以化学实验教学促进学生核心素养的发展

摘要

化学实验教学具有重要的育人功能价值。在分析化学实验教学现状及产生原因的基础上，提出相应的教学策略，即：感知事实，挖掘实验的“认知功能”；启迪思维，挖掘实验的“创新功能”；体验过程，挖掘实验的“探究功能”；陶冶情操，挖掘实验的“育人功能”，以期让学生形成化学观念，发展科学思维，积极参与科学探究与实践，端正科学态度，具有责任担当意识。

Graphical abstract

关键词

化学实验教学 / 实验功能 / 核心素养

化学是一门以实验为基础的科学。化学实验是科学探究的重要形式和学习化学的重要途径，充分发挥实验教学的育人功能，对学生的个人发展和人类社会的发展具有积极的促进作用。

1 化学实验教学的功能价值

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称课程标准）指出：“为了培育学生的核心素养，化学课程应着重通过以实验为基础的教学方法来展开。”^［1］实验不仅是对化学知识的直观体验和验证，更是培养学生科学探究能力和科学态度的关键途径。

精心设计实验活动，有助于学生深入探索物质世界的奥秘，激发其对科学的好奇心，进而养成系统的科学思维方式和严谨的科学态度。学生亲身体验化学的奥妙，深入探究物质的性质与变化，能够在实践中提升自身的观察能力、分析能力和解决问题能力。

重视化学实验教学的开展，有助于推动教学方式和学习方式的转变，使学生从被动接受知识转变为主动探究知识。为此，教师应当围绕学生核心素养的发展需求，不断创新教学理念、教学方法和教学模式，以便为新时代初中化学实验教学模式的构建奠定基础^［2］。

2 化学实验教学的现状及产生原因

2.1 现状分析

目前，大部分地区仍存在学生必做实验的开设率不高，以播放实验视频代替教师演示实验，以教师讲实验代替学生做实验等突出问题。

课程标准规定了8个学生必做实验，从调查结果（走访厦门部分学校）来看，“氧气和二氧化碳的实验室制取”“粗盐中难溶性杂质的去除”“常见酸碱的化学性质”“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”等实验在教学中的完成率较高，但“常见金属的物理性质和化学性质”“燃烧的条件”等实验在教学中的完成率偏低，而“水的组成及变化的探究”实验在教学中的完成率几乎为零。

2.2 产生原因

（1） “过于关注学生的学业成绩，忽视对学生全面发展能力的培养”等不良倾向，往往会导致学生过于依赖死记硬背和应试技巧，而其独立思考能力、创新能力和实践操作能力却得不到充分锻炼。

（2） 从教师层面看，部分教师受到传统应试教育思想的影响，过于理论化实验教学，导致学生的实际操作机会受限。有时为了维护教学秩序和教学进度，教师选择用口头描述代替课堂演示实验，这无疑限制了学生实践能力的提升，也阻碍了他们核心素养的全面发展。

（3） 从学生层面看，许多学生缺乏实验技能，无法熟练进行实验操作和准确观察。这主要缘于实践机会的不足和缺乏充分的指导。学生未能领略到实验是如何揭示学科本质的，如何通过实验证据进行逻辑推理，以及如何建构科学思维模型。

3 化学实验教学的策略

3.1 感知事实，挖掘实验的“认知功能”，树立化学观念，解决实际问题

在化学学科学习中，学生感性认识的获得在很大程度上来源于化学实验或化学实验史实，化学实验过程涉及较多化学知识，蕴含了丰富的化学观念。

例如，在有关“酸的化学性质”的复习课教学中，笔者以“洁厕灵”为主题实施项目化教学。首先，利用一份课前问卷收集了学生在理解“洁厕灵”方面所遇到的问题。据此，设计以下3个相关的项目任务。

定性分析：组织学生探究“洁厕灵”的成分。

定量分析：引导学生以实验方式测定“洁厕灵”中HCl的质量分数。

性能了解：要求从性质角度探讨“洁厕灵”的用途。

为完成这3个项目任务，课程将通过以下项目互动活动展开教学。

活动一：“以用途测成分”——讨论“洁厕灵”的用途，猜测其化学成分。

活动二：“以实验寻证据”——在实验室中验证“洁厕灵”是否与生锈铁钉、氢氧化镁和大理石等物质发生反应，同时采集数据以证明猜想。

活动三：“以性质测含量”——使用实验方法和计算方法来定量分析“洁厕灵”中的有效成分含量。

活动四：“以实践担责任”——鼓励学生在家中动手实验，测试市售品牌“洁厕灵”中的HCl含量，同时利用“洁厕灵”打扫自家卫生间，宣传正确使用“洁厕灵”的方法。

这种教学方法不仅帮助学生建立起从具体到抽象认识化学物质的思维方式，而且通过动手实践，培养了学生的科学探究能力。学生通过实际操作，能够直观认识“洁厕灵”去除尿碱、水垢和锈斑的过程。

此外，教师应鼓励学生动手实践测定“洁厕灵”中的有效成分含量，这种方法能促进学生在定量分析方面的思维发展，使他们能够更加精确地测定混合物中特定成分的含量。

这样的教学模式，加深了学生对酸的化学性质的理解，激发了他们的学习兴趣，增强了他们解决问题的能力。不言而喻，知识传授型教学向能力培养型教学的转变，架起了从传统应试教育向现代素质教育过渡的桥梁。其具体的教学流程（教学思路和活动设计）如图1所示。

3.2 启迪思维，挖掘实验的“创新功能”，发展科学思维，强化创新意识

化学实验结果不可预见，课堂上精彩的实验“生成”，往往是创新思维的起点，若能对此深入挖掘，有助于促进学生创新意识的培养^［1］。

在二氧化碳制取及性质实验课上，学生用图2的实验装置制取并探究二氧化碳的化学性质。某学生在实验过程中发现，澄清石灰水自始至终没有变浑浊。笔者决定借此契机，引导全体学生分析产生此现象的原因。

有学生认为可能是石灰水变质造成的，也可能是没有产生二氧化碳造成的。在肯定学生积极思考的同时，进一步追问：“在什么情况下不会产生二氧化碳？”在笔者的点拨下，马上就有学生推测没有生成二氧化碳的原因可能是盐酸变质或者是大理石变质。最终，笔者引导学生分析问题、设计方案并验证实验，其具体探究过程如图3所示。

当学生在实验过程中遇到问题时，笔者又反问道：“你们有没有考虑到，盐酸和大理石混合后，产生的气体中是否只有二氧化碳一种物质呢？”学生听后豁然开朗，马上想到盐酸具有挥发性，产生的二氧化碳气体中可能含有HCl气体。如何才能把二氧化碳气体中的HCl除去？结合这一问题，笔者顺势提供支架式资料——HCl气体能与碳酸氢钠溶液反应，并且二氧化碳难溶于饱和碳酸氢钠溶液。基于上述原理，学生很快提出改进措施，改进后的实验装置如图4所示。

在上述具体的实验教学过程中，学生虽然不断地经历种种实验“意外”，但在教师的引导下他们大胆猜想，主动提出有深度和开放性的问题，能基于实验事实进行证据推理，积极参与实验探究活动，体验了成功的喜悦，并在解决问题过程中逐渐培养了质疑能力和创新意识。

3.3 体验过程，挖掘实验的“探究功能”，经历科学探究，增强实践能力

以真实性任务驱动学生主动参加探究实践，可以让其在参与项目学习过程中提升自己对知识应用和迁移的适应性，发展运用多学科知识解决复杂问题的能力，进而推进科学探究与实践在教学中落地。

以“分子和原子”教学为例，人教版化学九年级上册第58页采用如图5所示的实验方案，该实验适合作为演示实验。为了确保全班学生都能清晰地通过多媒体设备观察到实验过程，需要注意操作的可视化。但要注意，在进行氨水的倾倒和回收时，由于会有刺激性的气体释放，存在着污染环境的潜在风险。

针对以上问题，笔者建议对该实验方案进行改进、优化。具体可以参考如图6所示的改进实验装置，即在矿泉水瓶里系一条绳子，在绳子上绑着3张已事先滴有酚酞溶液的滤纸片（可以剪成心形），并在纸片下方系两个铃铛（防止滤纸片漂移，且外观更漂亮，制成风铃，学生更感兴趣）。通过医用注射器将少量浓氨水注入矿泉水瓶内（注意不要与纸片接触），就能看到“三颗心（滤纸片）”从下到上变红了。

改进实验方法能有效节约化学药品的用量，因为无有害气体的排放，所以对环境较为友好；能产生更加吸引人的实验现象，非但有助于激发学生的学习兴趣，更便于学生以分组形式进行实践操作，从而增强了他们主动探究的原动力。

许多化学实验都与现实生活紧密相关，脱离生活化的实验会使学生觉得化学知识极其陌生。采取实验探究的教学方式，更好地彰显了实验与生活的互动性。例如，在人教版化学九年级下册第九单元关于溶液的学习中，笔者以“探究84消毒液”为项目主题，让学生以调研和访谈的方式深入了解校园在疫情期间使用“84消毒液”的实际情况。以此为起点，笔者重新组织和串联溶液相关的知识点，不断加强不同知识点之间的关联性，进而开展项目式学习活动。具体到第五课时，学生将面临一个实际任务：为学校配制当日所需的“84消毒液”，用于垃圾房和厕所的消毒工作。这项任务不仅要求学生动手实践，还初步引入定量探究手段，使学生真实感受到溶液在日常生活及工作中的重要应用价值。市面上的“84消毒液”浓度通常以有效氯含量表示，这一概念比课堂中学习的溶质质量分数更为复杂。为此，笔者指导学生建立起有效氯含量与溶质质量分数之间的换算模型。学生通过换算练习把结果记录在表中，并据此进行溶液的配制。最终，学生将自己配制的消毒液提供给学校使用。这样的实践活动不仅提升了学生的实验操作技能并增长了生活经验，还让他们在体验化学学科特色的同时，领略了化学实验的魅力，最终增强了将所学知识应用于解决实际问题的满足感和幸福感。学生在体验过程中提升了自己对知识应用和迁移的适应性，一方面发展了运用多学科知识解决复杂问题的能力，另一方面发展了科学思维，强化了创新意识。

3.4 陶冶情操，挖掘实验的“育人功能”，端正科学态度，具有责任担当

科学态度与责任是指通过化学课程的学习，在理解科学、技术、社会与环境相互关系的基础上，逐步形成的对化学促进社会可持续发展的正确认识，以及所表现出的责任担当^［3］。化学实验规范操作蕴含着严谨求实的科学态度，有助于引导学生树立正确的世界观，促其养成求真务实、勇于创新和积极实践的科学态度^［4］。

例如，在人教版化学九年级上册第五单元“质量守恒定律”教学中，教师可以让学生感悟化学学科的迷人魅力。化学学科的历史见证了无数挑战，蕴含着许多伟大科学家智慧的结晶。其中，最重大的成就之一就是质量守恒定律的确立。

早在公元前460至公元前370年，德谟克利特就提出了物质不灭的观点，这可以看作是质量守恒定律最早的形式。到了1673年，英国化学家波义耳通过研究金属与火的反应，提出了“火微粒学说”，成了后来“燃素说”的理论先导。虽然这一理论后来被证明并不完全正确，但它为后续关于质量守恒定律的发现奠定了基石。1756年，俄国著名化学家罗蒙洛索夫通过一系列精确的实验，推翻了波义耳的错误观念，进而推翻了“燃素说”，并进一步明确了宏观质量守恒的概念。1774年，被誉为化学之父的拉瓦锡通过氧化汞的一系列分解实验，得出了反应前后物质总质量不变的结论，这一发现在定量层面上为质量守恒定律提供了坚实的数据支持。他不仅在化学反应方面给出了精确的定义，而且象征着质量守恒定律的正式确立。步入21世纪，随着科学技术的飞速发展，质量守恒定律也由宏观层面拓展到了微观本质。这一定律的确立是历代化学家辛勤努力的结果，他们在无数次试验中不断探索和总结。因此，在讲授质量守恒定律时，笔者向学生讲授质量守恒定律的发现和确立史实，意在激发学生继承和发扬科学家不懈探索的精神，并将这种精神浸润到日常学习和生活中。

4 结语

化学实验作为生动丰富的教学素材，显示了化学课程在发展学生核心素养的独特育人价值^［5］，因此，教师应超越应试教育的局限，将实验作为培养学生核心素养的重要手段。事实表明，巧妙设计实验并引导学生积极参与实验活动，能够促进学生全面发展，从而更好地凸显化学课程的教育价值。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准 ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 程小康.初中化学教学中趣味化学实验的应用探究［J］.甘肃教育研究，2022（11）：58-60.

[3] 庄凤娇.跨学科项目式教学实践与探索：以“‘化’说‘84’消毒液”为例［J］.中学教学参考，2023（29）：65-69.

[4] 杨仁茂.挖掘和发挥化学实验教学功能的探讨［J］.化学教育，2012，33（10）：65-68.

[5] 王锋.挖掘化学实验的核心素养培育功能［J］.教育与装备研究，2023，39（08）：81-85.

基金资助

厦门市思明区“十四五”规划2022年教育科学规划课题“指向核心素养初中化学跨学科项目式教学实践探索”(Z2022Z0034)