《普通高中化学课程标准（2017年版）》对实验内容的要求及启示

梁弘文 杨伏勇 冯求荣

摘要：文章从实验素材、实验内容要求、实验功能等三个方面简要总结了《普通高中化学课程标准（2017年版）》对实验内容的要求，并为实验教学提供了相关建议：（1）开发真实而有意义的实验素材，促进学生学习方式转变。（2）整体规划实验及探究教学，锻炼学生高阶思维能力。（3）关注课标要求和实验原型，提高学生知识迁移水平。

关键词：学科核心素养;课程标准;化学实验

文章编号：1008-0546（2019）09-0069-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn. 1008-0546.2019.09.021

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）引导教师从“知识为本”到“素养为本”教学取向的改变，指引着中学教师课堂教学的改革方向。化学实验对于全面发展学生的化学学科核心素养有着极为重要的作用，也是高考化学的重要内容之一。本文将以化学实验为对象，分析其在“新课标”中的要求和特点，并结合高考对实验的考查方向，提出相关教学建议以供化学同仁参考。

一、新课标实验内容的特点

“新课标”紧扣化学学科特征，以学科核心素养的形式凸显实验教学的重要性湘对于实验版课程标准来说更加突出对学生实验探究能力的培养，其特点可总结为以下几个方面：（1）实验素材上，围绕真实问题情境选择实验素材。（2）实验内容上，要求夯实基本实验原型对学生实验探究能力的培养，凸显实验探究过程中学生需掌握的方法和策略。（3）实验功能上，重视结构化的实验活动，形成对真实问题解决的思路方法并外显。下面分别从“实验素材”“实验内容要求”“实验功能”三方面作具体阐述。

從“实验素材”上来看，“新课标”给出的教学素材更加丰富。以必修课程为例，在数量上，新课标在每个主题下给出的实验素材平均超过10个;在类别上，除了实验室实验，还增加了化工模拟实验、家庭实验等项目，如“化工生成模拟实验（制硫酸）”“用生活中的材料制作简易电池”等;从素材呈现上看，实验素材将化学实验置于真实的问题情境中，改变了学生只是简单动手做实验的现状，以期在真实的实验情境中让学生解决问题，培养学生的高级学科思维，如用“含氯消毒剂及其合理使用”的素材取代“氯气的漂白性”。实验素材的丰富提醒教师在实验教学中要善于开发教学资源，让学生在真实的实验情境中提出化学问题，基于真问题设计实验方案，付诸实践解决真问题，这样的实验教学不仅仅是培养学生动手能力，更重要的是掌握科学探究的核心思路和基本方法，认识化学学科在问题解决中的价值。

从“实验内容要求”上来看，“新课标”在必修课程和选择性必修课程中分别明确规定了9个学生必做实验，这些基本实验原型直指化学学科的核心素养养成。例如“用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子”的实验，不但培养了学生对物质的分离与提纯、物质检测这些实验过程的一般思路与方法，更能极大地激发学生进行实验方案的设计、评价和优化，开展基于给定实验方案机械完成实验操作，到基于简单问题设计实验方案并合作完成实验，再到自主完成实验方案和操作，最后进行评价和优化实验方案，实现科学探究水平的进阶，从而实现了知识与能力的迁移。同时，“新课标”也强调“尊重事实、充分讨论、特别关注异常现象”“观察并如实记录实验现象和数据”等能力。要求教师深入分析这些异常现象的根源，科学合理地对学生进行引导，着力对学生的“科学态度与社会责任”进行培养。例如在“化学反应速率的影响因素”的必做实验中，学生需要使用FeCl3溶液催化H202分解，由于在催化过程中存在深色的过渡配合物，会出现溶液变成深棕色的异常现象，教师通过对此异常的引导讨论，可以帮助学生理解化学反应的完整过程，并发展学生在真实的化学问题中演绎推理、假设的实验探究能力。

从“实验功能”上来看，新课程标准更重视真实问题解决的思路方法的形成与外显。强调深刻认识化学实验在教学中的作用。其一化学实验不是化学课堂教学的附属品，它可以主导课堂教学的内容，应该让学生在完整的实验探究活动中学习化学知识。例如在“补铁剂中铁含量测定”的实验中学习（亚）铁离子的检验和性质，通过对补铁剂中铁元素的存在形式、是否真的含有Fe2、铁元素含量的是否合格三个结构化探究实验展开[1]，形成基于物质和元素价态的视角认识、分析元素化合物，以及研究物质性质的一般思路和方法。其二，化学实验不仅仅是动手操作实验，还包括化学史实验、模拟板实验等，可以通过化学实验史，引导学生了解化学概念。例如，通过回顾法拉第等科学家对“电离”的发现和争议学习“电解质”的概念等。教师要在充分认识实验功能的基础上精心设计实验探究活动，增进学生对科学探究的理解。

二、对实验教学的启示

1.开发真实而有意义的实验素材，促进学生学习方式转变

“新课标”注重真实具体情境的功能，具体的学习情境是学生学科核心素养形成和发展的平台[2]。教师如何进行实验素材的开发并开展实验探究教学，直接影响学生学科核心素养在课堂上的真实表现。现以鲁科版《物质结构与性质（选修）》中第二章第四节“氢键与物质性质”的教学实践为例，来说明开发真实而有意义的实验素材，促进学生学习方式的转变，给学生提供真实的素养表现机会。

“氢键与物质性质”一节，教材本身理论性较强，内容抽象，没有实验活动，故教师的教学方式以讲授为主，学生在学习过程中以识记为主，即记住了什么是氢键及其对物质性质的影响，往往无法深入理解其本质，很难通过对“氢键与物质性质”的学习达成学科核心素养的培育。笔者通过研读挖掘教材，在教学过程的三个环节（见表1、2、3）植入了创新性的实验，引导学生积极主动开展建构学习、探究学习和问题解决学习，以达素养培育的目标。

实验素材一通过对水的体积变化的反常和水的沸点的反常，启发学生对范德华力这一原有分子间作用力的认识模型的局限性的认知，推测水分子间存在不同于范德华力的一种特殊的作用力。即沸点升高，该作用力强度可能大于范德华力;体积变化，该作用力可能具有一定的方向性，深化对微粒间相互作用模型的认识，发展学生“证据推理与模型认知”核心素养。实验素材二以学生生活中最熟悉的H20为例，用演示实验创设了真实的问题情境让学生感受到氢键的存在，体会到氢键作为特殊的分子间作用力与范德华力的差别。该环节在真实的情境中引发科学问题，在问题驱动下开展学习活动，在活动中引发学生进行推理、预测，促进学生反思原有的概念模型的局限性。

教学环节二中教师充分开发和利用现代信息技术资源，组织学生进行小组合作探究。创设真实而有意义的化学学习情境，充分开发和利用现代信息技术资源是实施“素养为本”的化学课堂教学重要的教学策略之一[3]，学生通过对沸点图像表征得到水的沸点远高于甲烷的沸点，通过实验数据事实中提取证据，提出相关假设——甲烷分子中的C-H不足以形成氢键，再通过手持技术实验从微观上得到证据，推出合理的结论——乙醇分子间作用力大于正戊烷，说明O-H能够形成氢键，C-H难形成氢键，说明只有正电性高的氢原子才容易形成氢键，X-H…Y中X原子应具备较强的电负性。在整个学习活动的过程中，学生利用手持技术将“测定”“记录”“比较”“总结”和“解释”一系列行为组织起来，进行了“分析”“评价”“选择”等多种科学思维活动，对于发展学生“证据推理与模型认知”“宏观辨识与微观探析”等素养有重要的价值。

教学环节三通过演示磁铁之间同极相斥、异极相吸来形象地说明分子间的氢键具有方向性;一根磁铁的S极能吸引一定数量的N极，来说明分子间氢键具有饱和性。与磁极不同的是水分子之间不是通过磁极彼此吸引，而是通过电性的相互吸引，极性相反的两个原子相互吸引，从而使分子形成一定的取向[4]。在“新课标”中对于“氢键”的情境素材建议是“氢键与生命的密切联系，如DNA、蛋白质结构中的氢键”。但是.如何让学生在认识到氢键的本质及形成条件之后，进一步建立氢键存在着方向性和饱和性，完善氢键的认识模型，还需借助实物模型、计算机软件模拟、视频等多种直观手段，促进学生对物质微粒间相互作用力模型的认识深化。可见教学素材的优劣和使用的时机，有赖于教师的教学智慧，合适的实验素材用在合适的教学节点，能促使学生學习方式的改变，让教与学和谐统一，取得事半功倍的效果。

2.整体规划实验及探究教学，培养学生高阶思维能力

“新课标”明确指出“整体规划实验及探究教学”“选取真实的、有意义的、引发学生兴趣的探究问题”以及“改变在实验中注重动手但缺少思考的现状，强调高级思维过程”。实验教学中调用学生的高阶思维，是培养学生科学探究和创新意识的关键，而这样的实验教学离不开教师结构化思路和挑战性问题的设计。笔者基于“离子反应”课堂教学实例，以“食盐精制”为情境素材，通过学生的实验探究活动，逐步建立分析电解质在水溶液中行为的基本思路，以从微观角度解决与电解质溶液相关的实际问题为核心任务，引导学生运用基本思路进行复杂问题解决。基于此，在进行“离子反应”的教学中，确立如下教学目标：

（1）以食盐精制为背景，设置了从微观角度再看食盐精制的核心任务，学生在完成任务的过程中找到真正的反应是离子间的反应，从而得出离子反应的概念，培养了学生“分类表征”的学科素养。

（2）结合复分解反应的本质及离子反应发生的条件，掌握离子反应方程式的书写方法。由现象去判断反应是否发生，从而培养了学生“宏微结合”的学科素养。

（3）将学习到的知识应用到一个新的真实情境中。通过活动的展开，使学生认识到：从离子角度认识废水中的污染物，选择合适的试剂，并能正确书写离子方程式。整个过程综合培养了学生“宏微结合”“变化守恒”及“绿色应用”等学科素养。

整节课立足于食盐溶液中微观离子的探析，使得学生将初中阶段从宏观角度、孤立地认识酸碱盐及其之间的反应，发展到从宏观和微观两个角度相互关联地分析酸碱盐等电解质在水溶液中的行为，在解决问题时能在宏观和微观两个角度之间进行相互转换——看到物质，立刻辨识其在水溶液中的存在形式，从基于物质看反应上升到基于微粒看反应，提升了学生对化学反应的认识层次。据此设计教学思路如下图l所示：

本节课以学生熟悉的食盐精制过程作为背景素材，巧妙地设计了不同梯度的问题解决活动。学生已经熟悉了基于物质水平对粗盐提纯中反应的认识，但是却没有形成从微观的层面认识溶液，由此设计了“一是粗盐溶液中真正的杂质是什么？二是除杂过程中真正的反应是什么？”这两个核心任务，这两个任务直指离子反应的实质，引导学生先从微观角度“看”物质，再从微观角度“看”反应，将学生的认识视角从宏观深化到微观。形成了微观的视角后再探讨离子反应发生的条件，将宏观现象与离子间相互作用结果相结合，从宏观和微观相结合视角对溶液离子间的相互作用进行符号表征，即离子方程式的书写，最终帮助学生建立起研究水溶液系统的思路方法：“判断物质在水溶液中能否电离一分析离子的种类和数量一分析离子间是否反应一相应的宏观现象及反应产物”。由此可见实验教学中挑战性问题和结构化设计，实现了对学生高阶思维的培养。

3.关注课标要求和实验原型，提高学生知识迁移水平

实验在高考中是考查重点，课标中对实验的要求即是其命题的依据，课标中提供的实验素材也是其命题的参考。通过对近年高考实验内容的分类剖析，不难发现高考实验题大部分是能从课程标准中找到原型的。新课程考查的实验模型一般是在已有的实验原型的基础上，考查学生对具有科学性的实验原理的理解，甚至对实验装置进行适当的改造，考查学生的迁移能力、创新精神和实践能力。这就要求日常的实验教学一定要注重基本实验原型的理解和迁移，提高学生知识迁移能力。中学化学基本实验原型包括常用仪器的识别、使用以及作用;一定物质的量浓度溶液的配制、过滤、分液等实验基本操作;常见离子的检验和鉴定;物质的分离和提纯;以及常见气体的制备和检验等方面知识点，涉及到实验基本原理的领会、实验装置的操作要点的把握、以及组织能力和语言表达能力等方面的考查。如2018年高考全国卷理综化学部分中，全国卷（I）有2题、全国卷（Ⅱ）有3题、全国卷（Ⅲ）有1题，总共6题涉及到基础实验知识的考查[5]。全国卷（I）第9题的实验室制备和纯化乙酸乙酯、全国卷（I）第9题的甲烷与氯气的取代反应、全国卷（Ⅲ）第10题都属于基本实验原型的考查，重在检验学生对实验装置和实验原理的熟悉程度。而全国卷（I）、（Ⅱ）、（Ⅲ）的第26题以及全国卷（Ⅱ）的28题涉及到气体的制备和作用、常见仪器和试剂的识别和作用、实验现象的原因分析、物质的分离和提纯操作等知识点，考查了化学实验和探究能力以及分析信息、整合信息的能力，属于综合性题型，是对基本实验原型的拓展和提高，需要注重基本实验原型的理解和迁移。

注重基本实验原型的理解和迁移，重点在于回归教材。所谓回归教材，旨在联系基本实验原型，理清基本实验原型的实验原理、实验装置和操作要点，提出“3W”问题——做什么（WHAT），怎么做（HOW），为什么这样做（WHY），帮助学生在已有的基本实验原型中建立新的实验模型，根据化学问题解决的需要，选择常见实验仪器、装置和试剂，确定探究目的，设计实验探究方案，进行实验探究。全国卷（I）第26题的基本实验原型是氢氧化亚铁的性质，考查的知识点是从实验原理上进行迁移和提升。氢氧化亚铁的制备原理（WHAT）是FeS04+2NaOH—Na2S04+Fe（OH）2↓.高中教材中为防止氢氧化亚铁被氧化（HOW）做了如下操作：（1）用长胶头滴管吸氢氧化钠溶液，浸入试管中的2mL硫酸亚铁下面。（2）挤出氢氧化钠溶液，不搅动溶液，而后轻轻提出滴管。因为氢氧化亚铁中的二价铁极易被氧化生成氢氧化铁（WHY），除上述操作外还在氢氧化钠溶液上方加一层植物油或者苯。全国卷（I）第26题中的信息提示明确了二价铬和二价铁相似的性质，因此可以联系二价铁和三价铁相互转化的相关知识点进行解题。全国卷（ I）第26题的三价铬和二价铬间相互转化的离子方程式书写考查了学生能否“根据已有经验和资料做出预测和假设，收集和表述实验证据，基于实验事实得出结论。”除此之外，仪器的选择、气体的作用以及基本操作等问题正是对“3W”问题的提升。

注重基本实验原型的理解和迁移，关键在于挖掘内涵。所谓内涵指的是深入剖析题目的价值，深刻把握实验目的和实验原理，将基本实验原型的科学性原则延伸到新的实验模型中，提高知识迁移的能力。全国卷（Ⅱ）第26题考查的实验流程题借鉴了高中教材中的“从海水中提取化学物质”以及“从铝土矿中提取铝”等知识要点，在解答时，需要深刻剖析题目价值。知识上，是各个实验的融合，除了考查物质的分离提纯、沉淀的转化，还涉及了元素化合物的基本知识。故而在分析解答时，一定要综合应用元素化合物的转化、物质的分离提纯等化学知识，灵活应用本实验原型的原理和方法，提高知识迁移的能力。

三、结语

从1951年我国中学化学课程标准的确立开始，化学实验就是中学化学教学的重要组成部分，历经近70年的风雨，在如今以培养学生学科核心素养的课程深化改革的背景下，中学化学实验如何与课程改革目标相契合，如何找准功能与定位，如何发挥重要作用，仍需我们进一步探索[6]。通过对“新课标”的分析，结合课堂教学，我们可以从以下几个方面得到启示：

第一，在实验素材的选择上开发真实而有意义的实验素材，在设计实验素材时应联系生产生活实际，通过各种真实的问题情境，从中提取值得探究的化学问题，在真实的问题情境中引导学生进行科学探究，而不是仅仅讲授简单而直接的实验知识。这种基于真实的生产生活问题开展科学探究的方法，有利于激发学生化学学习的兴趣，促进学生学习方式的转变。

第二，从“新课标”对实验内容的要求来看，注重基本实验原型的理解和迁移，实验题的考查，不论情境是陌生还是熟悉，其实质仍然是考查基础的化学实验技能，因此在实验教学中还是要围绕装置组装、基本操作、基本原理等实验问题展开，以典型仪器、装置、实验方法为原型，通过对实验原型的扩展、延伸达成对一类实验问题的深度理解，形成知识的迁移，以此来解决情境陌生和综合性高的实验题，促进学生实验能力和实验素养的发展。

第三，对实验功能的定位上，首先，教師应该在实验教学中整体规划实验及探究教学，对于“在不同教学时间段开展何种形式的实验教学”这个问题，教师要做到心中有数，整个实验教学过程要从简单培养学生实验操作能力到培养学生基于高级的学科思维的实验设计能力和分析、评价能力，最终达成学科核心素养的要求。其次，应该在实验教学中锻炼学生高阶思维。目前高考试题对实验内容的考查主要集中在水平1和2，特别是水平2层次基于实验现象的证据推理是当前化学实验考查的重点。这就提醒教师在实验教学中要让学生理解化学实验的目的和步骤，学会观察实验现象，引导学生在实验探究中多思考“为什么这样做”“这样做可能会出现什么现象”“为什么会出现这种现象”等有价值的问题，培养学生基于实验现象的推理能力。实验题中对实验方案的评价考查对学生来说是一个难点，建议教师在教学中多引导学生思考“还可以如何改进”“还可以如何做”这样高水平的问题，实现学生实验能力的真正提高。

参考文献

[l]梁弘文，谢桂芳，张贤金，《普通高中化学课程标准（2017年版）》特点及教学启示[J].化学教学，2018，40（6）：32-37

[2] 中华人民共和国教育部，普通高中化学课程标准（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[3]郑长龙，孙佳林，“素养为本”的化学课堂教学的设计与实施[J].课程·教材·教法，2018，38（4）：71-78

[4] （美）Phillips，J.S等著.科学发现者·化学概念与应用（下册）[M].王祖浩等译.杭州：浙江教育出版社，2008

[5]王霞，王后雄，基于学科核心素养的2018年高考全国卷化学试题评析[J].教育测量与评价，2018，11（11）：48-57

[6]孙佳林，郑长龙.中学化学实验教学发展历程回顾及启示（下）[J].化学教育（中英文），2018，39（15）：44-48