新加坡GCEO-Level《化學實驗與探究報告冊》設計特點評析與啟示

文章編號：1005-6629（2025）07-0091-07 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

化學實驗對于全面發展學生的化學學科核心素養有著極為重要的作用。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“高中課標”）強調“應充分認識化學實驗的獨特價值，重視實驗探究與實踐活動，適當融合跨學科知識，發展學生解決綜合問題的能力”[1]。然而，已有文獻表明，我國中學生在化學實驗活動中動手實驗操作的能力弱于對實驗操作理論知識的掌握，主動探究意識不足，尤其是實驗數據處理、實驗方案設計、實驗評價和反思等能力較為薄弱[2-4]

新加坡的化學實驗教學體系較成熟，重視化學實踐操作活動，不僅讓學生動手實驗，而且注重將理論知識有機融合到實驗操作中，發展學生的創新思維和探究意識[5]。在評價方面，新加坡的中學化學實驗考查已實施多年，考查目標明確，考查內容廣泛，題型多樣且實驗具有一定的探究性和開放性[]因此，新加坡的中學化學實驗教學經驗對我國發展中學生的實驗操作與科學探究能力具有一定的借鑒意義。

在中國知網以“新加坡”“化學”“實驗”為關鍵詞進行“篇關摘\"檢索，結果顯示截至2024年11月5日，國內有10篇相關文獻，研究者們主要從新加坡的化學課程大綱[]、教材[8]和實驗操作考試[9-]三個方面探討新加坡化學課程中的實驗教學特點，其中，教材的研究集中于對理論教科書的分析。而實際上，在日常實驗教學中，新加坡還使用與教科書配套的《化學實驗與探究報告冊》（PracticalWorkbook）指導實驗探究活動的開展與評價。該手冊以教育部最新的GCEO-Level（TheSingaporeCambridgeGeneralCertificateofEducationOrdinaryLevel）化學課程大綱為依據，整合教科書內各章節的實驗主題，呈現具體的實驗活動與評價方式，其編排和內容設計特色鮮明，值得深人研究與分析。

鑒于此，本研究以新加坡目前廣泛使用的中學化學教科書《ChemistryMatters》相配套的GCEO-Level《化學實驗與探究報告冊》（以下簡稱“O-Level報告冊”）為研究對象進行文本分析，探尋其在內容編排、實驗活動設計等方面的特點，以期為我國《化學實驗與探究報告冊》的編寫與中學化學實驗教學提供有益參考。

2新加坡GCEO-Level《化學實驗與探究報告冊》設計特點

從內容上看，O-Level報告冊在安全指引、技能指導、主題內容、活動目標、活動評價五個方面的設計各具特色。

2.1 安全指引設計

新加坡十分重視實驗安全教育，O-Level報告冊的編排也體現了這一特色。在實驗活動前，O-Level報告冊設置安全指引欄目，系統梳理了實驗室安全規則和危險化學品的使用方法，詳細說明實驗前的安全預防措施、實驗中的注意事項與應急處理措施、實驗后的廢棄物處理和實驗室清理等方面的要求，并以列表的形式清晰呈現易燃、易爆、高壓、有毒、氧化性、腐蝕性、健康危害性、環境危害性、有害和刺激性9類危險化學品的符號圖標與預防措施（見圖1）。這一欄目的設置便于教師開展系統的實驗室安全教育，幫助學生全面了解實驗安全信息，有效預防實驗中的危險因素。

此外，O-Level報告冊還將安全注意事項融人到實驗探究過程中，譬如，以符號圖標的形式展示實驗中涉及的危險化學品類型（見圖2）；設置警示圖標，提示學生關注實驗的安全操作（見圖3）。

圖3“測定固體的熔點”實驗中的安全操作提示

2.2 技能指導設計

與GCEO-Level化學實驗操作考試考查的技能領域[相對應，O-Level報告冊提供了實驗設計（P），操作、測量和觀察（MMO），數據和現象的呈現（PDO），分析、結論和評價（ACE）四類實驗技能的詳細指導（見表1）。技能指導內容系統全面，既關注加熱、轉移、測量、滴定等基本實驗操作技能和儀器使用的指導，又重視定量數據處理、圖像繪制與分析、實驗方案設計與評估等高階實驗技能和思維的發展，這也為學生開展科學探究活動奠定必要的知識和能力基礎。

表1實驗技能指導內容

續表

此外，針對每一項實驗技能，O-Level報告冊都附有詳細的文字說明和操作示意圖，形象直觀。以“繪制圖像”為例（見圖4），O-Level報告冊分點說明圖像各組成要素，即刻度、坐標軸、標題、數據點的含義和表示方法，并展示正確作圖和錯誤作圖的圖示，與文字內容相輔相成，便于學生理解，可有效指導學生避免因刻度選取不當而導致作圖誤差偏大的情況。

圖4繪制圖像技能講解與圖示

2.坐標軸（1）請在兩個坐標軸上清晰地標明變量及其單位，如“溫度/℃”和“時間/s”。（2）自變量繪制在x軸上，因變量繪制在y軸上，如圖20所示，自變量是時間，因變量是溫）

2.3 主題內容設計

實驗活動是O-Level報告冊的主體內容，在主題設計方面，O-Level報告冊整合教科書《ChemistryMatters》中各章節的實驗活動，設置35個主題（見表2）。實驗主題多元豐富，涵蓋物質分離、物質制備、物質鑒別、性質探究、定量分析、項目實踐等方面，且根據不同主題的特點，設置常規實驗、方案設計實驗、STEM項目等多種實驗類型，有助于引導學生構建不同類型的化學實驗以及探究活動的核心思路和基本方法。

表2實驗主題

對于實驗內容的設計，O-Level報告冊注重挖掘實驗活動與實際應用、前沿技術的聯系。譬如，設置“不同抗酸片的藥效比較”“制造可生物降解塑料”“清理漏油”等實驗，取材于日常生活，將化學實驗與生活中胃酸的治療、生產中可降解塑料的制造、石油泄漏的清理相聯系，突出探究性，體現實用性，滲透綠色環保觀念；“粒徑對反應速率的影響\"實驗則借助pH傳感器實時檢測、采集不同粒徑的抗酸片加入鹽酸中的pH變化數據，引人手持技術數字化實驗，實現實驗教學手段的創新與優化。

STEM項目的設置是O-Level報告冊的亮點所在。該類實驗基于真實問題情境，如天然產物的提取、農作物的種植、塑料廢棄物的回收等，引導學生綜合運用科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）跨學科知識，以小組合作的形式設計、測試和改進實驗方案。譬如，在“STEM項目——從姜黃中提取姜黃素”實驗中，學生可基于教科書已學的“提取姜黃素”的方法，通過實驗操作檢驗其可行性。在項自實踐過程中，學生還需進一步思考和解決如何選擇與處理姜黃樣品、分離溶劑與姜黃素、測試和提高所提取姜黃素的純度、改進提取方法以應用于工業規模等跨學科問題。可見，STEM項目以化學知識為主導，巧妙地將理論學習、實驗探究與社會生產相聯系，打破學科邊界，綜合發展學生的批判性思維和問題解決能力，有效促進科學探究、創新意識、科學態度和社會責任核心素養的落地。

具體到各實驗活動，O-Level報告冊依次設置實驗目的、儀器與材料、步驟與現象、討論、結論、評價欄目，與科學探究的一般思路相對應，有助于引導學生通過提出問題、猜想與假設、實驗策劃、實驗實施與觀察、分析、交流、評價和反思等環節，提升自主探究、分析推理能力與合作意識。

2.4 活動目標設計

O-Level報告冊的實驗活動目標多維，包括思維與行為方式、價值觀與態度、操作技能三個層面，重視基本技能、思維方法和科學態度的綜合發展。其中，操作技能目標與GCEO-Level化學實驗操作考試的考查目標相對應，明確指出不同實驗主題在表1所示的四個技能領域的能力要求，為教師開展實驗教學提供清晰的定位和指導。以“氫氧化鈉溶液濃度的測定”為例，活動目標設計如表3所示。

在活動目標設計上，O-Level報告冊相對弱化對原理類知識的強調，而更為注重發展學生的實驗操作技能和學科思維方法，引導學生正確價值觀的形成，如“實事求是”“敢于質疑”等品質。其中價值觀與態度目標的顯化也與我國高中課標強調“立德樹人”“素養為本”的教學理念相符合。

表3“氫氧化鈉溶液濃度的測定”活動目標

2.5 活動評價設計

在實驗活動評價設計方面，O-Level報告冊通過設置一系列有難度梯度的探究性任務和開放性問題，以規范操作、觀察記錄、符號表征、數據計算、圖像繪制、誤差分析、實驗改進、方案設計等形式，綜合診斷學生的實驗技能，評估其對實驗過程和結果的分析能力。

以“濃度對反應速率的影響”實驗為例（見圖5），其中“步驟與現象”欄目的第（1）～（3）點屬于對“操作、測量和觀察”技能的診斷與評價，學生只需在相應步驟的指引下完成稱量、量取、轉移、連接儀器、測量和記錄數據等基本操作即可。第（4）（5）點則進階到對“數據和現象的呈現”技能的評價，一方面，診斷學生的定量計算能力，需提取表格已知的數據信息，計算鹽酸的濃度；另一方面，診斷學生的數據處理與圖像繪制能力，需基于數據記錄結果，合理選擇橫、縱坐標與刻度，繪制鹽酸濃度與收集 10mLCO₂ 所需時間的關系圖。“討論”“結論”“評價”欄目則以系列問題引導學生分析圖像，探討并解釋數據或現象，形成實驗結論，交流始終佩戴護目鏡。

（1）稱取6g碳酸鈣顆粒放入錐形瓶中。

（2）用量筒測量 50.0mL 的 2.00mol/L 鹽酸，將其轉移到錐形瓶中，然后連接氣體注射器。立即啟動秒表。（3）注意在氣體注射器中收集 _10mL 二氧化碳所花費的時間。我們可以用這段時間來計算反應的初始速率。將結果記錄在表17.1中。（提示：記錄所用時間，精確到秒。）

（4）用蒸餾水清洗錐形瓶。使用表17.1所示不同體積的鹽酸和水重復步驟（1）至（3）。計算并記錄鹽酸的濃度。▲ 稀釋酸時，一定要緩慢地將酸加入水中。

表17.1

（5）繪制鹽酸濃度與收集 10mLCO₂ 所需時間的關系圖。

圖5“濃度對反應速率的影響”實驗的評價設計

討論：（1）如果讓反應進行到底，生成的 co₂ 的總體積會是一樣的嗎？解釋你的答案。（2）（a）鹽酸用水稀釋是放熱過程，這對實驗結果有什么影響？（b）提出一種減小（a）中所述影響的方法。

結論：（1）從得到的圖表中，你能得出關于鹽酸濃度對初始反應速率的影響的什么結論？

評價：（1）通過記錄產生 30mL 而不是 10mLCO₂ 所需的時間，重復這個實驗。得到的圖是否能代表初始反應速率？

解釋你的答案。

誤差來源與改進措施，進一步診斷學生的“分析、結論與評價\"技能。

再如方案設計類實驗“兩種未知金屬與碳反應的比較”（見圖6，與常規實驗相比，更側重于評價學生的“實驗設計\"技能水平。在“步驟與現象”欄目，逐步引導學生基于“金屬氧化物與碳的反應”原理，補充實驗用品、設計產物檢驗方案與步驟、識別實驗風險并制定預防措施，可有效評估學生的證據推理與設計思維；在“討論”“結論”“評價”欄目，則以書寫化學方程式、反思實驗不足與制定改進方案、探尋其他實驗方法等，診斷和發展學生的符號表征能力及創新性、系統性、批判性等高階思維。

3 啟示與建議

O-Level報告冊內容詳實，實驗主題豐富且評價形式多樣，具有較高的參考借鑒價值。下面將主要討論O-Level報告冊對我國《化學實驗與探究報告冊》的編寫、中學化學實驗教學的一些啟示。

3.1對我國《化學實驗與探究報告冊》編寫的啟示

目前，我國已有部分地區在實驗教學中使用與教科書配套的《化學實驗與探究報告冊》[13]，但報告冊中的安全指引和技能指導內容有待完善。可借鑒O-Level報告冊，在實驗活動中增加警示性的安全提示;整合中學化學階段實驗操作、測量、觀察、記錄、計算、繪圖等維度的技能指導內容，增加對相關實驗操作的指導說明始終佩戴護目鏡。

1.設計實驗方案，通過還原這兩種未知金屬的氧化物來比較它們的反應性。（提示：只有一種金屬氧化物能被碳還原。）（a）簡要說明你的實驗計劃，解釋選用該方法的原因。（提示：利用金屬氧化物和碳反應的產物來決定如何進行實驗。）

（b）列出實驗所需的其他儀器和材料。

（c）描述你設計的實驗步驟，包括需要采取的預防措施。

2.將實驗方案提交給老師。

3.在老師批準實驗方案后，進行實驗。在實驗過程中修改完善方案。

表15.2

討論：1.根據觀察結果，分析識別金屬R和S，寫出所發生的反應的化學方程式，包括狀態符號。

結論：1.金屬R和S哪個反應性更強？說明理由。

評價：1.提出另外兩種可以用類似的方法從氧化物中提取的金屬。2.你將如何改進實驗裝置或步驟？3.提出另一種方法來觀察是否發生了反應。

與圖片示范，以保障實驗的安全性和準確性。

在實驗主題內容設計方面，目前我國報告冊的實驗活動形式較為單一，少有跨學科的項目式實驗活動，探究性、趣味性與生活化稍顯不足。《義務教育化學課程標準》（以下簡稱“初中課標”）強調開展項目式學習，明確規定跨學科實踐活動是義務教育化學學業考試的考查內容之一，根據學生日常完成的表現進行綜合評定[14]。基于此，可借鑒O-Level報告冊的主題內容設計，立足實驗目的和原理，重視從生活中挖掘素材，或選取課程標準提供的“項目式學習活動”與“跨學科實踐活動”主題，在報告冊中增設STEM項自實驗活動，加強學生應用化學原理解決實際問題的意識和能力。

在活動目標設計方面，我國報告冊多關注對化學專業性知識和技能的培養，目標的表述相對寬泛，如“通過實驗進一步認識化學反應速率”，對實驗活動所發展的技能和方法定位不夠明確。可適當參考O-Level報告冊，對原理知識、操作技能、思維方法各維度目標進行分類，并基于課標中對“化學實驗與實驗探究”相關主題的內容要求和學業要求，細化目標內容。此外，可增加價值觀念類目標，顯化化學實驗的價值引領作用，引導學生在實驗探究活動中養成注重實證、嚴謹求實的科學態度。

在活動評價設計方面，我國報告冊較為關注對實驗操作、現象觀察、結論解釋等方面的診斷，相對缺少對數據分析、方案設計與改進等高階技能的評價，且“評價與反思\"欄目以留白的形式讓學生自我總結（見圖7），開放性較強，學生不易作答。建議可基于原理的遷移應用、實驗方法與步驟的改進、實驗與生產生活的聯系等角度合理設問，以問題驅動學生深入理解實驗的原理和價值，在反思實驗不足與完善實驗方案的過程中逐步養成獨立思考、敢于質疑、勇于創新的探究精神。

圖6“兩種未知金屬與碳反應的比較”實驗的評價設計

3.2對我國中學化學實驗教學的啟示

初、高中課標均明確要求學生“樹立自覺的安全意識和觀念\"\"能進行安全、規范的實驗基本操作”[15，16]，可見安全教育與技能指導在化學實驗教學中的重要地位。在教學過程中，教師可通過系統指導、多次提示、應急處理示范等方式發展學生的安全意識與規范操作習慣。譬如，在實驗前指導學生系統學習實驗室安全規則，識別常見的危險化學品及其預防措施；通過操作演示，對學生的基本實驗技能進行培訓，并給予其充足的時間進行操作練習。

此外，教師需及時更新教育理念，重視挖掘生活素材和實驗的探究價值，適當融合跨學科知識，嘗試創新實驗裝置或手段（如引人微型實驗、數字化實驗等），幫助學生克服主動探究意識不足、實驗評價和反思等能力較為薄弱等問題。在目標定位上，除了培養基本操作技能，教師還應關注發展學生的思維方法與情感態度價值觀，引導學生在實驗前充分思考實驗目的、原理、預期現象，實驗中如實記錄現象與數據，實驗后分析解釋結果、反思操作與設計思路等，深人參與實驗的設計和證據的收集[1，逐步構建“提出問題和假設-設計方案-實施實驗-獲取證據-分析解釋-形成結論一反思評價”的科學探究思路。

在評價方面，教師應樹立“素養為本”的科學評價觀，重視發揮實驗的育人價值，除紙筆測試、實驗操作性考試等結果性評價外，在日常實驗教學中，可通過課堂觀察、實驗報告、同伴評價、自我評價等多形式、多主體評價方法，加強過程性評價，綜合評估學生在實驗操作的規范性、實驗原理的分析、現象與數據的呈現、實驗設計能力、數據處理與分析能力、化學觀念、科學思維、科學態度與社會責任核心素養等維度的表現。此外，教師可積極探索增值評價，關注學生在化學實驗學習與實踐過程中的動態變化，合理運用評價結果改進教學，實現以評促學、以評促教。

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[14][15］中華人民共和國教育部制定．義務教育化學課程標準（2022年版）［S]．北京：北京師范大學出版社，2022.[17］戴光宏.廣州市初中學業水平考試年報（2023）［R].廣州：廣州市教育研究院，2024.