县域高中化学教学中开展探究性实验提升行动研究

摘 要：《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》明确强调学科核心素养是学科学习的基本要求，亦是学生学习和发展的关键能力。基于此，县域高中化学教学发生了改革，教学任务不再以简单的知识传授为主导，而是更注重培养学生的探究能力和实践能力。其中，开展探究性实验则是通过让学生参与实际的实验操作，经历提出问题、设计实验、收集数据、分析结果等一系列探究过程，从而培养核心素养的一种教学方式。文章旨在通过行动研究，探讨县域高中化学教学中开展探究性实验的方法和效果，以提升学生的学科核心素养。

关键词：县域高中化学；探究性实验；教学策略

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2023）48-0113-05

一、 引言

高中化学是帮助学生打下科学基础的关键学科，这个阶段学生的认知、思维在逐渐成形，并在实验观察、实验推理和实验逻辑的加持下趋于完善。然而，教师想要在这一阶段构建高效的实验教学课堂，就应打破旧理念的禁锢。以往教学中，教师注重知识的传授和学生的记忆与应用，而学生则被动接受和消化所学知识，这种教学方式缺乏对学生实际操作和实践能力的培养，无法满足新课程标准对学科核心素养的要求。在此背景下，教师需要基于实际教材，将化学研究性实验与课程内容有机结合起来，通过在实验中引入相关的理论知识，帮助学生理解和掌握化学原理和概念。也正因如此，有效开展探究性实验成为提升县域高中化学教学的重要途径。

二、 高中化学学科核心素养概念

核心素养是指学生在学习过程中所培养的一系列基本能力和素质，其中涉及学科知识、学习方法、创新能力、合作能力等多个方面，这些能力是学生全面发展的基础。同时，这些能力也是学生在未来职业发展中所必需的，能够帮助他们适应快速变化的社会和工作环境。而学科核心素养则是指学生在特定学科领域中所培养的能力和品质，即学生在学习特定学科时所需要具备的核心素养。高中化学学科核心素养主要包括以下几个方面：（1）探究实践能力。在宏观层面，学生需要通过观察、实验和分析，了解物质的性质、组成和变化规律。他们需要具备观察力和实验操作能力，能够准确描述和解释实验现象，并从中推断出物质的特性和行为。在微观层面，学生需要理解分子和原子的结构，掌握基本的化学概念和原理。他们需要能够运用这些概念和原理来解释宏观现象，并预测和推断实验结果。（2）科学思维能力。学生需要从实验数据和观察结果中提取关键信息，进行推理和判断，并运用科学的方法和逻辑来构建和验证知识模型，从而解释和预测化学现象。这就要求学生具备批判性思维和逻辑思维的能力，能够分析和评估不同的理论和观点。（3）创新能力。学生需要运用所学的化学知识和方法，提出创新的问题和解决方案。这就要求他们具备创造性思维和创新意识，从多个角度思考问题，并能够提出新的观点和理论。由此可以看出，化学教学中进行探究性实验不单单是为了提高学生的实验技巧，更主要的是培养其观察、分析和推理的能力，从而构建学生的科学思维和创新意识。

三、 探究性实验教学的意义

（一）形成完善的化学知识框架

实验是建立起实践与理论知识之间联系的一座桥梁，通过实际操作和观察，学生能够更加深入地理解和掌握化学原理和概念。高中化学探究性实验教学是基于学科素养的培养，为学生提供了在实践中探索、观察、实验、分析和总结的机会，帮助他们将学习到的化学理论知识与实际实验现象相结合。通过自主思考和实践操作，学生能够更深入地理解和掌握化学原理和概念，形成自己的化学知识框架。

（二）强化化学理论知识与实验的联系

在化学的早期发展阶段，化学家们通过反复实验和观察，逐渐发现了各种元素和它们的性质。例如，通过对不同物质的燃烧实验，他们发现了氧气和氢气等元素，同时，通过实验发现了化学元素的周期性规律，即元素周期表，这些实验结果为化学领域的知识积累提供了基础。探究性实验教学也是基于这一原理，通过实验操作来加强学生对化学理论知识和实验现象之间联系的理解。在实验中，学生可以自主思考、设计实验方案、进行实验操作，并通过实验结果来验证和修正自己的理论推测。这样的实践操作过程能帮助学生将抽象的化学理论转化为具体的数据和现象，进一步巩固和深化学生对理论知识的理解。

（三）有助于学生自主学习意识的形成

现代社会对人才的需求已经发生了很大的变化，不再只是要求其掌握大量的知识，更重要的是能够灵活运用知识解决问题。而传统的教学方法往往只注重知识的灌输，忽视了学生的能力培养。如果学生一直处于被动接受知识的状态，他们很难培养出独立思考、创造和解决问题的能力，这将严重影响他们今后的发展。在化学研究性实验教学中，教师可以根据学生的年龄和学科特点，确定核心素养的培养目标，并设计相应的实验活动来帮助学生提高这些核心素养。通过围绕核心素养创新教学模式，使学生在实验中更好地发展和提高自己的能力，增强他们学习的主动意识。

（四）有助于学生提高观察与探索的兴趣

实验往往需要一定的时间和步骤，有时实验结果的变化可能并不显著或迅速，需要学生耐心等待和观察。只有具备细致和耐心的观察力，学生才能在实验过程中不放过任何细微的变化，从而感受到化学之中的奥妙和魅力，增强对化学的兴趣和好奇心。当学生的学习热情得以保持時，他们会更加主动地参与实验和观察，从而产生更强的主观意识。此外，实验也可以为学生提供探索未知领域的机会，激发他们对科学的兴趣和好奇心，培养他们主动学习和创新的精神。

（五）有助于学生树立求真务实的精神

从古代炼术到现代化学，持之以恒的探索精神是推动化学科学不断发展的重要动力之一，求真务实的严谨态度是发展化学科学的必要条件。在进行实验时，所有操作必须严格按照步骤进行，以确保实验的可重复性和准确性，如果在操作步骤中出现任何变化或偏差，都可能会导致实验结果的误差或不准确性。其中试剂的添加剂量和顺序的准确性也对实验结果至关重要，添加过少或过多的试剂可能导致实验结果的偏差或错误。而且一些实验本身具有危险性，如有毒物质的使用、高温、高压等。但高中生实践经验并不丰富，可能在实际操作中会面临许多不确定因素，如遇到陌生的实验操作步骤、不熟悉的实验容器和试剂，以及不了解的实验条件要求等。这就需要学生具备严谨的态度和求真务实的精神，对实验操作进行仔细研究和准备，确保实验的安全和准确性。通过实验的实际操作，学生能够深刻体会到实验中的每一个细节和环节的重要性，培养出严谨、细致和求真务实的精神。这种精神不仅在化学实验中起到重要作用，也可以在学生今后的学习和工作中发挥重要的指导作用。

四、 探究性实验教学现状

（一）设备问题与课时安排问题

首先，现代化的化学实验仪器和试剂是进行实验的基础，它们能够提供准确的数据和可靠的结果。然而，许多县域高中的化学研究实验室由于设备更新缓慢，往往无法及时获得最新的仪器和试剂，导致实验条件受限。这样一来，学生们在实验中无法充分发挥自己的想象力和创造力，无法进行更加复杂和有挑战性的实验，限制了他们的实验动手能力的锻炼。其次，部分学校仅仅以时间长短来安排实验教学，忽视实验的过程和实验中的重要细节，这反而限制学生对实验的深入理解和探索。最终使学生实验动手能力无法得到锻炼，探究、创新能力无法得到培养。

（二）目标模糊

实验是化学学科中重要的一环，它不仅是展示化学原理的一种手段，更是培养学生素养的重要路径。由于教师对教学目标的不充分了解，很多县域高中化学教师往往只注重理论知识的传授，忽视了化学研究性實验在学习过程中的重要作用，他们可能认为实验操作过程烦琐、时间消耗大，而且可能存在安全隐患，因此选择简化化学实验内容，或者干脆不进行实验。这种做法使得学生失去了亲自动手实践的机会，导致他们对化学知识的理解和应用能力受到了限制。

（三）观念落后

随着新课改的深入，化学教师认识到化学研究性实验教学的重要性，但由于各种原因，比如应试教育、评比等为了节省时间而很少让学生进实验室做实验，以此形成了“背实验现象”和“背实验结论”等不良现象；有的以信息技术的应用为理由，在课堂上播放实验视频替代演示实验和学生实验。所以，学生的实验动手能力没有得到提高，更谈不上提升实验探究创新能力。

五、 县域高中化学探究性实验教学实施策略

（一）实验前充分准备，确保实验顺利实施

化学研究性实验是一门非常复杂的学科，需要进行详细的实验设计和严格的操作步骤。在实验过程中，教师需要提前对实验进行充分的准备工作。首先，熟悉实验的目标和要求。了解实验所涉及的化学原理和反应机制，对涉及危险化学品的实验，教师应了解化学品的特性、性质以及可能的危险性，这样可以帮助教师评估实验的风险，并采取相应的安全措施。其次，准备实验所需的材料和设备。这包括化学试剂、实验器具、安全设备等，教师应提前确保所有材料和设备的质量和完整性，以保证实验的可靠性和准确性。其中所涉及的所有实验器具需要进行消毒和清洁，以防止交叉污染和实验结果的误差。此外，实验进行之前，教师还要向学生详细介绍实验的目的、步骤和安全注意事项。在解释实验可能的危险性的同时，告知他们如何正确使用实验器具和化学品，以及应急处理措施，并提醒学生遵守实验室的规章制度，如穿戴实验服、戴上安全眼镜和手套等。

以“粗盐提纯”的实验为例，教师可以先向学生介绍实验的目的，即通过提纯粗盐的实验，了解溶解、结晶和过滤等基本的化学操作技术，以及学习如何使用实验器具和化学品。然后，再详细说明实验的步骤，包括加热溶解粗盐、过滤溶液、冷却结晶、过滤结晶、洗涤和干燥等。介绍步骤的同时，教师还可以解释每个步骤的化学原理和反应机制，帮助学生理解实验的意义和原理。直至进入实验，也须密切关注学生的操作和安全情况，及时给予指导和帮助。

（二）结合信息技术，丰富实验感官

现代化学实验教学已经开始应用信息技术，以提供更丰富的实验教学资源和更灵活的实验探究方式。借助信息技术手段，教师可以将实验过程和结果以多媒体视频的形式生动地展示给学生，让其通过观看实验视频，了解实验步骤和操作要点，从而增强对实验过程的理解。另外，虚拟仿真技术也能通过计算机软件或者在线实验平台模拟实验过程，让学生在虚拟环境中进行实验操作和观察。这样不仅可以避免实验中可能出现的危险和污染问题，还能够提供更多的实验机会和实验数据，让学生进行多次实验探究，提高实验的可重复性和准确性。化学模拟软件则能提供分子结构的可视化，帮助学生更好地理解化学反应和分子间的相互作用。学生可以通过模拟实验进行反应条件的调整和观察，进一步探索化学原理和规律。

以“氯气制备”的实验为例，学生能通过虚拟仿真技术在计算机软件或在线实验平台上进行模拟操作，调节实验参数如反应温度、气体压力等，观察氯气的生成过程和反应速率的变化。同时，利用化学模拟软件预测不同条件下氯气制备的效果，比如，不同浓度的盐酸溶液和不同反应时间等。通过观察和分析模拟的结果，更好地理解化学原理和实验过程，并进行实验设计的探索。此外，虚拟仿真技术和化学模拟软件还可以为学生提供实验数据的记录和分析功能，使其在模拟实验中获取反应物消耗量、产物生成量等实验数据，然后进行数据处理和分析，比如，绘制反应曲线、计算反应速率等。这样，学生也能通过模拟实验的方式锻炼实验设计能力和数据分析能力，提高对化学实验的掌握能力。

（三）细化教学内容，构建教学情境

当前，县域高中所应用的新教材中化学理论均具有典型、成熟的特点，其中不仅包括了基础的化学理论知识，还涵盖了一些前沿的研究成果和应用领域。为了更好地教授这些知识，教师可以通过化学研究性实验来帮助学生深入理解教材中的知识点、公式和课后题，这样能使学生更加直观地理解和应用所学的知识。当进行教材中的实验教学时，实验设计可以针对不同的知识点和实验目的，设置不同的实验环境和情境。

例如，在学习“硫及其化合物的教学”时，可以设计一个“硫的提取与制备”的实验，在实验中，学生需要通过加热硫铁矿石与氧化铁反应，得到硫的纯净产物。实验过程中，教师则要在一旁引导学生观察反应现象，分析反应机制，探讨硫的提取和制备方法。通过这样的实验情境构建，能使学生更深入地理解硫的性质和化学反应，加深对知识点的理解和记忆。实验观察和数据记录的环节也必不可少，这能让他们充分参与实验的每一个环节。之后，学生还可以根据实验结果，进行数据分析和实验报告的撰写，进一步深化对实验现象机制的认知。

（四）引入生活实际，深化实验应用

化学在生活中应用十分广泛，无论是日常生活还是工业生产，都离不开化学的应用。在教学过程中，教师应该根据生活经历，将一些常见的现象、问题等融入教学中，让学生能够从自己的生活中领悟到自己所掌握的化学知识，从而在解决生活中遇到的问题时能够灵活地应用自己所掌握的化学知识，以此提高他们的“学以致用”的水平。为了达到这个目的，教师应该具备一种“生活化”的理念，将教学设置于生活之上，以生活为依据，进行实验应用的教学，借此培养学生将化学知识运用到解决实际问题的能力。需要注意的是，生活实例和素材的选取不能脱离学生认知，常见的食物材料和熟悉的生活场景才更能调动学生的积极参与和思考。

例如，在“氧气”教学中，教师在设计生活化教学方案时，融入日常吃烧烤这一场景，以木炭燃烧、串烧烤的铁签子不燃烧为引线，引导学生思考：“为什么木炭燃烧，铁签子不燃烧？什么条件下铁签子才会燃烧？”这种现象在学生的现实生活中非常普遍，可以循序渐进地激发学生的探索欲望。通过实验演示，学生可以亲自观察和参与，深入理解氧气对燃烧的作用，并通過实验结果得出结论，加深对氧气性质的理解。这样的教学方法能够使学生在实际操作中把理论知识与实际问题结合起来，提高他们的实际应用能力。生活化探究实验比较看重培养学生的观察力、思考力和动手能力等核心素养。因此，教师也应该注重生活实际案例的引入，设计生活化的教学方案，让学生能够在学习中体验到化学的魅力，提高他们解决生活中实际问题的能力。

（五）挖掘实验潜在价值，关注学生情感态度

在探究性实验中为了实现“立德树人”的教学目标，教师不能只把化学知识传授给学生，还需将道德教育融入化学教学中。这种带有情感性实验教学可以让学生在掌握化学基本知识和技能的同时，培养出对科学的热爱、对环境的关注以及责任感和道德观念。例如，教师可以从利弊两方面进行分析化学对人们的生活的广泛影响。一方面，化学产品的应用使得我们的生活更加便利和舒适。如，化学在药物研发中的应用使得许多疾病有了更有效的治疗方法，延长了人们的寿命；化学在食品加工中的应用使得食品更加美味和安全；化学在材料科学中的应用使得我们拥有了更轻更坚固的材料，推动了科技的发展；化学在环境保护中的应用使得我们能够更好地处理废水、废气和废物，减少了对环境的污染等。另一方面，化学物质的应用也带来了一些负面影响。如化学工业的发展导致了大量污染物的排放，对环境造成了严重的破坏；部分农药和化妆品中的成分可能对人体产生潜在的危害等。当学生带有这些思考角度看待和进行实验时，就会认识到化学的应用既带来了好处，也存在一些问题和挑战。教师可以在此之后引导学生参与实验和探究活动，让他们亲自动手进行科学实践，体验科学的乐趣和成就感。同时，再提出一些伦理和社会问题，让学生思考化学知识和技术的应用对人类和社会的影响。只有这样，才能实现化学探究性实验教育的真正意义，让学生在实际生活中受益。

（六）鼓励学生自主实验，尊重学生主体地位

在实验教学中，将学生置于实验的主体地位意味着将他们视为实验的主要参与者和主导者，这会大大增加他们的自我效能感，从而加快其核心素养的养成。演示性实验和探究性实验是化学研究性实验课程中常常使用的两种不同的实验方式。演示性实验是“教为主，学为辅”，由教师展示一系列实验步骤和现象，让学生通过观察来了解化学原理和现象，这种实验方式可以直观地展示化学现象，让学生对化学知识有一个初步的认识。但是，学生在这个过程中并没有主动参与实验设计和操作，无法真正理解和掌握化学的基本原理。相比之下，探究性实验更注重学生的主动参与和探索。在探究性实验中，学生需要自己提出问题、设计实验方案、进行实验操作和数据分析，从而发现和理解化学原理，这种实验方式能够培养学生的探究能力、批判性思维和解决问题的能力，提高他们的学习动机和学习效果。为了强化学生主体地位，在实验教学中可以采取以下措施：（1）提供适当的实验指导和支持：教师可以提供一定的实验指导和支持，例如，提供实验方案、相关理论知识和操作技巧，但是要避免过多的干预，给学生足够的自主空间和决策权。（2）鼓励学生自主设计实验：教师可以给学生一些自主设计实验的机会，让他们根据自己的兴趣和问题进行实验设计。学生可以通过文献检索、讨论和思考来确定实验的目的、方法和预期结果。（3）提供实验资源和设备：教师应该提供足够的实验资源和设备，使学生能够自主进行实验操作。同时，教师也要指导学生正确使用实验设备和遵守实验安全规范。总之，实验不是流于表面化地观察和模仿，而是要通过实际操作使学生深入理解和掌握化学知识。

以“盐酸的作用”教学内容为例，教师可以先进行一个简单的演示性实验，展示盐酸与金属反应产生氢气的现象。然后，鼓励学生自主设计实验，研究盐酸的浓度对反应速率的影响。学生可以根据自己的兴趣和问题，设计不同浓度的盐酸溶液，然后测量反应开始后一段时间内产生的氢气体积，并进行数据分析。通过实验结果的比较，学生可以得出结论：盐酸浓度越高，反应速率越快。在这个实验设计过程中，学生需要独立思考和决策，这可以培养他们的探究能力和批判性思维。当学生的主体地位得到充分尊重和发挥后，其学习自主性也将大大增强。

六、 结论

综上所述，县域高中化学教学中开展探究性实验是培养学生核心素养的重要路径。无论是认知、实践还是思维层面，学生都会通过探究性实验教学产生一个飞跃性的提升。因此，教师应根据实际教材和学科特点，合理设计和组织探究性实验活动，并通过行动研究来评价教学效果，不断改进教学策略和方法，提高学生的学科核心素养。

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基金项目：文章系甘肃省教育科学“十四五”规划2022年度重点课题“县域普通高中发展提升行动研究”（课题立项号：GS［2022］GHBZ033）成果。

作者简介：马尚天（1976～），男，汉族，甘肃景泰人，甘肃省景泰县第一中学，研究方向：高中化学教学。