化学校本实验课程的建构

曹葵 黄文君

摘要：化学是一门以实验为基础的学科，突出实验特色，建设实验课程尤为重要，在教学中定位为体验科研、启德修为，具体细化为培养学生的科学精神、树立科学思想、养成科学习惯和训练科学方法四个目标。要建立系统性实验课体系，须以知识为明线，科学方法培养为暗线，在教学中引导学生逐步进行深化研究，充分发挥化学学科特点，转化学生学习方式，形成一种化学实验教学新模式。

关键词：核心素养  化学实验  科学思维  科学方法  研究性学习  校本课程

引用格式：曹葵，黄文君.化学校本实验课程的建构[J].教学与管理，2023（01）：57-60.

化学是一门以实验为基础的自然科学，化学实验不仅是化学学科的基础，也是培养学生创新精神的必要过程。但大多数安排实验教学的学校也仅仅进行传统形式的验证性实验，缺少探究性实验和项目式教学的实践，实验的独特地位和特殊功能没有得到充分体现[1]。

化学学科知识可以分为实体性知识、方法性知识、意义性知识[2]。学生学习过程中主要获得实体性知识，而核心素养中要求的证据推理与科学探究属于方法性知识，需要学生在实际操作中获得，在操作时学生才会真实地遵循学科知识的内在逻辑结构开展实验探究，才有可能得到学科素养的有效提高。实验思维和方法是科学素养的核心，是获得实验事实的本质属性的高阶能力[3]。当前常规教学承担了非常繁重的各类迎考任务，除了必要的规定实验之外已经不可能安排其他的实验内容。因此，课标中要求学校安排校本课程时间就成为化学学科发挥实验特色的重要机遇。

一、校本实验课程宏观定位

应试教育下培养的学生缺少批判精神，学生没能掌握良好的科学素养[4]。2022年开始施行的新的《科学技术进步法》第九条规定：学校及其他教育机构应当坚持理论联系实际，注重培养受教育者的独立思考能力、实践能力、创新能力和批判性思维，以及追求真理、崇尚创新、实事求是的科学精神。故此校本课程的目标就定位为体验科研、启德修为，具体细化为四个目标：培养学生的科学精神、树立科学思想、养成科学习惯和训练科学方法。确定了宏观定位之后，才能确定整个课程的体系和内容，才能确定每一个实验课的具体知识性要求。

1.科学精神培养

科学精神是尊重理性的人文主义精神;是尊重实验和观察，发挥人类理智创造力的精神;是坚持以经验探索和理性分析判断真假是非的精神[5]。在常规教学实验中有学生在实验过程中出现和教材讲述现象不一致的情况，但是学生在实验报告中会习惯性地将教材中提到的现象写在实验报告中，这样不利于培养学生的科学精神。

批判质疑可以说是科学精神的精髓[6]。在带领学生进行实验前，教师要阅读大量的文献资料，从中选定方法、结论有差异的文献，提前将不同观点的文献发给学生，让学生自己在阅读中发现问题、找出不同，学生在对比不同观点的时候自发地发扬批判质疑的精神。例如《氢氧化亚铁制备条件研究》这个课题一直是研究热点，每年都有文章发表，但是不同的论文不仅方法差异大，有的还会指出其他方法的不足甚至理论缺陷。在进行这个课题时，学生在阅读了教师精选的观点冲突的文献后，就要自己判断这些文献中的各种方案哪个可信可行，哪个可疑不可行，而后再进行实验验证。实验开始前阅读的过程就是一个批判质疑的过程。

学生的质疑精神需要在实验中培养，敢于对权威质疑是培养科学精神的最高境界。例如去除食盐中的可溶性杂质是高一的一个必做实验，因为不同版本教材给出的实验步骤不尽相同，可以提问“这些方法都对吗？会不会有错的？”激发学生进行研究探索的兴趣。科学精神培养不是依靠说教和讲故事，而是需要身体力行，让学生在实践中学会质疑。

2.树立科学思想

科学思想是人类认识自然科学的理论思想，是从自然科学研究中提升出来的哲学思想[7]，教学中的科学思想不能单纯依靠课堂上的说教，而主要依靠学生在自己操作中学习与体会。学生在学习中过多地进行机械背诵，也更喜欢接受各种简单易记的口诀甚至秘籍，却忽视知识获得的逻辑关系。学生在以往的学习过程中，由于被动记忆很多，而缺少对科学思想的有效认知，所以在实验中想当然的情况非常普遍，不重视科学推导的逻辑。

对学科思想的认识需要一个过程，可以通过在结课前进行答辩或者宣讲活动，让学生有一个自我展示的机会，训练学生的表达交流能力、概括综合能力、推理辨析能力。发现其他同学在实验中的问题是能力的体现，对他人问题冷静分析后的回答也是能力的体现。训练前学生会对提问者说：“你的问题我没考虑到”，而经过训练，学生就会在宣讲前对自己的实验进行全方面的思考，答辩与宣讲环节有助于提高学生的综合素养[8]。

3.养成科学习惯

习惯的养成不是一蹴而就的，习惯是一种自然的行为，是一种条件反射。做实验、学科学就要对学生进行必要的习惯养成训练，而学生罔顾事实按照教材写实验报告则是一个坏习惯，是应试教育强加给学生的习惯。为了让学生养成随手记录实验现象和数据的习惯，给学生统一发实验记录本，要求学生在实验中把看到的立即记录下来。记录可能还不够规范，但养成习惯是一个过程，不能求全责备。实验过程中器材摆放整齐，试剂瓶随手盖盖，本来多么简单的要求，但是对于中学生而言却很难做到。学生实验做得太少，实验中如果没有按照规范摆放，没有及时盖好瓶盖，很可能污染了药品。

实验习惯养成不能单靠说教、检查这些外在的因素，而是自身的内在需求，而内在需求是建立在经验积累基础上的，只有通过学生自己大量进行实验，良好的实验习惯才能养成。

4.训练科学方法

實验教学历经几十年的变迁，从最初的双基到现在的科学素养，其核心的变化就在于从被动接受到主动运用。学生获得的能力不应只在这门课程中才有运用价值，不应只在考试中才有价值，而应该成为自己在未来解决更复杂的跨学科的真实问题的基础[9]。科学方法是跨越学科研究的基本路径，科学方法是解决科学问题的通用法则。

如果说实验知识和技能可以通过被动的接受来获得，那么实验思维和方法就必须是学生经过实际操作训练来获取。简单的理论讲述可以让学生获得知识性理解，却不能获得实际操作与运用的技能，更不能在处理实际问题时主动和正确地选择实验方法。

二、化学校本实验课程架构

学习科学方法、科学思维要建立在一定的知识基础上，教学中让学生在学习知识的过程中领会科学思维方法，进而自觉运用科学思维方法解决问题，学生通过自己的思维学习知识，厘清科学思维与科学知识的关系。引导学生进行思维训练如果不能和各级各类考试相关就要承担巨大的风险，应对各类考试是短期可见的效果，而应对未来社会需要则是长期目标。短期没有可以衡量的评价标准，短期内过于专注效率可能会损害长远的效率[10]，但不适度关注短期效果则不符合实际。因此，课程设计就必须在短期效果和长期目标下形成均衡，让学生短期内有看得见的具体收获，同时获得科学思维的训练，使其长期获得综合素养的提高。要做到这个均衡，具体内容的安排就必须有学生关心的知识，短期内学生可以有看得到知识和技能的获得感。我们在每一门课的设计上提出了“三线原则”。所谓的三线原则是指每一门实验课都要设计有三条线，即知识拓展线、技能提高线和思想方法线。

1.知识拓展线

学生在实验课中要有明确的知识收获，这些知识是教材之外的扩充与提高。例如：在常规教学中一般不会提及判断药品毒性的标准，而在《名侦探柯南与科学探秘》实验课中便可以加入关于化学药品毒性的基本常识，通过剧中人物引出药品毒性概念，说明为什么LD50成为判断药品毒性的基本标准，通过一节课拓展知识开阔视野，同时也让学生正确认知化学药品毒性。

知识拓展线通过普及科学常识让学生获得课外知识，学生获得的这些知识不仅对未来的生活有益，同时也会对未来的考试产生积极的影响。现在的考试中最难的就是探究题，每一个探究题知识点源于教材但又进行了必要的拓展，如在课内实验教学中学习滴定时仅仅安排了酸碱滴定练习，但是在考试中却经常考其他的滴定实验，如碘量法、氧化还原滴定、络合滴定。针对这种情况，在开设选修课程时每一门课都会有针对性地安排不同类型的滴定实验，例如在《舌尖上的化学》实验课上让学生使用碘量法测定碘盐的含碘量，如果在考试中遇到这样的题目，对于做过实验的学生就不是新的知识而是复习旧的知识，应对起来就会轻松很多。

2.技能提高线

技能提高就是学生通过实验掌握一些教材内没有要求掌握的实验技术。化学校本实验课上学生要自己动手来完成实验，这些实验不是简单重复教材的操作，而是要解决基于真实情景的问题。例如教材中提到的减压过滤，虽然配了实验装置图，却由于没有相关的实际操作，学生对这个操作的理解流于表面。因此每一门实验选修课都至少安排一个需要使用减压过滤的实验，让学生充分体会这个实验操作的过程与特点。又如滴定实验操作作为经典的定量分析方法，每一门实验选修课都会安排滴定实验，并且针对不同年级安排不同难度的实验。初中的选修课就是简单地体验操作，了解基本实用知识，并不要求其测定的精度，但是到了高中就要求测定的精确度了。

学生在掌握各种实验器材的使用方法后，也就掌握了不同器材使用的范围，对于定量实验要用精度高的器材，而对于半定量实验要使用精度略低的器材。例如很多学生认为滴定是最精确的实验方法，只要是要求测定学生都会首先想到滴定，而实际上滴定的使用范围是很窄的，对实验条件有着严格的限定范围，尤其是被测物的浓度范围有限决定了很多精度要求高的测定不能使用滴定方法。只有经过比较不同的测定技术，学生才会理解不同实验技术各自的局限性。

3.思想方法线

学生在课堂内学习的实验设计仅仅限于控制变量。可以说现在所有的实验设计技术都是源于控制变量，控制变量这个词涵盖的范围过大，就使得其有效性不足。以选修实验课上设计的“氯酸钾制氧气最佳催化剂研究”为例，学生在实验设计的时候都运用了控制变量思想，仅仅改变催化剂或者改变催化剂用量，但是改变的范围应该是多大，不同学生设计的方案差异很大。当学生实验完成后，先和学生一起交流实验设计的不足，而后再介绍优选法的实验设计方法，学生对比优选法和自己简单的控制变量法差异，就能更加体会到实验设计对于实验的准确性与结论的有效性是多么重要。

如果提前介绍科学方法，学生则通常不会自觉进行验证，而先由学生试错，然后理论提高，其效果明显好于提前介绍理论知识，可见实验方法必须通过实际操作才能有所收获。因而我们在所有的实验选修课中都有意识安排了一种被广泛认可的实验方法——优选法的实验，以提高学生的实验设计能力。

知识拓展线是一条明线，学生看得见，摸得到，有直接的知识获得，并且可能会对考试起到可见的帮助作用;技能提高线是一条灰线，学生看不见却摸得到，通过实际操作掌握了一些教材中没有涉及的技能，或者教材虽有所涉及但是没有相关实验的技能，这样有助于学生在考试中遇到有关内容时可以直接迁移使用，提高应对能力;思想方法线则是一条暗线，学生看不见也摸不到，对考试也没有直接帮助，却可以留下科学方法的影子，为学生未来播下科学方法启蒙的种子。

三、化学校本实验课程体系

设计系列的实验课程，不但要有宏观的整体架构，更需要设计好每一门课的内容。要想吸引学生，就必须在有一个好的内容的同时也要有一个好的形式，因此每一门化学校本实验课都有一个明确的主题，这门课的内容围绕这个主题开展。例如《舌尖上的化学》这门课，内容全部和食品有关，学生看到这个课的名字就可以推测到大致内容。课程名称的知识性内容作为课程的明线，可以让学生有预期。这些课程根据学生年龄不同各有偏重，低年级偏重科普，中年级知识技能并重，而到了高年级则偏重科学方法和科研技术（如图1）。

每一門化学校本实验课在知识明线背后都蕴含着一条实验技能线，这些技能不仅包含对教材中实验技能的重复，还要包含一些中学生本来不需要掌握的实验技术（如图2）。例如：比色法在中学教学中没有要求，而每一门化学校本实验课中都要安排一次比色法实验，让学生学习到一些课内没有学习过的实验技术，让学生有技术上的收获。

实验技术涉及面很广，为了能让学生尽量多地接触到常用的实验技术，将每一门化学校本实验课的实验分为三大部分：物质分离与提纯、物质性质与检测、物质合成与制备。学生无论选择了哪一门实验课，都可以比较全面地学习到各种实验操作技术。如果选了多次实验课，则可以在不同的实验中使用相同的技术，巩固学习成果。

每一门化学校本实验课都要有意识选定一些要利用科学思想和方法的实验，例如优选法就在《生活中化学》《舌尖上的化学》《化学实验中的科学思想与方法》中通过不同的实验呈现，学生在不断实践中逐步掌握实验方法。不同的课既相互独立又相互关联，最终达到让知识变为常识，让技能变为本能的目标。

课程知识的意义性除了知识本体意义之外，还包括科学思维方法的运作[11]，通过建构几门基础知识、实验技能、科学思维相结合的实验课，希冀能对学生成长架设好一座走向未来的桥梁。

实验操作是培养学生的科学精神、树立科学思想、养成科学习惯和训练科学方法最便捷的方式。以实验研修课为平台，突出化学学科实验特色，可以让实验充分发挥其科学引领的作用，带动学生学习、思考、操作、探索。使用微课题的方式可以让学生学会科学推理的基本过程，学会利用实验现象和数据证实自己的假说[12]。做课题研究对中学生可谓是一种挑战，有研究表明，这样的课堂教学模式对学生产生了积极的影响[13]，是转化他们学习方式的一种新模式[14]。实验是所有科学研究的必经程序，在实验中培育学生的科学方法、理性精神，是提高学生科学素养的有效路径，可以为他们将来从事科学事业奠定良好的基础[15]。

综上，素养在某种程度上就是以知识积累为前提的解决问题的能力，而化学课程设计正是以提高学生素养为核心目的。整体课程体系设计作为教学前置的环节，后期教学是对前期设计的检验，也是对教师素养的共进性提升。对实验课程的不断完善，旨在提高学生能力，提升教师技能，有力助推师生核心素养共同提高。

参考文献

[1] 曹坤，孙钬.论新课程理念下化学实验的教育功能[J].中学化学教学参考，2010（12）：17-19.

[2] 朱志江，倪娟.化学学科核心素养的知识组织和教学启示[J].课程·教材·教法，2021，41（04）：125-130.

[3] 邓永财.试论中学化学实验思维能力的结构与构建[J].课程·教材·教法，2004（10）：53-58.

[4] 刘正平.重塑化学教育的使命[J].化学教育（中英文），2022， 43（01）： 1.

[5] 袁江洋.什么是科学精神？[J].科学与社会，2021，11（03）：1-6.

[6] 劉亚东.批判质疑是科学精神的精髓[J].民主与科学，2018（05）：51-52.

[7] 蔡铁权，谢佳莹.科学思想及其科学教育功能[J].浙江师范大学学报：自然科学版，2022，45（01）：113-120.

[8] 曹葵，黄文君，李璟.中学化学教学中以论文和答辩方式提升学生科学素养[J].化学教育，2016，37（09）：20-23.

[9] 徐志长.让学生通过自己的思维学习知识[J].中小学教材教学，2021（03）：50-53.

[10] 爱德华·特纳.效率悖论[M].北京：中信出版集团，2021：27.

[11] 李召存.课程知识的教育学属性追问[J].全球教育展望，2007（10）：15-19+14.

[12] 曹葵，牛桓云，周培.化学实验探究教学的核心内涵研究[J].实验教学与仪器，2017，34（04）：12-16.

[13] 陈鹤.化学实验课堂实施微研究性学习的研究[J].化学教育（中英文），2019，40（07）：80-84.

[14] 林志杰.化学课题研究中指导学生选题和立题的实践与思考[J].化学教育，2014，35（13）：34-36.

[15] 罗美玲，王祖浩.为发展学生的科学思维和研究能力奠基：澳大利亚昆士兰州高中化学课程述评[J].化学教育（中英文），2008， 29（09）： 8-13.【责任编辑  郭振玲】

*该文为北京市教育规划“十三五”规划2020年度一般课题“普通中小学教师科学素养评测与提升策略的行动研究”CFDB2020394、北京市教育学会“十四五”教育科研课题2021重点课题“提升中学教师科学素养的教研培训实践研究”（FTZD2021-006）的研究成果