中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計與案例引言化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實驗教學(xué)是中學(xué)化學(xué)課程的核心環(huán)節(jié)。2022年版《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出“發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與實踐能力”的課程目標(biāo)，將“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等核心素養(yǎng)作為實驗教學(xué)的重要導(dǎo)向。然而，當(dāng)前中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)仍存在“重驗證、輕探究”“重結(jié)果、輕過程”等問題，難以滿足核心素養(yǎng)培養(yǎng)的需求。因此，構(gòu)建基于核心素養(yǎng)的實驗教學(xué)設(shè)計框架，并通過典型案例展示實踐路徑，對提升實驗教學(xué)的有效性具有重要意義。一、中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計的理論基礎(chǔ)實驗教學(xué)設(shè)計需以教育學(xué)、心理學(xué)理論為支撐，結(jié)合化學(xué)學(xué)科特點，聚焦核心素養(yǎng)發(fā)展。主要理論依據(jù)包括：（一）核心素養(yǎng)導(dǎo)向的課程理念新課標(biāo)強調(diào)“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，實驗教學(xué)應(yīng)圍繞“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等核心素養(yǎng)展開。例如，探究性實驗需讓學(xué)生經(jīng)歷“提出問題—作出假設(shè)—設(shè)計實驗—收集證據(jù)—解釋結(jié)論”的完整過程，培養(yǎng)科學(xué)探究能力；驗證性實驗需引導(dǎo)學(xué)生通過證據(jù)推理形成化學(xué)觀念（如質(zhì)量守恒定律）。（二）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)生主動建構(gòu)知識的過程。實驗教學(xué)應(yīng)創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生通過動手操作、合作交流，自主構(gòu)建化學(xué)概念與規(guī)律。例如，“酸堿中和反應(yīng)”實驗中，學(xué)生通過測定溶液pH的變化，自主發(fā)現(xiàn)“中和反應(yīng)的實質(zhì)是H?與OH?結(jié)合生成H?O”，而非教師直接灌輸。（三）STSE教育理念STSE（科學(xué)-技術(shù)-社會-環(huán)境）教育強調(diào)化學(xué)與生活、社會的聯(lián)系。實驗教學(xué)設(shè)計需融入真實問題，讓學(xué)生體會化學(xué)的實用價值。例如，“探究鐵生銹的條件”實驗可聯(lián)系“自行車防銹”“食品保鮮”等生活場景，培養(yǎng)學(xué)生“用化學(xué)知識解決實際問題”的意識。二、中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計的流程框架基于上述理論，實驗教學(xué)設(shè)計可分為需求分析—目標(biāo)設(shè)計—內(nèi)容設(shè)計—實施設(shè)計—評價設(shè)計五個環(huán)節(jié)，形成閉環(huán)式設(shè)計流程（如圖1所示）。（一）需求分析：明確設(shè)計依據(jù)1.課程標(biāo)準(zhǔn)分析：對照新課標(biāo)中“實驗教學(xué)要求”，確定實驗對應(yīng)的核心素養(yǎng)目標(biāo)（如“能設(shè)計簡單的探究實驗”“能對實驗數(shù)據(jù)進行分析”）。2.學(xué)生情況分析：了解學(xué)生的認(rèn)知水平（如是否掌握“變量控制”方法）、實驗技能（如是否會使用量筒、托盤天平）及興趣點（如對“生活中的化學(xué)”更感興趣）。3.教學(xué)內(nèi)容分析：梳理教材中實驗的地位（如“氧氣的制取”是氣體制取的基礎(chǔ)實驗）、難點（如“催化劑的作用”的理解），確定實驗的側(cè)重點（如探究性vs驗證性）。（二）目標(biāo)設(shè)計：聚焦核心素養(yǎng)實驗?zāi)繕?biāo)需從“知識與技能”“過程與方法”“情感態(tài)度與價值觀”轉(zhuǎn)向核心素養(yǎng)導(dǎo)向，表述應(yīng)具體、可測量。例如，“探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”的目標(biāo)可設(shè)計為：科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：能提出“濃度、溫度、催化劑是否影響反應(yīng)速率”的問題，設(shè)計控制變量的實驗方案。證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能通過實驗數(shù)據(jù)（如氣泡產(chǎn)生速率、木條復(fù)燃時間）分析影響因素，建立“反應(yīng)速率與變量的關(guān)系”模型。科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：能反思實驗中的誤差（如變量控制不嚴(yán)格），體會“化學(xué)實驗是研究物質(zhì)變化的重要方法”。（三）內(nèi)容設(shè)計：優(yōu)化實驗方案1.實驗類型選擇：優(yōu)先選擇探究性實驗（如“探究燃燒的條件”），其次是綜合性實驗（如“粗鹽提純”），減少驗證性實驗（如“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液”可改為“探究溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對溶液導(dǎo)電性的影響”）。2.方案可行性評估：考慮實驗的安全性（如避免使用濃硫酸等危險藥品）、經(jīng)濟性（如用廢電池中的鋅皮代替鋅粒）、趣味性（如“大象牙膏”實驗吸引學(xué)生興趣）。3.變量控制設(shè)計：對于探究性實驗，需明確“自變量”（如反應(yīng)物濃度）、“因變量”（如反應(yīng)速率）、“無關(guān)變量”（如溫度、催化劑用量），并設(shè)計控制無關(guān)變量的方法（如“取等體積、等溫度的雙氧水”）。（四）實施設(shè)計：構(gòu)建探究流程實驗實施需以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”，設(shè)計情境導(dǎo)入—問題驅(qū)動—實驗探究—總結(jié)提升—應(yīng)用拓展的教學(xué)環(huán)節(jié)。例如：情境導(dǎo)入：展示“雙氧水消毒傷口時產(chǎn)生氣泡”的視頻，提問“氣泡是什么？產(chǎn)生快慢與什么有關(guān)？”（聯(lián)系生活，激發(fā)興趣）。問題驅(qū)動：引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)（“濃度越高，反應(yīng)速率越快”“溫度越高，反應(yīng)速率越快”“催化劑能加快反應(yīng)速率”）。實驗探究：學(xué)生分組設(shè)計實驗方案（如第一組研究濃度影響，用5%和10%的雙氧水，加相同量的二氧化錳；第二組研究溫度影響，用相同濃度的雙氧水，分別加熱到20℃和40℃），動手操作并記錄數(shù)據(jù)（如氣泡產(chǎn)生時間、氣球膨脹體積）?？偨Y(jié)提升：各組匯報結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)（如“10%雙氧水的氣泡產(chǎn)生時間比5%的短”），得出結(jié)論（“濃度、溫度、催化劑均影響反應(yīng)速率”）。應(yīng)用拓展：提問“為什么食物要冷藏保存？”（用溫度對反應(yīng)速率的影響解釋生活現(xiàn)象）。（五）評價設(shè)計：促進素養(yǎng)發(fā)展評價需體現(xiàn)過程性、多元性、針對性，涵蓋實驗操作、思維過程與情感態(tài)度。例如：1.過程性評價：設(shè)計《實驗探究過程評價量表》（見表1），從“實驗操作”“記錄與分析”“交流與合作”三個維度評價學(xué)生的表現(xiàn)，采用“學(xué)生自評+互評+教師評”的多元主體。2.結(jié)果性評價：要求學(xué)生撰寫實驗報告，重點評價“問題提出的合理性”“方案設(shè)計的科學(xué)性”“結(jié)論的邏輯性”（如“是否正確分析了變量對反應(yīng)速率的影響”）。3.拓展性評價：鼓勵學(xué)生設(shè)計“改進實驗方案”（如用氧氣傳感器測氧氣濃度，更準(zhǔn)確反映反應(yīng)速率），評價其創(chuàng)新意識。表1實驗探究過程評價量表（以“探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”為例）評價維度評價指標(biāo)評價等級（優(yōu)秀/良好/合格）評價主體實驗操作1.正確使用量筒、膠頭滴管等儀器；2.遵守安全規(guī)則（如不直接接觸藥品）；3.規(guī)范操作（如傾倒液體時標(biāo)簽向手心）學(xué)生自評、互評記錄與分析1.及時、準(zhǔn)確記錄實驗數(shù)據(jù)（如雙氧水濃度、溫度、反應(yīng)時間）；2.能繪制數(shù)據(jù)表格（如濃度與反應(yīng)時間的關(guān)系）；3.能分析數(shù)據(jù)中的異常值（如某組數(shù)據(jù)偏差大的原因）教師評交流與合作1.積極參與小組討論（如提出自己的假設(shè)）；2.傾聽他人意見（如接受組員的方案修改建議）；3.清晰表達觀點（如匯報時用數(shù)據(jù)支持結(jié)論）小組互評三、典型案例設(shè)計：探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素（一）設(shè)計背景“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”是初中化學(xué)“物質(zhì)的變化”主題的核心內(nèi)容，新課標(biāo)要求“能通過實驗探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”，對應(yīng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。本實驗將驗證性實驗改為探究性實驗，讓學(xué)生通過自主設(shè)計方案、控制變量、分析數(shù)據(jù)，構(gòu)建“反應(yīng)速率與變量的關(guān)系”模型。（二）教學(xué)目標(biāo)1.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：能提出“濃度、溫度、催化劑是否影響反應(yīng)速率”的問題，設(shè)計控制變量的實驗方案。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能通過實驗數(shù)據(jù)（如氣泡產(chǎn)生速率、木條復(fù)燃時間）分析影響因素，建立“反應(yīng)速率與變量的關(guān)系”模型。3.科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：能反思實驗中的誤差（如變量控制不嚴(yán)格），體會“化學(xué)實驗是研究物質(zhì)變化的重要方法”。（三）實驗準(zhǔn)備1.器材：量筒（10mL）、試管、膠頭滴管、酒精燈、火柴、氣球、秒表。2.藥品：5%過氧化氫溶液、10%過氧化氫溶液、二氧化錳粉末、氧化銅粉末。3.數(shù)字化設(shè)備（可選）：氧氣傳感器、數(shù)據(jù)采集器（用于更準(zhǔn)確測量氧氣濃度變化）。（四）教學(xué)流程1.情境導(dǎo)入（5分鐘）展示視頻：“雙氧水消毒傷口時，傷口處產(chǎn)生大量氣泡”。提問：“氣泡是什么氣體？（氧氣）產(chǎn)生氣泡的快慢與什么有關(guān)？”（引發(fā)學(xué)生思考，聯(lián)系生活經(jīng)驗）。2.問題驅(qū)動與假設(shè)（10分鐘）引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)：“濃度越高，反應(yīng)速率越快”“溫度越高，反應(yīng)速率越快”“催化劑能加快反應(yīng)速率”。追問：“如何驗證這些假設(shè)？需要控制哪些變量？”（培養(yǎng)變量控制意識）。3.實驗探究（20分鐘）分組任務(wù)：第一組：探究濃度對反應(yīng)速率的影響（自變量：雙氧水濃度；因變量：氣泡產(chǎn)生速率；無關(guān)變量：溫度、催化劑用量、雙氧水體積）。第二組：探究溫度對反應(yīng)速率的影響（自變量：溫度；因變量：氣泡產(chǎn)生速率；無關(guān)變量：雙氧水濃度、催化劑用量、雙氧水體積）。第三組：探究催化劑對反應(yīng)速率的影響（自變量：催化劑種類；因變量：氣泡產(chǎn)生速率；無關(guān)變量：雙氧水濃度、溫度、雙氧水體積）。實驗步驟（以第一組為例）：①取2支試管，分別加入5mL5%和10%的過氧化氫溶液；②向兩支試管中各加入0.5g二氧化錳粉末；③觀察并記錄“帶火星木條復(fù)燃的時間”（或“氣球膨脹到相同大小的時間”）。4.總結(jié)提升（10分鐘）各組匯報實驗結(jié)果（如“10%雙氧水的木條復(fù)燃時間為10秒，5%的為20秒”）。教師引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)：“濃度越高，反應(yīng)速率越快；溫度越高，反應(yīng)速率越快；催化劑能加快反應(yīng)速率”。構(gòu)建模型：“反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑有關(guān)”（用思維導(dǎo)圖展示）。5.應(yīng)用拓展（5分鐘）提問：“為什么食物要放在冰箱里保存？”（用溫度對反應(yīng)速率的影響解釋：降低溫度，減慢食物腐敗的反應(yīng)速率）。挑戰(zhàn)任務(wù)：“設(shè)計一個實驗，探究‘催化劑用量對反應(yīng)速率的影響’”（培養(yǎng)創(chuàng)新意識）。（五）教學(xué)反思1.成功之處：學(xué)生主動參與探究過程，通過控制變量、記錄數(shù)據(jù)，深刻理解了“影響反應(yīng)速率的因素”。聯(lián)系生活情境（雙氧水消毒、食物冷藏），讓實驗更具實用性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。2.改進方向：部分學(xué)生對“變量控制”的理解不夠深入（如第一組實驗中，有學(xué)生未保持“二氧化錳用量相同”），需在實驗前加強“變量控制”的訓(xùn)練?？梢霐?shù)字化實驗設(shè)備（如氧氣傳感器），實時監(jiān)測氧氣濃度變化，讓數(shù)據(jù)更直觀、準(zhǔn)確，提升實驗的科學(xué)性。四、結(jié)論與展望中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計需以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，遵循“需求分析—目標(biāo)設(shè)計—內(nèi)容設(shè)計—實施設(shè)計—評價設(shè)計”的流程，突出學(xué)生的主體地位，注重探究過程與思維培養(yǎng)。通過典型案例（如“探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”）的實踐，可發(fā)現(xiàn)：探究性實驗?zāi)苡行Ъぐl(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)科學(xué)探究能