高中化学实验教学现状分析、模式创新及改进建议

福建省泰宁县第一中学(354400) 黄清辉 潘祥泰

福建教育学院化学教育研究所(350025) 张贤金 吴新建

《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》明确指出：国家课程方案和课程标准都明确规定实验教学作为教学内容的重要组成元素，是实现创新型人才培养的重要途径。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》明确指出：化学实验是研究和学习物质性质、变化规律、用途的一种最基本的方法，也是科学探究的一种重要手段，教师在教学活动中要开展以化学实验为主的多种探究活动，充分调动学生学习化学的热情，激发学生主动参与课堂学习，实现学习方式的重大转变，促进创新精神和实践能力的较大提升。在新课程、新教材、新高考的背景下，高中化学课堂如何真正地将化学实验教学有效地贯穿于日常课堂教学当中，是每个高中化学教育工作者面临的一个极其重要的课题。

1 高中化学实验教学的现状分析

中国高考评价体系主要由“一核”“四层”“四翼”三部分内容组成，回答了“为什么考”“考什么”“怎么考”三个核心问题，同时也很好地诠释了教师“为什么教”“教什么”“怎么教”三个关键问题。然而，当前部分高中课堂教学中仍然存在着“满堂灌”、重点知识机械重复训练的现象，同时也存在未能充分重视化学实验教学，忽视化学实验对学生高阶思维能力发展的重大意义的现象。部分教师不是很重视化学实验教学，主要基于以下几个方面的原因：一是有些化学实验不容易成功，实验现象也不够明显；二是化学实验操作需要花比较多的时间和精力，同时也影响教学进度；三是误认为学生可以通过记化学反应原理、实验装置、操作步骤、反应现象、实验规律及实验设计等手段，同样可以达到掌握实验知识学习的目的；四是误认为实验教学对学生思维能力提高得不多，有也仅仅只是提高学生实验观察能力和动手能力；五是现成很多实验视频录制效果好，误认为可以完全取代演示实验；六是部分实验会产生有毒的气体等污染物，影响课堂教学。由于部分教师对化学实验的价值功能意识不够到位，存在用“说”实验取代“做”实验的不正确的做法，很大程度地挫伤学生自发学习的动力和自主学习的能力。化学实验不仅仅只是为了获得实验数据及实验结果，而是通过化学实验，促使学生达到动手、动脑、动心的效果，更是实现提升学生探究思维、发散思维、创新思维的高层次培养目标。

2 高中化学实验教学的模式创新实践

2.1 基于真实实验，发展学生科学思维

科学思维(Innovative thinking)，又称科学逻辑，即人们在科学认识实践活动中，对感性认识材料进行加工处理的一种重要思维方式。科学思维必须遵守逻辑性、方法论、历史性三大基本原则。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》明确强调：教学过程要将信息技术与化学实验课堂教学进行深度融合，充分利用信息技术手段将难完成、难观察的化学实验直观化、形象化、生动化地呈现出来，合理运用计算机模拟实验，但这并不能代表其可以完全替代真实的化学实验。

2.2 基于探究实验，发展学生发散思维

发散思维(Divergent Thinking)，又称辐射思维、扩散思维等，是指人的大脑在工作时处于一种扩散状态，具体表现为思维视野广阔及多维发散状等特征，如“一题多解”“一事多写”“一物多用”等方式。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》指出：实验探究是一种极其重要的科学实践活动，是提升化学学科核心素养的重要方式与手段。教师应依据学生已有认知水平及发展规律，精心设计并有效组织实施实验探究活动，促进学生对科学探究和科学精神的深度理解，提升科学探究能力与水平。教师在教学过程中，要积极挖掘教材中的化学实验素材，并引导学生从多视角、多维度进行实验探究，充分调动学生积极参与课堂学习、讨论，进行思维碰撞，进而发展学生发散思维。

案例2：在双氧水分解实验教学中，教师引导学生通过开展项目式学习来证明“二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂”。通过组织学生讨论，并设计实验、问题环节完成学习任务：什么是催化剂？催化剂在反应中有什么特点。

实验一：取5 mL 6%的过氧化氢溶液于试管(编号1)中，伸入带火星的木条，观察木条，得到什么结论？

实验二：向盛水的试管(编号2)中加入二氧化锰，伸入带火星的木条，观察木条，得到什么结论？

实验三：向盛有5 mL 6%的过氧化氢溶液的试管(编号3)中，加入称量好的二氧化锰，伸入带火星的木条，观察木条，得到什么结论？

如何结合催化剂的特征，进一步证明二氧化锰确实起到催化剂的作用？如何对实验进行补充完善呢？①将试管3中的物质进行过滤，并对滤渣进行洗涤、干燥、称量，与反应前二氧化锰的质量进行对比，得到什么结论；②向实验三得到的固体中重新加入过氧化氢溶液，观察反应现象；③分别往3支5 mL 6%的过氧化氢溶液的试管(编号4、5、6)中加入0.1 g、0.2 g、0.3 g的二氧化锰，观察30 s后，收集到气体的体积有什么特点，得到什么结论；④还有没有其他物质对双氧水的分解起到催化作用，探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果，对含Fe3+和Cu2+的物质有何要求？

教师通过组织学生对化学实验进行有目的、有计划、有步骤的探究，一方面有利于对催化剂的原理、特征有直观的认知，同时引导学生如何对化学实验从定性和定量两个维度进行探究。在探究过程中，学生的思维被充分打开，实验能力、探究能力、思维能力都得到极大的提升。

2.3 基于改进实验，发展学生创新思维

创新思维(Creative thinking)是指不被常规思维约束，用独特视角去解决问题的一种全新思维过程，它是一种有别于传统思维思考问题的思维方式。创新思维不等同于发散思维，发散思维强调事物之间相互联系,即一个事物与其他事物之间的联系，而创新思维则强调从现在的状态改变到新的状态,强调的是改变。科学探究和创新意识是化学学科核心素养的一个重要方面的内容。教师在实验教学过程中，要根据高中化学实验教学存在的不足，对实验进行再优化，使得实验操作更简单，实验装置更简易，实验现象更直观，实验原理更有力，从而进一步提升高中化学教学质量。改进化学实验可以从以下几个方面进行：一是反应原理的改进；二是反应条件的改进；三是反应装置的改进；四是实验操作的改进；五是借助现代化实验仪器；六是将实验改成趣味性实验等。

案例3：趣味实验可以充分激发学生学习化学的欲望，促使学生以一种更加积极、主动的状态去学习化学知识，教师要善做完善和改进教材实验的有心人。如在铁的多样性化学实验教学中，教师可以将铁的性质和转化设计成百变“鸡尾酒”趣味实验作为新课引入，这样的设计可以极大地调动学生学习化学的积极性。具体实验方案：①将一瓶“白酒”(瓶内试剂为KSCN溶液)与一瓶“黄酒”(瓶内试剂为FeCl3溶液)混合，立即变成“红酒”(瓶内含Fe(SCN)3溶液)；②往“红酒”中加入几片柠檬，立即变成“黄酒”(瓶内含Fe2+溶液)；③继续往“黄酒”中加入“白酒”(瓶内试剂为HNO3溶液)，立即变成“红酒”(瓶内含Fe(SCN)3溶液)。引发这一系列现象的原因是什么?谁能很好地解释这些问题?在学习完铁的性质后，对百变“鸡尾酒”进行解密。这一增补实验无疑会极大地吸引学生的注意力，让学生整节课带着一种渴望知道奥秘的热情去学习新知。类似百变“鸡尾酒”的趣味实验还很多，比如“变色龙”实验(氢氧化钠、酚酞与盐酸反应)等，教师只要留心观察，精心思考，善于改进，就能充分激发学生学习化学兴趣，引发学生主动猜想与思考，充分发挥化学实验的教育功能和育人价值。

3 高中化学实验教学的改进建议

3.1 注重绿色化实验设计，促使学生树立社会责任

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》指出：在进行物质性质和反应规律的研究中，对有害气体的制备与性质实验要进行绿色化实验设计，使学生具有坚定的理想信念和强大的社会责任感。化学实验中制备或探究有时要用到或产生有毒有害的物质，如二氧化硫制备及性质实验的过程中，往往会有比较多的二氧化硫有毒有害气体逸出，造成污染。教师可以利用借助注射器及其他辅助工具制成小型仪器进行二氧化硫的制备和性质的微型实验。微型化实验具有仪器简单、药品用量少、污染小、操作安全、现象明显等优点，增加学生学习化学的趣味性，最终实现实验的绿色化。但是，由于用量较少，不容易让全体学生都观察到明显的实验现象，故不适合做教师的演示实验，而更适合让学生进行分组实验。教师在开展化学实验教学中，自己要以身作则，每次实验做到精准用量，严格避免污染物排入环境中，并时刻严格要求学生规范操作，增强学生绿色环保意识，促使学生树立社会责任意识。

3.2 注重项目式实验设计，帮助学生建立思维模型

教师要充分认识化学实验的独特价值，要精心设计每一次实验探究活动，让学生充分了解并掌握某一类型化学实验思维路径，真正发挥化学实验应有的作用。教师在组织实验探究的过程中，可能会遇到这样一个问题：教师把实验目的、实验原理、注意事项讲授清楚后，发现部分学生还是不知道如何按照实验目的一步一步去设计实验方案，也不知道如何去选择最佳的实验方案。究其原因，就是学生的思维模型未能充分建构起来，教师可以开展项目式实验教学帮助学生建构思维模型。项目式实验教学是指学生在教师指导下通过完成一个完整的实验目的而进行一系列实验的教学模式。教师要高度重视对化学实验项目化设计，在化学实验教学中，要把学科体系中的知识内容转化为一个个微小项目组织教学，学生通过自主学习直接参与整个项目式实验设计教学过程，主动进行学习体验、感悟和探究，建立思维模型，培育化学学科核心素养。

3.3 注重开放性实验设计，帮助学生提升关键能力

核心素养是指学生在接受相应教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展以及社会发展所需要的必备品格和关键能力。学生关键能力的提升离不开化学实验，尤其是开放性的实验。化学课堂上，化学实验教学不应该只是由教师事先设计好化学实验方案，然后按照设计好的方案完成化学实验，而学生只是充当观察教师操作的角色，这是一种被动学习化学知识过程。我们应该把课堂真正还给学生，让学生依据已有认知水平去设计实验，然后教师再组织学生对各种实验方案展开讨论，分析每种实验设计存在优点及不足，并指导学生加以补充改进完善。只有这样，学生才能真正地掌握实验过程中如何去发现问题，提出问题及假设，设计更加优化的实验方案，实施实验、获取数据、分析原因、建构模型、形成结论及交流评价等核心要素，促进学生对实验探究的内涵深度理解，从而养成独立思考、敢于质疑和勇于探索的科学精神，最终发展科学探究能力，提升关键能力，进而提高学生核心素养。