新旧教科书化学实验变化分析

季春阳 王玉晶

摘要： 为把握人教版普通高中课程标准教科书（2019）实验设置的变化，从丰富实验呈现方式、移动实验章节位置、改变实验内容选择、重建实验探究思路、细酌操作现象表述和搭配栏目深化思考6个方面分析了“元素化合物”部分的实验。分析发现人教版普通高中课程标准教科书（2019）顺应《普通高中化学课程标准（2017年版）》对实验探究的要求变化，以科学探究思路为主设计实验并用多种形式呈现，兼顾学生认知发展顺序，适当创设真实情境，规范化学实验用语，引导学生深入思考，综合发展学生核心素养。

关键词： 化学实验; 教科书; 元素化合物; 化学课程标准

文章编号： 10056629（2021）07001805

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（简称“新课标”）在“教材编写建议”中明确指出要重视实验探究与实践活动[1]。人教版普通高中课程标准教科书（2019）（简称“新教科书”）顺应新课标的要求变化在实验设置上做出许多改变。教师需准确地掌握变化，才能更好地实施实验教学，引导学生掌握事实知识，提高学生实践能力，建构科学探究思维路径，发展学生核心素养。笔者以人教版“元素化合物”实验为例，从丰富实验呈现形式、移动实验章节位置、改变实验内容选择、重建实验探究思路、细酌操作现象表述和搭配栏目深化思考6个方面分析新、旧人教版普通高中课程标准教科书中的实验变化情况，以期为教师适应教科书实验变化，开展教学和研究提供参考。

1 丰富实验呈现形式

对比新旧两版教科书中与“元素化合物”实验有关的正文和栏目可以发现，新教科书将实验的呈现形式和所处位置适当调整，扩展为“实验××”“探究”“思考与讨论”“研究与实践”“实验活动”和“科学·技术·社会”6种形式，详见表1。

由表1可知，“实验××”设置在正文，保持了其在旧教科书中的地位与作用。该种形式的实验属于旨在反映物质基本性质、承载元素化合物基础知识且操作简单的基础性实验。此外新教科书沿用旧教科书中“思考与交流”栏目的设置理念并改名为“思考与讨论”，内容多为结合实验内容提出问题，引发学生思考，并针对改进实验方案、分析实验装置、选择实验试剂等方面设置问题组织学生讨论，发展学生“科学探究与创新意识”核心素养。

新教科书中“探究”栏目与旧教科书中“科学探究”栏目一脉相承，同样倡导由学生自主讨论得出实验结论的探究式学习方式，并在此之上适当改善，强调了“预测”这一环节在科学探究中的重要性，倾向于外显“先预测、后实验、读信息、得结论”的实验思路，还原科学探究路径，发展学生“证据推理与模型认知”核心素养。

此外为突显生活中的化学，新旧教科书分别在章节末尾结合各章节内容设置了“研究与实践”和“实践活动”，带领学生利用化学知识，通过实验手段去研究生活中的物质，引导学生从化学角度认识生活中的现象。尤其是新教科书更表现出了“研究”在化学实践中的重要性，结合章节内容设计探究专题进行研究并实践，实践目的、任务各个环节清晰明了，更具指导性，更利于发展学生“科学态度与社会责任”核心素养。

新教科书还在章末将学生必做实验设计为“实验活动”。“实验活动”的实验内容大多在该章的“实验××”或其他栏目中出现过，在此处以更结构化的形式重现，带领学生明晰实验目的，选择实验用品，理清实验步骤，展开问题讨论，总结实验结论。类似于如此规范化的“实验活动”设置在旧教科书中不曾出现，“实验活动”的设置为学生确定了实验活动基本框架，突出了该章的实验学习重点，更锻炼了学生的实验能力。另外新教科书在“科学·技术·社会”栏目也涉及了实验发展的相关信息，例如在“验证次氯酸光照分解产物的数字化实验”这一主题中，便简单介绍了数字化实验的含义以及将验证次氯酸光照分解产物设计为数字化实验的实验步骤，激发学生求知欲望，展示技术发展对科学研究的深刻影响。

2 移动实验章节位置

为遵循新课标的内容要求、适应新教科书结构体系，新教科书移动了部分实验所在的章节位置，以更好地顺应学生认知发展水平，帮助学生理解知识内容。据笔者分析统计，“元素化合物”部分中共有4个实验的章节位置发生移动，详见表2。

新教科书在“元素化合物”部分适当削弱了铝的知识点占比，减轻学生负担，并遵循新课标中必修课程主题3的内容要求，将“氢氧化铝的制备”和“氢氧化铝分别与盐酸、氢氧化钠的反应”移动到“元素周期律”部分，探索第三周期元素性质的递变规律。如此将“铝及其化合物”知识分为2个阶段学习，可起到分散难点的作用，减小学生学习“金属材料”的负担，另外将“元素化合物”事实性知识与“元素周期律”理论性知识联系起来，有利于帮助学生形成知识网络，发现“位构性”间的内在联系，减少并列学习。此外新教科书还将“硫及其化合物”部分的2个实验——“硫酸根离子的检验”和“用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子”移到“硫及其化合物”中，将硫及其化合物知识体系完整地建构起来。而且在新教科书的结构体系中，学生已经有了离子反应和氧化还原反应的理论基础，对于检验中为何选择氯化钡而非其他钡盐，为何需要酸化以及为何选择稀盐酸酸化而非其他酸（氧化性酸）等问题都会更容易理解，能够从本质上发现去除溶液中可溶性杂质的一般方法和规则。

3 改变实验内容选择

新课标要求教科书要进一步精选学科内容，促进学科核心素养的落实[2]，这使得新教科书所选择的作为承载元素及其化合物性质知识内容的探究实验活动也发生了改变，变化情况详见表3。

根据新课标降低了铝、铜、硅及其化合物学习要求的变化，新教科书将铝、硅2种元素作为学生建立、运用概念原理的感性认识素材来处理，对于硅酸的制备及硅酸钠的性质不作过多要求，据此新教科书删掉了“制备硅酸”和“硅酸钠的防火性能”2个实验。新教科书基于上述新课标变化又考虑到實验安全等问题，删掉了“加热铝箔”和“铝热反应”2个实验。

此外新教科书根据新课标规定的学生必做实验和教学需要适当添加了部分实验。如铁及其化合物增设了“利用覆铜板制作图案”的探究实验和“检验食品中的铁元素”的实践活动，引导学生感受科学与工业和生活的相互作用。其中“利用覆铜板制作图案”探究实验是以制作印刷电路板为背景引入探究课题，吸引学生兴趣的同时还体现铁及其化合物对电子产品发展的重要意义;接着介绍操作步骤及反应原理，帮助学生从氧化还原反应角度理解反应过程及实质;再引导学生利用其原理在覆铜板上制作任意图案，锻炼学生动手实践技能，凸显学生个性和创造力;最后结合以上实验过程进行小组讨论，尝试分析上述过程中所发生的变化及如何处理使用后的“腐蚀液”，促进学生思考反思，引导学生利用氧化还原反应原理实现物质循环，培养“科学态度与社会责任”核心素养。

铁和硫分别作为典型的变价金属元素和变价非金属元素，二者及其重要化合物的学习对学生举一反三推理其他变价元素的化学性质具有重要意义。新教科书将“铁及其化合物的性质”和“不同价态含硫物质的转化”2个实验按照相同的设计思路呈现出来，前后思路统一利于学生发现探究变价元素化合物性质及反应的一般思路和方法。笔者以“不同价态含硫物质的转化”为例进行分析。该实验首先带领学生明确实验目的，学生知道实验目的和思考角度后会更有针对性地探查实验思路，利于理解和分析实验过程及实验原理。其次学生根据教科书所描述的实验步骤理清实验流程，巩固硫及其化合物的性质，加深对低价态含硫物质与氧化性不同氧化剂作用产物不同、高价态含硫物质氧化性强、检验二氧化硫特征实验（漂白性）、单质硫与变价金属作用生成低价态金属硫化物等知识的认识，通过探究不同价态含硫物质在氧化还原反应中充当角色不同、发挥作用不同的过程感受反应条件对化学实验的重要影响。最后提出问题引发学生反思，通过总结该实验过程中硫元素价态变化情况帮助学生充分认识到一般情况下变价非金属元素相邻价态间相互转化的变化规则，发展学生“变化观念与平衡思想”核心素养;通过分析铁粉与硫粉在空气中燃烧还可能发生的其他反应认识到化学反应的复杂性，还可以借此提问引导学生比较硫单质与氧气的氧化性强弱，进一步巩固氧化还原反应相关知识，培养学生“科学探究与创新意识”核心素养;通过反思实验过程中遇到的问题，可引导学生从环境保护或节约试剂等角度进行分析讨论，培养学生“科学态度与社会责任”核心素养。

新教科书为了凸显硝酸的特殊性质设置了硝酸与铜反应的实验，学生根据学习过的一氧化氮和二氧化氮相关知识，能够认识到稀硝酸与浓硝酸发生氧化还原反应所得还原产物的差异，进而从元素价态变化角度区分浓稀硝酸，帮助学生从氧化还原反应角度理解反应机理，且学生可通过观察生成气体颜色的变化认识到浓硝酸与铜反应过程中，硝酸浓度不断下降变成稀硝酸，培养学生“变化观念与平衡思想”核心素养。

4 重建实验探究思路

新教科书除了在每章中结合章节内容增设实验活动培养学生探究意识外，还对旧教科书中部分原有实验做出重大改变，重新设计实验探究思路。其中在“元素化合物”部分以“钠与水的反应”和“碱金属化学性质的比较”2个实验为典型。

新教科书“钠与水的反应”改变了旧教科书过分注重描述反应现象的情况，将重点放在认识陌生化学反应的探究思路上。新教科书将“钠与水的反应”分为“预测—实验—结论”3个环节，帮助学生建立分析陌生化学反应的思维模型： 在“预测”环节引导学生依据物质组成及氧化还原反应2个角度做出有依据的预测，培养学生基于理论知识的证据推理反应现象及反应产物的意识;在“实验”环节引导学生完成实验操作并观察和记录实验现象，锻炼学生观察物质及其变化的能力;在“结论”环节引导学生依据实验现象，判断生成物，得出相应结论，并与自己的预测相对比，引导学生进行反思或提出新的实验设想。一方面引导学生形成基于元素认识化学反应和物质性质的思路，提高学生迁移应用的能力，培养学生“证据推理与模型认知”核心素养;另一方面改变了以往探究中学生动手多但思考少的状况，强调高阶思维过程，促进学生探究能力的发展，培养学生“科学探究与创新意识”核心素养。

新教科书将“碱金属化学性质的比较”明确地分为“问题和预测实验和观察分析和结论”3个环节，突出科学探究的一般过程，帮助学生建立对比物质化学性质的思维模型。新教科书首先带领学生从结合钠的化学性质以及锂、钠和钾的原子结构特点出发，引导学生预测锂和钾可能具有哪些与钠相似的化学性质，帮助学生养成依据已有知识做出合理预测的科学探究习惯;接下来由教师演示实验，引导学生观察钾在空气中燃烧、钾与水反应的实验现象并与钠相关实验现象对比，锻炼学生观察能力的同时还提高学生辨别实验现象差异的能力;最后由学生讨论并总结钠和钾化学性质的相似，分析与实验前预测是否一致，呈现完整的科学探究路径，然后再引导学生预测锂与水反应的难易程度，起到重复强调的作用，更凸显出依据理论知识预测物质性质的重要性。

5 细酌操作现象表述

规范准确的实验操作及现象描述能够端正学生科学作风。对比新旧教科书发现在实验操作和实验现象描述方面存在着几点细微差异，笔者以“钠及其化合物”部分的实验为例进行说明。

（1） 新教科书的实验操作描述更详细。细化实验操作描述利于学生顺利完成实验。例如“钠的燃烧”实验中，旧教科书的实验操作描述為“把这一小块金属钠放在坩埚里，加热，有什么现象？”[3]，新教科书实验操作描述为“将一个干燥的坩埚加热，同时切取一块绿豆大的钠，迅速投到热坩埚中，继续加热坩埚片刻，待钠熔化后立即撤掉酒精灯观察现象”[4]。相比较而言新教科书的实验操作描述更加详细具体，“绿豆大的”“迅速”“立即撤掉酒精灯”等词句具有一定指导性，有助于学生顺利完成实验，且强调实验安全。

（2） 新教科书实验的提问方式更有效。例如“钠与水的反应”中，旧教科书用提示标识提醒学生注意钠与溶液的变化、有没有气体产生反应、是否放出热量，要求尽可能多地列出所观察到的实验现象。“有没有”和“是否”等提问方式明显，学生的回答存在猜的成分，没能充分发挥提问的功能。“尽可能多地”一词会导致学生观察范围过广，进而导致观察效果差。新教科书将其改为从钠在水中的位置、钠的形状的变化、溶液颜色的变化等方面观察和描述实验现象。这样既能够指导学生进行观察，又能够帮助学生学会观察方法，既能突出观察重点，又不遗漏其他的观察对象，利于学生更好地展开观察活动并分析实验现象，进而得到实验结论。

（3） 新教科书对实验现象的认识由感官认识过渡到数理认识。例如“过氧化钠与水的反应”中旧教科书写道“向反应后的溶液中滴入酚酞溶液，有什么现象发生？”[5]，有研究表明变红的酚酞溶液褪色受中间产物过氧化氢以及生成的过浓的氢氧化钠影响，因此实验现象可能会不明显或不持久[6]，影响学生判断，新教科书规避这个问题将其改为“用pH试纸检验溶液的酸碱性”[7]，学生可直接通过pH试纸颜色的变化判断溶液酸碱性及强弱程度;此外“碳酸钠与碳酸氢钠性质对比”实验中新教科书将旧教科书的“手摸感觉温度”改为“将温度计分别插入其中，温度计的示数有何变化”[8]，学生可根据温度计示数直接比较二者温度变化情况。诸如此类变化均是将感官认识过渡为数理认识，现象判断更科学，所得结论更加客观，凸显自然学科特点。

（4） 词语使用更加科学。例如旧教科书在描述焰色试验时写道“很多金属或它们的化合物灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色”[9]，新教科书将“呈现特殊的颜色”改为“呈现出特征颜色”。查看《现代汉语词典（第七版）》可知“特殊”意为“不同于同类的事物或平常的情况的”，“特征”意为“可作为人或事物特点的征象或标志等”[10]，说明“特征”更能体现出某一金属元素与某一焰色的对应关系，更能突出可利用焰色作为判断化合物所含金属元素的依据，更加科学严谨。

（5） 实验插图的图题发生变化。新教科书将部分实验的插图图题做了适当改动，不再体现实验现象。例如“钠与水的反应”实验中新教科书将旧教科书中插图的小标题（把钠放入水以前、钠浮在水面迅速反应、钠熔为小球并在水面快速移动）删掉;“过氧化钠与水反应”实验中旧教科书插图图题为“过氧化钠与水反应放出的氧气使带火星的木条复燃”，新教科书插图图题为“过氧化钠与水反应”。可见使用新教科书时学生需要自己亲自观察实验现象，而不是通过教科书给出的图题直接得到实验现象，进而得出实验结论。

6 搭配栏目深化思考

新教科书的部分实验会搭配“思考与讨论”栏目，结合实验内容进一步提出问题引发学生思考，充分发挥实验的教育作用，引导学生开阔思路，深化认识，帮助学生学会提问，培养学生“科学探究与创新意识”核心素养。通过内容分析发现“元素化合物”部分共有3个实验与“思考与讨论”栏目搭配，分别是“氢氧化铁和氢氧化亚铁的生成”“二氧化氮溶于水的实验”和“浓硫酸与铜反应”。其中“氢氧化铁和氢氧化亚铁的生成”和“二氧化氮溶于水的实验”的“思考与讨论”栏目功能类似，均是结合实验内容引导学生设计实验方案。例如“氢氧化铁和氢氧化亚铁的生成”的“思考与讨论”栏目在学生完成实验，认识到氢氧化亚铁易被氧化之后提出问题：“白色的氢氧化亚铁会被溶解在溶液中的氧气氧化。那么在实验室里，如何得到氢氧化亚铁呢”[11]。该问题的提出可以帮助学生对知识的掌握由理解水平提升至应用水平，鼓励学生基于实验目的发散思维设计实验方案，完成实验操作。学生在设计实验方案的过程中不仅要考虑隔绝空气中的氧，还要根据栏目中“白色的氢氧化亚铁会被溶解在溶液中的氧气氧化”的提示，想办法去除溶液中的溶解氧。这类栏目的设置有利于学生在设计实验方案的过程中体会实验探究的乐趣，还可以引导学生相互之间交流设计想法，在与同学交流过程中发现不足或长处，并不断完善实验方案，逐步形成独立思考、勇于创新、合作学习的精神，培养学生“科学探究与创新意识”核心素养。

另外新教科书在培养学生实验安全意识方面也做出许多改善。一方面与实验教学内容紧密结合，在存在安全隐患的实验旁边添加“注意”资料卡，标明该实验中所用试剂具有腐蚀性或有毒，抑或是实验过程中易引起烧伤灼伤，且在句尾使用叹号起强调作用，充分提醒学生注意实验安全;另一方面提示学生注意无害化处理和保护自身安全，并介绍应对实验安全问题的具体措施，减轻学生的畏惧心理，体现了新教科书“以人为本”和“绿色化学”的人文精神，培养学生“科学态度与社会责任”核心素养。

综上，新教科书实验设置整体上较旧教科书有所提升，因此教师应从多角度分析新教科书实验设置的变化，挖掘变化后的实验所蕴含的教育信息，充分发挥新教科书实验的教育功能，全面培养学生核心素养。

参考文献：

[1][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][5][9]宋心琦主編. 普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2007.

[4][7][8][11]王晶， 毕华林主编. 普通高中课程标准教科书·化学（必修）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019.

[6]袁畅. 对过氧化钠与水反应异常现象的深度探究[J]. 中学化学教学参考， 2019， （7）： 63～65.

[10]中国社会科学院语言研究所词典编辑室. 现代汉语词典（第七版）[M]. 北京： 商务印书馆， 2016.