实验教学新路径：以创新促进高中化学核心素养的形成和发展

谢明阳 鲍亚培

摘  要  基于“全国中小学实验教学说课活动”，探讨了创新实验教学促进学生核心素养发展的策略。通过分析第六、第七、第八届“全国中小学实验教学说课活动”中选送的161节高中化学实验说课作品的分布及创新点，提出形成以学生为本的实验设计理念、辅以信息技术支持的实验观察手段及引入真实问题的实验情境创设是有效的实验活动创新路径。这些策略有助于学生形成化学观念、科学态度、社会责任感，提升学科能力。

关键词  高中化学；实验创新；实验教学；核心素养；课程标准

中图分类号：G633.8    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）13-0009-04

0  引言

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称高中课标）中明确提出了学科核心素养的概念，即“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”[1]。学生通过学科学习逐步形成的这些正确价值观、必备品格和关键能力是学科育人价值的集中体现。作为一门以实验为基础的学科，化学实验教学改进是推进学科育人目标达成的重要手段。2019年，教育部印发《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》，要求“不断将科技前沿知识和最新技术成果融入实验教学，丰富内容，改进方式”[2]。“全国中小学实验教学说课活动”作为全国性的教研活动，是改进化学实验教学方法、提升实验教学质量的重要交流平台。本文选取第六、第七、第八届“全国中小学实验教学说课活动”作品进行简要分析，以窺探高中课标颁布后一线实验教学创新现状及发展趋势，通过明确优秀实验说课作品落实学科核心素养的路径，进一步助力实验教学发展并对即将参与2023年“全国中小学实验教学说课活动”的化学教师提供参考。

1  高中化学实验作品分布情况分析

“全国中小学实验教学说课活动”自2013年起至今已成功举办8届。作为一项旨在推进中小学实验教学创新、提高实验教学水平的大型教育比赛活动，其为全国中学化学教师的实验教学创新搭建了交流、分享的平台，促进了实验教学方法和策略的创新，为优秀的实验设计及装备改进提供了有效的推广和应用路径。说课活动第六届至第八届，参赛作品的数量和质量都有明显提升，每年不乏实验设计作品入选说课活动优秀作品集，具体数据见图1。

1.1  课程分布

高中课标颁布后，高中化学课程结构变为必修、选择性必修和选修三个课程阶段。其中，必修阶段是全体学生必须修习的课程，不分设模块，通常在高一阶段分两册教材学习。选择性必修课程是学生根据个人需求与升学考试要求选择修习的课程，分设《化学反应原理》《物质结构与性质》《有机化学基础》三个模块。选修课程是学生自主修习的课程，包含《实验化学》《化学与社会》《发展中的化学科学》三个系列。大部分说课作品选题集中在必修阶段及选择性必修阶段，选修部分的涉及较少，见图2。

1.2  主题分布

近三届的高中化学实验说课涉及高中课标中多个课程阶段的主题，各主题选题数量差异较大（见表1）。相对而言，涉及物质性质与应用的主题作品数量最多，如“常见的无机物及应用”“烃及其衍生物的性质与应用”等主题。选择性必修模块1中与化学实验原理探究相关的主题也有较多作品涉及。选题涉及选择性必修模块2的作品很少，且“研究物质结构的方法与价值”等主题并无投稿作品。

1.3  知识点分布

对近三届高中化学实验说课作品选题进行核心知识点分布统计，可以发现，选题知识点相对集中在氮、硫等重点元素与化合物的性质与应用，化学反应平衡及水解平衡等重难点知识（见表2）。

总体而言，近三届高中实验说课作品选题涉及范围较广，多相对均匀地分布在高中化学必修及选择性必修的不同主题中，在教材分布上各册教材也多有涉及。这体现了参赛教师们在教学中能够充分考虑高中课标要求、兼顾学生的兴趣及学情，结合丰富的教学经验以学科视角选择适当的实验活动选题。但同时，相对于高中课标及教学中丰富多样的实验教学活动，仍有较多核心知识相关实验未有选题涉及，说课作品选题的知识点主题仍相对集中在物质的性质与应用、化学原理探究几个重点领域，并呈现出与考试重难点内容较高的相关性。这种选题倾向一方面来自教师教学中的压力与需求，一方面也与学生在学习某些章节时存在的普遍性的思维难点相关。这反映出当前的学科教学呈现出向素养导向发展的趋势，但整体上仍然受评价方式影响较深的真实现状。

2  高中化学实验作品创新路径分析

百年大计，教育为本。党和国家对“教育、科技、人才”的战略需求迫切要求基础教育课堂育人方式的协同创新。全国中小学实验教学说课活动为促进实验教学育人功能的发挥、应用和推广实验教学创新提供了良好的平台。教师们在实验设计理念、实验问题挖掘、实验装置改良、实验实施路径等多维度进行创新，为高中课标精神的贯彻特别是学生学科核心素养的发展提供了可复制、可推广的实现路径。

2.1  以学生为本的实验教学设计理念

学科素养无法通过机械记忆获得，需要学生在学习后自主进行深入的体验、思考和反思后内化形成，并在持续性的学科活动中不断自我构建、不断发展。因此，学习活动的主体一定是学生。以发展学生学科素养为目标的实验教学设计，其教学活动设计理念势必需要注重学生在实验探究活动中的主体性。例如，胡策策等老师在“过氧化钠与水反应的异常现象及反应历程探究”实验中，全程以学生为主体引导了发现问题、提出猜想、设计方案、实验探究、得出结论的探究流程，学生得以在实验活动中形成证据推理的素养，构建科学探究的思维模型。又如，杜爱萍老师在“双液原电池盐桥的实验改进”实验中让学生依据已有认知对双液原电池的电流进行预测，引导学生自主发现问题。随即，学生展开讨论、进行分析、改进方案、动手实验、分析得到结论并最终形成装置改进方案，解决实际问题。在这个过程中，教师精心组织思考与探究活动，学生全程作为主体深度参与并基于原电池相关知识在实验探究的过程中进行深入的思考、体验和反思，以化学学科视角系统性分析和解决问题。

2.2  引入信息技术拓宽实验观察手段

高中课标倡导“注重发挥现代信息技术的作用，积极探索现代信息技术与化学实验的深度融合”。《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》也指出在教学中应注重传统实验教学与新兴科技的有机融合。比如利用虚拟现实技术呈现现实世界中因危险性、破坏性或不便观察、控制无法进行的部分实验，提升实验教学的质量和效果。这几届“全国中小学实验教学说课活动”的高中化学实验作品不少都运用新型的信息技术进行实验创新，特别是选择性必修1《化学反应原理》模块的实验，大量的作品引入了离子浓度传感器、压强传感器的应用，帮助学生厘清模糊概念、跨越思维障碍，加深对化学平衡、水解平衡或电化学原理的理解。例如，施志斌老师在“数字化实验破解电化学腐蚀疑惑”中利用数字化显微镜辅助学生观察吸氧腐蚀及析氢腐蚀过程，利用延时摄影技术记录吸氧腐蚀的显现过程，借助溶解氧传感器帮助学生观察不同环境下的腐蚀的动态过程，通过多种数字化手段介入电化学实验进行实验创新，拓展了实验观察的尺度。又如，曾文静老师在“基于真实情境和数字技术的平衡移动创新实验设计”中，引入pH传感器、电导率传感器、压力传感器探究浓度、温度、压强对化学平衡的影响，帮助学生从宏观—微观—符号相结合的视角进行观察，构建平衡认知模型，发展核心素养。

2.3  创设解决真实问题的实验情境

高中课标倡导创设真实且富有价值的问题情境，为学生化学学科核心素养形成和发展提供适宜的土壤，以激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。态度与责任是学科的高阶素养，也是落实立德树人根本任务的最终体现。在“全国中小学实验教学说课活動”中，不少教师已经有意识地在选取实验主题时将学科问题和真实世界进行结合，通过选取化学电池、工业制碱、自然资源的提取真实问题或者简化真实世界中的化学问题，引导学生感知化学在生产和生活中的重要作用，思考和分析化学对社会发展的影响，从而培养学生的科学态度和社会责任意识。例如，吴塞金老师在“实验室模拟纯碱的工业制法”一课中对化工生产进行实验室模拟。学生通过文献查阅、制定方案、实验探究、交流评价、优化方案，得以亲身体验工业的生产过程，并在探究活动中利用工程思维及3D打印技术解决问题，体会真实世界中化工原理转化为工业生产的复杂性。又如，梁晟斌老师在“石油分馏”一课中，参考石油工业中的分馏装置设计了实验室装置，使演示实验与工业实际相结合，并利用热成像技术辅助使石油的分馏过程直观呈现，帮助学生体会化学工业在自然资源提取中的重要作用。

3  结束语

综上所述，这几届高中化学实验教学说课作品呈现出百花齐放的创新势态，广大教师通过实验理念、实验方法、实验技术、实验用品等多角度对教学实验活动进行创新设计，反映了广大实验教师在探索创新实验教学方法、丰富学科育人内容方面的积极性和创造性，对于落实发展学生学科核心素养的育人目标具有重要意义。这些优秀的实验教学作品以学生为主体关注科学思维与能力的发展，有效融合了教育技术与实验教学，创设有价值的问题情境，赋予了实验教学新的深度。

同时，也建议广大教师在后续参与活动时更加重视实验选题的价值性和适宜性，采用更加灵活多样的教学策略，丰富实验创新角度，关注学生的参与和体验。期待在未来的“全国中小学实验教学说课活动”中，能够见到更多的教师分享宝贵的教学实践与创新经验，共同推动我国中小学实验教学的发展。

4  参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中物化学程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见[A/OL].（2019-11-20）[2023-05-21].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/201911/t20191128_409958.html.