化学实验素养研究综述
作者： 马善恒 胡天娇 阙荣辉 王后雄
摘 要：实验是化学学科的特点，学生化学实验素养的培养是化学实验教学的重要目标，是培养创新型人才、落实立德树人目标的重要途径。基于文献研究，通过梳理化学实验素养的提出、化学实验素养的概念、化学实验素养的内容框架及化学实验素养的测评，明晰化学实验素养的概念形成过程及测评内容框架。
关键词：化学实验素养；文献研究；研究综述
文章编号：1005-6629（2024）09-0003-06
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
何为化学实验素养？远古时代的钻木取火结束了人类茹毛饮血的时代，这是人类最早进行的化学实验探究活动，在漫长的时间长河里，人类经过不断地摸索，逐渐掌握了酿酒、炼铁、冶金等技术，这些探索过程无不体现了人类的化学实验素养。广义的化学实验素养研究包括对化学教师实验素养的研究和对学生化学实验素养的研究。有学者认为，教师化学实验素养主要包括三部分：其一，了解化学实验在化学学科中的作用和地位，掌握化学实验研究的一般方法；其二，能规范、熟练地演示化学教学中的基本实验，并具有指导学生观察实验的能力；其三，具备设计和改进实验的能力，能充分挖掘实验的教育功能［1］。狭义的化学实验素养是指学生化学实验素养，本研究中若没有明确说明，则化学实验素养是指学生化学实验素养。在全面倡导学生核心素养发展的新课改背景下，核心素养通过体现学科结构和学科本质的创新实践能力及迁移应用能力在具体教学实践中落实［2］。发展化学实验素养对于培养学生“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养至关重要，也是实现以人为本的人文底蕴，崇尚真知、勇于探究的科学精神，珍爱生命、尊重自然的责任担当意识，尊重劳动、解决问题的实践创新意识等核心素养的重要路径［3］。即化学实验素养是化学学科核心素养的一部分，侧重培养学生的实验探究、批判质疑、协作精神、科学态度、社会责任等素养，最终指向学生核心素养的发展。
1 化学实验素养的提出
实验探究是研究科学教育问题的最重要的方法，提升学生的实验素养便成为发展科学教育中的重要一环。化学学科属于科学学科范畴，化学实验活动是发展学生实验素养的主要途径。实验活动是提升学生实验能力的主要阵地，这是由科学的研究过程所带来的，即“通过实验在实验室中发现的知识，这些实验验证了知识并保证其可靠性和可信度”，这种观点被Millar命名为标准的科学教育实验观［4］。19世纪中后期，科学家们大力倡导通过实验活动这样的直接经验改善学校的科学教学，到1899年允许小学生自己进行实验已经成为学校科学课程的一个重要内容［5］。此外，根据Goodson和Marsh（1996年）的说法，实验在化学、物理和分子生物学等学科探究教学实践中占主导地位，其被鼓励在实验室中进行教学，以更好地培养学生的实验能力［6］。
20世纪60年代，实验的功能逐渐被发掘，学生实验能力的提升越来越被重视，学生通过旨在模仿科学探究的活动来发现概念性知识的科学课程被开发［7］。从20世纪60年代末的美国和70年代的英国开始，一系列科学课程被启动，以突出科学实验方法。在这种背景下，实验被倡导为科学过程的一个要素。自20世纪80年代末以来，建构主义指导下的实验活动鼓励学生探索物理世界，分析数据，得出结论，并归纳他们新近获得的对日常世界的现象的科学理解［8］。
2000年，国际经济合作组织（OECD）发起组织实施国际学生评价项目（简称PISA），PISA 2015/2018要求，要成为一个有科学素养的人必须发展三项核心能力：（1）科学解释现象；（2）评估和设计科学探究；（3）科学地解释数据和证据［9］。学生的核心能力（2）和（3）主要是通过实验活动得到发展的，可以看出，PISA测试为构建化学实验素养的要素提供了参考。
自壬戌学制，科学教育在我国兴起。民国时期虽颁布多个课程标准，对化学实验提出明确要求，但因政局不稳、师资匮乏、设施落后，难以完成学生化学实验能力培养的任务［10］。至建国后，我国学生化学实验能力培养方得以逐步落实。1952年，我国教育部颁布《中学化学教学大纲（草案）》，指出化学是一门以实验为根据的科学，在高中阶段要求训练学生化学实验的基本技能和良好习惯［11］。1963年，颁布《全日制中学化学教学大纲（草案）》，对学生理解巩固基础知识、掌握实验基本技能进行了强调，并对实验技能进行“学会”“熟练”的层次划分［12］。20世纪80年代之前受“双基”理念影响，较为强调实验技能训练，该时代的教材设计主要强调规范的实验操作步骤。自20世纪90年代始，将实验基础训练置于科学探究过程中进行综合学习与领悟，强调实验方法的学习及实验思维的训练。2003年，颁布《普通高中化学课程标准（实验）》，强调培养实验探究活动中必备的实验技能，体现从“实验基本操作”向“综合运用”转变，将实验技能的培养与训练融入了化学实验探究活动［13］。《普通高中化学课程标准（2017年版）》将“科学态度与社会责任”界定为核心素养之一，提出培养学生具有实验安全意识、责任意识、环保意识［14］。2022年颁布《义务教育化学课程标准（2022年版）》，强调经历实验探究，基于学科和跨学科实践活动培养学生学习能力，将学生实验素养培养融入到真实情境、解决实际问题中来［15］。可以看出，与化学实验解决化学问题、完善化学理论、建构化学学科体系不同，化学课程中的化学实验原本以验证化学原理与培养化学实验室所需基本操作为主要目的，随后逐渐开始承载课程育人的目标。强调通过化学实验学习，促进学生全面发展，为国家培养化学乃至各个领域的创新型人才服务。
我国课程标准对化学实验素养必不可少的诸构成要素多有描述，如实验知识、实验操作技能、实验方法、实验思维、实验探究过程、实验品质、实验情意等内容。建国后我国化学课程标准对学生实验能力培养的描述，也经历了从强调实验基本技能，到强调在探究活动中培养学生实验技能，再到在真实情境问题中落实学生实验素养培养。我国学者卢存军（2001年）、范志鹏（2006年），魏锐、王磊（2010年）、訾俊峰（2013年）等人也在其发表的文章中，提出化学实验素养，部分学者还给出对应概念，他们都肯定化学实验素养这一概念提出的必要性，并提出了对发展学生化学实验素养的看法。
2 化学实验素养的概念
国外文献聚焦研究学生的某一项化学实验素养。2008年美国化学会颁布了本科化学课程指南，并指出“实验问题解决能力（Experimental Problem-solving Ability）”是学生能“清楚地定义一个问题，提出可测试的假设，设计和执行实验，分析数据，并得出适当的结论”［16］。
国内文献中，少部分学者明确提出了“化学实验素养”的概念，并对其进行了测评研究。2001年，卢存军指出化学实验素养是实验品质、实验技能和实验科学习惯的综合［17］。2006年，范志鹏指出化学实验素养是化学实验活动中个人修养所达到的专业程度及其表现［18］。2008年，赵华发文指出实验能力是化学学科学习中的一个重要能力素养，实验能力考查应兼顾实验思想、实验能力、动手敏捷性、真实场景中的驾驭能力于一身的考试［19］。訾俊峰与范志鹏对化学实验素养的概念界定相同，訾俊峰认为化学实验素养主要包括：科学态度和科学作风、刻苦钻研、永不放弃的精神［20］。
2010年，魏锐、王磊认为化学实验素养是分析、解决化学实验问题，以及完成化学实验活动必需的实验能力、实验习惯和实验品质［21］。2017年，毛傲提出化学实验素养是进行化学探究实践过程中个人化学专业素质和科学探究能力的综合表现［22］。2021年，胡红杏定义了化学实验素养是学生在分析解决化学实验问题以及完成实验活动时，所表现出来的必备品格和关键能力［23］。
化学实验能力指的是学生运用化学实验，认识、探究化学物质的组成、结构、性质及其变化规律的能力，其包含操作、观察及认知等成分。而化学实验素养是个体进行化学实验探究活动过程中逐渐形成的综合表现，包含实验基础知识、实验基本技能、实验探究能力以及实验情感态度价值素养等要素，实验基础知识和实验基本技能是开展实验活动的基础，需要学生掌握基础的化学学科知识和实验基本技能；实验探究活动是化学实验的主要呈现形式，学生需具备问题提出、实验设计、实施、基于证据的推理分析和评价的能力；实验情感态度价值素养体现出对待化学的科学态度与科学精神。可见，化学实验素养包含化学实验能力而又高于化学实验能力，是化学实验能力与化学实验情感态度价值观的有机融合，发展学生的化学实验素养是进行化学实验活动的价值体现。
3 化学实验素养的内容框架
学生化学实验素养应包含哪些部分，不同国家或个人有不同的阐述。
美国化学会认为所有取得化学学位认证的学生都应该在化学概念和实验室实践方面得到很好的训练，为了成为卓越的科学家，学生需要掌握各种技能［24］。具体包括：（1）解决问题的能力；（2）化学文献技能；（3）实验室安全技能；（4）沟通技巧；（5）团队技能；（6）职业道德。
可以发现，美国化学会所提出的学生化学实验素养可分为三部分：实验基础素养（包含化学文献技能、实验室安全技能）、实验探究素养（解决问题的能力、沟通技巧、团队技能）、实验价值素养（职业道德），因是对化学专业大学生的实验素养要求，可能在某些方面与对中学生的要求不完全相同，但两者具有较多相通之处。例如解决问题的能力、沟通技巧、团队合作意识、实验道德素养等对不同阶段的学生亦是非常重要的化学实验素养。
化学实验活动可帮助学生获得第一手经验，并进一步为他们提供了探索科学研究的机会。1973年，Shulman， L.S.和Tamir， P.提出运用实验活动让学生获得以下五种目标：（1）获得技能（操作、探究、调查、组织、交际）；（2）理解化学概念（假设、理论模型）；（3）获得认知能力（批判性思维、解决问题、应用、分析、综合）；（4）理解科学的本质（科学企业、科学家及其工作方式、存在科学方法的多样性、科学与技术之间以及科学各学科之间的相互关系）；（5）培养良好的科学态度（好奇心、兴趣、冒险精神、客观性、精确性、信心、毅力、满足感、责任感、共识、合作，喜欢科学）［25］。
在科学教育的文献中，实验教学经常与实验室工作或实践工作的概念一起讨论。Hofstein和Lunetta（2004）在他们的综合评论中提出，实验经验被提倡用来促进关键的科学教育目标：（1）对科学概念的理解；（2）兴趣和动机；（3）科学实践技能和解决问题的能力；（4）科学的思维习惯；（5）理解科学的本质［26］。
众多学者所阐述实验教育目标，亦可看作是他们所理解的化学实验素养的构成要素。
卢存军认为化学实验素养是基础化学实验内容的重要组成部分，是实验品质、实验技能、实验科学习惯的综合。他从六个方面设立其培育目标：（1）能明确实验目的要求及原理，了解实验内容及过程；（2）能独立准备符合实验要求的仪器及用品；（3）能熟练掌握基本实验操作技能；（4）能有效感观化学实验信息，并进行科学分析；（5）遵守实验室规则，具备积极的科学态度；（6）能按时并独立完成实验报告［27］。