高中化學實驗教學中的創新素養培育模式構建

在新時代教育改革背景下，創新素養培養已成為落實立德樹人根本任務的關鍵突破口。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確提出了科學探究與創新意識學科素養，既順應了國家創新驅動發展戰略，也回應了培養創新型人才的迫切需求。然而，當前的高中化學實驗教學仍存在重結果驗證、輕過程探究的問題，學生創新思維和實踐能力的發展受到嚴重制約。這種矛盾現狀亟待突破：一方面，需要完善化學創新教育理論體系；另一方面，需要探索具有可操作性的實踐范式。鑒于此，本文闡述了以創新素養為核心的高中化學實驗教學模式，并結合具體案例展開分析，旨在改變傳統實驗教學范式，實現從知識傳授向素養培育的轉變。

一、高中化學實驗教學中的創新素養培育框架

張雪梅通過對相關文獻的分析發現，創新素養受到人格特質、態度傾向以及實踐操作等多方面因素的綜合影響[]。

（一）創新思維能力

創新思維能力是學生在化學實驗過程中突破常規思維定式，通過多角度分析和創造性思考解決問題的能力，是創新素養的重要組成部分。在高中化學實驗教學中，創新思維能力的培養主要體現在對發散性思維、輻合性思維和重組性思維的訓練上。發散性思維強調從多個角度探索問題的可能性，如學生在設計實驗方案時提出多種不同的假設；輻合性思維注重從眾多可能結果中篩選出最優解，如對比不同實驗方法的優劣后進行選擇；重組性思維則要求學生將已有知識與經驗進行重新整合，從而創造全新的思路，如在改進實驗裝置時靈活運用所學原理。創新思維能力的提升需要學生大膽質疑和批判性思考。

（二）創新實踐能力

創新實踐能力是將創新思維轉化為實際成果的關鍵環節，強調個體在真實情境中運用知識與技能完成任務的操作水平。創新實踐能力可細分為規劃設計能力、動手操作能力和合作協調能力三個維度。規劃設計能力要求學生根據實驗目標制訂科學合理的方案，如在探究化學反應條件優化時需明確變量控制策略；動手操作能力要求學生熟練使用實驗儀器，準確記錄數據并規范執行實驗步驟，是實現理論向實踐轉化的重要保障；合作協調能力關注學生在小組實驗中的溝通與配合，要求其在分工協作中發揮各自優勢，共同解決復雜問題。創新實踐能力的提升離不開反復的訓練與反思，教師應通過設置漸進式挑戰任務，如先完成基礎實驗再嘗試改進創新，幫助學生逐步提升實踐能力。

（三）創新人格特質

創新人格特質是支撐持續創新行為的內在品質，主要表現為開放性、堅韌性和批判性三個特征。開放性要求學生保持對新事物的好奇與探索欲，在實驗中主動嘗試非常規方法；堅韌性要求學生在失敗后堅持改進，如反復調整電極材料直至成功；批判性要求學生獨立思考，不盲從權威結論?；瘜W實驗中的意外現象和失敗經歷能為培養這些品質提供天然契機。教師應通過營造尊重個性、鼓勵創新的班級氛圍，促進學生積極品格的養成[2]。

二、高中化學實驗教學中的創新素養培育模式建構

（一）問題驅動 激發創新意識

問題驅動階段是創新素養培育模式建構的起始環節，其核心在于通過創設認知沖突激發學生的創新動機和探究欲望。在此階段，教師需要打破傳統實驗教學中的驗證式模式，轉而設計具有挑戰性和開放性的問題情境，如通過呈現非常規實驗現象引發學生認知失衡，或者設置與日常生活緊密聯系的實際問題來增強探究意義。問題設計要遵守適度原則，既不能過于簡單而失去思考價值，也不宜太過復雜導致學生望而生畏。教師應當引導學生從多角度分析問題本質，鼓勵其提出個性化假設，培養其對異?，F象的敏感度。此階段需要教師轉變角色，從知識傳授者轉變為問題引導者，通過精心設計的問題鏈，幫助學生建立發現問題、分析問題的思維習慣，使學生逐步形成主動質疑、善于發現問題的思維品質。

（二）能力培養- 一強化創新技能

能力培養階段是創新素養培育模式建構的核心環節，重點在于通過系統訓練提升學生的創新實踐能力。此階段需要構建階梯式的能力發展路徑，從基礎實驗技能到綜合創新能力逐步推進[3]。教師應當設計具有遞進性的實驗任務序列，初期側重學生規范操作和基礎技能的訓練，中期強調學生方案設計和變量控制能力的培養，后期則著重發展學生跨學科整合和創造性解決問題的能力。在實施過程中，教師要特別注意給予學生足夠的自主探索空間，允許其嘗試不同的解決方案，并提供必要的支架支持。同時，教師需要建立動態反饋機制，通過過程性評價幫助學生及時調整改進。此階段的難點在于平衡“指導”與“自主”的關系，既要避免過度干預限制學生的創新，又要防止完全放任導致學生效率低下。有效的做法是采用漸進式放權策略，隨著學生能力提升逐步增加任務復雜度，使其創新技能得到系統性發展。

（三）素養提升一一內化創新品格

素養提升階段是創新素養培育模式建構的深化環節，旨在通過持續實踐將創新意識和能力內化為學生穩定的心理品質和行為習慣。此階段的重點在于創設有利于創新品格養成的教學環境和評價體系。教師需要營造開放包容的課堂氛圍，鼓勵冒險的同時包容失敗，讓學生在沒有過度壓力的情況下嘗試創新。在評價方面，教師應當建立多元化的評估標準，不僅關注實驗的成功與否，更重視創新過程中學生的思維品質和行為表現。長期而言，教師要通過反復的實踐體驗幫助學生形成面對挑戰時的積極態度和解決問題的韌性，通過正向反饋促進其內在動機的形成。值得注意的是，創新品格的養成是一個潛移默化的過程，需要將品格教育滲透到日常教學的各個環節，進行持續熏陶和強化。

三、高中化學實驗教學中的創新素養培育模式實踐

燃料電池作為電化學知識的重要應用載體，其工作原理涉及氧化還原反應的核心概念。當前教學中存在的主要問題在于教材內容過于簡略，實驗指導不夠具體，導致學生難以建立直觀認知。改良實驗方案和創新教學設計可以使學生在動手實踐中深化理論理解，發展創新素養。

（一）實驗準備階段

在實驗準備階段，教師應結合學生的認知水平與實際需求，精心設計教學環節。教師可先引導學生回顧原電池的工作原理，包括電極反應、離子遷移及電子流動的基本機制，并結合教材內容對比分析燃料電池的獨特優勢，如能量轉化效率高、環境友好等特性。隨后教師可提出核心問題“如何提高簡易燃料電池的輸出效率？”激發學生的探究興趣，為后續實驗確定目標導向。為滿足不同層次學生的學習需求，教師可發放分層任務單，其中包含以下三類任務：基礎性任務要求學生按照教材步驟完成裝置搭建，熟悉燃料電池的基本構造；提高性任務鼓勵學生優化電極處理工藝，如通過打磨、涂層等方式改進石墨棒表面性能；挑戰性任務則進一步拓展思維空間，要求學生嘗試尋找替代材料（如金屬片代替傳統石墨棒）或探索新型電解液配方。在安全規范方面，教師需強調風險防控的重要性，要求學生預先制訂實驗方案，明確可能存在的安全隱患（如電解液泄漏、短路等）及應對措施。同時，教師可提供多種可選材料，包括不同型號的石墨棒、銅片、鋁片以及硫酸溶液、氫氧化鉀溶液等各類電解液，但不指定具體組合方式，從而為學生的創新實踐預留充足空間。

（二）實驗實施階段

實驗實施過程需采用循序漸進的三階段教學策略，確保學生在掌握基礎操作技能的同時逐步培養創新實踐能力。在基礎操作階段，學生需嚴格按照教材要求完成燃料電池的組裝，包括正確安裝電極、精確配制電解液以及合理連接測量電路，通過數字萬用表記錄初始電壓和電流數值，獲取可靠的性能基準數據。此階段的教學重點在于培養學生規范化的實驗操作習慣和準確的數據采集能力，為學生后續開展創新活動打下堅實基礎。教師應針對學生的實際表現提供及時反饋，如糾正電極插入深度不足或電解液添加過量等常見問題，幫助學生形成對實驗裝置構造及工作原理的直觀認識。

進入探究創新階段后，各實驗小組需根據預先制定的研究方案開展差異化實驗探究：部分小組專注于電極表面處理工藝的改良，嘗試采用機械打磨與化學活化相結合的方法優化電極性能，具體操作包括使用砂紙去除石墨棒表面氧化層并將其浸泡于稀硝酸溶液中進行活化處理；部分小組系統比較銅片、不銹鋼網、碳纖維等不同導電材料作為電極的適用性差異，通過測定其電阻值及輸出效率評估材料性能；部分小組著重研究電解液成分與濃度對電池輸出的影響規律，如分別測試硫酸溶液、氫氧化鉀溶液以及氯化鈉溶液在不同濃度條件下的導電性和穩定性。教師在此過程中應扮演引導者角色，通過有針對性地提問啟發學生深入思考。例如，當出現輸出電壓不穩定現象時，教師可指導學生從電極接觸是否良好、電解液導電性能是否達標、溫度變化是否顯著等多角度進行歸因分析，并鼓勵其通過查閱文獻或設計補充實驗尋找解決方案，從而提升學生的問題解決能力與批判性思維。

數據采集與分析階段強調科學性和系統性，除常規電學參數（如輸出電壓、電流強度）外，教師可要求學生詳細記錄電極表面變化、氣泡產生速率等輔助觀察指標，并對異常數據進行重點分析，以挖掘潛在的科學信息。例如，若發現某組實驗數據明顯偏離預期范圍，教師需引導學生回溯整個操作過程，檢查是否存在變量控制不當或儀器誤差等問題。在實驗方法上，教師需著重培養學生運用控制變量法設計對比實驗的能力，通過設置單一變量條件來驗證各因素對電池性能的影響程度，如固定電解液種類而改變其濃度，或保持電極材料不變而調整其表面處理方式等。同時，教師應定期組織階段性成果匯報會，鼓勵各小組分享電極處理心得、材料選擇經驗以及故障排除方法，促進學生間的思維碰撞與經驗交流。多維度的交流互動不僅能夠深化學生對燃料電池工作原理的認識，還能有效培養其批判性思維、問題解決能力和團隊協作精神，為創新素養的全面發展提供有力支撐。

（三）實驗評價階段

實驗評價的核心在于通過科學、全面的評價體系客觀反映學生的學習成效，并推動其創新素養的持續發展。評價工作應堅持過程與結果并重的原則，從多個維度對學生的表現進行綜合考量。其一，過程性評價關注方案設計的創新性、問題解決的邏輯性和團隊協作的有效性。例如，在實驗中，學生是否提出了獨特的思路，如優化電極材料或調整電解質濃度以提升電池性能；能否清晰地分析問題的成因并制訂合理的解決方案；團隊成員之間是否分工明確、溝通高效。其二，結果性評價圍繞性能指標的提升幅度展開，如燃料電池輸出指標的優化程度，同時關注數據處理的規范性，包括數據記錄是否完整、圖表繪制是否準確以及結論推導是否嚴謹。其三，創新素養評價著重考查學生的探究精神、批判性思維和堅韌品質。例如，當實驗失敗時，學生是否冷靜分析原因并提出改進建議，是否敢于質疑傳統方法，嘗試新路徑，如使用新型催化劑或改變電池結構。同時，評價方式可采用多元組合的形式，通過量化評分以確?？陀^性，通過質性分析挖掘學生深層次的能力表現，通過成果展示為學生提供表達與交流的機會，等等。評價的最后，教師可組織綜合討論活動，引導學生將實踐經驗上升為理論認識，如總結燃料電池優化的關鍵因素或將實驗發現與電化學原理相聯系，從而完成從具體操作到抽象的飛躍。

綜上，本文基于高中化學實驗教學的特點，構建了以“問題驅動一能力培養一素養提升”為核心的創新素養培育模式，并以“制作簡單的燃料電池”為例驗證了其有效性，為化學實驗教學改革提供了新思路。然而，本研究仍存在一定局限，如樣本范圍較小、實驗周期較短，且未充分考慮城鄉學校間的資源差異等。未來的研究可進一步擴大樣本規模，延長跟蹤周期，并針對不同教學條件開發差異化的實施方案，以增強模式的普適性和可操作性，為創新素養培育提供更多可能性。

[參考文獻]

[1］張雪梅.基于創新素養的高中化學實驗教學模式研究［D］，上海：華東師范大學，2022.

[2］江懷森.基于創新素養的高中化學實驗教學模式探討[J].高考，2023（22）：93-95.

[3］楊麗芳，吳樂．發展創新素養的高中化學實驗教學［J］.中學化學教學參考，2023（23）：21-23.