發展化學實驗教學研究需要大智慧

摘要：化學實驗教學是化學教學的重要子系統。現行化學實驗教學系統不太完善、合理，要強化理性指導，以學生經驗基礎和有關心理為基礎，重視科學素質培養；既注意基礎性，又能適應不同學生發展需要；要反映化學學科特點，反映現代化學實驗技術的發展；要改革實驗教學方法，促進課堂教學改革；要改進和加強實驗考核。本文介紹了6項工作以落實上述思路，并專門討論了中學化學研究存在的問題及其改進。

關鍵詞：化學實驗；化學實驗教學；化學實驗教學研究；化學實驗教學系統

文章編號：1005-6629（2013）2-0003-04

中Iit5-}"類號：G633.8

文獻標識碼：B

1 發展化學實驗教學研究需要大智慧

較長一段時間以來，許多人覺得化學實驗教學研究陷入老套路，為新的套路“沒方向”而苦惱。筆者認為，要解決這個問題、改變舊的套路，需要大智慧，這個大智慧就是拓寬視野、上位思考、用系統的觀點指導化學實驗教學研究，以提高學生科學素養為出發點，努力做好基礎工作。為此，需要從化學實驗教學是一個系統說起。

1.1 化學實驗教學是化學教學的重要子系統

影響化學實驗教學的因素很多，這些因素相互作用，共同構成化學實驗教學系統這個整體。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是化學實驗教學系統的構成要素。除了這些顯性要素外，化學實驗教學系統還有一些隱性的支持要素，例如保障系統、管理系統、開發研究系統、教師訓練系統等等。

在上述要素中，教導者和學習者都是活生生的人，這決定了化學實驗教學系統具有開放性和復雜性，是“開放的復雜的巨系統”。實驗教學內容、教學方法、實驗器材設施等既具有變動性、時代性，又具有繼承性、穩定性，也可能產生對于時代發展的滯后性。實驗教學內容跟理論性的教學內容、陳述性的教學內容等等非實驗的化學教學內容之間常常還具有很強的關聯性。

化學是研究泛分子（包括分子及類分子）的科學，宏觀看現象，微觀找原因，宏觀加微觀，是化學的重要方法。“宏觀看現象”離不開實驗，實驗是化學實現宏觀一微觀聯系的基礎和保證。所以，化學是一門以實驗為基礎的科學。從總體來看，實驗不但為化學科學中概念和假說的形成提供基礎材料，為化學科學的形成和發展提供科學事實，而且可以檢驗科學假說，否定錯誤的假說，支持和完善科學理論。因此，化學科學研究和化學教學都離不開化學實驗。實驗還可以促進化學知識的應用，促進學生手腦并用，促進他們提高非智力品質。總之，化學實驗教學有利于學生更好地認識物質世界，有利于學生全面地發展、更好地發展，要搞好化學教學，一定要搞好化學實驗教學。

化學實驗教學系統是整個化學教學系統的重要的子系統，研究和解決化學實驗教學問題需要系統的觀點指導，也需要應用系統的方法。

1.2 現行化學實驗教學系統不太完善、合理

一個好的化學實驗教學系統，其各個要素之間應該處于良好的匹配、協調狀態：學習者積極、主動地學習；教導者能恰當地選擇教學方法，盡教導之責；實驗教學內容不但能跟其他教學內容很好地配合，反映化學學科的特點和發展，而且適合于學習者，有利于所有學習者都得到最好的發展，當然也能被教導者很好地掌握；實驗器材則能滿足實驗活動的需要。發展性是評價化學實驗教學系統的重要指標之一，化學實驗教學系統自身也需要不斷地發展，實驗教學內容、教學方法、實驗器材設施等要與時俱進，及時地更新、發展。

對照上述要求，現行化學實驗教學系統有不少相形見絀之處，主要是：

（1）化學實驗教學系統應能促進學生更好地認識、利用和適應物質世界，全面地發展、更好地發展，促進課堂教學改革，促進化學課程改革，而目前在以上有關化學實驗教學系統功能方面的研究還不夠系統、深入。

（2）為了化學實驗教學系統能充分發揮作用，并且與時俱進，不斷地發展，需要有健全的實驗教學制度，而這正是現行化學實驗教學系統的一塊短板，使實驗教學在一些學校不能得到保障，處于可有可無狀態。

（3）為了化學實驗教學系統能與時俱進，不斷地發展，需要學校和社會都有良好的開發研究系統來支持。而目前我們的研究開發支持系統還處于自生自滅狀態，不能滿足實際需要。

（4）現代化學科學實驗日新月異，有了很大的發展、變化，然而現行化學實驗教學的裝備以至于內容、方法基本上還是老面孔，有著很明顯的“近代烙印”，不能適當地反映現代化學科學的發展和新特點。

（5）現在，由于時代的進步、商品經濟的發展，再加上“應試教學”的強大影響，學生的生活經驗有了很大的變化：他們整日忙于應付各種習題和考試，少有機會去接觸自然，也沒有時間深入觀察、思考生活乃至生產中的化學現象，使他們學習化學的動機、興趣有了很大變化，經驗基礎也有了很大變化。例如，他們大多沒有接觸過火柴，觀察蠟燭燃燒的機會也不多，大多沒有仔細地、從容地、自主地觀察過燃燒，腦子中的燃燒印象主要是課本或者教師灌輸的。再如，過去的中學生對生石灰、熟石灰乃至于石灰石，以及純堿（面堿）等等都比較熟悉，在學習有關化學知識時有很好的經驗基礎，而現在的學生則截然相反……面對這些新情況，現行化學實驗教學系統的變化似乎很不夠。

（6）教師教育也沒有適當的變化。許多新教師本身的經驗基礎就不豐富，而師范院校的實驗教學訓練反而常常被削弱，以至形成惡性循環現象，等等。

2 完善、改革和發展化學實驗教學系統的主要思路

為了完善、改革和發展化學實驗教學系統，需要在下列幾個方面做出努力：

2.1 強化理性指導，避免盲目的試誤和實踐

要以科學的理論為指導，不能只憑“拍腦袋”，只憑老經驗，只是一時興起，來進行化學實驗教學及其研究。

2.2 以學生經驗基礎和有關心理為基礎，重視科學素質培養

把學生經驗基礎和有關心理作為化學實驗教學的基本出發點，以培養學生的科學素質為目標，努力培養實驗興趣，提高實際應用技能。

2.3 注意基礎性，又能適應不同學生的發展需要

強化基本原理、基本能力的教學，注意留有思考和創新空間，促進學生發展創新能力。

2.4 反映化學學科特點，反映現代化學實驗技術的發展

注意體現有關化學理論的指導作用，注意宏觀與微觀的結合，反映化學學科的特點，反映現代化學實驗技術的發展，增進學生對現代化學的了解。

2.5 改革實驗教學方法，促進課堂教學改革

通過改革實驗教學方法，提高化學實驗教學效率，促進課堂教學改革，促進實驗教學與課堂教學的結合。

2.6 改進和加強實驗考核

改進和加強實驗考核，把對實驗思維及其實踐的考核、對實驗能力的考核作為實驗考核的重點。

3 當前可以做些什么

上述思路的實現可以從下面的工作開始：

3.1 加強對化學實驗教學系統及其發展的研究

化學實驗教學系統具有開放性和復雜性，要深入地了解和認識化學實驗教學系統及其發展，需要采用系統方法，采用錢學森先生主張的、解決復雜系統問題的綜合集成法，廣泛搜集國內外的經驗和教訓，以優秀的實踐經驗為基礎，建立模型，升華為指導實踐的理論，“集智慧之大成”。

各地可以嘗試制訂實驗教學規范，在試行、完善后建議教育行政部門以文件形式公布，規定在什么情況下必須做實驗、怎樣做實驗，對懶于做實驗、濫用模擬實驗和視頻實驗等現象實行“一票否決”；還可以組建實驗研究開發支持系統，例如結合具體條件在省、市、縣逐級靈活地建立實驗研究中心、實驗研究小組，并制訂有關的規范。

3.2 開展對學生經驗基礎和有關心理的調查與研究

可以合理選擇樣本，調查了解當前學生學習化學和化學實驗的經驗基礎，了解他們學習化學和化學實驗的心理特點，加強學生個性和發展的一般規律研究。

3.3 設計若干系列實驗

可以設計若干實驗系列，使實驗的安排具有一定的序列性，以提高和強化其教學效果，更好地發揮實驗的教學功能。例如：

（1）設計啟蒙實驗系列，在初三化學開始時集中實施，幫助初中學生建立必要的經驗基礎。當年，法拉第曾經以蠟燭燃燒為主題給少年兒童作了6次講座，國外一些教材至今仍把觀察蠟燭燃燒作為化學課程的第一個實踐活動，我們應該從中受到啟示。

（2）設計現代實驗系列，選擇能夠反映近現代實驗的發展和特點，又適合中學推廣的若干實驗（如應用便攜式光譜裝置、熱重天平以及模擬質譜分析的實驗）組成系列，使學生增強興趣、減少恐懼。

（3）設計實驗研究系列，在已有實驗中精心選擇若干實驗，特別是一些經典實驗，深入開展研究活動，挖掘并充分發揮其教學價值。

（4）設計探究實驗系列，適應開展探究教學的需要。可以每學期重點做一兩個規模大一點的（1-2課時），并配以部分小型的探究實驗。

（5）設計綠色實驗系列，讓學生體驗和實踐綠色思想。

（6）設計生活應用實驗系列，讓學生學會在生活中應用化學知識，提高生活能力和學習興趣。

各個系列既要自成體系，又要能較好地配合課程內容的整體布局，并且符合學生實驗能力發展的規律，實現最優化。

經過篩選，對一些重要的疑難實驗也可以嘗試組織“攻關”研究，探索其成功關鍵。

3.4 開展改革實驗教學方法的研究和試驗

改革實驗教學方法。例如，實驗方案可以引導學生參與設計、制訂，增強學生對實驗方案的理解。

還可以嘗試建設實驗教室，制定相應的實驗教室建設、運行與管理規范；推廣開放實驗室，制定能普遍適用的開放實驗室建設、運行與管理規范。

3.5 開展改革實驗考核方法的研究和試驗

通過研究和試驗，加強并改革化學實驗考核（例如，以化學實驗實踐作為試題的基質，進行過程和經驗的考核，以及對意外情況探究方案的考核），以此促進化學學習評價乃至升學考試的命題改革，發揮試題的正確導向作用。

3.6 開展實驗方案評價體系研究

開展實驗方案評價體系研究，首先要探索實驗評價的指標體系，確定合理和可行的若干指標，例如科學性、重復性、安全性、觀察便利性等等，力求能夠量化。

4 改進中學化學實驗的研究

目前，研究中學化學實驗通常都是采用在實踐中摸索、“嘗試一錯誤”的經驗方法，這種方法忽視了有關科學知識的指導作用，理性水平低，效率不高，需要改進。

1996年，筆者曾經寫過下面一段文字，現在看來還有必要重復一下：目前中學化學實驗研究活動比較普遍，但其科學水平總的看來并不盡如人意：方法科學、構思巧妙、效率較高、成果頗豐者固然不少，然而，隨意而為、缺少理性和自覺、方法笨拙、技術落后，甚至違反科學、結論錯誤或者勞而無功者也不鮮見。存在的問題主要有：

（1）課題選擇缺乏系統性，存在著重復和偏廢現象，研究的資源配置不合理。有些在多年前已經研究解決并且公開發表成果的課題后來又被重復研究和發表（其水平甚至倒退），有些方面的研究則比較少。這不但造成人力、物力浪費，而且有可能造成知識產權糾紛。

（2）對實驗方案的評價標準尚未形成合理的和比較普遍、穩定的共識。故而有的方案十分繁雜、不便于實施和推廣有的卻過于簡單、難以保證實驗成功；有的追求現象強烈、“刺激”，安全保證不夠，有的不適當地夸大了實驗的危險性……使得一些研究結果難以得到廣泛的認可。

（3）應用科學理論指導不夠，不善于應用化學和其他科學已有的成果來解決實驗中的問題，有的甚至違反科學規律、得出不符合客觀實際的結論。

（4）方法粗放、手段落后、缺少計劃。有的盲目地用嘗試一錯誤法尋找最佳實驗條件，效率低下，或者對影響因素的研究停留在簡單比較的水平（甚至于不進行比較），試驗點分布不合理；有的囿于個人經驗，帶有較大的局限性和隨意性；定性研究多、定量研究少；“毛估估”多、精確測量少；技術手段多數還停留在50年代、60年代水平，甚至30年代、40年代水平。

（5）實驗研究成果表達形式各異、尚未形成規范；有的表達過于簡單，或者不完整，使別人看了不得要領；研究結果的復核、鑒定、評價、交流制度尚未形成；等等。

這些情況表明，目前的中學化學實驗研究方法多數還停留在直覺和經驗的水平。沒有理論指導的實踐是盲目的實踐，缺乏理性的研究其水平難免低下。要取得中學化學實驗研究的進步，必須用中學化學實驗研究方法論作指導，應用科學理論和科學知識來提高研究水平。

現在看來，雖然情況有所好轉，但問題依然如故，還需要大力扭轉。要提高中學化學實驗研究水平，不但要從“宏觀”角度把握好方向，還要注意加強理性，改進具體的研究方法。曾經有人根據膠粒表面雙電層分布和膠粒移動速率理論成功地使氫氧化鐵膠體在電泳時保持清晰的界面，由此還可以進一步控制膠粒的電泳速率，顯著地改善演示實驗的效果，而用嘗試法幾乎不可能達到同樣的效果，這個實例有力地說明了在實驗研究中加強理性的重要性和必要性。具體應抓住研究過程中的幾個主要環節：

（1）注意研究、總結中學化學實驗研究過程的一般規律，按照科學的程序來開展研究活動。

（2）要對中學化學實驗研究作系統分析，善于用系統觀點指導中學化學實驗研究課題的選擇，并且注意研究和應用選擇課題的科學規律和方法。

（3）要注意應用化學和其他科學發展的成果，重視并善于查閱有關文獻，努力使研究建立在可靠的科學理論基礎和實踐基礎之上，提高研究的起點和效率。

（4）注意研究、總結中學化學實驗研究的科學策略，學會和掌握重要的研究方法，善于在研究實踐中從具體隋況出發，靈活地、巧妙地制訂和實施科學的策略和方法。

（5）重視應用先進的科學手段，重視科學測量工作，重視進行量的研究。

（6）注意遵守有關的規范，等等。

最根本的是，要重視對中學化學實驗研究方法論的學習和研究；最重要的是立即行動起來，長期堅持下去。

最后，建議成立化學實驗研究協作組織，形成協作機制，加強研究的規劃和協調，加強成果和經驗的交流。