基于學科核心素養的高中化學實驗教學模式

高中化學新課程標準強調以核心素養的培育為導向，在實驗教學中提升學生的核心素養。然而，在當前的教學實踐中，化學實驗普遍存在“重形式輕素養”的現象，未能激發學生深層次的思維和意識。新課標要求重構實驗教學定位，將實驗作為素養培育的載體。在傳授理論知識時，教師應設計實驗，引導學生深入理解化學反應的本質，并記憶相關的化學反應方程式；在能力培養方面，教師應強化科學思維的訓練，培養學生假設驗證、現象分析、問題解決等方面的能力。通過這樣的教學過程，學生能夠逐漸形成科學精神、社會責任意識等核心素養，以滿足新時代教育目標的要求。

一、化學學科核心素養概述

化學核心素養的培養應以學科本質為基礎，教師應精選教學內容、重構知識體系，促使學生在理解中實現知識的結構化與認知的深化。新課程標準立足教學實踐，明確將核心素養定位為化學教育的關鍵目標，教師應立足學科本質，在教學中滲透科學思維與方法論，引導學生通過化學視角分析物質變化規律，建立科學的世界觀。新課標構建的化學核心素養框架正是通過知識、能力、價值觀的三維融合，為學生的終身發展奠定基礎，核心素養主要涵蓋以下幾個方面：

（一）宏觀辨識與微觀探析

新課標強調學生構建從宏觀到微觀的認知模型，以深化化學思維。它要求學生觀察實驗現象，并利用微觀粒子的運動和結構變化來解釋宏觀物質的性質和反應規律，從而建立現象與本質之間的關聯。在學習過程中，學生需要掌握精準書寫化學反應方程式的能力，將微觀過程轉化為科學符號，并動態觀察和理解公式的內涵。這些素養要求旨在強化學生科學解讀宏觀現象的能力，促使他們形成從化學視角認識世界的認知方式，并在微觀變化中培養學生的科學探究素養。

（二）變化觀念與平衡思想

在探究性實驗中，學生運用動態視角觀察物質變化，理解化學變化的基本特征。同時，結合條件、環境等差異分析物質的可變性，認識到變化與平衡之間的關系。例如，魯教版選修二《化學反應與能量》一課便通過具體實驗，提出物質在運動轉化過程中呈現的“變”與“不變”的特性，強調變化是物質存在的根本屬性，分析了平衡狀態對反應方向的重要影響，有助于學生構建化學反應認知體系。

（三）證據推理與模型認知

在化學實驗操作的過程中，通過實踐和觀察現象，能夠培養學生的推理能力。在進行探究性實驗時，學生會依據物質顏色、狀態等變化的證據來構建化學平衡模型，從而形成理論認知框架。同時，他們會提出假設并進行實驗驗證，以優化對概念的理解。這種素養主要依賴于以證據為基礎的推理過程，強化了學生的模型構建和理論推導的思維模式，并在實際應用中提升了學生的問題解決能力。

（四）實驗探究與創新意識

實驗探究對于提高學生的思維能力具有重要作用。在教師的指導下，學生以核心知識點為重心開展探究性實驗，從被動學習轉變為主動學習，從而更好地培養創新意識。化學課程中的每個知識點都應通過逐步探究來掌握。學生在研究過程中積累的經驗能夠轉化為個人素養，潛移默化地增強個人創新意識。

（五）科學精神與社會責任

化學實驗是科學實踐教學的主要方式，要求學生嚴格按照器械、工具、藥品的規范操作，始終保持嚴謹認真的態度，以確保實驗結果的可靠性。對實驗誤差的零容忍與實事求是的科學精神是核心素養的內在體現，一旦實驗失敗，教師應引導學生追溯失誤原因、優化流程設計。同時，教師應滲透綠色化學理念，如減少污染排放，以增強學生的社會責任意識，促使科學發展與環境保護相統一。化學的本質在于創新與突破，正如古代煉丹術通過加熱提取藥物金屬的原始實驗所展示的那樣，以及現代以模型構建和證據推理為主的探究式教學，這些實驗始終是連接理論與實踐的橋梁。

二、基于學科核心素養的高中化學實驗教學模式構建的意義

（一）發揮化學實驗價值

在新課標背景下，高中化學教學應重構教學模式，依據以實驗為主導的教學模式深化核心素養的培育。教師應創設貼近生活的實際問題情境，鼓勵學生積極參與實驗探究，在操作過程中觀察現象、驗證假設、構建知識體系。在教學中，教師應著重將化學知識與生活現象相聯系，通過情境導人、實驗驗證、實際應用等教學方法，幫助學生理解物質變化的本質，培養學生的證據推理和科學探究能力。

（二）培養學生的綜合素質

高中化學實驗教學應始終堅持“做中學”的原則，在結構化實驗設計中實現核心素養的培育目標。教師應創設一體化學習路徑，讓學生在動手實踐中觀察現象，掌握化學反應的本質規律，從而形成證據推理的科學思維。在實驗中，學生能夠運用化學原理分析現實問題。這種具身認知模式能夠促進學生理解化學知識，并在規范的實驗操作中培養學生嚴謹的科學態度。

三、核心素養下的化學實驗教學模式優化

（一）化學實驗教學設計原則

在高中化學實驗教學過程中，教學設計應遵循以下原則：第一，安全性原則，這是最重要的原則，教師應強化實驗操作規范教育，預先排查安全隱患、嚴格監管實驗過程，同時采取防護措施，以保障學生的人身安全，防止操作失誤而引發傷害。第二，趣味性原則，這一要求教師針對高中化學知識抽象性較強的特點，引入生活化的實驗情境，如焰色反應、氣體變色等現象，將枯燥的理論知識轉化為趣味性的體驗，以降低學生化學學習的焦慮感，激發學生的探究興趣，促使學生主動參與實驗設計、觀察與反思，并在安全的實驗環境中內化核心素養。第三，可行性原則，這一原則要求教師預判實驗風險，根據學生的認知水平選擇實驗器材和試劑，以保證操作合理可控。第四，目標引導性原則，這一原則要求教師以教學目標為導向，在課前預設問題，并引導觀察學生進行推理，改進操作方法，從而使學生在實驗過程中掌握反應原理，培養證據推理思維。第五，環保性原則，這一原則要求教師開展微型實驗、無毒試劑替代、廢棄物處理等教學，將綠色化學理念轉化為具體操作，以培養學生的可持續發展觀念。

（二）教學內容設計方法

在化學實驗教學中，教師應根據教材內容科學選擇演示實驗、隨堂實驗、生活化實驗等方式，構建合理的教學鏈條。學生進行直觀的物質變化實驗，在宏觀層面辨識反應特征，建立現象與原理之間的對應關系，這是培養他們宏觀辨識素養的關鍵。在整個過程中，教師應動態調控實驗進程，保障學生規范操作，感知化學變化的客觀規律，同時通過啟發性指導，促使學生掌握結構化知識，使實驗教學成為連接宏觀現象與微觀現象的橋梁。化學實驗流程如圖1所示。

例如，在《鈉與水的反應》教學中，教師可以利用實驗活動構建一個旨在提升學生核心素養的教學閉環。首先，基于學生已掌握的金屬活動性知識，引導他們在實驗中觀察鈉與水反應的劇烈程度、氣體的生成、溶液顏色的變化等宏觀現象，并規范地書寫反應方程式，最終驗證反應產物。其次，教師應設置梯度性的問題鏈，從描述鈉原子結構的“浮、熔、游、響、紅”現象出發，引導學生進行氫氣檢驗、探究溶液堿性成因等實踐活動。學生在實驗中通過定量記錄現象、定性分析反應原理，將自身感知初步轉化為解釋，并在驗證鈉的強還原性的過程中，對金屬活動性規律有了更深入的理解。

在《鈉與水的反應》實驗教學中，教師可以采用小組合作的方式展開教學，讓學生兩人一組，分工合作，規范完成“取鈉、吸干煤油、切割定量鈉塊、投水觀察”等流程，并記錄實驗現象。在實驗過程中，學生通過滴加酚酞溶液來直觀地驗證堿性產物的生成。教師需要控制鈉塊的體積，以確保實驗的安全性和可控性。當銀白色的金屬鈉在水面劇烈反應時，學生觀察并記錄下熔化成小球、發出嘶鳴聲、溶液變紅等典型現象。教師提出問題：“為什么鈉需要用到濾紙吸油？”“酚酞顯色說明了什么？”引導小組結合實驗現象展開推理。通過這一過程，學生能夠自主構建關于金屬活動性、原子結構、反應條件等知識點的認知模型，并書寫出鈉與水反應的化學方程式：

2Na+2H₂O?2NaOH+H₂↑ （1）

此外，學生更直觀地理解了微觀粒子間電子轉移的本質，將實驗觀察轉化為思維訓練，使核心素養在實踐中得以體現。

又如，在《鈉的空氣中燃燒》教學中，教師以“工廣金屬鈉爆炸”新聞為情境導人新課，設置“鈉接觸什么物質會引發反應”的問題，讓學生聯系金屬活動性順序展開推測。教師可以引導學生基于鈉的活潑金屬性質，推演常溫生成暗色 Na₂O 與燃燒生成淡黃色 Na₂O₂ 差異反應機制，先結合金屬活動性表預判反應的可行性，再設計隔絕變量實驗，以對比鈉塊暴露、酒精燈灼燒兩組的氧化速率與產物顏色差異。在觀察燃燒劇烈程度與產物特征的過程中，學生能夠明確能量輸入對氧化深度的調控作用。在課堂上，教師結合鈉與水劇烈反應的實驗現象，揭示鈉在常溫下會自燃的強還原特性，引導學生建立物質性質與微觀結構的關聯。

（三）趣味性實驗教學優化設計

在鐵及其化合物的氧化還原教學中，教師應進行趣味性的實驗設計，以激發學生的學習動力。基于學生對鐵化合物多樣性的已有認知，教師可以通過制備氫氧化亞鐵（白色沉淀物迅速氧化為灰綠色最終呈紅褐色）與氫氧化鐵（紅褐色沉淀物）的對比實驗，展示鐵元素的價態變化特征。實驗涉及控制氧氣條件，這表明物質穩定性與氧化環境具有一定的關系。學生在觀察沉淀生成、轉化時，應結合氧化還原理論分析電子的轉移過程，從而培養宏觀辨識、變化觀念等核心素養。

在鐵氫氧化物性質實驗中，教師設定價態預測性質到實驗驗證的評價目標，引導學生對比制備氫氧化亞鐵中 Fe²⁺? 白色沉淀、氫氧化鐵 Fe³⁺? 紅褐色沉淀的實驗區別，發現氫氧化亞鐵在空氣中會迅速氧化為灰綠色的現象，并分析氧化機制。在觀察沉淀顏色的變化時，學生結合 Fe²⁺ 、 Fe³⁺ 電子的結構差異，在微觀層面解讀氧化速率差異，并書寫化學反應方程式：

4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O4Fe（OH）₃

針對實驗中出現的亞鐵離子易氧化問題，教師提問：“怎樣才能隔絕氧氣來延長白色沉淀物存在的時間呢？”學生創新設計油封、惰性氣體保護等方案，將氧化還原理論應用到實驗設計中。

在鐵的氫氧化物制備實驗中，教師課前設問：“鐵的價態是怎樣影響氫氧化物性質的？”促使學生回憶 Fe²⁺ 、 Fe³⁺ 與對應氫氧化物的轉化過程。實驗環節，學生采用試劑梯度滴加法，取3mL FeCl₃ 溶液逐滴加入NaOH溶液，觀察紅褐色 Fe（OH）₃ 的沉淀生成過程，并解析膠體形成機制。針對 Fe（OH）₂ 制備問題，教師與學生共同改進實驗裝置，使用長膠頭滴管位于 FeSO₄ 液面下注入NaOH溶液，結合苯層隔絕氧氣知識，捕捉白色沉淀向灰綠色轉變的現象。在觀察沉淀顏色及其形態演變時，學生同步書寫化學反應方程式：

Fe²⁺+2OH-?Fe（OH）₂↓

在發現紅褐色沉淀后，教師引導學生思考常規制備 Fe（OH）₂ 是否會出現與制備 Fe（OH）₃ 相同的現象，并將實驗操作權交給學生。學生通過觀察溶液變化分析氧化沉淀成因，在明確氧化反應原理后，學生改進實驗裝置，利用止水夾排盡空氣，創造無氧環境。教師延伸設置課后思考，鼓勵學生探索其他隔絕氧氣的方法，以培養學生的實驗觀察、方程式推導、裝置改良等能力。

四、結語

在核心素養背景下，高中化學實驗教學應優化設計提升教學質量。教學過程中，教師應以實驗為載體，拆解反應原理，設計具有梯度性的實驗任務，這些任務應涵蓋分析異常現象、設計改良裝置、模擬惰性環境等，以此培養學生的實驗觀察能力、邏輯推理能力和創新改進能力。通過解決真實的化學問題，學生能夠落實新課標中的核心素養，形成支撐其終身發展的關鍵能力。

（焦佳）