化学教科书学生实验的选编与呈现探讨

王云生

摘要：学生实验是中学化学课程的重要组成部分。随着基础教育课程改革的进展，教科书选编学生实验的主旨、内容和呈现方式也有所变化。分析研究中学教科书学生实验的设置、编写与呈现的特点，研究存在的问题，有助于提高学生实验教学质量。

关键词：中学化学教科书; 学生实验编写; 化学实验教学

文章编号：10056629（2021）11003106

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

研究、改进化学教科书学生实验的设置、选编和呈现方式，为中学师生提供化学实验教与学的指导和范例，是提高中学化学教学质量不可忽视的问题。

1 我国中学化学教科书“学生实验”设置和选编现状

我国中学化学教科书学生实验的编写，有很好的传统，在课程改革后，也有了许多创新，但还存在一些不足。

1.1 学生实验的设置

2001年新课程开始实施前，我国各种版本的化学教科书，都按照《中学化学教学大纲》规定，设置了与各部分知识同步学习的化学实验内容。把化学实验学习分为观察教师的“演示实验”与学生自己动手进行的“学生实验”两部分。“演示实验”在教材正文中结合教学内容用“实验××”栏目按序呈现，由教师做演示讲解，指导学生了解实验操作、观察实验现象，进行分析思考。“学生实验”在教科书各章节末或全书后专门设置，要求学生在相关知识学习之后动手进行实验。学生实验包括“实验作业”“实习作业”（“实验习题”）和“选做实验”。实验作业、选做实验，列出了实验目的、实验用品、实验步骤、绘制了实验装置图，学生可以按步动手完成。实习作业只说明实验目的和应该通过实验解答的课题，由学生单独或者分组设计、动手完成[1]。1989年出版的首套义务教育化学课本还增加了“家庭小实验”，此后编写的高中课本也设置了家庭小实验。

2001年第八次基础教育课程改革启动后，倡导以化学实验为主要手段的科学探究学习，以提高学生发现、提出问题，分析解决问题的意识和能力。依据九年义务教育化学课程标准（实验）和普通高中化学课程标准（实验）编写出版的九年义务教育化学教科书[2，3]、高中化学必修和选修模块的教科书[4～6]（以下简称课标本），实验的设置有了较大改变。不再单独设置学生实验，而是在课本正文中设置了“实验××”、“探究”（或“实验探究”“探究与活动”）、“观察与思考”（或“观察活动”）、“家庭小实验”等栏目，用文字与图表编写与章节学习内容相关的化学实验，突出了化学实验的探究性，淡化了演示实验与学生实验的界限。教师可以依据教学要求和教学条件选择进行演示或由学生动手实验，可以把实验和探究学习活动嵌入课堂教学中（通常称为“边教边实验”），也可以专门开设实验课指导学生完成实验。

2011年版的《义务教育化学课程标准》与2017年版《普通高中化学课程标准》颁布后，修订的课标版教科书[7～9]（下文简称新课标本），化学实验的设置和编写基本延续了2001年、2007年课标（实验）版教科书的模式，还分别按课程标准规定，设置了“学生需要完成的必做实验”和“基础的学生实验”。初中编写了至少要完成的8个基础化学实验，高中必修课程、选择性必修课程三个模块也编写了9个学生必做实验。不同版本的高中新课标本用“基础实验”“实验活动”“活动·探究”等栏目中来设置学生必做实验。有的版本把学生必做实验嵌入有关章节的正文中，有的版本则在相关的章末单独设置。有的版本多数学生实验指导编写模式延续大纲本的传统模式，列出了实验目的、实验用品、实验步骤（实验过程）、问题讨论（也有个别版本的少数实验指导则相对简单）。有的版本的初中教科书还在课本末了附有“学生实验活动记录和报告”[10]。

新课标本高中教科书，除了设置学生必做实验外，还在正文中保留了原课标本“实验××”“观察与思考”“活动与探究”“探究”等栏目，编选了多种多样的化学实验活动。人教版、鲁科版还设置了“研究与实践”（人教版）、“微项目”（鲁科版）栏目，指导学生开展具有项目式学习特征的实验活动。人教版的新课标本[11]在五类实验活动栏目下共编写了54个课目的实验活动。包括9项必做实验、7项“研究与实践”活动。各种版本教科书设计编写了多样化的实验学习活动。但是由于没有列为“学生必做实验”，也没有说明是“演示实验”，还是供学生使用的“选做实验”，在实际教学中由于种种原因，大多作为演示实验或实验视频观看活动。从数量上看，新课标本高中教科书中学生实验绝对数与课时占比都比大纲版少。例如，1995年大纲版高中化学教科书（含必修、选修）共有27项学生实验，2019年出版的人教版的新课标本化学教科书必修、选择性必修教科书只设置了18项学生必做实验。大纲本中编写的关于元素化合物性质、变化的实验随着课标本学习内容的精简减少了。化学反应原理、物质结构与性质、有机化学基础三个模块的学习内容深广度都较大纲本有所增加，但学生实验数量却没有增加。

1.2 学生实验的内容与要求

中学化学课程化学实验教学的内容，一是侧重于化学实验基础知识、实验基本操作技能和实验方法的学习;二是侧重于运用化学实验手段学习、理解、掌握有关物质及其变化的知识、化学原理知识。二者相辅相成，是提高中学生化学实验能力、理解掌握化学核心基础知识的重要手段。

我国50年代开始使用的各种版本的化学教科书，编选的学生实验大都是使用试管和较为简单的实验装置、运用简单的实验基本操作能完成的安全性较高的化学实验。这些实验大都是结合元素化合物知识和化学原理知识的学习进行的物质的表征实验、制备合成实验、分离提纯实验，印证和探究化学变化原理和规律的实验。初中化学大纲本编写了介绍化学实验室、化学实验仪器药品、化学实验规则和安全要求等知识和常用化学实验基本操作的学生实验。在附录中列出了“中学化学实验常用仪器图”“中学化学实验基本操作”“学生实验规则和安全要求”[12]。总体来看，侧重于学习化学实验基础知识、实验基本技能、实验安全的知识，而以学习和进行科学方法训练为主题的学生实验相对缺乏。新课标本高中教科书，在正文或附录中增加了实验安全教育的知识，某些化学品安全使用标识。有些版本在附录中，编写了实验室突发事件应对措施和常见废弃物处理方法。学生必做实验中有关科学方法学习、训练的内容仍然偏少。1995年版大纲本高中化学三册一共编选了27个学生实验（含5个选做实验），仅有第一册的实验一（化学实验基本操作）、实验三（配制一定物质的量浓度的溶液）、实验九（实验习题，巩固离子鉴别的实验技能），第三册的实验二（中和滴定，学习中和滴定操作）、实验七（实验习题，培养实验能力），选做实验二（了解电解电镀简单操作）等侧重于实验技能、实验方法的学习、训练。新课标本高中教科书也只编选了9项侧重于实验方法、技能的学习训练的学生实验（包括配制一定物质的量浓度的溶液、用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子、电镀实验、制作简单的燃料电池、探究影响化学平衡移动的因素、强酸强碱的中和滴定、有机化合物中常见官能团的检验等）。要求学生设计、进行的必做实验（类似于大纲版教科书的实验习题）几乎没有。新课标本高中教科书在课文中设置了“方法导引”“思考与讨论”“学科提炼”等栏目，对实验方法、操作技能和安全问题做了说明和指導，但是这些论述难以帮助学生获得科学方法的体验。

1.3 学生实验指导的编写

大纲本在学生实验指导编写上，明确给出实验目的、用品和操作步骤，并设置了问题和讨论。所编写的指导内容与相应的演示实验的操作步骤、要求基本一致，有利于学生实验操作的模仿，巩固并加深对实验原理的理解。但由于实验方案（装置、用品、操作步骤及其注意事项）都已经做了明确规定，学生只要依照实验指导组装实验装置、按照规定实验步骤取用试剂、按步操作，填写好实验报告，很少或基本上不去思考如何依据实验目的和原理，选择实验体系，设计合理的实验步骤，如何通过实验探究解决问题，得出合理的结论。无形中，实验的目的降低为依照实验方案完成实验操作，以加深对实验现象的感知，印证化学原理。新课标本学生必做实验的指导，大多数仍然沿袭上述模式，使必做实验难以摆脱“照方抓药”的弊病，不能引起学生的探究兴趣。

近年来，中学化学实验教学研究在运用现代实验技术改进实验教学方面有不少成果。例如，微型化学实验、基于数字传感器的化学实验手持技术应用，模拟实验等等。但是这些研究成果在教科书中引用不多。新课标本只在测定溶液pH实验中引用了pH计，一些版本在中和滴定实验中了介绍了基于数字传感器的手持技术，鲜有新实验技术的应用建议和指导。

2 学生实验设置、选编与呈现的探讨

2017年版高中化学课程标准对化学实验学习提出了以下要求：“认识化学实验是研究和学习物质及其变化的基本方法，是科学探究的一种重要途径。初步学会物质检验、分离、提纯和溶液配制等化学实验基础知识和基本技能。学习研究物质性质，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”“树立安全意识和环保意识”“形成良好的实验工作习惯”，“养成科学态度，增强合作探究意识，形成独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神”。同时，课程标准还对以化学实验为主要手段的科学探究学习活动也提出了明确的要求：“了解科学探究过程包括提出问题和假设、设计方案、实施实验、获取证据、分析解释和建构模型、形成结论及交流评价等核心要素。理解从问题和假設出发确定研究目的、依据研究目的设计方案、基于证据进行分析和推理等对于科学探究的重要性。[13]”

课程标准对实验学习的要求，全面反映了化学实验在化学教育中的地位、作用和价值，对于提高化学教育的质量起了推动和促进作用。依据课程标准的要求，审视化学教科书学生实验的编写，思考研究学生实验的设置、实验学习时序与学习目标要求的确定、学生实验指导的编写、科学方法与实验技能训练的要求与设计，是提高实验教学质量的重要问题。

2.1 学生实验的设置

从培养学生探究实验能力或是应对高考选拔的要求看，高中化学课程有必要适当增加学生必做实验，特别是探究性实验。全体高中生必须修习的必修课程，学习的要求较为基础，课时偏紧，不必也难以增加学生实验的课时和比例。三个模块的选择性必修课程化学学习的深广度提高了，学习课时增多了（是必修课程课时的1.5倍）。学生必做实验的数量应有所提高，并适当增加基于探究课题的必做实验（或实验习题）。是否可以将教科书编写的其他实验活动，作为学生选做实验？近几年来，高考化学实验试题中命制了不少优秀的探究实验试题，但得分率都不理想。若要求动手完成这些实验，多数学生一定感到更为困难。

2.2 学生实验学习时序、学习目标和要求的确定

随着课程改革和课堂教学改革的发展，演示实验（教师动手演示或运用视频展现）功能和运用的研究有了较大的进展。但是，学生实验的编写、呈现研究不多。例如，在学生实验学习安排的时序上、实验目的和学习要求的定位上，尤其实验能力水平的定位上，不同版本的教科书还存在较大差异，存在一些值得研究和改进的问题。如何依据课程目标中学习内容的要求与学生的心理发展水平与学习基础，确定学生实验的学习目的（学习要求）、实验类型（或侧重于实验方法、技能学习训练，或侧重于化学理论知识的验证、探究，或设计进行探究性实验）、设计和编写实验指导、评价学习目标和要求的达成度等等问题都有待进一步的研究。

以必修课程学生必做实验“铁及其化合物的性质”为例，三种版本教科书的学习要求、编写与呈现方式存在一定差距。该实验属于认识、研究物质性质变化的定性实验。实验的学习不仅仅是为了通过实验展现物质变化的现象、通过观察物质变化的现象认识物质的性质与一定条件下能发生的变化，还要求体会、学习如何依据实验目的，确定选用什么样的实验体系（实验对象，包括选用什么物质、使之发生什么样的变化，实验的环境条件），使用哪些仪器装置、设计科学的实验步骤、以安全有序地进行实验，能顺利地观察到变化的现象。人教版把该实验列在第1册第3章“铁 金属材料”章末的“实验活动”中，实验目的定位于“认识铁及其化合物的重要性质、学会铁离子的检验方法、认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态元素物质间的相互转化”。侧重于通过实验验证理论知识，加深对所学知识的理解、巩固。实验指导引领学生按步骤进行5项实验，认识、复习铁单质的还原性，印证三价铁盐的氧化性，认识亚铁盐、铁盐溶液与某些具有还原性（或氧化性）物质的氧化、还原反应，对比亚铁盐、铁盐溶液与KSCN溶液的作用[14]。苏教版把实验安排在第2册专题9“探究铁及其化合物的转化”单元的学习过程中，引导学生进行3项对比实验，运用氧化还原反应的知识分析、推断铁单质、亚铁盐与铁盐的还原性或氧化性，认识检验三价铁离子的原理[15]。鲁科版则把实验安排在第1册第3章“物质的性质与转化”“铁的多样性”一节中（在学习氧化还原反应知识之后）。实验目的定位于以硫酸亚铁、氯化铁为例，通过实验，自主探究亚铁盐与铁盐的性质。先要求学生依据两种化合物的组成、铁元素的价态预测它们的性质，再选用实验方法、试剂进行实验，验证所做的预测、总结铁盐亚铁盐的性质特点[16]。三种版本教科书的学习时序的安排、实验目的和要求定位、实验指导的编写，哪种更科学、合理，更符合学生的认识规律，更有利于达成实验目标？

再如，三种版本新课标本在必修课程学生必做实验“配制一定物质的量浓度的溶液”学习要求的定位与学习指导上也有较大差异。人教版把实验编排在“物质的量浓度”概念、容量瓶使用知识的讲解与演示实验之后，依照实验目的、实验用品、实验步骤、问题讨论四个条目编写实验指导，指导学生模仿演示实验的步骤完成两项溶液配制实验（分别用NaCl固体、NaCl溶液来配制）[17]。苏教版把该实验作为“物质的量浓度”学习过程中的实践活动，在简要说明配制的关键点（使用容量瓶，以准确控制溶液的最终体积）、容量瓶及其使用方法之后，不再设置演示实验，直接利用图文配合的实验指导，指导学生依照5个实验步骤，用Na2CO3固体配制溶液[18]。鲁科版则是用“配制一定物质的量浓度溶液”的实验作为教学前的学习任务，要求学生依据提供的实验用品，有关容量瓶及其使用方法、实验步骤与配制实验应注意事项的说明，思考3道有关实验的思考题完成实验任务。在学生完成实验的基础上，再讲解“物质的量浓度”的概念[19]。虽然三种版本都把“认识、建构或加深对物质的量浓度概念的认识”“练习容量瓶的使用方法”作为实验的要求，都体现了学生实验在帮助建构化学概念、习得实验技能的作用。但是，有的编写模式与传统模式更接近，重点放在深化对概念的理解、进行实验技能的训练。有的设计则以实验创设学习情境，通过尝试实验，获得体验，为概念的形成做准备。

“配制一定物質的量浓度的溶液”实验学习的关键点在于帮助学生认识物质的量溶液是以单位体积溶液中含有的溶质的物质的量来表示溶液在量上的组成。一定物质的量浓度溶液的配制不同于一定质量分数溶液的配制，要计量、控制所配制溶液的体积。要依据配制溶液浓度精确度要求，使用具有相应精确度的溶液体积计量容器，选择使用与计量容器精密度相适应的固体溶质质量（或液体溶质/浓溶液的体积）的计量仪器。配制有较高精确度的一定物质的量浓度的溶液，要配套使用容量瓶和分析天平（或移液管），操作要确保计量准确性，避免可能产生的误差。在浓度精确度要求不高的情况下，可以用量筒计量所需溶剂（水）的容积，使用托盘天平（或量筒）计量所需固体（或液体）溶质。我国高中化学教科书把该实验的学习要求定位于了解、练习容量瓶的使用，同时受到中学实验条件的限制，只能使用托盘天平（或量筒）计量固体溶质（或液态溶质）。在教学中，应该注意让学生了解这种“穿西装趿拖鞋”，使用精度不相匹配的计量仪器的配制方法存在的问题和缘由。避免学生错误地认为，配制一定物质的量的溶液一定要使用容量瓶控制溶液体积，可以使用托盘天平称量固体溶质。2020年高考化学全国卷Ⅰ卷命制的一道配制用于进行原电池实验的0.10mol·L-1 FeSO4溶液的试题，不少学生都未能从配制溶液的用途和浓度要求去理解为什么配制操作不必使用容量瓶，可以使用烧杯、量筒和托盘天平。

在学生实验学习的时序上，学生实验是与相关的化学知识、概念原理的同步，并在相关的理论学习和演示实验后进行。课程改革后，为了发挥实验在创设学习问题情境和探究学习的作用，提高实验的探究性，一些学生实验提前到在相关的理论知识学习之前或学习过程中进行，有的把学生实验融入相关知识的教学过程中，类似于大纲版教科书教学中的“边教边实验”（随堂实验）。学习时序改变，学生实验要求的定位、实验指导的编写也应做相应的变革。上述三种版本教科书两个实验课题的编写与呈现的分析，说明还要在如何改变的问题上做进一步的讨论和研究。

传统的学生实验指导的编写呈现方式有一定格式，如列出实验目的、实验用品、实验步骤和问题讨论;要求实验前先依据实验指导写好预习报告，在实验过程中填写实验报告中的实验现象，实验后填写实验结论，完成思考讨论问题。把学生实验与知识的学习过程融合的情况下，学生实验指导就难以沿用传统写法，需要相应的简化，也难以强调做实验预习、实验报告的书写。苏教版高中必修课程的学生必做实验“二氧化硫的性质”实验指导的编写[20]就是一例。该实验指导形式上类似大纲本的演示实验，只说明实验内容、实验现象观察和实验结论的填写。这种变革是否会削弱学生实验学习所要达到的预期效果？对于不要求综合运用化学知识和实验方法来解决一个具体化学问题（如制备合成实验、分析测定某种物质的成分、分析提纯多组分混合物等等）的实验，只是单纯作为实验技能学习训练，或者只是通过简单的试管实验来观察物质性质和变化定位现象，是否一定要以实验报告书写模式为样本来编写学生实验指导？对于培养学生灵活运用化学理论知识和实验方法，分析解决实际问题的学生实验（相当于大纲本的实验习题），还需要由教科书编写实验指导吗？如果需要，该怎么编写？这些问题也需要研究。

2.3 学生实验中科学方法、实验技能训练的要求与设计

当前，化学实验方法、实验技术迅猛发展，现行课程标准和教科书中学生实验中有关化学实验方法知识、实验技能学习、训练的实验课题的比例小，要求的广度不足，难以满足达成课程标准学习要求的需要。增强、更新中学化学实验基础知识、技能、方法的学习或训练是帮助未来公民适应社会发展的需要。同时，可以为化学教学中探究学习活动、项目式学习活动打好基础，减小实施的难度。

例如，下列实验方法和技能的学习、训练需要加强： 实验现象的观察、分辨，判断事物关键变化现象的能力的培养;实验中自变量和因变量关系的分析;控制变量方法及其运用;证据收集，数据的测量、呈现和处理技能;实验数据可靠性、准确性，测量仪器与实验方法的准确度、精密度等知识的学习;测量误差的分析，测量异常结果处理的技能;实验环境、条件和实验样本量对实验结果可靠性分析的方法;探究实验的设计合理性、可行性的分析;实验结论的反思，实验事实和结论对社会可能的影响的分析等。

参考文献：

[1]人民教育出版社化学室. 高级中学课本·化学[M]. 北京： 人民教育出版社， 1995.

[2][12]课程教材研究所， 化学课程教材研究开发中心. 义务教育课程标准实验教科书·化学[M]. 北京： 人民教育出版社， 2001.

[3]国家化学课程标准研制组. 义务教育课程标准实验教科书·化学[M]. 上海： 上海教育出版社， 2001.

[4]人民教育出版社， 课程教材研究所， 化学课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书·化学1/2（必修）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2004.

[5]北京师范大学国家基础教育课程标准实验教材总编委会. 普通高中课程标准实验教科书·化学1/2（必修）（第2版）[M]. 济南： 山东科学技术出版社， 2005.

[6]王祖浩主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学1/2（必修）[M]. 南京： 江苏教育出版社， 2007第6版.

[7][11][14][17]人民教育出版社， 课程教材研究所， 化学课程教材研究开发中心. 普通高中教科书·化学（必修）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019.

[8][16][19]王磊， 陈光巨. 普通高中教科书·化学（必修）[M]. 济南： 山东科学技术出版社， 2019.

[9][15][18][20]王祖浩主编. 普通高中教科书·化学（必修）[M]. 南京： 江苏教育出版社， 2020.

[10]江琳才主编. 义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级）[M]. 北京， 广州： 科学教育出版社， 广东教育出版社， 2012.

[13]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： 12.