超越器物層面思想創(chuàng)新先行

摘要：隨著新課程改革的實施和信息技術的發(fā)展，中學化學實驗教學也隨之發(fā)生了變化。為了推進實驗教學的開展和實驗教學研究的深化，就《化學教學》2013年刊登的實驗類研究論文加以評析。在對114篇實驗研究及實驗教學方面的論文進行內容分布分析的基礎上，提出如下值得關注和商榷的問題：實驗儀器的替代問題、實驗化學的虛設問題、對仿真實驗的定位問題、對實驗觀念的詮釋。指出，以觀念為本的實驗教學，就是尊重實驗、理解實驗、善用實驗、創(chuàng)新實驗，以科學思維為線索，超越器物革新的物化水平，真正實現(xiàn)物我互化的教學境界。

關鍵詞：化學實驗；實驗探究；實驗教學

文章編號：1005–6629（2014）2–0007–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學實驗教學是化學教學的重要組成部分。隨著新課程改革的實施和信息技術的發(fā)展，中學化學實驗教學也隨之發(fā)生了變化，從形式到手段的更新亦體現(xiàn)出觀念的更新。另一方面，實驗教學也出現(xiàn)了一些問題和爭議。為了推進實驗教學的開展和實驗教學研究的深化，本文就《化學教學》2013年實驗類的研究加以評析。

1 實驗類論文的分布分析

2013年度1～11期，化學教學共刊發(fā)了114篇實驗研究及實驗教學方面的論文。這些論文主要刊發(fā)在實驗研究的各個子欄目中（見表1）。

大多數(shù)文章針對初中或高中學段的實驗教學問題展開討論，少量文章從高校的視角對中學實驗教學提出建議，也有些文章所提出的觀點對初高中學段實驗教學的開展具有普遍的指導意義。實驗研究類的論文共計67篇，集中刊發(fā)在“拓展探究”和“創(chuàng)新設計”兩個子欄目，以高中實驗研究居多。實驗教學研究類的論文刊發(fā)在“實驗教學”、“案例研究”、“精品課例”、“教學隨筆”等子欄目，共計36篇，初高中比例相當。

1.1 實驗研究類論文的內容分布與分析

依研究的側重點，實驗研究類論文可分為實驗原理的反思、實驗條件的探究、實驗裝置的改進、實驗手段的更新、實驗方案的創(chuàng)新五大類（見圖1）。

從內容分布的比例可見，實驗研類論文共計67篇，73%（49篇）集中在實驗裝置的改進和實驗條件的探究上。實驗方案的創(chuàng)新占16%（11篇）。運用手持技術和現(xiàn)代儀器分析手段的研究占10%（7篇）。

（1）對實驗裝置的改進和實驗條件的探究：有26篇論文探索了實驗儀器的組裝、改進或以非化學儀器（如醫(yī)用注射器）替代化學儀器；23篇論文探索了實驗條件，實現(xiàn)裝置與反應過程的微型化、綠色化、簡約化。

（2）對實驗原理的反思：在67篇實驗研究的論文中，有約22%（16篇）的文章在對實驗條件進行探究的同時，反思、質疑、解釋了實驗原理，或糾正了教科書表述不嚴謹之處，增強了實驗的科學性與嚴密性。

（3）實驗方案的創(chuàng)新上，仍局限在儀器操控和藥品替代這一革新層面，鮮有系統(tǒng)性的、原創(chuàng)性的突破。

（4）在實驗手段的更新上，有7篇論文圍繞手持技術（pH傳感器、電導率傳感器、溫度傳感器、壓強傳感器、濕度傳感器、色度傳感器、O₂ 傳感器、CO₂ 傳感器）、現(xiàn)代儀器分析手段（如GC-2001氣相色譜儀）的應用進行了實驗研究。實驗手段的更新受到當前主客觀條件的制約，傳感器的應用也很局部，未見使用離子電極的研究報告。

總之，實驗研究類論文突出體現(xiàn)了器物革新的特點，即研究的焦點集中于實驗儀器、實驗藥品、實驗步驟等環(huán)節(jié)。值得肯定的是，不少作者已經(jīng)有了理性反思的意識。尤其是對實驗方法論層面的反思，如謝慶群圍繞沉淀溶解平衡的問題，對Mg（OH）₂ 沉淀與NH₄ Cl、NH₄ Ac溶液反應的條件進行了探究。他在研究反思中轉引了陳耀亭先生的觀點：“實驗，實際上是條件控制下的觀察”[1]；蔣新芳探析了分散系的丁達爾效應，不僅對教材的修訂提出了建議，而且以詳盡的研究和理論分析印證了宋心琦先生的觀點：“化學實驗結果對外界條件等都是十分敏感的，在解決問題的過程中，厘清學科概念和某些規(guī)律的理論或實驗依據(jù)是關鍵的一步，應當引起我們的重視”[2]。朱程燕等研究了H₂ O₂ 使不同種類的指示劑在不同反應條件下褪色的情況，解釋了教材中Na2O₂ 與水的反應，溶液中的酚酞由紅色變?yōu)闊o色的原因與H₂ O₂ 的氧化性無關。在此基礎上指出，“科學解釋要以實驗為依據(jù)，而不是主觀臆斷”[3]；嚴建波為了剖析苯酚和溴水反應的類型，設定控制變量，采用手持技術測定電導率進行定量分析，從而說明依據(jù)實驗現(xiàn)象做出科學解釋也要在一定限度之內，不能一概而論，使結論泛化[4]。上述觀點對廣大教師提升實驗研究的視角和方法，增強實驗研究的規(guī)范性、嚴謹性、科學性具有一定的啟發(fā)意義。

1.2 實驗教學類論文的內容分布與分析

實驗教學類的研究分布在“實驗研究”、“聚焦課堂”、“視野”、“課改前沿”四個欄目。可粗略分為兩大類：實驗教學策略和實驗教學內容的優(yōu)化、開發(fā)與設計（見表2）。

對于實驗教學內容的優(yōu)化、開發(fā)與設計的研究，都定位于探究教學的有效性，依據(jù)教學實際，將教材中已有實驗加以改進、拓寬，以問題為線索，推動學生在探究中理解概念和原理、培養(yǎng)探究技能、掌握科學方法、形成科學觀念。有的研究通過設立對比實驗，讓學生認識“變量控制”的方法及其作用；有的研究通過探究實驗，訓練學生的觀察、測量、預測、設計等探究技能，使實驗探究常態(tài)化。其中，岳云華進行了《趣味化學實驗》校本選修課程的開發(fā)，提出了自助式實驗教學模式和化學自助實驗評價量表。選擇了6個類別共25個復雜程度各異的實驗作為課程的主要內容[5]。實驗內容源于課本，卻又高于課本，課程開發(fā)系統(tǒng)規(guī)范。

在實驗教學策略上，代表性的研究體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.2.1 抓住實驗“意外”，生成探究課題

陶理祥例舉了試劑用量、操作順序、試劑濃度、實驗誤用試劑產生的意外現(xiàn)象，引導學生對實驗做進一步的探究，體現(xiàn)了教學的生成性[6]。許志勤通過引導學生探究Na2O₂ 與H₂ O反應中酚酞試液褪色的“異常”現(xiàn)象原因，讓學生在給定情境中通過分析、判斷，提出有探究價值的化學問題，設計實驗方案，通過實驗驗證得出結論，并在此過程中了解控制實驗條件的方法，體驗科學研究的思路和過程[7]。

1.2.2 反思實驗教學，提出解決對策

王會有從7個方面例析了實驗教學中的不足之處，依次為：將“演示實驗”變成“實驗展示”；主觀認定“現(xiàn)象與結論”的關系；將“失誤實驗”當成“無效實驗”；過于按部就班忽視質疑反思；過于注重對實驗現(xiàn)象的死記硬背；忽視實驗過程中的偶發(fā)現(xiàn)象；注重“操作與現(xiàn)象”而忽視行為習慣[8]。王先鋒指出化學實驗教學中存在“幕后”與“臺前”兩種教學現(xiàn)象。“幕后”是指教師把實驗置于從屬知識地位、實驗過程僅限于強化知識；“臺前”則是指教師把化學實驗作為創(chuàng)新活動的載體，實驗目標關注未來發(fā)展、實驗設計滲透創(chuàng)新思維、實驗過程體現(xiàn)探究程序、實驗結果收獲科研方法。他以實驗教學案例說明了將實驗從“幕后”推向“前臺”的途徑有：創(chuàng)設探究點提高實驗效度；找準生成點增加實驗曲度；捕捉異常點延伸實驗深度；挖掘問題點托起實驗高度[9]。上述觀點在“中學化學實驗教學專題研討會”上獲得了強烈的反響。

1.2.3 把握學生心理，激發(fā)學習潛能

呂琳等人選取了兩所中學高一學生進行觀察研究。發(fā)現(xiàn)恐懼心理不僅會引發(fā)逃避行為，還可能會激發(fā)出探索、創(chuàng)新行為，教師應因勢利導，引導學生遵守實驗規(guī)范，增強學生的安全意識[10]。吳先強應用實驗研究法，著重探測“演示前實驗”對高中生理論化學知識學習的影響。研究表明，“在書面提示相關核心知識的前提下，教師在學習之前對與學習內容相關實驗的關鍵步驟和操作進行演示。這樣的演示可以有效降低學生在化學實驗過程中的內部認知負荷，從而提高他們通過化學實驗學習理論化學的能力”[11]。

1.2.4 運用手持技術，突破學習疑點

夏梅芳等以數(shù)字化融合傳統(tǒng)的實驗技術、定性與定量結合的探究方法，對二氧化碳收集方法相關問題展開探究[12]。徐志宏通過對數(shù)字傳感技術特點的分析，總結了數(shù)字傳感技術在實驗改進、突破學習疑難點、創(chuàng)設習題素材和開展第二課堂等方面與化學教學整合應用的規(guī)律，并且結合具體實例作了進一步解釋說明[13]。任峰等人通過手持技術與多媒體技術的整合，將電離平衡的微觀問題以數(shù)據(jù)、曲線形式表征出來，讓學生真切地感受到電離平衡的建立與移動。運用POE策略，通過暴露學生的前概念，借助手持技術實驗演示使學生產生認知沖突，進而開展討論和解釋，使學生實現(xiàn)概念的轉變，并在理解的基礎上進行知識結構的建構[14]。

上述研究的共同特點是，有破有立，既抓住了實驗教學的癥結，又對癥下藥，以探究思維、探究技能的培養(yǎng)為核心，用大量的案例論證了實驗教學改革的途徑與方法。

1.3 教師實驗教學能力的發(fā)展

田長明發(fā)表在“課改前沿-教學隨筆”欄目的文章指出，實行課改已經(jīng)很多年了，教師在教學理論和教學方法上都有了長足的進步，課堂探究、合作、討論都已成常態(tài)，但教師自身的專業(yè)素養(yǎng)卻沒有得到顯著的提高。因此，在培養(yǎng)教師時，可能不僅要注重教師的教學理念和教學方法，更要注重教師自身專業(yè)素養(yǎng)的提升[15]。

實驗教學的質量在很大程度上取決于教師的實驗教學能力。從實驗操作的規(guī)范到實驗手段的自如運用、實驗設計的科學嚴謹都能反映出教師的實驗素養(yǎng)，這是在推進實驗教學中不可忽視的因素。

1.4 對實驗教學具有引領性的觀點

孫丹兒指出：我國在實驗本體及其教學研究方面歷時已久，尤其是實驗本體的研究方面，成果頗多，但是實驗創(chuàng)新不足。國外則注重對實驗的教學方法應用及教學效果的評價等方面的研究。她還指出，“國外基于手持技術的教學側重四個方面的研究：學生概念轉變和能力考察、新教學模式的探索、教師認識及其能力的調查、教師培訓模式的探索”[16]。這一論斷和本文的內容分析是一致的。

實驗教學超越器物革新的物化研究水平，走向探究思維主導、科學觀念先行的物我互化的研究境界，關注學生的學習機制和學習結果，擺脫知識本位、考試本位，重視學生科學素養(yǎng)的養(yǎng)成，應是未來實驗教學發(fā)展的趨勢。對此，宋心琦先生和吳俊明先生高屋建瓴的觀點深具啟發(fā)和引領意義。

宋先生站在化學科學的視角，從化學科學的歷史、現(xiàn)狀與未來的發(fā)展趨勢的分析中，提出了化學實驗體系的三個要素：實驗對象的物質體系；適當?shù)膬x器裝置和必要的安全措施；合理的實驗步驟和規(guī)范的操作技術；指明了實驗教學改革的方向——不僅應當關注具體的實驗，更要從課堂教學開始，引導學生學會賞析、學會批判、學會思考，將動手能力真正體現(xiàn)為學會做實驗[17]；詳細闡述了化學實驗的教育內涵應是：學做人；學做事；學做科學實驗；學會思考[18]。

吳先生闡述了化學實驗教學系統(tǒng)的構成——教導者、學習者、實驗教學內容和教學方法，以及實驗器材設施等顯性要素和保障系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、開發(fā)研究系統(tǒng)、教師訓練系統(tǒng)等隱性要素。指出：現(xiàn)行化學實驗教學系統(tǒng)不太完善、合理。要從六個方面入手改變現(xiàn)狀：強化理性指導，避免盲目的試誤和實踐；以學生經(jīng)驗基礎和有關心理為基礎，重視科學素質培養(yǎng)；注意基礎性，又能適應不同學生的發(fā)展需要；反映化學學科特點，反映現(xiàn)代化學實驗技術的發(fā)展；改革實驗教學方法，促進課堂教學改革；改進和加強實驗考核[19]。對于化學實驗教學現(xiàn)代化的問題，吳先生認為必須認真考慮“人性的解放”和“效率的解放”，努力實現(xiàn)化學實驗教學的創(chuàng)新、改革和超越式發(fā)展，實現(xiàn)思想觀念、內容、方法、裝備以及評價的現(xiàn)代化[20]。

2 問題討論

通過對2013年實驗類研究的綜述，作者認為有如下問題值得關注和商榷：

2.1 實驗儀器的替代問題

伴隨著化學科學的發(fā)展，實驗儀器、實驗手段的更新從未停止過。尤其是隨著信息技術的發(fā)展，實驗手段的更新被當做現(xiàn)代化的顯著標志。基于傳感器的實驗研究可以幫助教師完成原理的探析和認知沖突的解決。但傳感器多數(shù)僅適用于研究、捕捉微量的變化，對于常量的化學反應與實驗現(xiàn)象，傳感器就會失去它的意義。因此，吳俊明先生指出，“傳感實驗可以促進化學實驗教學現(xiàn)代化，但有很大的局限性，只能覆蓋有限的實驗內容，只能適當?shù)靥岢屯茝V”[21]。

另一方面，有為數(shù)不少的實驗研究用醫(yī)療器材、生活用品替代常規(guī)實驗儀器。這也并不是值得贊揚的。借用錢勤的觀點：“實驗儀器的使用是化學學科所特有的，也是必不可少的……教師不僅要讓學生認識它們，還要讓學生掌握它們的使用方法，這同時也有利于學生將來在化學專業(yè)上的發(fā)展。生活物品的替換應依據(jù)學生的學情，應以掌握化學專業(yè)儀器為前提，只有這樣，學生才能更加深刻地體會到替換的意義。[22]”因此，使用非化學儀器做替代物，只能是在客觀條件不足時的權宜之計。

2.2 實驗化學的虛設問題

在2013年《化學教學》刊發(fā)的文章中，只有一篇文章是針對《實驗化學》模塊的教學感悟。作者劉樹載認為《實驗化學》教學中存在的問題有：傳統(tǒng)教學觀念充斥；內容選擇很多是大學教材“下放”；教師實驗能力限制；實驗硬件捉襟見肘；教學時空嚴重匱乏等[23]。比較準確地反映出當前中學化學實驗教學不容樂觀的原因。

作者的相關調查也表明，一方面，實驗室的硬件設施不能完全滿足教學需要，另一方面，作為化學教師，不重視實驗，基本不使用實驗室的大有人在。這說明制約實驗教學開展的因素不完全在硬件設施，教師和學校管理人員對實驗教學的重視程度才是關鍵因素。在考試指揮棒的作用仍占據(jù)主導地位的當下，加強對實驗教學任務的規(guī)定性是推進實驗教學的可行途徑。如，初中新課程修訂之后，明確規(guī)定了八個必做實驗，并編入教材，就是一個有效的措施。

2.3 對仿真實驗的定位問題

為了追求高效便捷，不少教師樂于以實驗視頻、仿真實驗代替動手實驗。很多專家對此并不認同。吳俊明先生多次強調，必須堅決反對用電腦和多媒體技術模擬實驗取代化學實驗。

在此，有必要澄清仿真實驗的定位問題。仿真實驗不是實驗，而是計算機輔助實驗教學的一種形式。仿真實驗只是預設的、形象化的模擬，是模型方法的具體應用，是忽略了實驗系統(tǒng)的次要因素后的實驗純化結果。因此，在很多方面已失去真實實驗的意義，無法進行實驗儀器的操控、現(xiàn)象的觀察與測量、實驗習慣的養(yǎng)成、實驗革新的意識等訓練。作者的研究表明，默會的化學實驗操作技能蘊含在問題解決的行動中，依靠實踐中體驗、積累和摸索才能獲得。它是高度個人化的知識，是學生所掌握的知識技能中最具創(chuàng)造活力的、最深層的部分，是學生學習與發(fā)展的基礎[24]。過度使用仿真實驗，不利于學生探究技能的形成和科學態(tài)度的培養(yǎng)。因此，理性使用仿真實驗，克服急功近利的教學追求，讓它回到輔助教學的位置是必須的。

2.4 對實驗觀念的詮釋

實驗教學應以觀念為本，是新課程改革以來已達成的共識。鄭長龍認為，實驗觀念包括：以實驗為基礎、綠色化學思想和實驗安全問題等。其中，“以實驗為基礎”有四重含義，即“實驗探究活動”、“實驗方法論”、“實驗事實”和“實驗史實”[25]。并不是只有“做實驗”才是以實驗為基礎，運用“化學方法論”、“實驗事實”、“實驗史實”來開展化學教學活動，同樣也是以實驗為基礎。

總之，以觀念為本的實驗教學，就是尊重實驗、理解實驗、善用實驗、創(chuàng)新實驗，以科學思維為線索，真正實現(xiàn)物我互化的教學境界。

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