学科核心素养视域下的中学化学实验教学取向研究

黄恭福 邹海龙

摘要：中学化学教学正经历从“知识传授”“能力培养”到“素养为本”教学价值观的转变和飞跃。化学实验教学应立足于正确价值观念、必备品格、关键能力三维一体的视角，聚焦关键能力发展、必备品格形成和正确价值观念培育的取向。

关键词：中学化学;化学学科核心素养;化学实验教学;实验教学取向

化学实验在炼金术中萌芽，在医药、冶金工艺中成长，在波义耳、拉瓦锡实验方法论指引下最终确立为科学。即使在理论和计算化学成为辅助化学家探索未知世界新工具的今天[1]，化学实验仍然是化学认识的基础和检验化学理论真理性的标准。中学化学新课程以发展化学学科核心素养为主旨[2]，化学实验教学是践行“素养为本”教学理念、转变教学行为的学科教学关键领域。

1 开展学科核心素养视域下中学化学实验教学研究的必要性

我国基础教育界在广泛开展国际比较研究的基础上，明确提出了新时代“素养为本”的教学价值取向。开展学科核心素养视域下的中学化学实验教学既是化学教学理论研究的需要，也是当前化学新课程教学实践的迫切要求。

首先，《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称：新课标）确立了以发展学生化学学科核心素养为主旨的教学理念，要求紧紧围绕这一主旨进一步优化教学过程、有效提高教育质量，发展素质教育，落实立德树人根本任务。这充分说明学科核心素养视域下的化学教学是新时代、新课程、新教学的必然要求，是引领我国基础教育课程改革发展方向的“教学指挥棒”。

其次，我国中学化学教学价值取向正经历从“知识传授”“能力培养”到“素养为本”的转变和飞跃。为使“素养为本”教学理念真正落实在课堂，使它从一种教学理念、一种教学价值，转化为师生自觉的教学行为，其重要教学策略是创设真实情境和设计驱动性问题，开展以化学实验为主的多种探究活动、促进学生学习方式转变、培养他们的创新精神和实践能力。

三是，化学实验作为化学学习特有的、重要的实践活动，是落实“科学探究与创新意识”核心素养的重要途径，具有不可替代的支撑作用。科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动，其本质是实践创新;创新意识的培育和创新能力的发展只能在科学实践活动的体验中才能得以落实。化学实验探究是科学探究在化学教学中的主要表现形式，它与科学探究的基本思路和过程是一致的。

吴星（2017）等学者研究认为：无论是从化学实验研究的对象、过程还是结果分析，创新都是化学科学探究的重要特征[3]。因此，加强核心素养视域下的化学实验教学研究有利于深化对“科学探究与创新意识”核心素养的培养。

四是，化学实验教学为其他四项学科核心素养发展提供基础支撑。课程标准明确指出：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。化学实验作为科学实践活动离不开科学认识活动的参与和指导，“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”是要求学生形成的化学学科思想和方法，需要依托“化学实验”这种学科特有的實践活动。化学实验作为教的方法（实验法）、学的方法（做实验）和化学教学认识方法（实验方法），是学生学习化学的重要认知工具，必然促进学生观察方法、假说方法、科学抽象方法以及测量、记录、条件控制、结果分析与处理等认识方法和技能的发展[4]。“科学态度与社会责任”是对化学学科价值取向的刻画，不可能完全依靠传统说教和简单的师生对话发展，更需要有实践活动的经历、体验。

不同学者也从不同角度和层面，揭示了化学实验以“科学探究与创新意识”核心素养发展为重点，全面促进其他四项学科核心素养发展的功能价值。如陈进前（2019）提出的化学学科核心素养“基础支撑与重点发展”互动模式，展示化学实验教学对各核心素养发展的不同价值[5]。如图1所示：化学实验教学以“科学探究与创新意识”核心素养为重点发展目标，其他四个学科核心素养起“基础支撑”作用。

王后雄（2018）则从思维、实践、价值三个不同层面逻辑梳理化学学科核心素养的相互关系，科学探究与创新意识作为实践层面核心素养需要思维层面核心素养的智力支撑，同时也生动、具体、形象展示价值层面的实然追求，如图2所示[6]。

郑长龙（2018）则从“实践—认识—应用”的哲学认识高度，将化学实验重点发展的“科学探究与创新意识”核心素养作为化学科学实践活动的重要内容，进一步凸显了其在化学核心素养发展中发挥的关键作用，如图3[7]所示。

无论何种认识角度，都充分肯定了化学实验在重点发展“科学探究与创新意识”核心素养的基础上，对其他核心素养的发展起着支撑、协同、融合发展等不同功能。

2 学科核心素养视域下化学实验教学取向

化学学科核心素养不是彼此孤立、静态、割裂的五个具体条目的堆砌，而是相互联系动态发展的系统，是学生正确价值观念、必备品格和关键能力全面发展的综合表现。化学实验为学科核心素养的整体发展提供了学科特质的、独有的、不可替代的学科实践活动途径。学科核心素养视域下的化学实验教学是在正确价值观念的指引下（体现社会价值），以关键能力为实践手段（体现工具和技术价值），以必备品格为内在驱动力（体现个性心理品质价值），指向真实情境下问题解决的一种复杂的教学活动和学习活动。

化学实验教学中既有动手操作活动也有动脑思维活动和心理活动;既有认识物质组成、结构、性质、转化规律等智力活动，也有丰富的情感体验和意志品质锤炼的非智力活动;既包括化学知识经验的学习，也包括技能经验的习得，更包括实验观念、思想甚至化学实验文化的形成与培育。

显然，化学实验教学应在化学学科核心素养全面内涵发展的基础上，注重从关键能力发展、必备品格形成和正确价值观念培育，三个取向上创新化学实验教学的指导思想和实施策略。

2.1 化学实验教学应聚焦关键能力的发展取向

化学科学探究以化学实验为重要实践形式，化学实验本质是科学实践活动，离不开科学思维的理论指导。根据PTA（基本要素分析法）理论的观点分析，核心素养视域下的化学实验教学的关键能力包含科学思维能力和科学探究能力。

2.1.1 科学思维能力

化学实验教学发展中具有化学学科特质的科学思维有：宏微结合、符号表征、变化平衡、证据推理、模型认知以及“实验—归纳”等学科认识传统等;此外还有比较与分类、分析与综合、归纳与演绎、判断与推理、外在与本质、科学假说、类比等重要思维方法。这些思维方法都蕴含着丰富的化学哲学以及形式逻辑和辩证逻辑思想，能在更高层面指导实验探究活动，确保化学实验能有更合理的方案、更科学的装置、更适合的步骤、更全面的分析推理，最终得出更严谨的实验结论。张嘉同认为，“实验—归纳”是化学科学发展的认识传统[8]，而归纳、演绎和类比是形式逻辑三种重要的推理形式，也是得出实验结论的重要思维工具。化学科学思维中表现出的外在与本质、个性与共性、变化与平衡是辩证逻辑的重要内容;比较和分类是“穆勒五法”确定事物因果关联求异法、求同法的思维基础;分析与综合更是蕴含着哲学“还原论”和“整体论”思想等。可见，化学实验教学发展的科学思维能力是多层面、多角度、系统性的。

新课标要求：化学实验教学要着力研究物质性质、探究反应规律，进行物质分离、检验和制备等不同类型化学实验及探究活动的核心思路与基本方法。要针对不同实验类型，探索与实验内容（类型）相匹配的探究角度、活动程序，根据探究角度对问题本质的揭示程度，形成不同水平的认识方式（如宏观—微观、系统—孤立、定性—定量……），从而形成结构化的核心思路与学科基本方法。

根据不同的化学实验内容和类型，“探究角度”有不同的内容和表现形式，有抽象概念、思维方法、结构化知识等，“活动程序（特征）”则是对不同实验实施过程或实验方法特征的描述和表征，具体如表1所示。

化学实验核心思路与基本方法的发展与具体的实验内容和实验类型联系密切。一是相同的实验内容其探究角度不一定相同。如对物质性质的探究实验，既可以选择從物质类别视角设计实验，也可以选择从中心元素化合价差异的角度设计实验探究，还可以从物质在溶液中的行为特征（如水解）进行实验设计。能否选择以及选择的探究角度差异体现了学生认识方式的水平差异。如，选择“物质类别”探究体现了认识物质的宏观视角;选择“化合价”差异探究体现了不同价态元素或微粒间变化的微观视角;选择“溶液中的离子行为（如水解）”探究体现了从宏观、微观、符号表征系统研究视角等。

案例1 SO2的性质专题复习教学片段

……

[教师]如何鉴别SO2和CO2气体。

[学生]学生充分思考、讨论、交流。

[师生]共同归纳、总结出多种鉴别SO2和CO2气体的方法（所需的相关药品或操作如下）。

（1）品红溶液;（2） Ba（NO3）2、 HNO3;（3） H2S（aq）;（4）闻气味;

（5） FeCl3（aq）;（6） Br2（aq）;（7） I2（aq）;（8）澄清石灰水;……

[教师]精讲SO2的主要物理性质，并点拨利用气体溶解性的差异也可鉴别两种气体。启发学生对上述鉴别两种气体的方法进行分类，思考其鉴别的化学原理分别体现了SO2的哪些性质？

[学生]分组自主选择桌面提供的相关药品进行实验探究，验证实验设计观察实验现象，体验实验过程。

[师生]归纳出体现SO2的性质包括：

（1） 酸性氧化物（物质类别角度）：与NaOH（aq）、澄清石灰水、CaO反应

（2） 氧化性（化合价视角）：与H2S（aq）反应

（3） 还原性（化合价视角）：与FeCl3（aq）、 Br2（aq）反应等

（4） 漂白性（物质特殊性视角）

[教师]归纳出研究物质性质的一般视角：物质类别视角（宏观）、元素化合价视角（宏观）、电子得失（微观视角）、物质特殊性质视角等。

……

案例1中，教师利用学生熟悉的典型酸性氧化物CO2与SO2的鉴别引入，利用问题驱动启发学生尽可能多地设计出鉴别SO2和CO2气体的方法，再和学生一道梳理出学习物质性质的基本视角等。

二是不同实验类别对于学生探究能力培养的价值不尽相同，如验证性实验主要是通过演绎加深对所学知识、原理的理解，探究性实验主要是通过经验归纳、分析推理得出化学知识和规律等，但这并不意味着验证性实验不能培养学生的探究能力，关键在于进行验证性实验设计的指导思想，是否将验证性实验作为探索知识规律的重要环节来看待。

案例2 向滴有酚酞试液的氢氧化钠溶液中加入新制氯水溶液红色褪去的实验探究活动

[实验教学方案]

（1） 教师演示实验后，直接向学生解释实验现象的原因。

（2） 教师告诉学生实验原理和结论后，由学生动手操作进行实验验证。

（3） 引导学生提出假设，并针对不同的假设设计实验进行检验：红色褪去的原因是新制氯水中和氢氧化钠还是新制氯水氧化了酚酞等。

三是活动程序根据不同内容、目的有多种表现形式，并非僵化固定的。同一实验类别可有多种活动程序。如有学者提出的探究实验程序还有：“提出问题—假设—实验—实验现象观察—分析—得出结论—归纳总结等”[9]。

四是从“实验中量与质的关系视角”主要是认识和理解不同实验方法（化学方法、仪器方法）、实验手段的原理特点和应用范围，深刻体会用于化学科学研究的现代实验技术原理是利用了物质实体在光、电、磁等物理性质上的差异，而不是传统化学实验所依靠的物质实体间的化学反应。

从认识论和方法论角度，对不同类型实验形成的探究角度、活动程序与认识方式就是一种认知模型，借助这种认知模型能加深对物质性质和变化的理解，提炼形成化学原理和规律，并用以指导其他实验探究活动的开展。

2.1.2 科学探究能力

国内外关于科学探究主要有两种观点：一是科学探究是过程技能的集合;二是科学探究能力是科学思维和科学推理能力，各国对科学探究能力研究中有些侧重第一种观点，有些侧重第二种观点，有些是两种观点的融合。如美国科学促进会（AAAS）推出的SAPA课程，温盛伟、邱宝兰提出的包括“提出问题”等七个要素模型的科学探究能力评价量规[10]以及新课标对科学探究的描述等都属于第一种观点;徐睿（2012）提出的文献探究能力和实验探究能力[11]，刘东方（2018）的科学一般探究能力与探究角度、探究思路相融合的思想[12]属于两种观点的融合等。

科学探究过程技能属性体现了科学探究实践活动各环节的逻辑关联，为关涉范围广、开放程度大的化学问题解决提供了一种科学研究的工具框架。新课标将化学实验重点发展的“科学探究与创新意识”核心素养划分为4个不同水平并对其认知和行为进行了具体刻画，属于“输入性”的学生核心素养发展要求;学业质量水平是根据学习后学生的实际表现刻画核心素养的外显行为，属于“输出性”的学生核心素养表现要求（郑长龙，2018）[13]。根据“化学核心素养的水平划分”和“学业质量水平”以及化学实验教学的实践经验，化学实验教学“科学探究过程技能”评价分析量表（见表2）对科学探究过程技能的各能力要素按照“水平1～水平4”的实际表现进行具体刻画，本质属于“输出性”核心素养表现水平。这对化学实验教学发展科学探究过程技能具有指导性、诊断性和发展性功能，具体如表2所示。

利用上述化学实验教学“科学探究过程技能”评价分析量表，根据学生在实验中的行为表现可诊断学生各能力要素现有水平，并作为关键能力进阶提升教学策略的制定依据。

案例3 如实验室储存的硫化钠晶体长期暴露在空气中，可能会转化为什么物质，请设计实验进行证明。以“制定计划”的“水平4”的行为表现为例分析（见表3）。

案例3中需要教师针对性地设计驱动问题、注重启发引导，发展学生动态、联系、多线性的实验思维能力，合理选择进阶提升教学策略，从而有效发展科学探究能力要素的水平。从某种意义上看，化学实验教学发展科学探究能力还能以问题解决的实验探究活动形式进行。科学探究能力的发展与问题解决能力发展具有相互促进的特点[14]。

2.2 化学实验教学应关注必备品格的形成取向

当前，世界各国或教育研究机构对核心素养的界定虽不尽相同，但总体上都是注重于“技能”或“能力”层面。我国核心素养不仅关注能力发展，还突出强调了必备品格的形成[15]。必备品格本质上是科学品格，体现了学科核心素养的人文性特征。

某种意义上关键能力和必备品格本质就是统一的整体，是化学学科素养发展的两个方面，也是学科核心素养外显的科学行为和内隐的科学品格的融合。关键能力和必备品格相互促进、相互完善。关键能力的发展既能有力促进学生必备品格的不断完善，又离不开必备品格的引领，必备品格能支撑各关键能力在正确方向上发展，使能力发展具有方向感和可持续发展的动力。

如在化学实验教学中，可以通过实验技能训练和实验过程体验，发展学生严谨、细致、求真的科学品格以及尊重、包容、团结等积极向上的个性心理品质等。还可以在实验教学中融合化学史发展学生的必备品格，如氧气的发现是化学领域里的一场深刻革命，它彻底推翻了错误的“燃素说”的束缚，使得化学向着正确方向快速发展。正如科学史家乔治·萨顿曾说：“无论科学可能变得多么抽象，它的起源和发展的本质却是人性的”，这正揭示了科学本质的人文品格。

2.3 化学实验教学应融合正确价值观念的培育取向

化学实验教学必须坚持“立德树人”的育人方向，注重“社会主义核心价值观”在化学实验教学中的渗透，这是新课程“素养为本”教学的重要价值取向。正确价值观念体现了学科核心素养育人的社会责任价值;必备品格体现了学科核心素养育人的科学态度价值;关键能力是学科核心素养发展学科价值的外在表现，三者融合共同集中承载和体现了化学学科核心素养发展的价值取向。

从“学科育人”的角度而言，化学实验教学应坚持“赞赏化学、感激化学、热爱化学”的价值观念。正如周公度（2010）在《化学是什么》中所描述的那样：化学是社会发展的推动者、化学是能源的开拓者、化学是材料的研制者、化学是环境的保护者、化学是美好生活的创造者、化学是新兴产业的支撑者[16]。

学科核心素养视域下的中学化学实验教学的关键能力取向、必备品格取向和正确价值观念取向并非彼此割裂分离，而是以化学实验的实践活动为载体整体融合、协调发展的，即在关键能力的发展中有必备品格的训练更有正确价值观念的渗透。在化学实验教学实践中应根据不同实验的特点，积极探索发展关键能力的有效策略，提炼形成必备品格的主要途径，最终促使实现化学学科正确价值观念“深入人心”的价值目标。

参考文献：

[1]黄晓峰，曹同成，陈波. 计算化学——探索化学世界的羅盘[J]. 化学教学，2014，（3）：11～13+27.

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

[3]吴星. 对高中化学核心素养的认识[J]. 化学教学，2017，（5）：3～7.

[4]郑长龙. 化学实验教学新视野[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[5]陈进前. 关于化学学科核心素养的三个建议[J]. 中学化学教学参考，2018，（17）：1～4.

[6]王后雄. 基于“素养为本”的高中化学学业水平考试命题研究[J]. 中国考试，2018，（1）：27～38.

[7][13]郑长龙. 2017年版普通高中化学课程标准的重大变化及解析[J]. 化学教育（中英文），2018，39（9）：41～47.

[8]张嘉同. 化学—人文精神的韵味[M]. 长沙：湖南师范大学出版社，2000.

[9]吴敏. 基于“实验—探究”的课堂教学设计[J]. 化学教育，2008，（7）：29～32.

[10]温盛伟，邱宝兰. 科学探究过程评价的实施策略[J]. 中国成人教育，2007，（21）：39～40.

[11]徐睿. 高中生化学科学探究能力测评研究[D]. 上海：华东师范大学硕士学位论文，2012.

[12]刘东方. 中学生科学探究能力表现及现状测查[J]. 东北师大学报（哲学社会科学版），2018，（5）：178～184.

[14]杨滨. 培养学生问题解决能力的网络“教学空间”应用模式研究[D]. 兰州：西北师范大学硕士学位论文，2016.

[15]周卫东. 关注必备品格，提升核心素养[J]. 教育视界，2016，（24）：7～9.

[16]周公度. 化学是什么[M]. 北京：北京大学出版社，2011.