化学实验教学的现状与对策

陈 峰

化学学科核心素养是化学学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的必备品格和关键能力。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）明确指出：以实验为基础是化学学科的重要特征之一，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。化学实验有助于激发学生学习化学的兴趣，创设生动活泼的教学情境，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观。［1］

虽然课程标准规定了每一教学主题的内容要求、教学提示和学业要求，并在附录中对化学学科核心素养的水平进行划分，但是教师在化学实验的教学中仍面临许多问题。例如，核心素养视域下化学实验教学有哪些特点，化学实验教学可以发展哪些核心素养，如何设计并开展“素养为本”的实验教学，等等。本文对当前化学实验教学的现状进行梳理，针对教学中存在的问题提出相应的解决办法，为促进化学学科核心素养在化学实验教学中的落实提供借鉴。

一、核心素养视域下化学实验教学的现状

（一）理论研究显成效

笔者梳理近三年研究论文发现，现有研究者已经达成共识——化学实验能促进学生化学学科核心素养的发展，有利于“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”等学科核心素养的养成。目前研究主要围绕三个方面，一是化学实验教学对发展学生核心素养的作用。二是学科核心素养视域下的化学实验教学设计与教学策略。这是目前研究化学实验教学与核心素养关系的重点，研究力度大，研究成果丰富。三是不同类型化学实验对发展学生某类核心素养的独特贡献。

现有对化学实验教学的研究主要集中在教学目标设定、教学情境设置、教学内容结构化、教学单元和探究实验设计等方面，还有些研究探讨某方面核心素养在实验教学中的培养问题。目前研究中还存在一些问题，如研究教师的教学设计多，研究学生学习方式转变的内容较少；研究“教、学”多，研究在教学中落实“教、学、评”一体化较少。

（二）实际教学有隐忧

随着课程改革的不断深入，越来越多的化学教育者重视化学实验教学。但是在以分数为“指挥棒”的高考评价机制下，学校管理者、教师和学生对实验教学的开设和实施仍存在一些错误认识，实验教学还存在许多问题。

学校管理者对化学实验的重要性认识不足，实验设施有待完善。几乎每所学校都建有一定规模的实验室，但实验室内部配置参差不齐，有的学校在实验室建设方面投入资金不足，实验室缺少必需的仪器、试剂；有的学校连简单的演示实验都无法完成，多年来实验教学都停留在“纸上谈兵”阶段。

学校缺少专业的化学实验教师。专业的实验教师能帮助化学教师设计、改进实验，对化学实验教学起到锦上添花的作用。但是当前不少学校的实验教师由年龄较大的教师担任，甚至由非化学专业教师担任。

缺少对实验教学工作量的认可。上好一节实验课要比上好一节理论课投入更多的时间与精力，教师在课前要准备仪器、试剂，还要尝试做一遍实验。但是教师考核中隐去了对教师这部分工作量的关注，使得教师付出更多精力却得不到应有的回报。

2.教师角度

专业知识陈旧，思维僵化。无论教学改革如何风起云涌，仍有教师无动于衷，多年来仍以陈旧的甚至是错误的化学专业知识进行教学，教学观念落后、思维僵化。教师只有具备创新思想，不断更新专业知识，提高格局视野，才能在教学中培养学生的创新思维，落实核心素养。如中学化学中常见的NO2与N2O4平衡探究实验［2］，传统方法是在注射器中充入一定量的NO2气体，迅速地内推活塞，观察到气体的颜色先变深后变浅。常见的解释是，内推活塞气体体积减小，NO2浓度变大体系颜色加深，随后NO2与N2O4的平衡发生移动，体系颜色变浅。随着化学教学中数字化传感设备的普及，用压强传感器做这个实验时，可以发现即使在注射器中充入空气也可以得到相应的压强变化图像，显然已不能从压强角度来解释实验现象。由此可见，教师通过加强专业理论学习，不断纠正和完善对实验的认知是非常必要的。

弱化手动实验的现象严重，进行纸上实验、视频实验。这样的教学常常导致学生出现“听得懂、讲不清、用不明、做不对”的现象，难以真正培养学生的思维能力和知识应用能力。多媒体技术已经在课堂教学中得到广泛应用，对于那些在课堂教学中难以明显观察到实验现象的化学实验，或者一些有毒、易燃、易爆具有一定危险性的化学实验，教师可利用多媒体技术，模拟、视频展示实验过程或实验现象，这样可以弥补具体实验不足，强化实验教学的效果。但是部分教师过多使用多媒体播放实验视频，用实验视频代替具体实验操作，使得学生亲身参与实验的机会减少，严重影响了化学实验教学的有效性。

探究实验中缺少教师的理论指导。对学生来说，实验能够激发学生的学习兴趣，调动其学习积极性。实验教学中更重要的是学生在实验过程中发现问题，并运用高阶思维对问题进行深入思考，最后在教师的帮助下用理论知识解决问题，只有这样学生对实验的认识才能达到更深层次。遗憾的是，大多数教师只关注实验本身，缺乏对理论的指导，使实验室变成学生的“游乐场”，热闹后缺乏冷静的思考，导致学生在实验中的收获大打折扣。

实验评价的缺失。“教、学、评”一体化是课程标准倡导的教学策略，评价是为了诊断，更要促进教与学质量的提升。目前，中学化学实验评价仍以化学实验知识测试为主，注重结果评价，忽视化学实验技能与知识应用的过程评价。在评价形式上又以纸笔测试为主，忽视对具体实验操作的评价。在评价功能上，以甄别与选拔为主要目的，不利于实验创新与学生实验探究能力素养的培养。［3］

青花纹样是我国陶瓷器具中最为著名的纹样之一，江西四特集团则将这一纹样应用到其酒类器具的外包装之上，通过与酒容器的有效结合，这样的形式在消费者中受到了极大程度的欢迎，该集团的产品在市场上也取得了非常好的销售效果。另一方面，由于青花瓷纹样在世界范围内非常著名，因此，四特集团的酒类产品在东南亚、澳大利亚等地也同样取得了非常好的销售成果。与之类似的，衡水老白干52度十年陈酿使用了元青花中的卷草纹作为装饰图案，卷草纹自身所具备的清新淡雅的特点很好的表现出了这种酒自身的特点，进而在市场上得到了消费者的认可。

3.学生角度

兴趣浓厚但不持久。高中学生好奇心强，对刺激的实验现象最感兴趣，但这种兴趣低级而短暂，很难引发学生进一步学习。

认识水平相对较低。受高考考试方式影响，学生对实验认识程度肤浅，在心理上不重视实验操作，他们总是抱有“高考中实验题只要求笔答，不考具体实验操作”的想法。实际上，基于核心素养的高考实验题中，若没有一定的操作训练，很难作出正确解答。

实验素养技能差。实验前，缺少实验方案设计，没有实验操作规划，小组内没有实验分工；实验中，随意装配仪器，胡乱添加药品，不认真观察和记录实验现象；实验后垃圾废物乱扔乱倒，实验桌上仪器摆放零乱无序，不会清洗实验仪器。有的学生过分紧张和恐惧，袖手旁观，不参与实验；有的学生盲目冒险，药品随意添加，仪器随便加热；有的学生安全意识淡薄，不按规范进行操作。

二、核心素养视域下化学实验教学的对策

（一）提高教师理论水平和专业素养

化学实验的变化趋势必然是真实情境下对实验原理、装置、操作等知识和方法的认知理解、重构和再运用。面对这一变化趋势，照本宣科、死记硬背或盲目的题海战术等教学模式已经行不通。中学教师只有不断更新教学观念，不断学习化学专业知识，不断提升专业能力，才能在教学中创设真实问题情境、创造出理性思考、创设有效评价的育人环境。

阅读是教师专业发展的基础。［4］朱永新曾指出：“阅读是专业教师发展的重要源泉，是提高教师专业发展的有效措施。”化学教师要阅读化学专业类书籍，更新专业知识，拓宽专业视野，提升专业素养。据统计，每过十年专业知识就更新超过50%，可当前还有教师在课堂上告诉学生“世界上物质种类3000 万种”，殊不知物质种类已经过亿了；当我们还在讲“两个双键不能连在同一碳原子上”时，大学已有实验室专门研究丙二烯了。所以，化学教师要结合自身教学实践，对教育学理论知识进行再认识；要经常翻阅教育教学刊物，了解先进的教育理念和教学模式；要阅读一些人文类“闲书”，提升人文素养，更好地落实“立德树人”目标。

校本培训是教师专业发展的必由之路。布莱克曼提出：“教师专业发展是一种学习，通过校本培训，教师与专家对话，教师与教师对话，教师与学生对话，教师与心灵对话。”［5］教师要在对话中学会理解，在对话中学会交流，在对话中取长补短。

区域研训是教师专业发展的“催化剂”。“他山之石，可以攻玉”，教师参与不同区域的研训工作，可以与不同学校的教师交换教学方法和教学理念，分享教学经验和教学资源，讨论教学中的疑难问题，探讨未来教育发展的方向，优化教学设计和专业知识。当我们跳出自己任教的学校再看自己教学的时候，一些平时没有解决的问题就有可能豁然开朗。

（二）深化研究实验教学策略

以真实的、有意义的，能够引发学生探究兴趣的典型实验探究活动为例，研究真实问题，研究以“手脑并用、高阶思维”为特征的实验设计、呈现、评价，是未来基于核心素养实验教学的研究方向。［6］

项目式教学是最具有核心素养融合发展效力的教学。［7］化学学科核心素养一方面需要在真实的问题情境下才能体现出来，另一方面也只有在分析和解决真实问题任务的过程中才能得到培养和发展。项目式教学是学生在教师的指导下，通过完成项目式学习的驱动性问题和持续探究驱动性问题来达到深度理解知识、发展能力、培养态度和价值观的素养目标。

数字化实验技术在实验中的应用也是今后化学实验教学研究的方向。［8］随着科学技术的不断发展，新技术、新仪器、新设备在化学实验中不断被应用，使得化学实验从传统的定性实验走向以数据采集、图像分析为主的定量推理。此外，在“互联网+”时代，化学实验课程与现代信息技术的有效整合也可以提升学生的信息素养。

（三）开发符合学校实际的实验校本课程

教材作为知识呈现的主要载体，也要随着教育改革深入和现代教育技术发展而与时俱进。传统教材对化学实验较少进行形象、直观、动态、多维度的阐述。目前我国尚无独立的实验教材，各类化学实验分散在知识教学的章节中，相关实验与学生生活联系不紧密，专业性太强，趣味性较低。在传统纸质教材的基础上，利用现代教育技术开发符合当前学校教学实际的校本课程，成为教育工作者的一项重要任务。

例如，我校开发了“生活大揭秘——用实验解密生活现象”“抗疫先锋——常见消毒剂的制备与性质”等校本课程。“生活大揭秘——用实验解密生活现象”课程设计了“固体酒精制备”“自热锅原理”“暖宝宝成分探究”“消字灵的秘密”等实验；“抗疫先锋——常见消毒剂的制备与性质”课程设计了“84”、乙醇、过氧乙酸等消毒物质的制备与性质实验。

这些学习材料较好地体现了学科核心素养的要求，如在“无机物制备及性质”实验中可以体现“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”等素养。通过这部分内容的学习，学生学会从微观角度解释宏观现象方法，建立“结构决定性质”的观念，形成能量转化与化学平衡的思想。在有机物结构、性质与应用实验中培养学生“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等素养。“科学态度与社会责任”素养则贯穿在整个学习过程中。

（四）开展实验教学评价研究，实现“教、学、评”一体化［9］

课程标准提出：依据化学学业质量标准，评价学生在不同学习阶段化学学科核心素养的达成情况，积极倡导“教、学、评”一体化，使每个学生的化学学科核心素养得到不同程度的发展。

评价主体方面，评价的主体对象不再是单一的学生，也包括教师，两者在评价中的地位和评价方式需要进一步研究。评价取向方面，评价取向主要有目标取向和过程取向——目标取向以教学结果和目标达成情况为评价标准，过程取向以学生在实验过程中的表现为评价标准。在实验过程中两种评价的比重如何确定是未来研究的课题。评价内容方面，化学学科核心素养的后天习得性决定了在学习过程中能够测评学生的化学学科核心素养。在实验教学过程中学生外显的行为表现，可以反映出学生化学学科核心素养水平的高低，通过评估这些表现可评价学生的核心素养水平。学生在化学实验中的哪些表现与核心素养有关联、关联程度有多大等问题，都值得今后研究。

化学实验教学可以发展学生五个方面的学科核心素养，提升学生各项关键能力。化学新课程教学要在“立德树人”观念指引下，着力研究化学实验的育人功能，真正体现并实现化学教育教学的育人价值、学科价值和核心素养发展价值。