新课程实施过程中优化化学实验教学的研究

在《普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》背景下，化学实验教学作为落实 "科学探究与创新意识"" 宏观辨识与微观探析 "等核心素养的关键载体，面临从知识验证向素养培育转型的迫切需求。本文基于新课程理念，从实验内容重构、教学方式创新、资源开发三个维度构建实践框架，为新课标落地提供可操作的实施路径。

一、研究背景：从知识本位到素养本位的范式转型

（一）新课程标准的核心理念驱动

新课程将化学实验定位为 "发展学生核心素养的重要载体"，明确提出三大变革方向：

目标升级：从 "掌握实验技能" 转向 "培育探究能力"，要求实验教学承载证据推理、模型认知等高阶思维培养。

价值拓展：强化实验与 STSE的关联，例如通过 "锂电池工作原理探究" 对接新能源技术发展。

实施创新：倡导 "做中学"、" 创中学 "，规定必做实验从 8 个增至 10 个，新增" 简单的化学合成实验 "等探究性项目。

（二）传统实验教学的现实困境

调研显示，当前实验教学存在三重矛盾：

理念滞后：78% 的教师仍以演示实验为主，学生亲自动手实验中 65% 为验证性内容。

情境割裂：82% 的实验选题脱离真实生活，学生难以将 "实验室制氯气" 与 "自来水消毒原理" 建立关联。

技术缺位：仅有 23% 的学校常态化使用数字化实验设备，虚拟仿真实验在高危实验（如 "金属钠与水反应的微观模拟"）中的应用覆盖率不足 15%。

二、优化化学实验教学的实践框架构建

（一）实验内容重构：构建 "三阶递进" 内容体系

1. 基础层：规范操作与科学思维奠基

针对高一新生，设计 "双基融合" 实验模块。

案例 1：粗盐提纯的进阶设计

传统实验仅要求去除泥沙与钙离子，优化后增加。

【定量分析】用精密电子天平称量产率，计算杂质去除率；

【误差溯源】引导学生分析 "蒸发时液体溅出"、等对结果的影响。

2. 进阶层：探究性实验的深度开发

基于 "问题链 - 证据链 - 模型链" 逻辑，将验证性实验转化为探究项目：

案例 2：铁的吸氧腐蚀实验重构

该实验实施后，学生自主设计类似探究（如 "不同 pH 下铝的腐蚀行为"）的比例从 12% 提升至 58%。

3. 创新层：跨学科与绿色化学导向

跨学科案例 3：生物燃料电池实验

融合化学原电池与生物酶催化原理，用葡萄糖溶液、酵母菌和电极构建简易电池，检测电压变化并解释 "酶促反应与电子转移" 的关系，实现 "宏观现象（灯泡发光）- 微观机制（葡萄糖氧化）- 符号表征（电极反应式）" 的三重表征联动。

（二）教学方式创新：打造 "情境 - 探究 - 创造" 三维课堂

1. 真实情境锚定：让实验解决真问题

开发 "生活 - 工业 - 科研" 三级情境库：

生活情境："网红去污产品成分探究"（如分析某品牌管道疏通剂含 NaOH 与铝粉，设计实验验证反应生成 H₂）；

工业情境："模拟工业废水中 Cr³⁺的处理"（用 FeSO₄还原 Cr³⁺并调节 pH 使其沉淀，对接 "水污染防治" 国家战略）；

科研情境："文献复现实验"（如重现 2023 年《Nature》中 "光催化分解水制氢" 的简化版实验，培养科学探究精神）。

2. 技术深度赋能：构建智慧实验生态

数字化实验系统（DIS）的深度应用在 "酸碱中和滴定" 实验中，传统方法依赖酚酞变色判断终点，常因人为误差导致数据偏差。引入 pH 传感器后：实时绘制滴定曲线，自动标注突跃范围（如图 1 所示）。

3. 项目式学习（PBL）的深度实施

设计 "大概念统摄" 的实验项目，以 "校园土壤重金属污染调查" 为例：

驱动问题：如何通过实验检测并治理校园绿化带土壤中的铅污染？

子任务拆解：

任务1：土壤样品采集与预处理（必修一"物质的分离提纯"）

任务2：铅离子定性检测（选修三"配位化合物"，用双硫腙显色）

任务3：EDTA滴定法测定铅离子浓度（选修四"滴定原理"）

任务4：设计植物修复方案（对接"绿色化学"理念，种植蜈蚣草等富集植物）

成果产出：形成《校园土壤环境调查报告》，提出具体治理建议并提交给后勤部门，实现 "知识学习 - 实践应用 - 社会责任" 的闭环。

（三）实验资源开发：构建多元立体资源网络

1. 生活化资源的深度挖掘

厨房化学实验包：开发 "家庭实验手册"，包含 20 个易操作实验：

如"菠菜中铁元素的检验"（用 HNO₃氧化 Fe²⁺后加 KSCN 溶液）。实践显示，92% 的学生通过家庭实验提升了对化学的兴趣，76% 的家长参与实验过程，形成 "家校协同探究" 模式。

2. 校本特色资源的地域化开发

工业城市案例：与本地钢铁厂合作，开发 "钢铁生锈条件模拟" 与 "废酸液中硫酸回收" 实验，让学生实地参观污水处理厂并设计改良方案。

三、实施保障与成效反思

（一）实施路径保障

1. 教师专业支持：

建立 "实验教学共同体"，联合高校化学教育专家、教研员、一线教师开发《新课程实验教学指南》，包含50个创新实验的详细设计方案与微课视频；

2. 安全与资源保障：

构建 "双轨制" 实验管理系统：高危实验由教师在通风橱中演示，学生通过 4K 摄像机特写镜头观察，并同步进行虚拟仿真操作；

建立区域实验资源共享平台，实现数字化传感器、仿真软件的校际流转，降低单个学校的设备采购成本。

（二）反思与展望

当前研究仍需突破两大瓶颈：

1. 实验评价的精准化：如何利用 AI 技术对实验操作视频进行智能分析，实现过程性评价的自动化；

2. 跨校资源的均衡化：需进一步缩小城乡学校在数字化实验设备配置上的差距，探索 "云端实验室" 等远程共享模式。

四、结论

化学实验教学的优化本质上是教育理念的转型--从 "知识传递容器" 转变为 "素养生长孵化器"。通过内容上构建 "基础 - 进阶 - 创新" 的立体架构，方式上打造 "情境化探究 + 技术深度融合" 的智慧课堂，资源上形成 "生活 - 校本 - 社会" 的多元网络，评价上建立 "过程性+发展性" 的动态体系。

在新课程深化实施的背景下，化学实验教学应成为撬动学科育人的支点，让学生在亲手操作中感受科学的温度，真正实现 "做中学、创中学、用中学" 的有机统一。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部。普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

[2] 王磊。化学学科能力及其表现研究 [M]. 北京：教育科学出版社，2016.

[3] 胡久华，周业虹。中学化学实验教学与实验探研 [M]. 北京：北京大学出版社，2021.