曹葵 黃文君

摘要：化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，突出實驗特色，建設(shè)實驗課程尤為重要，在教學(xué)中定位為體驗科研、啟德修為，具體細化為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、樹立科學(xué)思想、養(yǎng)成科學(xué)習(xí)慣和訓(xùn)練科學(xué)方法四個目標。要建立系統(tǒng)性實驗課體系，須以知識為明線，科學(xué)方法培養(yǎng)為暗線，在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生逐步進行深化研究，充分發(fā)揮化學(xué)學(xué)科特點，轉(zhuǎn)化學(xué)生學(xué)習(xí)方式，形成一種化學(xué)實驗教學(xué)新模式。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)? 化學(xué)實驗? 科學(xué)思維? 科學(xué)方法? 研究性學(xué)習(xí)? 校本課程

引用格式：曹葵，黃文君.化學(xué)校本實驗課程的建構(gòu)[J].教學(xué)與管理，2023（01）：57-60.

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，化學(xué)實驗不僅是化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的必要過程。但大多數(shù)安排實驗教學(xué)的學(xué)校也僅僅進行傳統(tǒng)形式的驗證性實驗，缺少探究性實驗和項目式教學(xué)的實踐，實驗的獨特地位和特殊功能沒有得到充分體現(xiàn)[1]。

化學(xué)學(xué)科知識可以分為實體性知識、方法性知識、意義性知識[2]。學(xué)生學(xué)習(xí)過程中主要獲得實體性知識，而核心素養(yǎng)中要求的證據(jù)推理與科學(xué)探究屬于方法性知識，需要學(xué)生在實際操作中獲得，在操作時學(xué)生才會真實地遵循學(xué)科知識的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)開展實驗探究，才有可能得到學(xué)科素養(yǎng)的有效提高。實驗思維和方法是科學(xué)素養(yǎng)的核心，是獲得實驗事實的本質(zhì)屬性的高階能力[3]。當前常規(guī)教學(xué)承擔(dān)了非常繁重的各類迎考任務(wù)，除了必要的規(guī)定實驗之外已經(jīng)不可能安排其他的實驗內(nèi)容。因此，課標中要求學(xué)校安排校本課程時間就成為化學(xué)學(xué)科發(fā)揮實驗特色的重要機遇。

一、校本實驗課程宏觀定位

應(yīng)試教育下培養(yǎng)的學(xué)生缺少批判精神，學(xué)生沒能掌握良好的科學(xué)素養(yǎng)[4]。2022年開始施行的新的《科學(xué)技術(shù)進步法》第九條規(guī)定：學(xué)校及其他教育機構(gòu)應(yīng)當堅持理論聯(lián)系實際，注重培養(yǎng)受教育者的獨立思考能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和批判性思維，以及追求真理、崇尚創(chuàng)新、實事求是的科學(xué)精神。故此校本課程的目標就定位為體驗科研、啟德修為，具體細化為四個目標：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、樹立科學(xué)思想、養(yǎng)成科學(xué)習(xí)慣和訓(xùn)練科學(xué)方法。確定了宏觀定位之后，才能確定整個課程的體系和內(nèi)容，才能確定每一個實驗課的具體知識性要求。

1.科學(xué)精神培養(yǎng)

科學(xué)精神是尊重理性的人文主義精神;是尊重實驗和觀察，發(fā)揮人類理智創(chuàng)造力的精神;是堅持以經(jīng)驗探索和理性分析判斷真假是非的精神[5]。在常規(guī)教學(xué)實驗中有學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)和教材講述現(xiàn)象不一致的情況，但是學(xué)生在實驗報告中會習(xí)慣性地將教材中提到的現(xiàn)象寫在實驗報告中，這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

批判質(zhì)疑可以說是科學(xué)精神的精髓[6]。在帶領(lǐng)學(xué)生進行實驗前，教師要閱讀大量的文獻資料，從中選定方法、結(jié)論有差異的文獻，提前將不同觀點的文獻發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自己在閱讀中發(fā)現(xiàn)問題、找出不同，學(xué)生在對比不同觀點的時候自發(fā)地發(fā)揚批判質(zhì)疑的精神。例如《氫氧化亞鐵制備條件研究》這個課題一直是研究熱點，每年都有文章發(fā)表，但是不同的論文不僅方法差異大，有的還會指出其他方法的不足甚至理論缺陷。在進行這個課題時，學(xué)生在閱讀了教師精選的觀點沖突的文獻后，就要自己判斷這些文獻中的各種方案哪個可信可行，哪個可疑不可行，而后再進行實驗驗證。實驗開始前閱讀的過程就是一個批判質(zhì)疑的過程。

學(xué)生的質(zhì)疑精神需要在實驗中培養(yǎng)，敢于對權(quán)威質(zhì)疑是培養(yǎng)科學(xué)精神的最高境界。例如去除食鹽中的可溶性雜質(zhì)是高一的一個必做實驗，因為不同版本教材給出的實驗步驟不盡相同，可以提問“這些方法都對嗎？會不會有錯的？”激發(fā)學(xué)生進行研究探索的興趣?？茖W(xué)精神培養(yǎng)不是依靠說教和講故事，而是需要身體力行，讓學(xué)生在實踐中學(xué)會質(zhì)疑。

2.樹立科學(xué)思想

科學(xué)思想是人類認識自然科學(xué)的理論思想，是從自然科學(xué)研究中提升出來的哲學(xué)思想[7]，教學(xué)中的科學(xué)思想不能單純依靠課堂上的說教，而主要依靠學(xué)生在自己操作中學(xué)習(xí)與體會。學(xué)生在學(xué)習(xí)中過多地進行機械背誦，也更喜歡接受各種簡單易記的口訣甚至秘籍，卻忽視知識獲得的邏輯關(guān)系。學(xué)生在以往的學(xué)習(xí)過程中，由于被動記憶很多，而缺少對科學(xué)思想的有效認知，所以在實驗中想當然的情況非常普遍，不重視科學(xué)推導(dǎo)的邏輯。

對學(xué)科思想的認識需要一個過程，可以通過在結(jié)課前進行答辯或者宣講活動，讓學(xué)生有一個自我展示的機會，訓(xùn)練學(xué)生的表達交流能力、概括綜合能力、推理辨析能力。發(fā)現(xiàn)其他同學(xué)在實驗中的問題是能力的體現(xiàn)，對他人問題冷靜分析后的回答也是能力的體現(xiàn)。訓(xùn)練前學(xué)生會對提問者說：“你的問題我沒考慮到”，而經(jīng)過訓(xùn)練，學(xué)生就會在宣講前對自己的實驗進行全方面的思考，答辯與宣講環(huán)節(jié)有助于提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)[8]。

3.養(yǎng)成科學(xué)習(xí)慣

習(xí)慣的養(yǎng)成不是一蹴而就的，習(xí)慣是一種自然的行為，是一種條件反射。做實驗、學(xué)科學(xué)就要對學(xué)生進行必要的習(xí)慣養(yǎng)成訓(xùn)練，而學(xué)生罔顧事實按照教材寫實驗報告則是一個壞習(xí)慣，是應(yīng)試教育強加給學(xué)生的習(xí)慣。為了讓學(xué)生養(yǎng)成隨手記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的習(xí)慣，給學(xué)生統(tǒng)一發(fā)實驗記錄本，要求學(xué)生在實驗中把看到的立即記錄下來。記錄可能還不夠規(guī)范，但養(yǎng)成習(xí)慣是一個過程，不能求全責(zé)備。實驗過程中器材擺放整齊，試劑瓶隨手蓋蓋，本來多么簡單的要求，但是對于中學(xué)生而言卻很難做到。學(xué)生實驗做得太少，實驗中如果沒有按照規(guī)范擺放，沒有及時蓋好瓶蓋，很可能污染了藥品。

實驗習(xí)慣養(yǎng)成不能單靠說教、檢查這些外在的因素，而是自身的內(nèi)在需求，而內(nèi)在需求是建立在經(jīng)驗積累基礎(chǔ)上的，只有通過學(xué)生自己大量進行實驗，良好的實驗習(xí)慣才能養(yǎng)成。

4.訓(xùn)練科學(xué)方法

實驗教學(xué)歷經(jīng)幾十年的變遷，從最初的雙基到現(xiàn)在的科學(xué)素養(yǎng)，其核心的變化就在于從被動接受到主動運用。學(xué)生獲得的能力不應(yīng)只在這門課程中才有運用價值，不應(yīng)只在考試中才有價值，而應(yīng)該成為自己在未來解決更復(fù)雜的跨學(xué)科的真實問題的基礎(chǔ)[9]?？茖W(xué)方法是跨越學(xué)科研究的基本路徑，科學(xué)方法是解決科學(xué)問題的通用法則。

如果說實驗知識和技能可以通過被動的接受來獲得，那么實驗思維和方法就必須是學(xué)生經(jīng)過實際操作訓(xùn)練來獲取。簡單的理論講述可以讓學(xué)生獲得知識性理解，卻不能獲得實際操作與運用的技能，更不能在處理實際問題時主動和正確地選擇實驗方法。

二、化學(xué)校本實驗課程架構(gòu)

學(xué)習(xí)科學(xué)方法、科學(xué)思維要建立在一定的知識基礎(chǔ)上，教學(xué)中讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中領(lǐng)會科學(xué)思維方法，進而自覺運用科學(xué)思維方法解決問題，學(xué)生通過自己的思維學(xué)習(xí)知識，厘清科學(xué)思維與科學(xué)知識的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生進行思維訓(xùn)練如果不能和各級各類考試相關(guān)就要承擔(dān)巨大的風(fēng)險，應(yīng)對各類考試是短期可見的效果，而應(yīng)對未來社會需要則是長期目標。短期沒有可以衡量的評價標準，短期內(nèi)過于專注效率可能會損害長遠的效率[10]，但不適度關(guān)注短期效果則不符合實際。因此，課程設(shè)計就必須在短期效果和長期目標下形成均衡，讓學(xué)生短期內(nèi)有看得見的具體收獲，同時獲得科學(xué)思維的訓(xùn)練，使其長期獲得綜合素養(yǎng)的提高。要做到這個均衡，具體內(nèi)容的安排就必須有學(xué)生關(guān)心的知識，短期內(nèi)學(xué)生可以有看得到知識和技能的獲得感。我們在每一門課的設(shè)計上提出了“三線原則”。所謂的三線原則是指每一門實驗課都要設(shè)計有三條線，即知識拓展線、技能提高線和思想方法線。

1.知識拓展線

學(xué)生在實驗課中要有明確的知識收獲，這些知識是教材之外的擴充與提高。例如：在常規(guī)教學(xué)中一般不會提及判斷藥品毒性的標準，而在《名偵探柯南與科學(xué)探秘》實驗課中便可以加入關(guān)于化學(xué)藥品毒性的基本常識，通過劇中人物引出藥品毒性概念，說明為什么LD50成為判斷藥品毒性的基本標準，通過一節(jié)課拓展知識開闊視野，同時也讓學(xué)生正確認知化學(xué)藥品毒性。

知識拓展線通過普及科學(xué)常識讓學(xué)生獲得課外知識，學(xué)生獲得的這些知識不僅對未來的生活有益，同時也會對未來的考試產(chǎn)生積極的影響?，F(xiàn)在的考試中最難的就是探究題，每一個探究題知識點源于教材但又進行了必要的拓展，如在課內(nèi)實驗教學(xué)中學(xué)習(xí)滴定時僅僅安排了酸堿滴定練習(xí)，但是在考試中卻經(jīng)?？计渌牡味▽嶒?，如碘量法、氧化還原滴定、絡(luò)合滴定。針對這種情況，在開設(shè)選修課程時每一門課都會有針對性地安排不同類型的滴定實驗，例如在《舌尖上的化學(xué)》實驗課上讓學(xué)生使用碘量法測定碘鹽的含碘量，如果在考試中遇到這樣的題目，對于做過實驗的學(xué)生就不是新的知識而是復(fù)習(xí)舊的知識，應(yīng)對起來就會輕松很多。

2.技能提高線

技能提高就是學(xué)生通過實驗掌握一些教材內(nèi)沒有要求掌握的實驗技術(shù)?；瘜W(xué)校本實驗課上學(xué)生要自己動手來完成實驗，這些實驗不是簡單重復(fù)教材的操作，而是要解決基于真實情景的問題。例如教材中提到的減壓過濾，雖然配了實驗裝置圖，卻由于沒有相關(guān)的實際操作，學(xué)生對這個操作的理解流于表面。因此每一門實驗選修課都至少安排一個需要使用減壓過濾的實驗，讓學(xué)生充分體會這個實驗操作的過程與特點。又如滴定實驗操作作為經(jīng)典的定量分析方法，每一門實驗選修課都會安排滴定實驗，并且針對不同年級安排不同難度的實驗。初中的選修課就是簡單地體驗操作，了解基本實用知識，并不要求其測定的精度，但是到了高中就要求測定的精確度了。

學(xué)生在掌握各種實驗器材的使用方法后，也就掌握了不同器材使用的范圍，對于定量實驗要用精度高的器材，而對于半定量實驗要使用精度略低的器材。例如很多學(xué)生認為滴定是最精確的實驗方法，只要是要求測定學(xué)生都會首先想到滴定，而實際上滴定的使用范圍是很窄的，對實驗條件有著嚴格的限定范圍，尤其是被測物的濃度范圍有限決定了很多精度要求高的測定不能使用滴定方法。只有經(jīng)過比較不同的測定技術(shù)，學(xué)生才會理解不同實驗技術(shù)各自的局限性。

3.思想方法線

學(xué)生在課堂內(nèi)學(xué)習(xí)的實驗設(shè)計僅僅限于控制變量?？梢哉f現(xiàn)在所有的實驗設(shè)計技術(shù)都是源于控制變量，控制變量這個詞涵蓋的范圍過大，就使得其有效性不足。以選修實驗課上設(shè)計的“氯酸鉀制氧氣最佳催化劑研究”為例，學(xué)生在實驗設(shè)計的時候都運用了控制變量思想，僅僅改變催化劑或者改變催化劑用量，但是改變的范圍應(yīng)該是多大，不同學(xué)生設(shè)計的方案差異很大。當學(xué)生實驗完成后，先和學(xué)生一起交流實驗設(shè)計的不足，而后再介紹優(yōu)選法的實驗設(shè)計方法，學(xué)生對比優(yōu)選法和自己簡單的控制變量法差異，就能更加體會到實驗設(shè)計對于實驗的準確性與結(jié)論的有效性是多么重要。

如果提前介紹科學(xué)方法，學(xué)生則通常不會自覺進行驗證，而先由學(xué)生試錯，然后理論提高，其效果明顯好于提前介紹理論知識，可見實驗方法必須通過實際操作才能有所收獲。因而我們在所有的實驗選修課中都有意識安排了一種被廣泛認可的實驗方法——優(yōu)選法的實驗，以提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力。

知識拓展線是一條明線，學(xué)生看得見，摸得到，有直接的知識獲得，并且可能會對考試起到可見的幫助作用;技能提高線是一條灰線，學(xué)生看不見卻摸得到，通過實際操作掌握了一些教材中沒有涉及的技能，或者教材雖有所涉及但是沒有相關(guān)實驗的技能，這樣有助于學(xué)生在考試中遇到有關(guān)內(nèi)容時可以直接遷移使用，提高應(yīng)對能力;思想方法線則是一條暗線，學(xué)生看不見也摸不到，對考試也沒有直接幫助，卻可以留下科學(xué)方法的影子，為學(xué)生未來播下科學(xué)方法啟蒙的種子。

三、化學(xué)校本實驗課程體系

設(shè)計系列的實驗課程，不但要有宏觀的整體架構(gòu)，更需要設(shè)計好每一門課的內(nèi)容。要想吸引學(xué)生，就必須在有一個好的內(nèi)容的同時也要有一個好的形式，因此每一門化學(xué)校本實驗課都有一個明確的主題，這門課的內(nèi)容圍繞這個主題開展。例如《舌尖上的化學(xué)》這門課，內(nèi)容全部和食品有關(guān)，學(xué)生看到這個課的名字就可以推測到大致內(nèi)容。課程名稱的知識性內(nèi)容作為課程的明線，可以讓學(xué)生有預(yù)期。這些課程根據(jù)學(xué)生年齡不同各有偏重，低年級偏重科普，中年級知識技能并重，而到了高年級則偏重科學(xué)方法和科研技術(shù)（如圖1）。

每一門化學(xué)校本實驗課在知識明線背后都蘊含著一條實驗技能線，這些技能不僅包含對教材中實驗技能的重復(fù)，還要包含一些中學(xué)生本來不需要掌握的實驗技術(shù)（如圖2）。例如：比色法在中學(xué)教學(xué)中沒有要求，而每一門化學(xué)校本實驗課中都要安排一次比色法實驗，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到一些課內(nèi)沒有學(xué)習(xí)過的實驗技術(shù)，讓學(xué)生有技術(shù)上的收獲。

實驗技術(shù)涉及面很廣，為了能讓學(xué)生盡量多地接觸到常用的實驗技術(shù)，將每一門化學(xué)校本實驗課的實驗分為三大部分：物質(zhì)分離與提純、物質(zhì)性質(zhì)與檢測、物質(zhì)合成與制備。學(xué)生無論選擇了哪一門實驗課，都可以比較全面地學(xué)習(xí)到各種實驗操作技術(shù)。如果選了多次實驗課，則可以在不同的實驗中使用相同的技術(shù)，鞏固學(xué)習(xí)成果。

每一門化學(xué)校本實驗課都要有意識選定一些要利用科學(xué)思想和方法的實驗，例如優(yōu)選法就在《生活中化學(xué)》《舌尖上的化學(xué)》《化學(xué)實驗中的科學(xué)思想與方法》中通過不同的實驗呈現(xiàn)，學(xué)生在不斷實踐中逐步掌握實驗方法。不同的課既相互獨立又相互關(guān)聯(lián)，最終達到讓知識變?yōu)槌ＷR，讓技能變?yōu)楸灸艿哪繕恕?/p>

課程知識的意義性除了知識本體意義之外，還包括科學(xué)思維方法的運作[11]，通過建構(gòu)幾門基礎(chǔ)知識、實驗技能、科學(xué)思維相結(jié)合的實驗課，希冀能對學(xué)生成長架設(shè)好一座走向未來的橋梁。

實驗操作是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、樹立科學(xué)思想、養(yǎng)成科學(xué)習(xí)慣和訓(xùn)練科學(xué)方法最便捷的方式。以實驗研修課為平臺，突出化學(xué)學(xué)科實驗特色，可以讓實驗充分發(fā)揮其科學(xué)引領(lǐng)的作用，帶動學(xué)生學(xué)習(xí)、思考、操作、探索。使用微課題的方式可以讓學(xué)生學(xué)會科學(xué)推理的基本過程，學(xué)會利用實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)證實自己的假說[12]。做課題研究對中學(xué)生可謂是一種挑戰(zhàn)，有研究表明，這樣的課堂教學(xué)模式對學(xué)生產(chǎn)生了積極的影響[13]，是轉(zhuǎn)化他們學(xué)習(xí)方式的一種新模式[14]。實驗是所有科學(xué)研究的必經(jīng)程序，在實驗中培育學(xué)生的科學(xué)方法、理性精神，是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效路徑，可以為他們將來從事科學(xué)事業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)[15]。

綜上，素養(yǎng)在某種程度上就是以知識積累為前提的解決問題的能力，而化學(xué)課程設(shè)計正是以提高學(xué)生素養(yǎng)為核心目的。整體課程體系設(shè)計作為教學(xué)前置的環(huán)節(jié)，后期教學(xué)是對前期設(shè)計的檢驗，也是對教師素養(yǎng)的共進性提升。對實驗課程的不斷完善，旨在提高學(xué)生能力，提升教師技能，有力助推師生核心素養(yǎng)共同提高。

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*該文為北京市教育規(guī)劃“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題“普通中小學(xué)教師科學(xué)素養(yǎng)評測與提升策略的行動研究”CFDB2020394、北京市教育學(xué)會“十四五”教育科研課題2021重點課題“提升中學(xué)教師科學(xué)素養(yǎng)的教研培訓(xùn)實踐研究”（FTZD2021-006）的研究成果