初中化學實驗教學中學生科學探究精神的培養策略探析

《義務教育化學課程標準（2022年版）》將“科學探究與實踐”納入化學學科核心素養，要求學生“認識實驗是科學探究的重要形式和學習化學的重要途徑，能進行安全、規范的實驗基本操作，獨立或與同學合作完成簡單的化學實驗任務”。作為連接宏觀現象與微觀本質的橋梁，化學實驗不僅是驗證化學定律的工具，也是培育學生科學思維、創新意識和批判性精神的有效途徑[]。然而，當前初中化學實驗教學仍深陷“程序化操作”的窠白：教師傾向于通過標準化演示傳遞知識，學生則被動接受機械訓練。這種“教師演示、學生模仿”的教學模式會導致學生缺乏自主提出假設、設計實驗方案、分析誤差來源的實踐機會，使科學探究精神培養淪為空洞的口號。

鑒于此，本文以人教版初中化學教材為依托，結合具體案例，探索初中化學實驗教學與科學探究精神培養的融合路徑。研究聚焦于如何通過實驗教學的結構性改進，使學生在解決真實問題的過程中逐步形成“質疑一探究一創新”的科學思維范式，最終實現從“知識習得”到“素養生成”的跨越。

一、初中化學實驗教學現存問題

（一）教學理念與實施矛盾

新課標倡導的“做中學”理念強調通過實踐培養學生的核心素養，但當前應試教育傾向仍制約著實驗教學的落實。一方面，中考化學試題多以選擇題、填空題的形式考查實驗相關知識點，可能導致教師將實驗視為理論教學的附屬品。另一方面，為追趕教學進度，一些教師常壓縮實驗課時，將驗證性實驗簡化為“照方抓藥”式操作。例如，在氧氣制取實驗中，教師僅要求學生按步驟組裝儀器、記錄現象，較少引導他們思考“為何選擇二氧化錳作為催化劑？”“能否用其他方法收集氧氣？”等深層問題。這種去探究化的實驗設計，使實驗淪為驗證理論知識的工具，而非培養科學思維的載體。

（二）評價體系單一化

現行評價機制過度依賴筆試成績，實驗操作考核常流于形式。盡管部分地區將實驗納入中考，但評分標準仍側重步驟完整性而非科學思維展現。例如，在“粗鹽提純”實驗考核中，評分細則主要關注“是否使用玻璃棒引流”“蒸發皿是否用坩堝鉗夾取”等操作細節，卻忽視對“雜質去除原理”“產率計算誤差分析”等思維層面的評價。這種“重操作、輕思考”的導向，導致部分學生為得分而機械記憶操作要點，甚至催生了“背誦實驗報告”的荒誕現象。

更值得警惕的是，實驗操作考試多采用“教師監考、學生分組完成”的模式，監考教師因精力有限，難以對每位學生的實驗設計、數據分析能力進行全面評估。這種評價方式不僅背離實驗教學的本質目標，也會削弱學生對科學探究的興趣與信心。

二、培養學生科學探究精神的策略

（一）創設真實問題情境，激發探究動機

在化學實驗教學中，真實問題情境的創設是激發學生探究動機的關鍵[2]。根據建構主義學習理論，學生將新知識與已有經驗相結合，能夠更有效地構建認知結構。因此，教師需精心設計貼近學生生活實際且蘊含科學探究價值的問題情境，引導學生從被動接受轉向主動探索。

1.聯系生活實際，引發認知沖突

以人教版初中化學九年級上冊第四單元“自然界的水”為例，教師可結合當地自來水廠的實際處理流程，設計驅動性問題：自來水廣通過哪些步驟將河水轉化為飲用水？為什么經過沉淀、過濾后的水仍需消毒才能飲用？這些問題直接與學生的生活經驗相關，同時隱含認知沖突一一學生通常認為過濾后的水已足夠干凈。為消除這一認知沖突，教師可引導學生設計對比實驗：分別用明礬處理僅含懸浮雜質的水樣和含有大腸桿菌的水樣。實驗結果顯示，明礬能有效吸附懸浮物使水變澄清，但無法殺滅微生物。這一結果與學生原有認知產生沖突，能促使其主動查閱資料，理解“消毒”步驟在保障飲水安全中的核心作用，并進一步探究氯氣消毒的化學原理及其可能產生的副產物安全性問題。

2.融入生活科技，拓展探究視野

在人教版化學九年級下冊第九單元“溶液”的教學中，教師可創設“家庭凈水小實驗”情境，建立生活現象與科學原理之間的聯系。例如，教師提出驅動性問題：“如何用廚房材料制作簡易凈水裝置？”引導學生運用教材中溶液組成、過濾與結晶等核心知識點，聯系生活中常見的凈水方法。學生通過對比紗布、濾紙、活性炭的過濾效果，建立“溶質顆粒大小與分離方法選擇”的認知模型。針對提升凈水效率的問題，學生設計分層過濾與自然蒸發的組合方案：上層鋪石英砂去除大顆粒雜質，中層放置活性炭吸附色素異味，下層用細沙過濾微粒，最終通過蒸發冷凝收集純凈水。此過程體現了生活經驗向科學認知的轉化。此類探究活動既能加深學生對溶液基本性質的理解，又能展現化學知識在改善生活品質方面的現實價值[3]。

（二）優化實驗設計，培養科學思維

實驗設計是科學探究的核心環節，其質量直接影響學生科學思維的發展。根據布魯納的發現學習理論，學生主動參與知識構建過程，能夠形成更深層次的理解。因此，教師需打破傳統實驗模式，通過開放實驗條件、探究異常現象等方式，引導學生經歷“問題一假設一驗證一結論”的完整探究過程，從而培養其科學思維品質。

1.開放實驗條件，掌握變量控制方法

變量控制是科學實驗的基石，也是初中生科學思維發展的關鍵點[4]。在人教版化學九年級下冊第八單元“金屬和金屬材料”的實驗教學中，教師可提供鐵片、銅片、鋁片、稀鹽酸、稀硫酸，要求學生以小組為單位探究金屬與酸反應速率的差異。此任務要求學生獨立規劃實驗流程，自主選擇控制變量（如金屬表面積、酸的濃度、反應溫度等）。例如，某小組通過將金屬片打磨至相同粗糙度以控制表面積變量，以及使用濃度梯度稀釋的鹽酸等操作，觀察并記錄反應現象的差異。學生通過實驗發現，鋁與稀鹽酸反應初期速率最快，但后期反應速率明顯減慢。這一異常現象指引學生結合教材中金屬活動性順序和氧化膜影響等知識點，提出“鋁表面生成的致密氧化膜阻礙了反應的進行”的假設，并重新進行實驗驗證。他們用砂紙反復打磨鋁片破壞氧化膜后，再次觀察其與稀鹽酸的反應。此過程強化了學生的變量控制意識，使其深刻體會到科學實驗的嚴謹性。

2.探究異常現象，培養批判性思維

異常現象是科學探究的催化劑，它能打破學生的認知平衡，促使其重新審視實驗設計與理論假設。例如，在“二氧化碳的實驗室制取與性質”活動中，學生如果使用碳酸鈉與稀鹽酸開展實驗，會遭遇反應速率過快，難以收集產生氣體的困境。此時，教師可引導學生回顧教材中實驗室制取氣體的一般原則（如反應速率適中、便于控制、產物純凈等），鼓勵其提出改進方案。如某小組嘗試將塊狀碳酸鈉替換為粉末狀，結果氣體逸出速率過快；另一小組改用大理石與稀硫酸反應，卻發現反應逐漸停止（因生成微溶的硫酸鈣覆蓋在大理石表面）。通過對比實驗，學生最終認識到“大理石與稀鹽酸反應速率適中，且產物易分離”的優勢。這一過程體現了試錯、反思、優化的探究邏輯，培養了學生從異常現象中提煉問題、基于證據修正假設的能力。正如波普爾所言：“科學研究始于問題。”對異常現象的敏感性與批判性思維，正是科學探究精神的精髓。

（三）構建多維評價體系，提升探究能力

科學探究精神的培育不僅需要情境激發與過程引導，還需要以評價體系促進學生探究能力的持續發展。學生的科學探究能力包含邏輯分析、實踐操作、反思批判等多個方面，單一的評價方式難以全面評估其發展水平。因此，教師需構建過程性評價與表現性評價相結合的多維評價體系，通過動態反饋與成果外化，推動學生探究能力從“經驗積累”向“能力建構”躍遷。

1.過程性評價：記錄思維軌跡，強化元認知能力

過程性評價強調對探究全過程的動態追蹤，培養學生的元認知能力[5]。教師可采用包含現象描述、數據記錄、反思批注三個維度的實驗記錄單與結構化反思日志，構建“觀察一記錄一分析一優化”的探究閉環。

例如，在硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應的實驗中，學生預期能觀察到有藍色沉淀產生，但部分小組在實際操作中卻發現生成的沉淀顏色偏綠或沉淀量異常。通過分析反應條件，學生在反思日志中提出“可能是氫氧化鈉溶液濃度過高導致銅離子與氫氧根離子反應不完全”或“攪拌不均勻導致局部濃度過高”的假設，并設計對比實驗進行驗證，如調整氫氧化鈉溶液的濃度、改變攪拌方式等。教師應據此將現象解讀深度、模型建構精度、創新遷移能力設定為關鍵評價維度，賦予相應權重。這種評價機制促使學生從關注操作規范轉向關注思維品質，體現了過程性評價對學生科學思維發展的驅動作用。

2.表現性評價：展現探究深度，促進能力外化

表現性評價要求學生在真實或模擬的任務情境中，以學習表現或成果展現其能力素養[6]。教師可設置設計創新實驗、撰寫科學論證報告等開放性任務。例如，要求學生在酸堿中和反應實驗中，自主設計實驗方案，證明“反應后溶液呈中性”。學生提出多樣化方案，如用pH試紙直接測定溶液酸堿度；滴加紫色石蕊試液觀察顏色變化；向溶液中加入碳酸鈉溶液觀察是否產生氣泡。通過小組互評與教師點評，學生能明確不同方法的適用范圍：石蕊試液僅能定性判斷酸堿性；pH試紙可實現半定量分析；而碳酸鈉檢測法雖能用于排除酸性環境，但無法直接驗證中性狀態。這種從方案比較到優劣辨析，再到方法優化的評價過程，也是培養學生基于證據進行科學論證的能力的過程。在此基礎上，教師可引導學生將優秀實驗方案整理為班級的“實驗指南”，使探究成果能夠持續積累。

三、實施效果

在初中化學實驗教學中培養學生的科學探究精神，是落實核心素養培養目標的關鍵路徑。實踐證明，上述教學模式在提升學生科學素養、優化教師教學策略、完善評價體系等方面均取得了顯著成效。

（一）學生科學探究能力的多維提升

生活化實驗情境能激發學生的主動探究意愿。例如，在“金屬腐蝕與防護”實驗中，學生需調查鐵制品在生活中的腐蝕現象，自發形成問題意識，并在課堂上設計對比侵蝕實驗驗證防護方案，如電鍍、涂油等。這一過程能讓學生跳出教材框架，培養敢于質疑、勇于創新的科學態度。此外，探究式實驗強化了學生的實證思維。學生經歷完整的“質疑一驗證一結論”的科學探究流程，培養了嚴謹的實證精神。

（二）教師教學策略的革新與實踐

教師逐步摒棄“照方抓藥”式實驗，轉向開放性的探究教學。例如，將“酸堿中和反應”實驗優化為“自制指示劑探究”活動，讓學生利用紫甘藍汁液測試不同溶液的酸堿性，根據顏色變化歸納規律。這種設計不僅深化了學生對知識的理解，還激發了其主動探究的興趣。

（三）教學評價體系的完善與深化

評價維度不再局限于實驗報告，而是貫穿預習、操作、反思全流程。例如，在實驗教學中，教師引入“實驗設計表”“操作規范評分表”“改進方案匯報”三類評價工具，系統記錄學生從方案構思到優化改進的完整探究軌跡。同時，將學生自評、互評與教師評價相結合。學生需要從實驗效率、環保性等角度評價他人方案，提出改進建議。這種互動評價機制有效促進了學生批判性思維的養成。

結語

在初中化學實驗教學中培養學生的科學探究精神，需以真實問題為驅動，以思維進階為目標，以評價改革為保障。教師通過創設生活化情境、優化實驗設計、構建多維評價體系等教學手段，能引導學生從被動接受者轉變為主動建構者。未來教學中，教師可進一步借助數字化實驗工具，提升實驗的精確性與可視化程度，為培育學生科學探究精神提供更廣闊的空間。

[參考文獻]

[1］裴元.初中化學實驗教學中培養學生科學素養的分析［J].教育界，2023（35）：26-28.

[2］張翠華.初中化學實驗教學中培養學生科學探究精神的研究［J].家長，2023（23）：48-50.

[3］唐愛華.初中化學實驗教學中培養學生科學探究精神的研究［J].數理化解題研究，2022（17）：128-130.

[4］胡曉梅.初中化學實驗教學中培養學生科學探究能力的策略初探［J].學周刊，2023（3）：73-75.

[5］王香娥.在初中化學教學中加強學生科學精神的培養［J].中學課程資源，2020（12）：41-42.

[6］武禎.依托初中化學實驗教學，培養學生科學探究精神［J］.天天愛科學（教學研究），2021（9）：185-186.