中學化學實驗課程的改革和發展趨勢*

王后臣，孟雪婷，周峰巖，陳家良，陳明月

(棗莊學院 化學化工與材料科學學院，山東 棗莊 277160)

近些年，隨著高考深入改革的實施，作為高考中重要學科的化學受到的影響也越來越大，其改革也顯得愈加重要和緊迫。化學實驗課程在化學教育過程中也起著極為重要的教學作用，但是由于一些客觀原因，該實驗課程在中學教育過程中一直被忽視，這嚴重制約著化學學科的整體發展，并嚴重限制了中學生實踐操作能力的提高。如何提高化學實驗課在中學化學的教學地位，提升學生的綜合化學實驗能力，推動化學學科教學水平的整體發展，這一問題一直都是困擾諸多化學教師的重要難題。

1 中學化學實驗課程教育的現狀

中學化學實驗教學是中學化學教育的重要組成部分，其涉及到的知識點也是化學高考的主要內容之一。目前，化學實驗的教學存在如下問題：①通過近幾年的數據來看，由于化學知識點相對較多、掌握難度高、部分實驗存在一定安全因素、就業和深造等原因，在高考分科的大前提下，選則化學學科作為高考科目的學生數目嚴重受限；②由于中學化學實驗課在整個的中學教學任務中沒有具體和明確的要求，加之實驗課程耗時、耗物等特點，所以中學教育管理者、教師、家長和學生均對化學實驗課程不夠重視。相當數量中學的化學實驗課程均不是采用實際的實驗操作進行教學，而是通過視頻演示或課堂講解的模式來進行該課程的講授，這會導致化學實驗課程的教學效果大打折扣；③在高考化學題目中，雖然化學實驗類題目所占比重也很大，但是因為教學條件、學習時間和升學率壓力等原因，多數中學選擇利用化學實驗試題來訓練和提高學生對于化學實驗類知識的掌握情況。該方法雖能在短時間內提高學生實驗類題目的得分情況，卻無法培養和提高學生的實踐動手能力和科學實驗思維能力等。中學生不能將學到的實驗知識付諸于具體實踐，會極大地限制其科學實驗思維和動手能力等方面的培養。

2 中學化學實驗教育改革的必要性

當今，在國內外前沿性的科研領域中，交叉學科的融合已成為一個非常重要的研究方向和研究趨勢。化學實驗課程所培養學生整體設計的科學思維能力、實踐動手能力和實驗現象的分析和處理能力都是交叉學科研究的重要基礎技能。全面提高國內中學化學實驗課程的教學水平，使我國學生在中學學習過程中的實驗知識和技能得到一定程度的培養和提高，為后續能夠培養出在國內外科研領域具有開拓性的高層次人才奠定一定的基礎，十分有必要。除此之外，化學學科對于國民經濟發展、國防安全和能源開發等多方面均具有不可取代的重要作用，所以提高和擴大國民的化學教育水平對國家的整體發展也至關重要。我們著名的教育學家戴安邦院士曾提出：“只重傳授化學知識和技術的教學是片面的化學教育。全面的化學教育要求化學教學既傳授化學知識和技術，更訓練科學方法和思維，還培養科學精神和品德。化學實驗課是實施全面化學教育的一種最有效的教學形式”[1]。因此化學實驗課程對于全面化學教育水平的提高，發揮著至關重要的作用。針對于化學實驗課程教學的主要現狀和問題，可從以下具體方面對中學化學實驗課程進行改革。

2.1 化學實驗教學環境的建設

2.1.1 基礎實驗室的建設與注意事項

實驗教學過程在化學教學中起著舉足輕重的作用，而化學實驗室的建設是搞好實驗教學的重要前提。中學基礎實驗室的建設，對化學實驗教學的開展有著深遠的影響[2]。實驗室應該在教育部門的監管和支持下統籌建設，其布局、設計和配套設施均要合理，并充分考慮到安全性：藥品儲藏室和儀器室中的水、電和氣等設施均要完善；通風設備的配備和應用均要做好安全防范，防止學生氣體中毒；安全設施需全面，應急設備如洗眼器、急救箱、滅火器和滅火毯等都要配備齊全；實驗室要留有安全通道，以免事故發生。此外，由于中學化學實驗課程主要面對年齡較小、好奇心較重的未成年人，所以要充分考慮到實驗室的安全教育，并提前準備好各類事故的應急預案。同時，還要建立完善的實驗室使用、報備和實驗三廢處理等制度，并加強實驗室的管理，對學生、教師和實驗室管理人員進行全方位的培訓和監督。一些高校實驗室也頻出安全問題：2015年12月18日，清華大學一間實驗室發生爆炸火災事故，一名正在做實驗的博士后當場死亡[3]；2021年7月13日南方科技大學發生一起化學實驗室火災[4]。這些實驗室事故也給我們敲響警鐘，實驗室安全問題不容小覷，應當時刻被充分重視。為促進化學教學的發展，應當建立健全完善的實驗室管理制度，保證實驗室能夠高效和有序地運行，真正做到實驗室安全地服務于中學實驗教學。

2.1.2 藥品和儀器

由于中學化學實驗課程的教學對象和授課階段的特殊性，所以在選擇和設計實驗課程時，應充分考慮到實驗課的時長、安全性和難易程度等。實驗課涉及到的藥品盡量選擇無毒、揮發性低的藥品，提高實驗的安全性。化學藥品要有專門老師進行監管，并需根據一些如《常用化學危險品貯存通則》[5]等國家標準進行分類存放。對藥品進行規范性的管理和存儲，提高安全性的同時，也便于快速地尋找和歸類，減少實驗準備時間，提高實驗效率。實驗前，由專職教師負責把實驗所用藥品和儀器分類、分組放在相應的實驗臺上。實驗前的課程講解中，實驗教師需要向學生強調實驗藥品和儀器的使用方法和安全性。儀器和藥品的存放地點和使用量都要記錄在冊。為加深學生對儀器和藥品的認識，培養學生對于公共財產的管理能力，也可讓學生自主報名來協助老師一起完成適當的儀器和藥品管理工作。最重要的一點，對于特殊的危險藥品要單獨存放，并做到雙人雙鎖的管理和使用辦法。一些大型實驗儀器如紅外光譜儀等，在中學實驗中應用并不廣泛，利用率很低，并且由于中學教育經費的限制，所以非必要的實驗儀器不必引進實驗室，浪費資源。同時在設計中學實驗課程的實驗條目時，也應該盡量避免一些使用大型儀器的課程。實驗室安全至關重要，學生進行實驗時，要有專門教師監管，可以提前對實驗教師進行培訓。把原來實驗室單一的管理職責改為指導、引導和培訓學生的多層面服務模式，要綜合考慮到實驗室的設計理念、綜合定位和服務對象[6]，使之發揮其最大的教學功能。

2.1.3 師資隊伍建設

中學實驗課程的開設，需要一批具備較高專業水平的實驗教師，所以應當加強實驗教師隊伍建設，提高學校整體的實驗教學水平。不僅要適當提高實驗教師的數量，更要提高專業實驗教師的質量。有相當一部分中學的化學教師大多都是具有豐富教學經驗的老教師，該類教師對化學課程知識點具有極高的掌控度。但多數老教師由于長時間不參與具體的科研實驗，對具體實驗的實際操作和創新引領等方面的能力稍遜于一些具有碩/博研究生學習經歷的教師。這就要求那些老教師要從應試教育中走出來，真正扎身于具體的實驗教學工作中。目前碩士和博士研究生進入中學任教的現象也較為普遍，具有碩/博研究生學習經歷的教師可以充分發揮其科研優勢，引導中學生進行實驗探索和實踐。對實驗課程不熟悉的教師可以和具有研究生背景的教師互相交流經驗，提高實驗操作知識的學習；新教師也應該向老教師學習整個實驗課程的整理把控、知識點傳授等過程的技巧。總之，無論何種層次的化學教師，都應當就自己的短板，進行不斷學習，來提升自己的教學水平，共同促進化學實驗課程的整體發展。

2.2 中學化學實驗的課程改革

根據學校自身的實際情況，可嘗試開設中學化學實驗選修課，為后續對化學學科有興趣的學生提供必要的實驗條件和教師指導。將選修課的授課效果和具體舉措作為推廣實驗室課程全面改革的試點，并從中吸取實驗室課程的管理和授課經驗。重視并加強化學實驗安全教育，實驗課前可以對所有學生進行安全知識培訓。只有通過實驗室安全考核的學生才能進入實驗室，進行具體實驗內容的實踐。為不影響學生來應對其各個階段的升學考試，建議在相關化學課程的設立學期中，開展4～6課時的實驗課程。化學實驗教學是化學教學的重要組成部分，化學實驗教學要服務于化學教學的總體安排[7]。在教學中，以教師為主導，學生為主體，充分突出學生的主體地位。要不斷地提升實驗教學在化學教學中的作用，采取合理措施改進實驗教學的效果，引導學生養成良好的實驗意識和濃厚的學習興趣，全面提高學生綜合素質[8]。實驗課的具體時間應該安排在化學相關知識點課程講授完畢之后，這樣可促進學生將學到的知識點和具體的實驗課程進行緊密的銜接。依據本學校的基礎設施和特色，化學實驗課程的主要授課內容可以從化學安全知識培養、具體實驗操作和趣味實驗等方面進行選擇，其課程要依據整個級部的化學課整體進度進行安排。考慮到中學化學實驗課程的特點，該課程盡量以趣味性和化學實驗知識普及為主，切勿引入過多復雜且危險性大的實驗項目。由于中學實驗課程的課時十分有限，為提高課堂效率，教師在上課的過程中要考慮到每個環節是否有利于提高課堂效率，也就是每個環節的實效性。比如說，在課程設計時，應充分考慮到是否有必要讓學生進行交流探討某個實驗細節，是否有必要給學生詳細介紹某個實驗儀器和藥品等一系列問題。利用有限的課堂時間提高化學實驗的課堂效率，實現教學效率最大化。

2.3 化學實驗內容的創新

中學化學實驗具體內容要盡量順應當今國家的重大國策和方針，進行有針對性的選取。盡量選擇一些和國家發展戰略、國際/國內熱點等有一定關聯度的實驗項目，以激發中學生學習和實踐具體實驗的興趣。例如：近幾年，我國從國家到地方在發展經濟的同時，均大力保護自然環境，提倡綠色發展。2016年5月，聯合國環境大會也發布了《綠水青山就是金山銀山：中國生態文明戰略與行動》報告。國家在實現由“富”到“強”的發展過程中，始終貫徹綠色發展的科學發展理念，也很大程度上起到一個大國對國際科學持續發展的擔當和引領作用。隨著綠色生活這個概念的普及，綠色化學這個概念也逐漸走向大眾，而綠色化學教育的必要途徑是推行綠色實驗。老師可以向同學們講解綠色化學方面的知識的同時，引入氫能、太陽能和風能等綠色能源知識點；也可以穿插一些綠色化學品、化學反應等知識點，選擇一些與綠色化學/能源相關的簡單化學實驗項目；也可以引導學生做一些無污染、高效能和高價值的綠色化學實驗。實驗教學是培養學生思考能力、動手能力和創新能力的重要手段之一。為提高學生的創新意識和創新能力，應根據具體的教學對象開設適當的設計性實驗課程。在基礎教育的教學中，教師要樹立創新意識，轉變教育觀念。除此之外，教師和學生均要克服在對一些熟悉但陳舊的教-學環境、教-學模式進行創新和改革時的畏難情緒，要把化學實驗的合理改革和高效創新作為提高課堂教學效率的重要手段，以達到提高教育教學質量的目的[9]。

2.4 教學效果評價標準的改革

目前的中學化學實驗評價體系也存在諸多弊端，太過注重實驗知識點，不注重實驗過程，導致學生的創新能力無法提高。針對這種問題，可以在日常實驗課中增加過程性評價，給學生的實驗操作過程評分。期末實驗課檢測時，可參考大學課程的評價方式，考慮到引入適當比例的平時成績，強制學生注重實驗過程，這有利于提高學生的實踐能力。寒暑假時，也可額外給學生拓展化學實驗的機會，比如說引導學生完成一些安全并容易的家庭小實驗和趣味小實驗等。除此之外，應該有選擇性和針對性地引導一些有能力的學生，去參加一些高校舉辦的化學實驗類競賽。這樣既可以提高學生學習化學實驗課程的熱情，還可以增加和拓展有能力學生的深造渠道。

2.5 教學方式的改革

出于實驗化學藥品的節約和環保考慮，可以采用小組制的模式進行化學實驗課程實踐。由幾個同學組成一個小組，共同設計、討論和完成相應的實驗內容。在整個實驗過程中，必須有專職的實驗老師進行全程陪同和監管，確保學生們的實驗安全。應該引導有興趣的同學針對于實驗問題與老師展開交流，這有助于學生對實驗項目中的儀器、藥品和操作等知識和技能的把握和提升，也能促進學生敢于就科學實驗問題提出其改進意見，提高學生們的創新思維能力。為節省藥品，也可就適當的實驗內容，引導學生做微型實驗。微型化學實驗的優點是節省實驗經費，操作安全，污染小，節省實驗時間。值得注意的是，微型實驗也具有規范操作難度較大，誤差較大，實驗現象的可見范圍小等特點，所以可適當增加微型實驗的藥品用量[10]。除了對化學實驗課的課堂進行改革以外，還可通過網絡、微課、短視頻和PPT等多種方式，在課余和假期時間給同學們介紹一些化學實驗的知識、操作和應用，提高學生對化學實驗的興趣。總之，化學實驗教學方式的改革要充分利用多種渠道，向同學們普及相關化學知識，以培養學生的學習興趣、科學思維能力和實驗動手能力為主要目的。

3 中學化學實驗改革的意義

中學化學實驗知識不單是基本的化合物的物理化學性質、化學概念和化學原理等知識點，更重要的是還應包括基本的實驗操作技能和實驗思維知識。因此，中學生在中學化學實驗中遇到問題、思考問題和解決問題的過程，對其認知結構和操作技能的培養均起著非常重要的促進作用[11]。中學化學實驗課程的教學任務主要是：培養學生對于實驗課程的學習興趣，興趣是學生最好的學習動力；鍛煉中學生的實驗操作實踐能力，訓練其發現-分析-解決-總結問題的能力，使之具有良好的實踐能力；培養學生的科學性思維，使學生擁有扎實的實驗知識結構。要做好化學實驗必須積極地開展化學實驗思維，沒有化學實驗思維的實驗過程，充其量不過是一個照方抓藥的過程，不可能產生一個高效的學習效果[12]。除此之外，實驗課程對于提高學生的化學實驗思維能力，也起著至關重要的作用。通過中學化學實驗課程的改革，能夠極大地提升廣大中學生的實驗學習和操作的能力，培養其科學思維和動手能力。使之注重實驗基礎知識的學習，提高其綜合的化學素養。中學化學實驗的課程改革，對推動整個中學化學教育和化學學科發展的推動作用不言而喻。

4 總結與發展

化學學科的發展，與我們的生活和國家的發展息息相關。時代在進步，化學也在發展。隨著中學教育改革的深入和新時代國家建設的需求，作為基礎教育的中學化學也勢必緊隨時代的進步做出相應的改革。化學學科的發展任重而道遠，其具體改革也并不是一朝一夕就能完成的簡單任務，需要國家政策、社會支持、學校基礎建設、教師和學生家庭環境等多方面進行協同完成。其中，中學化學實驗課程的培養目標、教學任務和教學方式的改革也勢在必行。其改革要基于國家發展所需的人才類型特點，著力于學生科學實驗思維、實驗動手能力和創新思維能力的培養。