学科核心素养视域下的中学化学实验教学研究综述

黄恭福 邹海龙

摘要： 基于课程标准，从化学实验的独特价值和促进学科核心素养全面发展的角度建立化学实验教学的分析框架。基于文献分析，学科核心素养视域下的中学化学实验教学现有研究成果可梳理为重点发展“科学探究与创新意识”核心素养及其他四个方面，指出现有研究的不足，并提出后续应深入研究“素养为本”的实验教学评价，实现“教、学、评”一体化等三点思考。

关键词： 学科核心素养; 化学实验教学; 研究综述

文章编号： 1005-6629（2020）02-0024-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

2014年3月教育部印发《关于深化教育改革  落实立德树人根本任务的意见》，首次以文件形式提出了“构建学生发展核心素养体系”，随后陆续发布了《中国学生发展核心素养》《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称课程标准）。课程标准虽然从内涵、目标和素养水平描述了化学学科核心素养，但教师仍面对如何将核心素养在教学中“落地”，核心素养视域下的化学实验教学有何特点和要求，当前研究的现状及对实施“素养为本”的化学实验教学有哪些启示和建议等问题，这些问题虽然棘手，但又急需解决。本文通过对课程标准、研究文献的梳理和提炼，为促进学科核心素养落地的化学实验教学提供了借鉴。

1  学科核心素养视域下的中学化学实验教学要求

课程标准是研究学科核心素养视域下的化学实验教学的重要、权威的文献，准确分析课程标准对核心素养视域下的实验教学要求，有助于对其他文献研究成果进行辨识和提炼。

1.1  化学实验对学科核心素养发展具有独特价值和功能

课程标准明确指出[1]： 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。学科核心素养视域下的化学实验教学强调化学实验的独特价值;强调化学实验独特的教学功能;强调精心设计实验探究活动;强调科学有效开展实验探究教学。

1.2  化学实验教学促进学科核心素养全面发展

化学学科核心素养是化学学科育人价值的集中体现，是学生通过化学学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。吴俊明（2019）[2]指出： 必备品格的形成仅依靠知识是不能顺利形成的，还需要行为的参与，只有通过实践活动的体验才能使品格稳定形成必备品格;对于关键能力而言，能力是在活动中形成并表现出使活动顺利完成的个性心理特征，因此核心素养的形成不能离开实践活动，化学实验作为学科特质的实践活动对化学核心素养的形成和发展不可或缺。正确价值观念就是促使学生认识到： 化学是人类利用自然、改造自然、保护自然、提高生活质量和生存安全，满足人类的实际需要以及有关好奇心和兴趣的科学。

化学实验教学应培育的关键能力包括： 科学探究能力、问题解决能力和科学思维能力。科学探究能力可分为“一般科学探究能力”（包括提出问题、猜想假设等要素）和“特定实验探究能力”（包括实验类别、探究角度、活动程序与认知方式等维度）。“一般科学探究能力”基于科学探究的过程技能属性和要素属性，充分体现了科学探究的特点，是化学实验教学中重点发展的科学探究能力，为关涉范围广、开放程度大的化学问题解决提供了一种科学研究的框架;“特定实验探究能力”严格上讲并不具有典型意义上的能力属性，它是从实验探究的内容和形式进行分类，归纳出的特定实验类型的探究角度、活动程序与认知方式等，有助于实现课程标准要求的“形成不同类型化学实验及探究活动的核心思路与基本方法”的实验教学目标。

2  基于文献分析的学科核心素养视域下的中学化学实验教学研究概述

2.1  研究思路与方法

本研究概述的文獻来源主要是纸质版专业出版物的电子版，采用我国目前常见的中文数据库作为收集、整理、分析电子资源文献的重要工具，包括中国期刊全文数据库（中国知网）、维普资讯中文期刊服务平台。文献检索方式主要采取“主题”“关键词”，结合有重大影响力“作者”等检索方式。文献分析本着综合性、代表性和客观性等基本原则，对学科核心素养视域下的化学实验教学的重要研究成果进行梳理，客观、全面地选择对该领域研究产生持续影响和有推动作用的观点和看法。

2.1.1  文献收集

以中国学术期刊全文数据库（CNKI）为检索源，以“化学核心素养、中学化学实验教学、核心素养&化学实验教学”为主题检索，时间限定为2014年4月1日至2019年6月30日。检索发现2016～2018年以“化学核心素养”为主题的文献数量逐年大幅攀升，“中学化学实验教学”主题的文献呈现稳中有降趋势。以“核心素养&化学实验教学”为“主题”检索，文献总体数量偏少，文献总数为86篇，其中硕博论文22篇，核心期刊3篇。以“核心素养&实验教学”为“主题”检索，核心期刊26篇，其中化学相关1篇。

文献检索显示，中学化学实验教学是化学教学研究的重点领域，以实验为基础的化学教学地位得到了普遍的认同;化学核心素养作为化学课程理念与价值追求引起广大一线教师的积极反响，如何在课堂教学中落实化学核心素养成为化学教学实践研究领域的热点，也成为硕博士学术研究的重点领域。不过，虽然老师们分别对“化学核心素养”和“化学实验教学”开展研究的热度高，但将两者结合起来开展研究的文献较少，发表在核心期刊上的化学实验教学期刊论文只有3篇，其余为硕博学术论文。

2.1.2  文献分析的基本思路

针对检索的文献，笔者重点研读了以“核心素养&化学实验教学”为主题的硕博论文、核心期刊，以及知名化学教育研究者关于核心素养研究的重要文献。学科核心素养视域下中学化学实验教学研究的分析主要从研究意义、目标、内容、教学、评价等几个方面梳理，特别关注文献在教学与评价层面的研究成果。通过对代表性文献的分析，化学核心素养视域下的中学化学实验教学的文献成果可梳理为： 一是化学实验教学对培养核心素养的重要作用;二是学科核心素养视域下的化学实验教学设计、教学策略与教学评价研究;三是突出了化学实验教学重点发展“科学探究与创新意识”核心素养;四是关注了不同类型化学实验对发展学生核心素养的独特贡献等。

2.2  文献研究主要内容及观点

2.2.1  化学实验教学对培养核心素养具有不可替代的重要作用

化学实验对化学学科核心素养的发展起着极其重要的作用，五项学科核心素养的养成离不开化学实验的支撑，开展基于核心素养发展的化学实验教学研究具有重要意义。陈进前（2019）基于化学学科核心素养全面发展的视角，提出并构建了“基础支撑与重点发展”互换模式[3]，作者指出： 化学实验教学能重点发展“科学探究与创新意识”核心素养，其余四项学科核心素养“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”“科学态度与社会责任”在化学实验教学中也有不同程度发展，同时，四项学科核心素养对“科学探究与创新意识”核心素养发展发挥着基础支撑作用。

孙佳林、郑长龙[4]指出： 发展学生化学学科核心素养离不开化学實验，教师可通过实验现象观察和基于实验事实的证据推理发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”素养，开展化学实验探究拓宽认识视角和认识思路，发展学生“科学探究与创新意识”素养，通过实验评价发展学生的“科学态度与社会责任”素养等，初步阐述了发展各学科核心素养的途径和策略。

其他学者（钱丽娟等）[5]以“化学平衡”“元素化合物”“电解质溶液”以及“反常实验现象”等教学案例切入，分析如何在实验教学中帮助学生构建“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”等化学核心素养等。还有研究者（徐潇潇，2018）[6]指出虽然化学学科核心素养的具体内容可以通过课程标准了解，但在实验教学中教师发展核心素养的认识水平还不高，化学实验往往还只用于进行演示实验或是验证物质性质时使用，对“实验探究”认识也还存在误区，认为只要学生动手做实验就是探究，而忽视了真正的实验探究应经历假设、实验设计、证据收集、检验、解释、得到结论等过程，忽视实验探究过程也是学生知识、方法、思维、情感、价值观交融发展的过程等。

可见，化学实验在发展学生科学本质观、科学实践观和科学价值观方面均有不可替代的功能，具有发展学生化学学科核心素养的功能[7]。因此，开展学科核心素养视域下的化学实验教学研究是积极践行“素养为本”教学理念、切实转变教学行为的突破口。

2.2.2  学科核心素养视域下的化学实验教学设计、教学策略研究覆盖广

当前学科核心素养视域下的化学实验教学研究主要集中在通过化学实验设计、采用课堂教学策略和活动策略发展学科核心素养等方面，也还有部分文献涉及了实验教学评价问题等。具体而言，在教学设计和教学策略制定方面研究力度较大、成果丰富，具有较好的研究共识，研究尤其关注素养为本的实验教学目标、内容情境化、教学结构化、实验探究性等，有的还聚焦实验教学中如何开展某项核心素养（如“证据推理与模型认知”或“变化观念与平衡思想”等）培养的问题，但深入研究实验教学评价与学生学习方式转变的研究内容较少、对实验教学中落实“教、学、评”一体化缺乏系统深入思考等。

何逸萍（2018）[8]研究认为，化学学科核心素养视野下的实验教学设计具有以下特征： 素养为本的实验教学目标;情境化和结构化的实验教学内容;注重探究的实验教学过程;注重观察和推理的实验教学策略;目标一致的多样化实验学习评价等。种飞飞（2019）[9]提出基于化学学科核心素养的实验教学设计思路分为5个部分： 分析主题内容明确其能体现的化学学科核心素养;围绕核心知识合理编排教学内容;结合主题选择具有生长点的真实情景素材;设置探究活动（提出问题，形成假设，制定方案，收集证据，得出结论）培养科学探究与创新意识;运用科学方法掌握知识与提高能力并重。路丽阳（2019）[10]认为实验教学要注重挖掘实验的应用价值，以问题为导向，精心设计实验教学过程，总结提出“看听讲想做”促进核心素养发展的化学实验模式以培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力。

胡胜男（2019）[11]指出，高中化学实验教学目标从三维目标走向核心素养，应结合核心素养、课程内容和学生实际选择合适的教学方法，设计独特的教学策略，还提出了基于核心素养的整体化、情景化、活动化、自主化、意义化的高中化学教学策略。杨红（2018）[12]提出基于核心素养培养的化学实验教学的有效策略是： 要在实验教学中建构化学学科观念、培养化学学科思维;要在实验教学中坚持直观性、过程性、深度性原则;要在实验教学中勇于跨界，注重学科融合。扈玉歌（2019）[13]聚焦化学实验教学“证据推理与模型认知”核心素养发展，提出整合化学实验教学资源增强学生证据推理能力;通过实验教学体系化引导学生构建认知模型的核心素养培养策略，通过教学案例研究指出，要帮助学生树立模型意识，指导学生用合适的方式表达模型，建构具体的认知模型，引导学生建立科学探究的思维模型等。刘斌（2019）[14]提出在化学实验教学中设置观察点、设置问题串、让危险实验更安全等实验教学策略发展学生核心素养。

阮雪丹（2018）[15]认为，化学学科核心素养教学强调学生在化学实验探索过程中获取直接经验，定量化的化学实验教学分析和评价能够更加清晰直观地认识优质化学实验课堂的本质，采用质性化与定量化分析方法相结合，总结发现专家型教师体现出的实验行为所占比重突出;实验教学行为组合多样化;教师语言富有启发性和引导性，创设优质化学实验课应提高学生实验行为比重。

2.2.3  突出了化学实验教学重点发展“科学探究与创新意识”核心素养的研究

“科学探究与创新意识”是五项化学学科核心素养的核心，其他核心素养均为它的发展提供不同层面的支持。

张晶（2018）[16]从不同实验类型的功能角度，开展“科学探究与创新意识”视角下化学递进式实验教学研究，提出实验方式（基础性实验、探究性实验、研究性实验）层层递进、学生能力培养层层递进、实验难度层层递进、教师要求层层递进，进阶培养学生的动手能力和团队协作能力、探究能力和探究性思维、创新能力和创新性思维等。

图1  化学递进式实验教学

瓮秀秀（2018）[17]分析了国内外近10年关于“科学探究与创新意识”研究的相关文献后提出： 实验教学中，学生“科学探究与创新意识”不足的原因是缺少必要的教学策略，提出应从科学探究与创新意识的八个核心要素（提出问题、猜想与假设等）的角度构建核心素养发展的教学策略，如猜想与假设的教学策略包括类比法提出假设、归纳法提出假设、利用实验过程中的异常现象提出假设等。

还有学者从特定的实验类别、学科能力和实验思维的角度，探讨发展核心素养。如，王磊（2018）提出化学实验探究学科能力由化学核心活动经验（活动程序、关键策略、认识方式）、实验探究活动类型（应用类、探究类）和学科能力活动及其表现（学习理解、应用实践、迁移创新）构成[18]。吴俊明（2013）[19]在研究化学实验系统的主要思路时指出： 要以学生经验基础和有关心理为基础，重视科学素养培养，强化基本原理、基本能力的教学，注重有思考和创新空间，促进学生发展创新能力等。宋心琦（2013）[20]基于中学化学实验教学重要性和教育功能的认识，提出了化学实验三体系，其本质是从发展“特定实验探究能力”的视角，将化学实验归纳为物质体系、仪器装置和必要安全措施、合理的实验步骤和规范操作三个方面，以此发展学生化学实验的特定思维，培养科学精神和科学作风。孙丹儿（2007）[21]也认为化学实验思维是实验问题得以解决的核心思维，是化学实验能力的核心内容，并归纳构建了化学实验思维的七个要素。

整体而言，学者们普遍认为化学实验教学在重点发展“科学探究与创新意识”核心素养的基础上，对其他学科核心素养发展也同样具有认识论、方法论和教学论意义;对科学探究过程八个核心要素的内涵及其发展策略研究深入，尤其关注到实验思维能力对发展学生实验能力的重要作用;也有學者创新性地从核心活动经验、学科能力活动及表现、实验探究活动类型等角度系统提出了提升实验探究能力、发展核心素养的策略等。

2.2.4  关注了不同类型化学实验对发展学生核心素养的独特贡献

有学者对演示实验、探究性实验、虚拟实验等不同类型实验如何发展学生核心素养也开展了研究。

杨蕾（2017）[22]提出究利用高中化学虚拟实验培养学生的“科学探究与创新意识”，并对虚拟实验进行了分类： 减少操作失误、实验现象剧烈具有危险性、实验药品具有危险性、宏观观察不到的现象。于省委（2018）[23]基于核心素养视域下的高中化学演示实验的实施案例分析指出，应加强对演示实验的重视，设计适合高中生的化学演示实验，发挥演示实验示范功能、激趣功能、学习化学方法思维功能等，同时针对五项核心素养的发展设计了不同的演示实验案例，如适合发展“科学态度与社会责任”核心素养的演示实验有氯气的制备和性质实验、氯水的漂白作用、浓硫酸与铜的反应、乙烯的制取实验等。

综合分析检索文献的相关研究，发现以下不足和欠缺： 如化学实验教学发展五项学科核心素养通过零散教学案例阐述的较多;发展核心素养的一般原则和策略趋同性多，具体细致体现化学学科本质的少;对“科学探究与创新意识”核心素养研究较多，而对其他学科核心素养研究较少;对显性化学关键能力研究较多，而对隐性的必备品格培育与正确价值观形成的策略研究少;对科学探究能力研究较多而对科学思维能力研究少等。

3  研究的启示与反思

3.1  现有研究成果

基于文献研究的总体情况而言，学科核心素养视域下的化学实验教学已经受到化学教师、化学教育研究人员的重视。目前研究范围涉及化学实验教学对培养核心素养的重要作用、学科核心素养视域下的化学实验教学设计、教学策略与教学评价、化学实验教学与“科学探究与创新意识”核心素养，以及不同类型化学实验对发展学生核心素养的独特贡献等。这对在化学实验教学中进一步发展学生学科核心素养，培育正确价值观念、形成必备品格和关键能力有重要的理论贡献和实践价值。

3.2  现有研究不足

现有文献研究主要是集中在化学实验教学设计、教学策略，较少涉及实验教学评价与核心素养发展的研究;主要是集中在学科核心素养的宏观整体发展的角度，围绕学科核心素养发展的关键能力、关键环节、关键表现、关键问题的中观、微观研究有所欠缺;主要集中在教学方式转变上，围绕核心素养视域下实验探究活动中的建构学习、探究学习和问题解决学习的研究不足;主要是集中以发展学科核心素养为目标的实验教学案例研究，对课程标准文本中关于实验教学的研究还不深入等。

3.3  继续研究的思考

根据文献研究现状，笔者就全面深入开展学科核心素养视域下的中学化学实验教学提出如下启示和思考。

3.3.1  深入开展“素养为本”的实验教学评价研究，实现“教、学、评”一体化

化学实验教学评价要坚持全员评价、全程评价、全面评价、全局评价的基本原则，科学制定实验评价目标。坚持“教、学、评”一体化的评价策略就是要使实验教学、学习和评价围绕共同的目标开展，核心素养视域下的实验教学以目标为导向设计评价任务和实验活动，依据课程标准内容要求确定“该学”什么;依据化学学科素养水平和教材知识结构确定“能教”什么;依据学生实际情况确定“能学”什么，实验目标的制定要具体化、细化，有利于在教学实践中操作和评价[24]。

3.3.2  进一步厘清学科核心素养视域下化学实验教学中关键能力的内涵

基于课程标准开展科学探究能力、问题解决能力和科学思维能力等关键能力研究。尤其是问题解决能力作为高阶思维能力的重要组成部分和学科核心素养发展的关键能力，课程标准提出了明确要求，但目前这方面的文献研究还很不足，需要后续重点开展深入研究。