1. 引言
中学化学实验是连接理论知识与实践应用的核心载体，其教学质量直接影响学生科学素养的培育。作为化学师范专业学生，四年学习中依托“基础课程筑牢根基、技能课程锤炼本领、线上资源拓展视野、虚拟平台突破限制、线下实习检验成效”的五位一体体系，逐步形成对中学化学实验教学的系统认知[1]-[3]。本文结合自身学习实践，从教学方法革新与成效验证两方面展开探究，为提升中学化学实验教学质量提供师范生视角的实践经验[4]-[6]。
“五位一体”学习体系并非各要素的简单叠加，而是以“夯实专业基础、强化教学能力、提升创新素养”为核心目标的有机整体[7] [8]，各要素相互支撑、层层递进，共同完成师范生的专业塑造。
1.1. “五位一体”体系的构成与关联
基础课程涵盖无机化学、有机化学等专业核心课，是理解实验原理的理论基石[9] [10]；师范专业技能课程包括化学教学论、实验教学设计等，聚焦教学能力培养；线上教学资源如国家中小学智慧教育平台提供优质案例；虚拟实践平台突破时空与安全限制，实现高危、高成本实验的模拟操作；线下实习实践则是将理论与技能转化为教学实践的最终环节[11] [12]。其在专业塑造上的逻辑流程如图1所示。
Figure 1. The logical relationship diagram of the “five-in-one” system in professional shaping
图1. “五位一体”体系在专业塑造上的逻辑关系图
该流程形成闭环，通过“理论学习–方法掌握–资源补充–模拟实践–落地检验–反思优化”的循环，持续提升师范生的专业素养。
1.2. 学习途径与专业技能、人才培养的逻辑关系
“五位一体”体系中，各学习途径与专业技能培养、中学化学教师人才培养目标存在明确的逻辑关联，具体表现为“单一途径聚焦专项技能，多途径融合支撑综合能力”，其思维导图如图2所示。
Figure 2. Mind map of the logical relationship between learning approaches, professional skills, and talent cultivation
图2. 学习途径与专业技能、人才培养的逻辑关系思维导图
2. 基于“五位一体”体系的中学化学实验教学方法革新
依托“五位一体”体系的学习积累，在中学化学实验教学实践中，从“教什么”“怎么教”“如何评”三个维度实现方法革新，形成“理论引领–虚拟预热–实操探究–评价反馈”的四阶教学模式。
2.1. 革新路径：四构建阶教学模式
结合“五位一体”体系的学习经验，针对中学化学实验教学中“学生参与度低、安全风险高、理论与实践脱节”等问题，构建四阶教学模式，其流程如图3所示。
思政导学阶：借助“五位一体”中课程思政的育人经验，将实验与生活价值、科学精神绑定，从“要我做”转变为“我要做”，破解参与度低难题。例如，在酸碱滴定实验导入中，讲述侯德榜在化工实验中坚守民族气节的故事，激发学生实验热情，如图4所示。
虚拟预演阶：复用虚拟仿真教学的“无风险试错”优势，针对强酸强碱使用等安全隐患，让学生在虚拟环境中熟悉操作规范，提前规避错误，降低真实实验风险，同时通过线上知识图谱衔接理论要点，避免“盲目操作”。
实操作探阶：结合线下实验课的实操训练经验与中学实践中“以学生为中心”的理念，采用分组合作模式，让学生带着虚拟预演中的问题开展探究，对比虚拟与真实数据，实现理论与实践的深度融合。
转化迁移阶：依托中学实践实习的转化能力培养经验，引导学生将实验成果应用于生活场景，既深化知识理解，又通过“家庭小实验”等形式延伸学习链条，同时通过反馈优化下一周期的教学设计，形成闭环。
Figure 3. Four-stage construction teaching model
图3. 四构建阶教学模式
Figure 4. Dimension diagram of professional skill enhancement in the “five-in-one” model
图4. “五位一体”模式专业技能提升维度图
Table 1. Assessment points of the “five-in-one” support module
表1. “五位一体”支撑模块的考核要点
一级维度 |
二级子维度 |
“五位一体”支撑模块 |
提升表现表述 |
知识构建 |
化学知识 体系构建 |
线上知识关系逻辑图谱、 课程思政理论学习 |
8.5分：能通过逻辑图谱厘清酸碱平衡核心概念(电离平衡、pH 计算)与滴定原理的关联，结合思政元素理解化学理论的严谨性与应用价值，形成系统知识网络。 |
知识转化 与表达 |
中学实践实习锻炼、 课程思政理论学习 |
8.3分：能将抽象化学知识转化为中学生易懂的语言，结合生活案例(如胃酸过多治疗)讲解，传递化学服务生活的理念。 |
能力发展 |
实验操作 与设计能力 |
线下实验课、虚拟仿真教学 |
9.2分：熟练完成酸碱滴定实操(移液，滴定管操作、终点判断)，能通过虚拟仿真模拟异常实验场景(如指示剂选错)开优化方案，具备实验设计与问题解决能力。 |
教学实践 与转化能力 |
中字实践实习锻炼， 线上知识图谱应用 |
9.0分：能依据知识图谱设计中学酸碱相关课程教案，组织小型课堂互动(如滴定实验演示)，及时调整教学方法适应学生认知。 |
素养培育 |
科学思维 与探索素养 |
虚拟仿真教学、 线下实验课 |
8.8分：通过虚拟仿真探究滴定误差来源(如读数偏差反应温度 影响)，结合线下实验数据进行分析论证，形成严谨的科学探究。 |
价值引领 与育人意识 |
课程思政理论学习、 中学实践实习锻炼 |
9.5分：在教学中融入化学科学家事迹(如酸碱理论发展历程中的科研精神)、环境监测(水质pH测定)等思政元素，引导学生树立科学责任与环保意识。 |
“五位一体”模块联动逻辑关系包括以上3个层面。其一基础层，课程思政理论学习 + 线上知识关系逻辑图谱——构建“知识 + 价值”双主线基础。通过逻辑图谱梳理酸碱平衡与滴定的知识脉络(如“酸碱定义→电离平衡→滴定曲线→误差分析”)，结合思政内容明确学习的育人导向，为后续实践提供理论支撑。其二实践层：线下实验课 + 虚拟仿真教学——实现“虚拟 + 真实”双场景能力锤炼。虚拟仿真突破时空限制，用于预习高危操作、模拟复杂实验情境；线下实验聚焦实操规范与数据严谨性，二者互补提升实验核心技能。其三转化层，中学实践实习锻炼——完成“学习者→教育者”的角色跃迁。将前四层积累的知识、能力与素养，转化为教学实践能力，通过备课、授课、互动反馈，最终实现专业技能向教学能力的落地，如上表1所示。
2.2. 实践案例：“二氧化碳的制备与性质”实验教学革新
在某中学实习期间，运用四阶教学模式开展“二氧化碳的制备与性质”教学：阶段一，结合无机化学知识讲解碳酸钙与盐酸反应的离子方程式，明确实验原理；阶段二，组织学生在虚拟平台模拟装置搭建、气体收集及性质检验的完整流程，纠正“长颈漏斗未液封”等常见错误；阶段三，分组进行实操实验，引入线上资源中的创新装置(如用塑料瓶替代集气瓶进行灭火实验)；阶段四，从操作规范性、装置创新度、实验结论准确性三个维度评价，鼓励学生提出改进建议(如部分学生提出“用分液漏斗控制反应速率”的优化方案)。
3. 教学方法革新的实践成效验证
以实习所在班级的28名学生为研究对象，通过对比革新前后的教学效果、学生反馈及能力测评，验证方法革新的成效，同时结合自身专业技能的提升维度，形成双重验证体系。
3.1. 学生层面：实验素养显著提升
对比革新前(传统“教师演示 + 学生模仿”模式)与革新后的数据：实验操作规范性合格率从68.75%提升至93.75%；实验报告中“原理分析”部分的优秀率从50%提升至81.25%；提出创新性实验思路的学生占比从12.5%提升至43.75%。学生反馈显示，“虚拟预热让实操更有底气”“分组探究比单纯模仿更有趣”成为主流评价。
3.2. 教师层面：专业能力全面成长
“五位一体”体系的培养使自身实现从“化学学习者”到“化学教育者”的转变，专业技能提升维度如图5所示。
数据显示，各技能维度均实现大幅提升，尤其是实验设计与课堂教学能力，成为支撑教学方法革新的核心竞争力。在“五位一体”体系培养下，师范生六大专业技能维度提升程度均处于8.3分及以上的高水平区间，实现了从“化学学习者”聚焦知识接收，到“化学教育者”兼顾知识传递、能力培育与价值引领的全方位成长。其中，化学知识体系构建(8.5分)为教学实践奠定了扎实的学科基础，确保教学内容的科学性与准确性；价值引领与育人意识(9.5分)凸显了师范生“立德树人”的核心素养，是教育者的必备特质；科学思维与探究素养(8.8分)、技术应用与融合能力(8.3分)则分别为教学提供了思维方法支撑与现代化手段保障，共同构成了师范生专业能力的“四梁八柱”。
Figure 5. Skills improvement diagram of normal university students from chemistry learners to educators
图5. 师范生从化学学习者到教育者技能提升图
实验操作与设计能力以9.6分位居各维度之首，成为提升最显著的核心技能。这一成果得益于“线下实验课 + 虚拟仿真教学”的协同赋能：线下实验课中，师范生通过反复练习酸碱滴定的移液、滴定管操作、终点判断等基础技能，形成了规范的实验习惯；虚拟仿真教学则提供了“无风险试错”场景，使其能模拟指示剂选错、读数偏差等异常情况，深入探究误差来源并优化实验方案。这种“真实操作 + 虚拟探究”的模式，不仅让师范生自身具备了高水平的实验能力，更使其掌握了“实验探究式教学”的方法——在未来中学课堂中，可设计“生活中的酸碱”探究实验(如土壤pH测定)，引导学生通过动手操作自主建构知识，打破传统“教师讲、学生听”的教学模式，成为教学方法革新的实践支撑。
教学实践与转化能力以9.4分的高分成为第二大核心竞争力，是师范生实现角色转变的关键标志。该能力的提升主要依托“中学实践实习锻炼”这一转化层模块，同时以“线上知识关系逻辑图谱”为教学设计工具、“课程思政理论学习”为育人导向支撑。在中学实践中，师范生将酸碱平衡与滴定的系统知识，通过逻辑图谱拆解为“概念导入→原理讲解→实验演示→应用拓展”的教学环节，结合中学生认知特点设计互动活动(如滴定实验微演示、酸碱知识抢答)，并根据课堂反馈调整教学节奏与方法。这种“知识→教学设计→课堂实践→反馈优化”的闭环训练，使其掌握了“以学生为中心”的教学理念，能够将抽象的化学知识转化为具象的教学内容，灵活运用启发式、探究式等多种教学方法，成为推动课堂教学革新的核心引擎。
实验操作与设计能力、教学实践与转化能力的高维度提升并非孤立存在，二者形成了“实践能力→教学转化→方法革新”的协同效应。高水平的实验能力为教学提供了优质的“探究素材”，而扎实的教学转化能力则让这些素材发挥出最大的育人价值，共同构成了师范生区别于普通化学学习者的核心竞争力，也为其未来成为创新型化学教育者奠定了坚实基础。
4. 结论与展望
“基础课程、师范专业技能课程、线上教学资源、虚拟实践平台、线下实习实践”五位一体的学习体系，为化学师范生的专业成长提供了系统支撑，其构建的“理论–方法–资源–模拟–实践”闭环，是实现中学化学实验教学方法革新的核心路径。基于该体系形成的“四阶教学模式”，有效提升了学生的实验素养，同时验证了师范生专业技能与教学实践之间的转化成效。
展望未来，中学化学实验教学需进一步强化“虚实融合”“线上线下互补”的优势，如将虚拟平台与AR技术结合，实现实验过程的可视化呈现；同时，师范生应持续深化“五位一体”体系的学习成果，在教学实践中不断探索“以学生为中心”的实验教学新路径，助力化学核心素养在实验课堂中的落地生根。
基金项目
1) 商洛学院2024年校级线下一流课程《应用化学专业综合实验》项目支持；项目编号：24ylkc102；2) 陕西省大学生创新创业训练计划项目，项目编号：S202511396043。
NOTES
*共同一作。
#通讯作者。