實驗教學新路徑：以創(chuàng)新促進高中化學核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展

謝明陽 鮑亞培

摘? 要? 基于“全國中小學實驗教學說課活動”，探討了創(chuàng)新實驗教學促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展的策略。通過分析第六、第七、第八屆“全國中小學實驗教學說課活動”中選送的161節(jié)高中化學實驗說課作品的分布及創(chuàng)新點，提出形成以學生為本的實驗設計理念、輔以信息技術(shù)支持的實驗觀察手段及引入真實問題的實驗情境創(chuàng)設是有效的實驗活動創(chuàng)新路徑。這些策略有助于學生形成化學觀念、科學態(tài)度、社會責任感，提升學科能力。

關(guān)鍵詞? 高中化學；實驗創(chuàng)新；實驗教學；核心素養(yǎng)；課程標準

中圖分類號：G633.8? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）13-0009-04

0? 引言

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱高中課標）中明確提出了學科核心素養(yǎng)的概念，即“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”[1]。學生通過學科學習逐步形成的這些正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力是學科育人價值的集中體現(xiàn)。作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，化學實驗教學改進是推進學科育人目標達成的重要手段。2019年，教育部印發(fā)《教育部關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》，要求“不斷將科技前沿知識和最新技術(shù)成果融入實驗教學，豐富內(nèi)容，改進方式”[2]?！叭珖行W實驗教學說課活動”作為全國性的教研活動，是改進化學實驗教學方法、提升實驗教學質(zhì)量的重要交流平臺。本文選取第六、第七、第八屆“全國中小學實驗教學說課活動”作品進行簡要分析，以窺探高中課標頒布后一線實驗教學創(chuàng)新現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，通過明確優(yōu)秀實驗說課作品落實學科核心素養(yǎng)的路徑，進一步助力實驗教學發(fā)展并對即將參與2023年“全國中小學實驗教學說課活動”的化學教師提供參考。

1? 高中化學實驗作品分布情況分析

“全國中小學實驗教學說課活動”自2013年起至今已成功舉辦8屆。作為一項旨在推進中小學實驗教學創(chuàng)新、提高實驗教學水平的大型教育比賽活動，其為全國中學化學教師的實驗教學創(chuàng)新搭建了交流、分享的平臺，促進了實驗教學方法和策略的創(chuàng)新，為優(yōu)秀的實驗設計及裝備改進提供了有效的推廣和應用路徑。說課活動第六屆至第八屆，參賽作品的數(shù)量和質(zhì)量都有明顯提升，每年不乏實驗設計作品入選說課活動優(yōu)秀作品集，具體數(shù)據(jù)見圖1。

1.1? 課程分布

高中課標頒布后，高中化學課程結(jié)構(gòu)變?yōu)楸匦蕖⑦x擇性必修和選修三個課程階段。其中，必修階段是全體學生必須修習的課程，不分設模塊，通常在高一階段分兩冊教材學習。選擇性必修課程是學生根據(jù)個人需求與升學考試要求選擇修習的課程，分設《化學反應原理》《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》《有機化學基礎(chǔ)》三個模塊。選修課程是學生自主修習的課程，包含《實驗化學》《化學與社會》《發(fā)展中的化學科學》三個系列。大部分說課作品選題集中在必修階段及選擇性必修階段，選修部分的涉及較少，見圖2。

1.2? 主題分布

近三屆的高中化學實驗說課涉及高中課標中多個課程階段的主題，各主題選題數(shù)量差異較大（見表1）。相對而言，涉及物質(zhì)性質(zhì)與應用的主題作品數(shù)量最多，如“常見的無機物及應用”“烴及其衍生物的性質(zhì)與應用”等主題。選擇性必修模塊1中與化學實驗原理探究相關(guān)的主題也有較多作品涉及。選題涉及選擇性必修模塊2的作品很少，且“研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法與價值”等主題并無投稿作品。

1.3? 知識點分布

對近三屆高中化學實驗說課作品選題進行核心知識點分布統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)，選題知識點相對集中在氮、硫等重點元素與化合物的性質(zhì)與應用，化學反應平衡及水解平衡等重難點知識（見表2）。

總體而言，近三屆高中實驗說課作品選題涉及范圍較廣，多相對均勻地分布在高中化學必修及選擇性必修的不同主題中，在教材分布上各冊教材也多有涉及。這體現(xiàn)了參賽教師們在教學中能夠充分考慮高中課標要求、兼顧學生的興趣及學情，結(jié)合豐富的教學經(jīng)驗以學科視角選擇適當?shù)膶嶒灮顒舆x題。但同時，相對于高中課標及教學中豐富多樣的實驗教學活動，仍有較多核心知識相關(guān)實驗未有選題涉及，說課作品選題的知識點主題仍相對集中在物質(zhì)的性質(zhì)與應用、化學原理探究幾個重點領(lǐng)域，并呈現(xiàn)出與考試重難點內(nèi)容較高的相關(guān)性。這種選題傾向一方面來自教師教學中的壓力與需求，一方面也與學生在學習某些章節(jié)時存在的普遍性的思維難點相關(guān)。這反映出當前的學科教學呈現(xiàn)出向素養(yǎng)導向發(fā)展的趨勢，但整體上仍然受評價方式影響較深的真實現(xiàn)狀。

2? 高中化學實驗作品創(chuàng)新路徑分析

百年大計，教育為本。黨和國家對“教育、科技、人才”的戰(zhàn)略需求迫切要求基礎(chǔ)教育課堂育人方式的協(xié)同創(chuàng)新。全國中小學實驗教學說課活動為促進實驗教學育人功能的發(fā)揮、應用和推廣實驗教學創(chuàng)新提供了良好的平臺。教師們在實驗設計理念、實驗問題挖掘、實驗裝置改良、實驗實施路徑等多維度進行創(chuàng)新，為高中課標精神的貫徹特別是學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展提供了可復制、可推廣的實現(xiàn)路徑。

2.1? 以學生為本的實驗教學設計理念

學科素養(yǎng)無法通過機械記憶獲得，需要學生在學習后自主進行深入的體驗、思考和反思后內(nèi)化形成，并在持續(xù)性的學科活動中不斷自我構(gòu)建、不斷發(fā)展。因此，學習活動的主體一定是學生。以發(fā)展學生學科素養(yǎng)為目標的實驗教學設計，其教學活動設計理念勢必需要注重學生在實驗探究活動中的主體性。例如，胡策策等老師在“過氧化鈉與水反應的異?，F(xiàn)象及反應歷程探究”實驗中，全程以學生為主體引導了發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想、設計方案、實驗探究、得出結(jié)論的探究流程，學生得以在實驗活動中形成證據(jù)推理的素養(yǎng)，構(gòu)建科學探究的思維模型。又如，杜愛萍老師在“雙液原電池鹽橋的實驗改進”實驗中讓學生依據(jù)已有認知對雙液原電池的電流進行預測，引導學生自主發(fā)現(xiàn)問題。隨即，學生展開討論、進行分析、改進方案、動手實驗、分析得到結(jié)論并最終形成裝置改進方案，解決實際問題。在這個過程中，教師精心組織思考與探究活動，學生全程作為主體深度參與并基于原電池相關(guān)知識在實驗探究的過程中進行深入的思考、體驗和反思，以化學學科視角系統(tǒng)性分析和解決問題。

2.2? 引入信息技術(shù)拓寬實驗觀察手段

高中課標倡導“注重發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的作用，積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)與化學實驗的深度融合”?！督逃筷P(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》也指出在教學中應注重傳統(tǒng)實驗教學與新興科技的有機融合。比如利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)呈現(xiàn)現(xiàn)實世界中因危險性、破壞性或不便觀察、控制無法進行的部分實驗，提升實驗教學的質(zhì)量和效果。這幾屆“全國中小學實驗教學說課活動”的高中化學實驗作品不少都運用新型的信息技術(shù)進行實驗創(chuàng)新，特別是選擇性必修1《化學反應原理》模塊的實驗，大量的作品引入了離子濃度傳感器、壓強傳感器的應用，幫助學生厘清模糊概念、跨越思維障礙，加深對化學平衡、水解平衡或電化學原理的理解。例如，施志斌老師在“數(shù)字化實驗破解電化學腐蝕疑惑”中利用數(shù)字化顯微鏡輔助學生觀察吸氧腐蝕及析氫腐蝕過程，利用延時攝影技術(shù)記錄吸氧腐蝕的顯現(xiàn)過程，借助溶解氧傳感器幫助學生觀察不同環(huán)境下的腐蝕的動態(tài)過程，通過多種數(shù)字化手段介入電化學實驗進行實驗創(chuàng)新，拓展了實驗觀察的尺度。又如，曾文靜老師在“基于真實情境和數(shù)字技術(shù)的平衡移動創(chuàng)新實驗設計”中，引入pH傳感器、電導率傳感器、壓力傳感器探究濃度、溫度、壓強對化學平衡的影響，幫助學生從宏觀—微觀—符號相結(jié)合的視角進行觀察，構(gòu)建平衡認知模型，發(fā)展核心素養(yǎng)。

2.3? 創(chuàng)設解決真實問題的實驗情境

高中課標倡導創(chuàng)設真實且富有價值的問題情境，為學生化學學科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展提供適宜的土壤，以激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力。態(tài)度與責任是學科的高階素養(yǎng)，也是落實立德樹人根本任務的最終體現(xiàn)。在“全國中小學實驗教學說課活動”中，不少教師已經(jīng)有意識地在選取實驗主題時將學科問題和真實世界進行結(jié)合，通過選取化學電池、工業(yè)制堿、自然資源的提取真實問題或者簡化真實世界中的化學問題，引導學生感知化學在生產(chǎn)和生活中的重要作用，思考和分析化學對社會發(fā)展的影響，從而培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和社會責任意識。例如，吳塞金老師在“實驗室模擬純堿的工業(yè)制法”一課中對化工生產(chǎn)進行實驗室模擬。學生通過文獻查閱、制定方案、實驗探究、交流評價、優(yōu)化方案，得以親身體驗工業(yè)的生產(chǎn)過程，并在探究活動中利用工程思維及3D打印技術(shù)解決問題，體會真實世界中化工原理轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)的復雜性。又如，梁晟斌老師在“石油分餾”一課中，參考石油工業(yè)中的分餾裝置設計了實驗室裝置，使演示實驗與工業(yè)實際相結(jié)合，并利用熱成像技術(shù)輔助使石油的分餾過程直觀呈現(xiàn)，幫助學生體會化學工業(yè)在自然資源提取中的重要作用。

3? 結(jié)束語

綜上所述，這幾屆高中化學實驗教學說課作品呈現(xiàn)出百花齊放的創(chuàng)新勢態(tài)，廣大教師通過實驗理念、實驗方法、實驗技術(shù)、實驗用品等多角度對教學實驗活動進行創(chuàng)新設計，反映了廣大實驗教師在探索創(chuàng)新實驗教學方法、豐富學科育人內(nèi)容方面的積極性和創(chuàng)造性，對于落實發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的育人目標具有重要意義。這些優(yōu)秀的實驗教學作品以學生為主體關(guān)注科學思維與能力的發(fā)展，有效融合了教育技術(shù)與實驗教學，創(chuàng)設有價值的問題情境，賦予了實驗教學新的深度。

同時，也建議廣大教師在后續(xù)參與活動時更加重視實驗選題的價值性和適宜性，采用更加靈活多樣的教學策略，豐富實驗創(chuàng)新角度，關(guān)注學生的參與和體驗。期待在未來的“全國中小學實驗教學說課活動”中，能夠見到更多的教師分享寶貴的教學實踐與創(chuàng)新經(jīng)驗，共同推動我國中小學實驗教學的發(fā)展。

4? 參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中物化學程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 教育部關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見[A/OL].（2019-11-20）[2023-05-21].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/201911/t20191128_409958.html.