轉化為生產實踐的意識。通過閱讀書面材料，學生探索了含硫化合物釋放至大氣中的主要路徑，并認識到二氧化硫排放對環境產生的潛在危害，如酸雨的形成，這一過程強化了他們環境保護的觀念和社會責任感，進一步培育了具備科學態度和社會責任的核心素養。

經歷實驗方案的設計、方案可行性討論及具體操作等一系列實驗流程，學生在小組協作模式下共同完成任務，這不僅鍛煉了他們的科學實驗技巧，而且促進了化學學科關鍵能力的發展，為日后的科學探索活動打下了堅實的基礎。整個教學過程中，學生通過從工業生產硫酸的角度，到探討自然界硫循環的角度，再到實驗室中設計和執行化學實驗方案的角度，全面體驗了含硫物質轉化的多樣性和復雜性。這樣的探究活動不僅僅是對知識的學習，更是一次綜合性能力的培養，讓學生在互動和操作中，掌握了如何將理論與實踐有效結合的方法，從而為成為將來能夠獨立進行科學研究的人才奠定了基礎。借助這樣的學習經歷，學生們能夠深刻理解含硫化合物的轉化及其對環境與社會的影響，增強了環保意識和解決實際問題的能力，這些都是21世紀所需的關鍵素質和能力。

另一方面，單元教學設計涉及教師對課程標準和教學資源的深入鉆研，期望通過教學內容的深刻理解，結合學生實際，經過材料的挖掘、知識的整合以及結構的重構，最終構筑起一個完善的教學主題。這種設計要求教師以真實、貼近生活的素材為基礎，構建教學內容的知識框架，確保知識傳授與實際情境緊密相關。接下來，教師需要根據知識內容的邏輯關系和難易程度，將全單元內容分解為多個子課時，并為每個子課時設定一個具體的情境主題。這種方法不僅增加了教學的條理性，也使學生在不同的教學環節中清晰地感受到知識的遞進和深化。

基于各個子課時的情境主題，教師進一步明確了一系列學習任務，為學生提供了明確的學習目標。進一步地，教師會設計一系列梯度式問題（活動），這些環環相扣的問題旨在引導學生通過實踐、探索和思考，逐步攀登知識的高峰。整個單元教學設計過程中，教師的預備工作至關重要，只有當教師在課前完整地規劃好整個單元的學習任務框架和邏輯結構時，學生才可能在清晰的知識架構下，系統地建構起自己的知識體系。此舉不僅有助于學生對化學知識的掌握，更重要的是，它為學生發展化學相關的高階思維能力提供了堅實的基礎。這一過程中，教育者通過布置具有挑戰性的問題和任務，激勵學生積極思考、探究未知，從而逐步提升他們解決復雜問題的能力。這種基于真實情境的學習體系，不僅促進了學生對化學知識的深入理解和應用能力的提升，也培養了他們的創新意識和批判性思維能力。因此，單元教學設計不僅是化學教學的一項基本策略，更是促進學生在化學學科中發展高階思維的關鍵途徑。單元教學設計是一個系統化的過程，它要求教師結合學生的學習需要與教學資源，通過實地情境的引入、任務驅動的學習以及問題導向的探究，有效地激發學生的學習興趣，引導他們構建知識體系，培育解決問題的能力，從而在化學領域和更廣泛的學科學習中，形成深刻的理解與持久的興趣。這樣的教學設計不僅優化了學習過程，也為學生未來的學術探究和職業發展奠定了堅實的基礎。

結束語

單元教學設計及其在實踐中的應用，是一個漫長且需要利用團隊智慧不斷進步的過程。作為教育第一線的教師，持續挖掘和利用生活中的情境素材成為一項重要的任務，旨在將這些素材與教學大綱相結合，從而尋找最佳的教學切入點。通過設計階梯式的問題，不僅激發學生的思考，還將學生核心素養的培養具體實現于化學課程之中。這需要教師對教材內容進行細致的整理和深思熟慮的構架，以確保學生能在思考和實踐中不斷成長。

參考文獻

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