中学化学教材学生实验的发展研究

人民教育出版社课程教材研究所(100081) 郭 震

化学实验对于学生理解化学原理、掌握物质性质，并将化学理论应用于实践具有重要意义，是化学研究和化学教育的基础，也是学习化学的主要途径。我国化学教育自清末诞生以来，实验始终是化学教材和化学教学的重要组成部分，其独特的功能和地位是教材中其他内容无法代替的。按照实验主体的不同，习惯上将化学教材中的实验分为教师演示实验和学生实验。目前，有关化学实验的研究主要集中在实验方法改进和实验教学探索上，对其发展变迁关注较少。已有研究多以教材正文中的演示实验为主要对象，对学生实验的发展研究主要集中于当代教材，尤其是课程改革新教材中的学生实验，缺乏对近现代教材相关内容的整理。本文对我国清末至今化学教材中学生实验活动的发展过程和变迁规律进行初步梳理和分析，以期为化学实验教学提供参考。

1 不同时期化学教材中学生实验的发展概述

1.1 清末民国时期化学教材中的学生实验

我国化学教材自清末时便编入了化学实验，但清末和民国初年的化学教材未将学生实验或演示实验作为栏目单独列出，对实验的相关叙述较为简略，一般只描述实验过程和现象，很少涉及实验用品和操作注意事项。其主要作用是配合教师的演示向学生呈现化学事实，学生难以据此进行独立的实验操作。这一时期我国出版了一些与化学教材配套的“化学实验教科书”和“化学实验教程”，如《初等实验化学教科书》(饭冈桂太郎 著，华申祺 译，上海文明书局，1907年)、《化学讲义实验书》(龟高德平 著，虞铭新 译，上海普及书局，1909年)等，主要译自日本。其内容是对中学化学教材中各处实验的具体操作进行详细说明，收录实验的数量繁多，如《化学讲义实验书》收录了100多个实验(如图1所示)。其中的化学实验可被视作现代意义的学生实验活动的雏形，同时也兼作教师的实验准备参考资料。

图1 《化学讲义实验书》的封面、部分目录和化学实验

清末和民国初年，我国的化学课程文件没有对学生亲自动手实施的化学实验(即“学生实验”，或称“实验室实验”)进行明确要求。1923年，北洋政府教育部颁布的《新学制课程纲要 高级中学第二组必修的化学课程纲要》第一次明确规定了中学化学课程的“实验纲要”，列出20项实验要求，同时注明“但示其范围大概，各条中有非一二次所能作完者，其实际课程可临时酌定”。此后，我国的化学课程文件开始列出具体的学生实验内容。例如，1932年的《高级中学化学课程标准》列出“加热装置与玻管使用法”“过滤与蒸馏”“硫酸”“炭化轻[即碳化氢(烃)，笔者注]”等28项实验内容，1936年的《初级中学化学课程标准》列出“灯之用法及试管中加热法”“氧之制法及性质”“酸碱之性质”“食物之成分”等15项实验，明确了学生实验的内容。

为适应课程标准的要求，民国时期的出版机构延续清末化学教材的做法，未在化学教材内增加“学生实验”栏目或相关内容，而是继续单独出版与教材配套的化学实验教程，如商务印书馆出版与其“复兴教科书”配套的《复兴初级中学教科书化学实验》(1936年)、《复兴高级中学教科书化学实验》(1948年)，正中书局出版与“新中国教科书”配套的《新中国教科书初级中学化学实验教程》(1947年)，等等。这些实验教程以学生为服务对象，以课程标准中“实验教材”规定的学生实验为核心内容。一般在第一个实验中详细介绍化学实验的基本操作，为后续学生亲自操作奠定基础；对实验目的、实验仪器和药品、实验操作和注意事项进行了详尽的描述，并在每个实验后附“问题”，启发学生进一步了解实验内容和原理，深化对相关知识的理解。以上两种实验教程均被设计为活页形式，便于学生送交教师批阅，需要学生观察记录的实验结果则被设计为对应的填空(如图2、图3所示)。

民国时期的化学课程标准虽几经修订，但其中有关学生实验的内容变化不大。同时由于其间爆发了抗日战争和内战，局势动荡，出版机构自身也受到很大影响。各版本化学教材多沿用20世纪30年代初的内容，配套实验教程中学生实验的数量和内容基本保持稳定。学生实验与化学教材中的教学内容匹配度较高，初中主要为氧气、氢气、二氧化碳和酸碱盐等基本物质的制备与性质实验，加热、玻璃加工、过滤等基本实验操作，以及食物成分、纤维鉴别等生活化内容；高中则以各类元素化合物的性质实验为主，其中包含了部分过渡元素和长周期元素的性质实验，学生实验的数量较多。

1.2 新中国时期化学教材中的学生实验

新中国成立初期，教育领域全面学习苏联，通过制定教学大纲规范教材和教学，化学教材严格依照教学大纲进行编制，二者具有很高的一致性。1954年的《中学化学教学大纲(草案)》指出：“大纲中所规定的教师演示和学生实验都是完成大纲所规定的教学任务的重要组成部分，教师应切实遵照规定进行讲授，作好演示，并指导学生进行实验”，课程文件还同时列出了与各部分知识同步对应的学生实验的内容。此后至今，除21世纪初新课程改革时期的十余年外，我国初、高中化学课程文件均明确区分教师演示实验和学生实验，并对其内容进行具体规定。

这一时期的化学教材严格依照教学大纲的要求，一般在全书最后集中编入“学生实验”(或称“实验室实验”)。这一时期教材中的学生实验，与各章涉及的基本实验操作和重点物质性质的教学相匹配，明确给出实验目的、实验用品和实验步骤。人民教育出版社在1955年出版的初中化学教材，开始在学生实验的起始部分介绍实验安全注意事项，1982年版初中教材的学生实验中首次出现了“问题和讨论”，让学生就实验活动中遇到的问题进行讨论和交流，使其在动手操作、巩固知识的基础上进一步反思，提升学生实验的思维深度和知识容量，促进了化学实验教学的发展。这样的学生实验编写形式多年来一直保持稳定，并被现行的初中化学教材(2012年版)和高中化学教材(2019年版)所继承。本时期的特殊情况是2000年后各出版社出版的初、高中课程标准实验教材。这一批教材根据当时课程标准的要求，突出科学探究，提倡学生在做中学，淡化演示实验和学生实验的区别，未单独列出学生必做实验。

1956年的《中学化学教学大纲(修订草案)》规定“学生实验又可以分两种形式进行：一种是实验作业，这是跟教师讲解教材相结合的实验；另一种是实习作业，这是在学过一个题目或部分教材以后，在教师指导下，由学生单独或分组进行的实验”，实习作业“包括一些实验习题，也就是通过实验来解决某些问题的作业”。此后的化学教材在学生实验中一般均编入“实验习题”，通常设置在几个相关实验之后，包含几个独立的问题，不给出实验药品和步骤提示，让学生运用所学知识自行设计并实施实验方案。这些实验习题能够使学生获得使用和鉴别物质的技能，了解化学知识的应用，从而更充分地理解教材内容，提高分析和解决问题的能力。

2 化学教材中学生实验的发展与变化

清末民国时期，20世纪20年代前的化学课程文件未对学生实验进行具体要求，相关的配套实验教材数量贫乏，且内容差异较大。故新中国成立前的学生实验选取三四十年代使用最为广泛的商务印书馆“复兴化学教科书”的配套实验教材——《复兴初级中学教科书化学实验》和《复兴高级中学教科书化学实验》中的学生实验作为代表，其余时期则选取人民教育出版社出版的全国通用初、高中化学教材作为各时期代表性化学教材，对其中的学生实验活动进行梳理和分析。

2.1 化学教材中学生实验的数量变化及原因分析

图4和图5统计了各时期初、高中化学教材中学生实验的数量。可以看出，从20世纪30年代至今，学生实验的数量在整体上呈现下降趋势，个别时期的数量有所回升。民国时期初中的学生实验为15个，高中为38个，都明显多于新中国成立后化学教材中的学生实验。主要原因是民国时期初中的课程标准和教材强调联系生活，加入了一些如食物的成分、鉴别纤维、去污法等实用化、生活化的学生实验；同时，高中化学教材的教学内容较为庞杂，元素化合物种类繁多，因此编入了铜、汞、银、铬、锰等过渡元素和铅、锡等长周期元素及其化合物性质的学生实验。

图4 不同时期初中化学教材中学生实验的数量

图5 不同时期高中化学教材中学生实验的数量

新中国成立后，教学内容强调学科知识的系统性，对以上民国化学教材中较为庞杂的内容进行了适当精简。此后至今，初中教材中的学生实验为8～13个，高中为18～30个。初中教材中学生实验的增加，一次是50年代末至60年代初，“大跃进”背景下编写的提高教学要求的教材，增加了硫酸铜重结晶、配制溶液、铁及其化合物的制法和性质等实验；另一次是70年代末，为缩小与先进国家的差距，初中化学教材增加教学内容，提高了教学要求，教材中出现了结晶水含量测定、溶解度曲线绘制等要求较高的定量实验，以及因高中内容“下放”而引入的卤素和碱金属的性质实验。相应学生实验的数量增加到13个，是新中国成立后数量最多的时期。此后，在“减负”的大环境下，教学大纲和教材精简内容，降低教学要求，学生实验的数量有所减少。

与初中教材相比，高中化学教材的知识体系比较系统，教学内容相对稳定，其中学生实验的数量变化相对较小。较明显的一处变化发生在90年代，此时教材的必修第一册增加了有关化学实验基本操作的学生实验，选修第三册因设有“化学实验方案的设计”“物质的检验”两章而相应增加了学生实验，总数达到新中国成立后最多的30个。另一处需要说明的是50年代和60年代的高中教材。我国50年代的高中化学教材学习苏联，学生实验主要按元素类别进行分类，每个实验中包含很多内容。如“实验VIII硫的实验”，包含硫的熔化、弹性硫的制取、硫和铁的化合物的制取、对亚硫酸的认识、硫酸的性质等14个子项，实验内容繁多。尽管此时的化学教材使用了曲管、玻璃片等较为简便的微型实验装置，但由于实验内容过多，而当时国内中学的实验条件有限，学生实验活动的实际开展情况仍受到一定影响。因此，60年代的化学教材在编写时汲取了编译苏联教材的经验教训，注意结合国情对学生实验的内容进行精简。例如，曾有14个子项的“氮的实验”在精简后被分为“氨的制法和性质”“铵盐的制取和性质”“硝酸和硝酸盐的性质”这3个独立的学生实验。学生实验的数量虽然只是从27个减少到25个，但由于只保留必要的少数实验，实验主题更为明确，师生负担得到明显减轻。

学生选做实验在改革开放前的化学教材中尚未出现。80年代的化学教材在减轻学生负担、降低教学要求的过程中，将少量学生实验改为选做实验。90年代的教材大幅增加了选做实验的数量，初中有8个，高中12个。在这些实验中，一部分是要求较高的化学原理类定量实验，如溶解度和阿伏伽德罗常数的测定；还有一些趣味性、实用性强的实验，如“火龙写字”、番茄电池、天然水的净化、从海带中提取碘的实验，以及可根据课时和学校条件选用的、密切配合教学内容的实验，如金属的电化学腐蚀、乙炔的制取和性质、苯和甲苯的性质、合成有机高分子化合物的性质等学生实验。

2.2 化学教材中学生实验的内容类别变化及原因分析

以制备和性质实验为主，如粗盐的提纯，氧气、氢气、二氧化碳的制取和性质，酸、碱的性质等。根据图6中的统计数据，在初中化学教材的学生实验中，制备实验占1/3左右，但绝对数量的波动较大。性质实验的数量一直最多，在50年代的化学教材中占绝对优势，超过70%，此后其比例下降至40%～50%。概念原理类实验在民国时期的学生实验中约占1/3，其内容除基本化学实验操作外，还包括空气中氧气含量的测定、溶液的性质等实验，数量较多。在新中国成立后的教材中则从无到有，呈逐渐增加的趋势，1978年版初中教材中的数量最多，包含测定硫酸铜晶体里结晶水的含量、测定硝酸钾在水里的溶解度并绘制其溶解度曲线图，以及配制悬浊液和乳浊液等概念原理类实验。其中部分实验的操作要求较高，或有定量要求，学生实施难度较大，在80年代的修订中或被删去，或改为选做实验。90年代的教材则编入化学变化的现象和分子运动这两个容易实施的概念原理类实验。

图6 不同时期初中化学教材中各类学生实验的数量与比例

图7统计了不同时期高中化学教材中各类型学生实验的数量与比例。由于高中阶段化学教材的知识体系比较完整，有大量元素化合物的性质需要学生通过实验进行验证，因此从实验类型看，除2019年至今这一时期外，性质实验的数量始终最多，占50%～60%。制备实验在民国时期和五六十年代的教材中较多，约占1/5到1/3。教材在不少元素化合物的性质实验之前，也编入相应的制备实验。但这类实验在改革开放后化学教材中的比例明显下降，低于15%，一般只保留制备氨、胶体、甲烷、乙烯、乙炔、乙酸乙酯等重要代表性物质的少量制备实验。2019年后出版的高中教材只保留简单配合物和乙酸乙酯的制备实验，其比例仅占8%。

图7 不同时期高中化学教材中各类学生实验的数量与比例

整体上看，高中教材中概念原理类实验的比例呈现增加趋势，民国时期和五六十年代高中教材中的数量较少，一般只有周期律和周期表的相关实验、电解质溶液的相关实验，以及一定浓度溶液的配制等少量实验。1979～1980年版高中教材由于新增教学内容，提高理论水平，学生实验中概念原理类实验的比例也相应提高，达到1/3。编入阿伏伽德罗常数的测定、中和热的测定、化学反应速度与化学平衡、分子量的测定、中和滴定、原电池和金属的电化腐蚀、电镀等实验，扩大了学生实验对教材中理论性知识的覆盖面。80年代的五年制高中教材为减轻学生负担，删去阿伏伽德罗常数和中和热测定这两个定量实验，同时编入原初中教材测定硫酸铜晶体结晶水含量的学生实验。90年代的教材恢复了原有的一些定量实验，将部分内容编入选做实验，同时还增加了电解质溶液、化学实验基本操作等学生实验。2019年后出版的高中教材，由于新增了“选择性必修2化学反应原理”模块，教材编入了燃料电池、平衡移动、盐类水解等化学原理类学生实验，必修教材也增加了化学反应速率、化学能转化为电能等实验。概念原理类实验的比例上升至56%，体现了新时期高中教材从关注物质性质等知识性内容转向化学原理等方法性、观念性内容的教育理念变化。

3 小结

近代以来，我国化学教材中的学生实验活动从无到有。其呈现形式从民国时期单独出版配套学生实验教程，发展为新中国时期与教材正文一体化编写出版，或融入各章，或在书后集中呈现，已经成为化学教材不可缺少的重要组成部分。21世纪初，实验版化学课程标准为凸显知识的生成性，培养学生的创新能力，提倡通过科学探究来学习化学，未对学生实验进行明确规定。据此编写的各版本初、高中化学教材在编写“实验化学”模块的同时，不再区分演示实验和学生实验，学生实验作为一个独立的栏目从教材中消失。受传统升学观念和教育、考试方式的影响，以及学校软、硬件条件的制约，选修“实验化学”模块教材的地区很少，必修阶段的学生实验活动难以开展，中学的化学实验教学受到严重影响。

针对这一情况，2011年版初中和2017年版高中化学课程标准恢复了对学生实验的明确要求，列出应组织学生完成的“学生必做实验”，此后出版的化学教材重新编入学生实验栏目，受到师生的普遍欢迎。多年来的教学实践表明，现有条件下，在化学教材中列出学生最低程度必做的实验，不仅提高了教材的整体性和系统性，便于师生使用，而且能够为教育装备部门和学校保障实验活动的开展提供依据，有效地巩固和提高学生的实践与探究能力。

化学教材中教师演示实验的内容较为重视知识的生成性，学生实验则习惯上通过明确实验活动的目的、原理、仪器试剂、操作步骤，引导学生得出实验结果，着眼于单元重点知识和技能的验证与巩固。其传统意义上的定位决定了学生实验与中学化学教材和教学密切相关，其主要内容多年来基本保持稳定。由于化学具有作为成熟自然科学的学科属性，化学教材中一些经典的制备实验、性质实验和概念原理实验得以传承，为不同时期的学生在实践中掌握物质性质、理解化学原理、进行化学应用发挥了重要的作用。

与此同时，化学教材中学生实验活动的传统定位也使其在内容设置上过于强调学科本位，局限于就知识进行实验，实验内容与教材正文的演示实验存在一定程度的重复；验证性实验多，探究性实验少，对过程体验和创新精神关注不足。实验技能训练亦较为专业，缺乏对化学应用背景的情境描述，对学生生活和社会实际关注不足。由于各地经济和教育发展水平存在显著差异，受学校仪器装备条件制约，化学教材中的学生实验大多为使用传统仪器的定性实验，定量实验仅有溶液配制和中和滴定，缺乏数字化实验和微型实验，与化学学科发展与应用的定量化、绿色化趋势不相匹配。

回顾和梳理百年来化学教材中的学生实验，为我们从历史和现实的角度理解其内容与呈现的变化，更好地开展实验教学，实现化学实验在培育化学学科核心素养方面的功能提供了有益的参考。实验是化学学科的重要特征，实验教学在化学教育中发挥着重要作用。化学教材中的学生实验活动作为培养学生实验能力最直接的途径，随着化学学科和教育教学理念的发展，其内容的选择与呈现需要与时代同步，并充分考虑国情。在使用更科学合理、先进环保的实验手段和实验仪器改进传统学生实验的同时，可以将相关内容拓展为选做实验，促进教材中学生实验的数字化、微型化和绿色化，提高实验活动的选择性和可操作性。在实现巩固基本知识和技能等传统定位的同时，不断更新教学理念，在学生实验中融入化学的应用背景和创新元素，通过项目任务等途径，加强与生活、社会及其他学科的联系，提高学生实验的综合性、探究性和实践性，以更好地实现化学学科的育人价值。