化學校本實驗課程的建構

曹葵 黃文君

摘要：化學是一門以實驗為基礎的學科，突出實驗特色，建設實驗課程尤為重要，在教學中定位為體驗科研、啟德修為，具體細化為培養(yǎng)學生的科學精神、樹立科學思想、養(yǎng)成科學習慣和訓練科學方法四個目標。要建立系統(tǒng)性實驗課體系，須以知識為明線，科學方法培養(yǎng)為暗線，在教學中引導學生逐步進行深化研究，充分發(fā)揮化學學科特點，轉化學生學習方式，形成一種化學實驗教學新模式。

關鍵詞：核心素養(yǎng)? 化學實驗? 科學思維? 科學方法? 研究性學習? 校本課程

引用格式：曹葵，黃文君.化學校本實驗課程的建構[J].教學與管理，2023（01）：57-60.

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，化學實驗不僅是化學學科的基礎，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神的必要過程。但大多數(shù)安排實驗教學的學校也僅僅進行傳統(tǒng)形式的驗證性實驗，缺少探究性實驗和項目式教學的實踐，實驗的獨特地位和特殊功能沒有得到充分體現(xiàn)[1]。

化學學科知識可以分為實體性知識、方法性知識、意義性知識[2]。學生學習過程中主要獲得實體性知識，而核心素養(yǎng)中要求的證據(jù)推理與科學探究屬于方法性知識，需要學生在實際操作中獲得，在操作時學生才會真實地遵循學科知識的內(nèi)在邏輯結構開展實驗探究，才有可能得到學科素養(yǎng)的有效提高。實驗思維和方法是科學素養(yǎng)的核心，是獲得實驗事實的本質(zhì)屬性的高階能力[3]。當前常規(guī)教學承擔了非常繁重的各類迎考任務，除了必要的規(guī)定實驗之外已經(jīng)不可能安排其他的實驗內(nèi)容。因此，課標中要求學校安排校本課程時間就成為化學學科發(fā)揮實驗特色的重要機遇。

一、校本實驗課程宏觀定位

應試教育下培養(yǎng)的學生缺少批判精神，學生沒能掌握良好的科學素養(yǎng)[4]。2022年開始施行的新的《科學技術進步法》第九條規(guī)定：學校及其他教育機構應當堅持理論聯(lián)系實際，注重培養(yǎng)受教育者的獨立思考能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和批判性思維，以及追求真理、崇尚創(chuàng)新、實事求是的科學精神。故此校本課程的目標就定位為體驗科研、啟德修為，具體細化為四個目標：培養(yǎng)學生的科學精神、樹立科學思想、養(yǎng)成科學習慣和訓練科學方法。確定了宏觀定位之后，才能確定整個課程的體系和內(nèi)容，才能確定每一個實驗課的具體知識性要求。

1.科學精神培養(yǎng)

科學精神是尊重理性的人文主義精神;是尊重實驗和觀察，發(fā)揮人類理智創(chuàng)造力的精神;是堅持以經(jīng)驗探索和理性分析判斷真假是非的精神[5]。在常規(guī)教學實驗中有學生在實驗過程中出現(xiàn)和教材講述現(xiàn)象不一致的情況，但是學生在實驗報告中會習慣性地將教材中提到的現(xiàn)象寫在實驗報告中，這樣不利于培養(yǎng)學生的科學精神。

批判質(zhì)疑可以說是科學精神的精髓[6]。在帶領學生進行實驗前，教師要閱讀大量的文獻資料，從中選定方法、結論有差異的文獻，提前將不同觀點的文獻發(fā)給學生，讓學生自己在閱讀中發(fā)現(xiàn)問題、找出不同，學生在對比不同觀點的時候自發(fā)地發(fā)揚批判質(zhì)疑的精神。例如《氫氧化亞鐵制備條件研究》這個課題一直是研究熱點，每年都有文章發(fā)表，但是不同的論文不僅方法差異大，有的還會指出其他方法的不足甚至理論缺陷。在進行這個課題時，學生在閱讀了教師精選的觀點沖突的文獻后，就要自己判斷這些文獻中的各種方案哪個可信可行，哪個可疑不可行，而后再進行實驗驗證。實驗開始前閱讀的過程就是一個批判質(zhì)疑的過程。

學生的質(zhì)疑精神需要在實驗中培養(yǎng)，敢于對權威質(zhì)疑是培養(yǎng)科學精神的最高境界。例如去除食鹽中的可溶性雜質(zhì)是高一的一個必做實驗，因為不同版本教材給出的實驗步驟不盡相同，可以提問“這些方法都對嗎？會不會有錯的？”激發(fā)學生進行研究探索的興趣。科學精神培養(yǎng)不是依靠說教和講故事，而是需要身體力行，讓學生在實踐中學會質(zhì)疑。

2.樹立科學思想

科學思想是人類認識自然科學的理論思想，是從自然科學研究中提升出來的哲學思想[7]，教學中的科學思想不能單純依靠課堂上的說教，而主要依靠學生在自己操作中學習與體會。學生在學習中過多地進行機械背誦，也更喜歡接受各種簡單易記的口訣甚至秘籍，卻忽視知識獲得的邏輯關系。學生在以往的學習過程中，由于被動記憶很多，而缺少對科學思想的有效認知，所以在實驗中想當然的情況非常普遍，不重視科學推導的邏輯。

對學科思想的認識需要一個過程，可以通過在結課前進行答辯或者宣講活動，讓學生有一個自我展示的機會，訓練學生的表達交流能力、概括綜合能力、推理辨析能力。發(fā)現(xiàn)其他同學在實驗中的問題是能力的體現(xiàn)，對他人問題冷靜分析后的回答也是能力的體現(xiàn)。訓練前學生會對提問者說：“你的問題我沒考慮到”，而經(jīng)過訓練，學生就會在宣講前對自己的實驗進行全方面的思考，答辯與宣講環(huán)節(jié)有助于提高學生的綜合素養(yǎng)[8]。

3.養(yǎng)成科學習慣

習慣的養(yǎng)成不是一蹴而就的，習慣是一種自然的行為，是一種條件反射。做實驗、學科學就要對學生進行必要的習慣養(yǎng)成訓練，而學生罔顧事實按照教材寫實驗報告則是一個壞習慣，是應試教育強加給學生的習慣。為了讓學生養(yǎng)成隨手記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的習慣，給學生統(tǒng)一發(fā)實驗記錄本，要求學生在實驗中把看到的立即記錄下來。記錄可能還不夠規(guī)范，但養(yǎng)成習慣是一個過程，不能求全責備。實驗過程中器材擺放整齊，試劑瓶隨手蓋蓋，本來多么簡單的要求，但是對于中學生而言卻很難做到。學生實驗做得太少，實驗中如果沒有按照規(guī)范擺放，沒有及時蓋好瓶蓋，很可能污染了藥品。

實驗習慣養(yǎng)成不能單靠說教、檢查這些外在的因素，而是自身的內(nèi)在需求，而內(nèi)在需求是建立在經(jīng)驗積累基礎上的，只有通過學生自己大量進行實驗，良好的實驗習慣才能養(yǎng)成。

4.訓練科學方法

實驗教學歷經(jīng)幾十年的變遷，從最初的雙基到現(xiàn)在的科學素養(yǎng)，其核心的變化就在于從被動接受到主動運用。學生獲得的能力不應只在這門課程中才有運用價值，不應只在考試中才有價值，而應該成為自己在未來解決更復雜的跨學科的真實問題的基礎[9]?？茖W方法是跨越學科研究的基本路徑，科學方法是解決科學問題的通用法則。

如果說實驗知識和技能可以通過被動的接受來獲得，那么實驗思維和方法就必須是學生經(jīng)過實際操作訓練來獲取。簡單的理論講述可以讓學生獲得知識性理解，卻不能獲得實際操作與運用的技能，更不能在處理實際問題時主動和正確地選擇實驗方法。

二、化學校本實驗課程架構

學習科學方法、科學思維要建立在一定的知識基礎上，教學中讓學生在學習知識的過程中領會科學思維方法，進而自覺運用科學思維方法解決問題，學生通過自己的思維學習知識，厘清科學思維與科學知識的關系。引導學生進行思維訓練如果不能和各級各類考試相關就要承擔巨大的風險，應對各類考試是短期可見的效果，而應對未來社會需要則是長期目標。短期沒有可以衡量的評價標準，短期內(nèi)過于專注效率可能會損害長遠的效率[10]，但不適度關注短期效果則不符合實際。因此，課程設計就必須在短期效果和長期目標下形成均衡，讓學生短期內(nèi)有看得見的具體收獲，同時獲得科學思維的訓練，使其長期獲得綜合素養(yǎng)的提高。要做到這個均衡，具體內(nèi)容的安排就必須有學生關心的知識，短期內(nèi)學生可以有看得到知識和技能的獲得感。我們在每一門課的設計上提出了“三線原則”。所謂的三線原則是指每一門實驗課都要設計有三條線，即知識拓展線、技能提高線和思想方法線。

1.知識拓展線

學生在實驗課中要有明確的知識收獲，這些知識是教材之外的擴充與提高。例如：在常規(guī)教學中一般不會提及判斷藥品毒性的標準，而在《名偵探柯南與科學探秘》實驗課中便可以加入關于化學藥品毒性的基本常識，通過劇中人物引出藥品毒性概念，說明為什么LD50成為判斷藥品毒性的基本標準，通過一節(jié)課拓展知識開闊視野，同時也讓學生正確認知化學藥品毒性。

知識拓展線通過普及科學常識讓學生獲得課外知識，學生獲得的這些知識不僅對未來的生活有益，同時也會對未來的考試產(chǎn)生積極的影響?，F(xiàn)在的考試中最難的就是探究題，每一個探究題知識點源于教材但又進行了必要的拓展，如在課內(nèi)實驗教學中學習滴定時僅僅安排了酸堿滴定練習，但是在考試中卻經(jīng)?？计渌牡味▽嶒?，如碘量法、氧化還原滴定、絡合滴定。針對這種情況，在開設選修課程時每一門課都會有針對性地安排不同類型的滴定實驗，例如在《舌尖上的化學》實驗課上讓學生使用碘量法測定碘鹽的含碘量，如果在考試中遇到這樣的題目，對于做過實驗的學生就不是新的知識而是復習舊的知識，應對起來就會輕松很多。

2.技能提高線

技能提高就是學生通過實驗掌握一些教材內(nèi)沒有要求掌握的實驗技術。化學校本實驗課上學生要自己動手來完成實驗，這些實驗不是簡單重復教材的操作，而是要解決基于真實情景的問題。例如教材中提到的減壓過濾，雖然配了實驗裝置圖，卻由于沒有相關的實際操作，學生對這個操作的理解流于表面。因此每一門實驗選修課都至少安排一個需要使用減壓過濾的實驗，讓學生充分體會這個實驗操作的過程與特點。又如滴定實驗操作作為經(jīng)典的定量分析方法，每一門實驗選修課都會安排滴定實驗，并且針對不同年級安排不同難度的實驗。初中的選修課就是簡單地體驗操作，了解基本實用知識，并不要求其測定的精度，但是到了高中就要求測定的精確度了。

學生在掌握各種實驗器材的使用方法后，也就掌握了不同器材使用的范圍，對于定量實驗要用精度高的器材，而對于半定量實驗要使用精度略低的器材。例如很多學生認為滴定是最精確的實驗方法，只要是要求測定學生都會首先想到滴定，而實際上滴定的使用范圍是很窄的，對實驗條件有著嚴格的限定范圍，尤其是被測物的濃度范圍有限決定了很多精度要求高的測定不能使用滴定方法。只有經(jīng)過比較不同的測定技術，學生才會理解不同實驗技術各自的局限性。

3.思想方法線

學生在課堂內(nèi)學習的實驗設計僅僅限于控制變量?？梢哉f現(xiàn)在所有的實驗設計技術都是源于控制變量，控制變量這個詞涵蓋的范圍過大，就使得其有效性不足。以選修實驗課上設計的“氯酸鉀制氧氣最佳催化劑研究”為例，學生在實驗設計的時候都運用了控制變量思想，僅僅改變催化劑或者改變催化劑用量，但是改變的范圍應該是多大，不同學生設計的方案差異很大。當學生實驗完成后，先和學生一起交流實驗設計的不足，而后再介紹優(yōu)選法的實驗設計方法，學生對比優(yōu)選法和自己簡單的控制變量法差異，就能更加體會到實驗設計對于實驗的準確性與結論的有效性是多么重要。

如果提前介紹科學方法，學生則通常不會自覺進行驗證，而先由學生試錯，然后理論提高，其效果明顯好于提前介紹理論知識，可見實驗方法必須通過實際操作才能有所收獲。因而我們在所有的實驗選修課中都有意識安排了一種被廣泛認可的實驗方法——優(yōu)選法的實驗，以提高學生的實驗設計能力。

知識拓展線是一條明線，學生看得見，摸得到，有直接的知識獲得，并且可能會對考試起到可見的幫助作用;技能提高線是一條灰線，學生看不見卻摸得到，通過實際操作掌握了一些教材中沒有涉及的技能，或者教材雖有所涉及但是沒有相關實驗的技能，這樣有助于學生在考試中遇到有關內(nèi)容時可以直接遷移使用，提高應對能力;思想方法線則是一條暗線，學生看不見也摸不到，對考試也沒有直接幫助，卻可以留下科學方法的影子，為學生未來播下科學方法啟蒙的種子。

三、化學校本實驗課程體系

設計系列的實驗課程，不但要有宏觀的整體架構，更需要設計好每一門課的內(nèi)容。要想吸引學生，就必須在有一個好的內(nèi)容的同時也要有一個好的形式，因此每一門化學校本實驗課都有一個明確的主題，這門課的內(nèi)容圍繞這個主題開展。例如《舌尖上的化學》這門課，內(nèi)容全部和食品有關，學生看到這個課的名字就可以推測到大致內(nèi)容。課程名稱的知識性內(nèi)容作為課程的明線，可以讓學生有預期。這些課程根據(jù)學生年齡不同各有偏重，低年級偏重科普，中年級知識技能并重，而到了高年級則偏重科學方法和科研技術（如圖1）。

每一門化學校本實驗課在知識明線背后都蘊含著一條實驗技能線，這些技能不僅包含對教材中實驗技能的重復，還要包含一些中學生本來不需要掌握的實驗技術（如圖2）。例如：比色法在中學教學中沒有要求，而每一門化學校本實驗課中都要安排一次比色法實驗，讓學生學習到一些課內(nèi)沒有學習過的實驗技術，讓學生有技術上的收獲。

實驗技術涉及面很廣，為了能讓學生盡量多地接觸到常用的實驗技術，將每一門化學校本實驗課的實驗分為三大部分：物質(zhì)分離與提純、物質(zhì)性質(zhì)與檢測、物質(zhì)合成與制備。學生無論選擇了哪一門實驗課，都可以比較全面地學習到各種實驗操作技術。如果選了多次實驗課，則可以在不同的實驗中使用相同的技術，鞏固學習成果。

每一門化學校本實驗課都要有意識選定一些要利用科學思想和方法的實驗，例如優(yōu)選法就在《生活中化學》《舌尖上的化學》《化學實驗中的科學思想與方法》中通過不同的實驗呈現(xiàn)，學生在不斷實踐中逐步掌握實驗方法。不同的課既相互獨立又相互關聯(lián)，最終達到讓知識變?yōu)槌ＷR，讓技能變?yōu)楸灸艿哪繕恕?/p>

課程知識的意義性除了知識本體意義之外，還包括科學思維方法的運作[11]，通過建構幾門基礎知識、實驗技能、科學思維相結合的實驗課，希冀能對學生成長架設好一座走向未來的橋梁。

實驗操作是培養(yǎng)學生的科學精神、樹立科學思想、養(yǎng)成科學習慣和訓練科學方法最便捷的方式。以實驗研修課為平臺，突出化學學科實驗特色，可以讓實驗充分發(fā)揮其科學引領的作用，帶動學生學習、思考、操作、探索。使用微課題的方式可以讓學生學會科學推理的基本過程，學會利用實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)證實自己的假說[12]。做課題研究對中學生可謂是一種挑戰(zhàn)，有研究表明，這樣的課堂教學模式對學生產(chǎn)生了積極的影響[13]，是轉化他們學習方式的一種新模式[14]。實驗是所有科學研究的必經(jīng)程序，在實驗中培育學生的科學方法、理性精神，是提高學生科學素養(yǎng)的有效路徑，可以為他們將來從事科學事業(yè)奠定良好的基礎[15]。

綜上，素養(yǎng)在某種程度上就是以知識積累為前提的解決問題的能力，而化學課程設計正是以提高學生素養(yǎng)為核心目的。整體課程體系設計作為教學前置的環(huán)節(jié)，后期教學是對前期設計的檢驗，也是對教師素養(yǎng)的共進性提升。對實驗課程的不斷完善，旨在提高學生能力，提升教師技能，有力助推師生核心素養(yǎng)共同提高。

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*該文為北京市教育規(guī)劃“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題“普通中小學教師科學素養(yǎng)評測與提升策略的行動研究”CFDB2020394、北京市教育學會“十四五”教育科研課題2021重點課題“提升中學教師科學素養(yǎng)的教研培訓實踐研究”（FTZD2021-006）的研究成果