中学化学实验创新成果转化的路径探索

摘要：将实验创新成果及时转化到教学实践中，实验创新才有生机、活力，才能使成果发挥应有的育人价值。作者领衔的名师工作室团队以省立项课题的研究为载体，探索了将实验创新成果转化为课堂教学情境素材、课堂探究教学内容、项目化学习的资源、校本选修课程内容和教师研训活动内容等实践路径，以转变学生的学习方式，发展学生学科实践能力，提升化学教师实验素养。

关键词：实验创新；成果转化；路径；核心素养

文章编号：1008-0546（2022）11-0078-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.017

实验是化学学科的重要特征，在学科育人中具有独特的教学价值。然而，无论哪种版本的高中化学教材中实验或多或少存在着一些缺陷，影响着实验的教学价值。笔者领衔的嘉兴市名师工作室，以浙江省教研规划课题“化学核心素养在实验创新中的落地研究”为研究项目，经4年多的努力，改进或创新高中化学实验数十个，其中有50余个实验创新案例发表于《化学教学》《化学教与学》等专业刊物，与同行分享研究成果。实验改进与创新的目的在于应用，以转变学生的学习方式，探索化学学科育人的路径和方法，发展学生化学学科核心素养。笔者结合名师工作室实际，探索总结了创新成果教学转化的多元路径，与同行交流，以期使实验创新成果发挥更大作用。

一、转化为课堂教学情境素材，促进学生在情境中学习

基于学生核心素养发展的教学，要求教师创设真实且富有价值的问题情境，并从中提炼出学科问题，让学生在问题解决中探究化学知识，培养科学思维，训练科学方法。工作室团队将生活中的化学实验教学资源，转化为化学实验案例，并应用于课堂实验教学，实现生活中的化学与课堂知识的巧妙融合，帮助学生建构知识体系，形成用化学视角看待并解决生活问题的认识思路，彰显化学学科价值，实现化学学科核心素养落地。

例如：在人教版化学（必修）第二册第六章第二节“化学反应的速率与限度”教学中，运用T作室团队研究成果“基于苹果汁变色的化学反应速率影响因素实验设计”[1]，加工改编成课堂教学情境素材，让学生在实验情境中探究学习。鲜榨的苹果汁在空气中放置一段时间颜色逐渐变深，原因是在多酚氧化酶的作用下，苹果汁中含有的多酚被空气氧化成有色的醌。通过控制变量的探究法，设计一个白变量（温度、浓度、催化剂、接触面积）变化引起应变量反应速率（苹果汁变色速率）的变化。在实验活动中，学生通过观察、比较、分析、推理等认知活动，探究影响化学反应速率的内因和外因（浓度、温度、催化剂、接触面积），建立影响化学反应速率的认知模型，体现了“通过实验学化学”的思想。

通过实验操作与现象分析，学生理解了维生素C的作用原理，得出抑制苹果汁变色的方法。通过查阅资料，发现工业生产苹果汁所用方法与自己在实验室探索出来的方法相同，学生激动万分，体会到科学探究是进行科学解释、发现、创造和应用的科学实践活动。通过实验方案设计与系列实践活动，培养了学生尊重事实、善于合作、敢于质疑、勇于创新的品质，发展学生学科实践能力。

二、转化为课堂探究教学内容，培养学生科学探究能力

教学内容及策略的选择影响着学生核心素养的发展。工作室团队精心选择、组织化学概念教学内容，应用POE策略突破概念教学难点。POE策略，即“预测—观察—解释”策略（Predict-Observe-Explain，缩写为POE），这种策略要求学生在实验前根据自己原有知识经验预测实验现象和结果，并说明理由，在实验过程中观察实验现象，实验结束后进一步解释所观察到的现象。

例如：人教版“化学反应原理”第三章第四节“沉淀溶解平衡”教学内容，教材通过定性实验，以观察为手段，实验过程中沉淀的量的变化及颜色变化为证据，判断沉淀溶解平衡的移动，实验方法较为传统，没有研究温度对难溶电解质沉淀溶解平衡及同离子效应的影响。工作室团队创新研究思路，以难溶电解质电导率变化为切人口，通过电导率的變化，探究难溶电解质的平衡移动，形成了“测量难溶电解质溶解平衡的电导率实验探究”[2]的研究成果。将研究成果应用于课堂教学（溶解平衡的同离子效应）如下：

【演示】取250mL蒸馏水、250 mL碘化铅饱和溶液，分别注入两只500 mL烧杯中。将两只烧杯置于磁力搅拌器上，启动搅拌。在两只烧杯中分别插入电导率传感器，实验数据及图像通过电脑投影到大屏幕上。

【设问】向这两种液体中同时加入碘化钾溶液后，溶液的电导率如何变化？溶液的电导率的增量哪个大？

【预测】

【学生甲】两种溶液的电导率都增大，增加的幅度一样。

【学生乙】两种溶液的电导率都增大，但盛有碘化铅饱和溶液的烧杯中，滴加等量碘化钾溶液后，电导率增量要小一些。

【观察】用移液枪每次滴人0.100mL的1.0mol·L-1的碘化钾溶液，观察两组数据及变化，绘制电导率增量数据变化曲线（见图1）。

【设问】滴人等量的碘化钾溶液后，两种溶液电导率增量不同，为什么？

【解释】用碘化铅的溶度积与该溶液中离子积的相对大小来判断。滴人碘化钾溶液后，c（I一）增大，Q=c（Pb2+）·c2（I-），导致Q>Ksp，平衡逆向（生成沉淀方向）移动，溶液变为亮黄色浑浊。因而，碘化铅电离出来的碘离子、铅离子浓度减小，饱和溶液电导率增量减小。

同理，研究碘化铅悬浊液加蒸馏水稀释过程中电导率变化，可推测难溶电解质沉淀溶解平衡的存在；研究碘化铅悬浊液、饱和澄清液在升温过程中电导率变化，可推测温度对难溶电解质平衡移动（溶度积常数）的影响。

教学中将AB型沉淀改为AB2型沉淀，消除学生对非1：1型难溶电解质的陌生感，有利于建构不同类型沉淀的溶度积常数计算模型，且金黄色的碘化铅溶液更能吸引学生兴趣。通过数字化实验，使实验结果定量、实时、动态地展现出来，训练学生宏一微一符一曲线“四重表征”思维，发展学生科学探究与创新意识等化学核心素养。

三、转化为项目化学习的资源，发展学生学科实践能力

项目化学习作为发展学生核心素养的重要课程和教学方法，越来越受到教育工作者的重视。根据达林一哈蒙德和克拉斯克等人的界定，它主要包含以下要素：真实的驱动性问题、学生在真实情境中对这个驱动性问题展开探究、经常用项目化小组的方式学习、学生运用各种工具和资源促进问题解决、最终产生可以公开发表的成果。[3]

以化学实验创新成果为资源的项目化学习，其主要选题有：（1）教材实验的再研究，如高锰酸钾溶液氧化甲苯实验的改进、铜与浓硝酸反应实验的改进等；（2）创新实验的开发，如化学反应速率影响因素的实验研究——过氧化氢一鲁米诺发光反应的应用等；（3）数字化实验研究，如利用传感器技术探究次氯酸催化分解反应等；（4）跨学科综合实验研究，如高锰酸盐氧化脱氧核糖核苷酸（DNA单体）——一个模拟谋杀案破解的氧化还原反应实验、基于STEAM理念的焰色试验实验装置设计等；（5）新实验技术的应用，如手机热成像技术研究中和反应热效应、钠与水反应温度变化等。

例如：人教版化学（必修）第二册第七章第三节“乙醇与乙酸”教学中安排了酯化反应演示实验，[4]实验主要存在以下不足，有进一步改进的空间。（1）混合液加热一段时间后，出现炭化变黑现象，同时还可能产生有毒气体；（2）浓硫酸用量多（与乙酸的用量相同，均加入2 mL）且不能重复使用。基于上述问题，教师给予学生相关课外资料目录，让学生课外找资料阅读，研究酯化反应机理，寻找能替代浓硫酸的新催化剂，最后确定了“以无机盐为催化剂改进乙酸乙酯制备实验的研究”[5]课题，论证了实验设计方案。按研究进程及内容的关联性，将该研究项目分解成3个递进关系的子项目，子项目、研究过程及研究结果如表1所示。

最后，学生总结提炼，形成研究总报告，班内交流展示。

通过乙酸乙酯制备实验改进的项目化学习，学生体验了有机合成中需对反应机制的研究、催化剂的筛选与回收等一系列探究活动，认识到催化剂对化学科学研究的意义。项目化学习作为学科实践的重要形式，学生在完成真实、具体的项目中，从被动学习走向主动学习，从简单、机械地学习走向基于丰富实践地学习，发展了化学学科实践能力。

四、转化为校本选修课程内容，促进了学生个性化发展

校本选修课程在学生多元发展、个性发展以及学校办学特色形成等方面起着重要作用，随着深化课改的推进，越来越受到教育行政部门和普通高中学校的重视。

在课程内容的选择上，高一主要是教材实验的再研究，验证性实验与探究性实验并重，以及实验基本操作的规范训练，弥补现行教材的不足。高二年级选择化学选修课的学生是高考选考化学的学生，他们通过高一一年的学习，已打好了较扎实的化学基础，对化学学习有着较高的要求和期望，因而选修课程内容变化较大，以拓展实验、创新实验的研究为主；注重实验方案的白行设计和科学研究方法的训练，如控制变量法等；增加定量实验，训练学生定性、定量相结合的思维；增加实验新技术的应用，如数字化实验技术、热成像仪等，培养学生创新思维，这些变化受到选课学生的普遍欢迎。

教学管理上，教务处统一公布选修课程方案，学生自主选课，走班上课，单人单桌实验，以增加学生独立思考与实验操作机会。评价是教学的重要環节，其根本目的在于促进学生的发展。在化学选修课程的教学中，始终坚持“素养为本”的评价方向，采用以质性评价（活动表现评价、档案袋评价、提问点评、课后练习等）为主、量化评价（纸笔测验、实验操作量化考核等）为辅的多样化评价方式，评价形式上有学生白评、互评、教师评价。通过化学选修课程的开设，拓展学生知识面，促进学生个性发展，为学生多元发展提供了可能，立志报考化学化工类专业或与化学密切相关专业的学生明显增加。

经多年教学实践及修改完善，“我是化学家”“化学实验创新研究”“数字化视域下的化学实验探索”3门校本选修课程被评为嘉兴市精品选修课程，“基于‘科学研究与创新意识的化学实验创新设计”选修课程评为浙江省第九批普通高中推荐选修课程，面向全省推荐使用。教师通过开发与开设化学校本选修课程，增强了课程研究意识和课程开发能力，完善了自身的知识结构，促进了其专业发展。

五、转化为教师研训活动内容，引领区域化学教学改革

教师研训活动是新课标、新教材背景下教师培训的重要形式，解决了一线教师学科教学中的疑难问题，促进教师关键能力的提升。

名师工作室团队将实验创新案例、实验教学成果分类整理成多个实验教学创新范例讲座，供教师研训使用。如：化学教材实验的再研究、化学实验绿色化研究、数字化实验的研究、实验创新设计策略研究、基于核心素养发展的课堂实验教学设计、实验创新成果的教学转化路径研究等。这些创新成果的有效转化，使高中化学实验教学内容得到充实、更新，实验研究方法呈现多样化且富有时代特征，发展了学生的学科实践能力和化学教师的实验素养。

4年多来，在浙江省教育厅“百人千场”名师送教下乡活动，河北省、山东省及内蒙古自治区教育厅教育装备与管理中心组织的全省（区）初高中化学教师实验培训活动，浙江省高中化学教师90学时培训及嘉兴市高中化学教师全员培训等活动中，工作室团队先后作关于高中化学实验教学创新范例方面的讲座16次，开设含创新实验教学设计的各类公开课、研讨课、示范课数十节，转变了教师实验教学观念，“通过实验学化学”的价值追求获得广泛的共识，展示了实验教学创新的路径和方法，为一线教师进行实验教学改革提供了可借鉴、可推广的范例，成为嘉禾大地传播新课程理念、创新实验教学、开展教学研究、参与教师研训等活动的中坚力量，引领着区域化学教学改革。

参考文献

[1]沈坤华，于涛．创新化学实验培养核心素养[J]．教育与装备研究，2020，36（3）：20-24．

[2]顾仲良．测量难溶电解质溶解平衡的电导率实验探究[J]．化学教学，2022（2）：67-71．

[3]张悦颖，夏雪梅．跨学科的项目化学习：“4+1”课程实践手册[M]．北京：教育科学出版社，2021：6．

[4]普通高中教科书（化学必修第二册）[M]．北京：人民教育出版社，2019：80．

[5]沈坤华．对化学实验改进与创新的思考——基于名师工作室研修的视角[J]．实验教学与仪器，2020，37（7-8）：53-55．

*本文为浙江省2017年度教研规划课题“化学核心素养在实验创新中的落地研究”（课题编号：G17120）的阶段性研究成果。