基于学科育人的高中化学实验教学研究与实践

摘要： 高中化学课程发展学生核心素养要精心设计与实施以实验为主的科学探究活动。针对实验教学的“短板弱项”，以课题研究为依托、以“教研训一体化实践模式”为推进范式，开展基于学科育人的高中化学实验教学的研究与实践，总结提出基于学生发展的实验教学系列原则策略和基于学科核心素养导向的实验教学取向，揭示了实验教学的科学实践本质意蕴。

关键词： 学科育人; 实验教学; 高中化学; 科学实践

文章编号： 10056629（2022）09006406

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

2013～2021年间，湖南省教育科学研究院（以下简称湖南省教科院）依托省教育科学规划资助课题，以“教研训一体化实践模式”为工作推进范式，持续八年聚焦“基于学科育人的高中化学实验教学研究与实践”，充分揭示实验教学功能与独特育人价值。本文在概述研究工作推进机制、实施现状调研和文件政策要求的基础上，基于高中化学实验教学的价值理性，立足“学生发展、素养导向、实践本质”三个层面进行具体阐述。

1 基于学科育人的高中化学实验教学研究与实践推进范式

2013年12月，湖南省教科院遴选30余所高中学校开展基于学科育人的高中化学实验教学研究与实践。研究方向由“基于学生发展的高中化学实验教学策略”深化为“学科核心素养视域下实验教学取向”，并凝练提出实验教学的“科学实践”本质。

从方法论而言，研究始终坚持问题导向和目标导向。问题导向正向设计： 基于学生发展确定高中化学实验设计、呈现和评价的基本原则与策略;目标导向逆向设计： 基于实验教学核心素养功能提炼素养导向的实验教学取向。通过“双向”研究实践揭示实验教学的科学本质。

从工作推进机制而言，创新构建并实施了“教研训一体化实践模式”（如图1所示）。该模式将教师在教学中面临的真实问题提炼转化为研究课题，通过对课题的深入研究形成科学的解决策略，再将课题研究过程及成果转化为教师培训专题，为教师解决类似问题提供思路和方法，在“问题课题专题”的循环中不断积累和传播教学实践智慧，从而大面积提高教师专业化水平[1]。基于学科育人的高中化学实验教学的理论研究、成果提炼、模式推广正是源自该实践模式的应用[2]。

2 高中化学实验教学的现状及政策分析

2.1 高中化学实验教学现状调研

湖南省教科院选取不同地域、不同层次的普通高中学校进行实地调研访谈，内容涉及学生对化学实验的态度与兴趣、参与意识、实验操作、实验思维、创新意识以及实验功能认识、实验教学方式与评价等内容。调研显示： 学生普遍对化学实验充满期待，渴望能亲自动手实验与探究，但学生在实验活动中的实验思维能力、创新意识与创新能力整体偏低，需要合理设计探究式、开放性、创新性实验发展学生的高阶思维能力。调研发现还存在以下主要问题： 一是多数教师的实验教学具有随意性，且形式单一、数量不够，部分学校甚至以演示实验或课件替代实验教学内容，学生分组实验和合作探究活动变得可有可无;二是不能科学有效地设计实验探究活动，导致探究实验教学有名无实，教学效率与质量偏低;三是实验形式与功能匹配不尽合理;四是实验教学评价机制不健全，无法对化学实验教学进行有效评价与检查落实。显然，解决上述问题亟需采取“自上而下”的刚性文件要求和“自下而上”的实验教学改革探索。

2.2 实验教学改革政策文件简析

2018年1月教育部颁布的《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“课程标准”）基本理念是： 以发展化学学科核心素养为主旨，重视“素养为本”的教学。倡导创设真实问题情境，开展以化学实验为主的多种探究活动，充分认识化学实验的独特价值，精心设计实验探究活动，促进学生学习方式的转变。强调通过亲身体验、具身实践提升学生的化学实验能力与实验思维能力，发展学生的化学学科核心素养。

2019年11月，教育部发布《关于加强和改进中小学实验教学的意见》（教基[2019]16号）明确要求构建实验教学课程体系，改进实验教学方式，开展基础性实验和拓展性实验（含探究性实验、创新性实验、综合性实验）等。2019年6月，国务院办公厅发布《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》（国办发[2019]29号）要求深化课堂教学改革，认真开展验证性实验和探究性实验教学。2020年12月，教育部副部长郑富芝在义务教育课程标准修订会议上强调要在实践育人上多下功夫，让实践要求更实;要明确实践育人的具体要求，形成刚性约束，实验教学作为学科实践的重要方式尤其要发挥重要作用。国家政策文件加强顶层设计、完善课程体系、优化课程目标、转变育人方式也正为基于学科育人的高中化学实验教学研究与实践赋能助力[3]。

3 基于学科育人的高中化学实验教学的实践探索与研究

3.1 构建基于学生发展的高中化学实验教学系列原则与策略

基于学生发展聚焦实验设计、呈现、评价三个关键环节，总结形成高中化学实验教学系列原则与策略。

3.1.1 实验设计的基本原则与策略

高中化学实验设计的首要原则是要基于现实教学情境的“可行性”和“真实施”。化学实验设计从本质上是课程标准、教材“校本化”和“生本化”实施的过程，实验设计的应用价值在于其现实教学情境的“可行性”和“真实施”，绝非简单的静态文本规划。教学实验设计的目的就是将现实情境下教师设计或加工的“静态文本”转化为学生“动态体验”的过程。这种“静态文本”可能是课程标准和教材中已经设计的实验活动，也可能是教师根据实际需要对课标教材实验的改进和完善，还可能是教师创造性的设计。无论源自何种实验设计，其最终指向是在教学过程中教师的演示实验或学生的动手实验。

其次，要体现“通过实验学习化学”的学科特征。化学实验最主要的功能是让学生通过实验学习化学，实验教学研究不能仅仅停留在对实验装置的改进、实验条件的探究上，而要研究如何通过实验让学生形成化学的基本观念、学习化学的基本方法、理解科学探究的本质，注重实验过程与教学过程的有机融合。

三是，要体现“以实验为基础”的学科教学观。实验不仅是激发学生学习兴趣的工具，而且是体验、强化科学探究过程形成创新意识的重要途径，是学生重要而基础的化学学习方式。“以实验为基础”并非只有“做实验”，运用实验方法论、实验事实、实验史实开展实验设计同样也包括在内。

四是，要体现实验教学的学科教育功能。化学实验功能常被窄化为激发学习兴趣、加深化学原理规律的理解、训练实验的基本技能等方面。其实质是将实验教学从属于知识教学，偏重学科知识和技能本身的学习，

只注意实验的教学功能而忽视其教育功能，使实验失去了应有的独立地位。正如扬州大学吴星教授所指出的： 实验教育功能的挖掘永远比实验改进更重要。实验的教育功能是指实验对培育学生的情感、思维能力、知识掌握、实践能力等各方面所能发挥的作用等。

高中化学实验设计的首要策略是要注重教材实验的二次设计。教材实验在设计时常将普适性作为其重点考虑的内容。实际教学中，由于各方面原因，可能导致教材实验的药品、仪器或其他条件不能完全满足实验的开设，教师就应因地制宜灵活采取各种临时性和补救性的措施，确保实验能“等同”实施，这种临时性和补救性的过程被称为教材实验的二次设计过程。实验的二次设计就是实验的本土化、校本化、生本化过程，也是形成实验教学特色的过程。

其次，要注重化学体系设计。化学体系的设计（物质体系选择）是化学实验设计中的核心要素，化学体系的筛选、对比、优化的过程就是化学实验能力和素质培养提升的过程。

三是，要注重科学素养的培养。实验设计与实施不仅能提升学生的学科方法与学科思维，也能学会与同伴交流、尊重他人的意见和想法，体会化学实验的奇妙、严谨和科学，从而提高科学素养[4]。

3.1.2 实验呈现方式的基本策略

化学实验呈现方式是指根据一定的化学实验教学目标，为了达到最优化的教学效果，对化学实验内容的表达形式以及对化学实验教学活动的规划进行设计，包括陈述式、干预式、探究式等方式。

高中化学实验呈现的首要策略是要紧扣实验目标的落实。实验教学目标是实验设计和实验呈现方式选择的依据。实验教学目标可以分为认知领域、技能领域、过程与方法、情感态度与价值观等几个维度，在不同的实验目标维度中又可以分为若干个不同的水平层次，实验呈现方式的不同在相应维度的选择层次上也不尽相同;其次，是要基于真实教学的基础。实验呈现方式选择时要体现师生学习的真实环境、真实资源、真实水平等，即“真实教学基础”;三是要挖掘核心素养。不同的实验呈现方式蕴含的学科教育价值也不相同，根据实验教学目标的差异，在实验呈现方式的选择中要有计划、有步骤、有针对性地挖掘和呈现学科核心素养[5]。

3.1.3 实验教学评价的基本原则与策略

实验教学应重点关注全员评价、全程评价、全面评价、全局评价。全员评价原则是指参与学习的每一个对象都应得到来自不同主体的评价反馈，而且这种评价反馈是积极的、正向的、发展性的;全程评价原则是指在化学实验教学的每个阶段、每个环节、每个问题解决关键点都应评价;全面评价原则是指化学实验教学评价要关注教学目标、教学价值、教学功能的实现，充分体现“评价为教学服务并服务于学生的全面发展”;全局评价原则是指在化学的各种类型的学习活动中要充分发挥评价的诊断发展功能，包括学习空间、课堂教学、教师引导、学生学习等不同的对象和层面。

实验教学评价策略首先要坚持“教、学、评”一体化评价策略。即“所学即所教”“所教即所评”“所学即所评”;其次要坚持评价目标任务一致性策略，注重“两个一致性”，即： 教学目标与评价目标一致性，学习任务与评价任务一致性，防止评价目标的虚化、泛化，切忌评价目标游离于教学目标和教学内容之外;三是坚持核心素养导向的评价，紧扣高中化学五项学科核心素养和学科核心概念，着力体现评价的素养诊断与发展功能等[6]。

综上，基于学生发展的高中化学实验教学系列原则与策略可归纳如下（如图2所示）。

3.2 确立学科核心素养视域下的化学实验教学取向

化学学科核心素养不是彼此孤立、静态、割裂的五个具体条目的堆砌，而是相互联系、动态发展的系统整体，是学生正确价值观、必备品格和关键能力全面发展的综合表现。化学实验为学科核心素养的整体发展提供了学科特质的、独有的、不可替代的学科实践活动途径。学科核心素养视域下的化学实验教学是在正确价值观的指引下（体现社会价值），以关键能力为实践手段（体现工具和技术价值），以必备品格为内在驱动力（体现个性心理品质价值），指向真实情境下问题解决的一种复杂的教学活动和学习活动。

3.2.1 化学实验教学应聚焦关键能力的发展取向

化学实验的本质是科学实践活动，离不开科学思维的理论指导。根据PTA（基本要素分析法）理论，核心素养视域下化学实验教学的关键能力包含科学思维能力和科学探究能力。

化学实验教学发展的具有化学学科特质的科学思维有： 宏微结合、符号表征、变化平衡、证据推理、模型认知以及实验归纳等学科认识传统等;此外还有比较与分类、分析与综合、归纳与演绎、判断与推理、外在与本质、科学假说、类比等重要思维方法。这些思维方法蕴含着丰富的化学哲学以及形式逻辑和辩证逻辑思想，能在更高层面指导实验探究活动。化学科学思维中表现出的外在与本质、个性与共性、变化与平衡是辩证逻辑的重要内容;比较和分类是“穆勒五法”确定事物因果关联求异法、求同法的思维基础;分析与综合更是蕴含着哲学“还原论”和“整体论”的思想等。可见，化学实验教学发展的科学思维能力是多层面、多角度和系统化的。

科学探究主要有两种观点： 一是科学探究是过程技能的集合;二是科学探究能力是科学思维和科学推理能力。学者徐睿（2012）提出的文献探究能力和实验探究能力，刘东方（2018）的科学一般探究能力与探究角度、探究思路相融合的思想属于两种观点的融合。