超越器物層面思想創(chuàng)新先行

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(shù)的發(fā)展，中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)也隨之發(fā)生了變化。為了推進(jìn)實驗教學(xué)的開展和實驗教學(xué)研究的深化，就《化學(xué)教學(xué)》2024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(xué)方面的論文進(jìn)行內(nèi)容分布分析的基礎(chǔ)上，提出如下值得關(guān)注和商榷的問題：實驗儀器的替代問題、實驗化學(xué)的虛設(shè)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(xué)，就是尊重實驗、理解實驗、善用實驗、創(chuàng)新實驗，以科學(xué)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(xué)境界。

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關(guān)鍵詞：化學(xué)實驗；實驗探究；實驗教學(xué)

文章編號：1005–6629（2024）2–0007–05中圖分類號：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

化學(xué)實驗教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分。隨著新課程改革的實施和信息技術(shù)的發(fā)展，中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)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(xué)也出現(xiàn)了一些問題和爭議。為了推進(jìn)實驗教學(xué)的開展和實驗教學(xué)研究的深化，本文就《化學(xué)教學(xué)》2024年實驗類的研究加以評析。

1實驗類論文的分布分析

2024年度1～11期，化學(xué)教學(xué)共刊發(fā)了114篇實驗研究及實驗教學(xué)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(xué)段的實驗教學(xué)問題展開討論，少量文章從高校的視角對中學(xué)實驗教學(xué)提出建議，也有些文章所提出的觀點對初高中學(xué)段實驗教學(xué)的開展具有普遍的指導(dǎo)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(shè)計”兩個子欄目，以高中實驗研究居多。實驗教學(xué)研究類的論文刊發(fā)在“實驗教學(xué)”、“案例研究”、“精品課例”、“教學(xué)隨筆”等子欄目，共計36篇，初高中比例相當(dāng)。

1.1實驗研究類論文的內(nèi)容分布與分析

依研究的側(cè)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(jìn)、實驗手段的更新、實驗方案的創(chuàng)新五大類（見圖1）。

從內(nèi)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(jìn)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(shù)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(jìn)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(jìn)或以非化學(xué)儀器（如醫(yī)用注射器）替代化學(xué)儀器；23篇論文探索了實驗條件，實現(xiàn)裝置與反應(yīng)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(jìn)行探究的同時，反思、質(zhì)疑、解釋了實驗原理，或糾正了教科書表述不嚴(yán)謹(jǐn)之處，增強了實驗的科學(xué)性與嚴(yán)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(shù)（pH傳感器、電導(dǎo)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-2024氣相色譜儀）的應(yīng)用進(jìn)行了實驗研究。實驗手段的更新受到當(dāng)前主客觀條件的制約，傳感器的應(yīng)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NH4Cl、NH4Ac溶液反應(yīng)的條件進(jìn)行了探究。他在研究反思中轉(zhuǎn)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(dá)爾效應(yīng)，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(xué)實驗結(jié)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(xué)科概念和某些規(guī)律的理論或?qū)嶒炓罁?jù)是關(guān)鍵的一步，應(yīng)當(dāng)引起我們的重視”[2]。朱程燕等研究了H2O2使不同種類的指示劑在不同反應(yīng)條件下褪色的情況，解釋了教材中Na2O2與水的反應(yīng)，溶液中的酚酞由紅色變?yōu)闊o色的原因與H2O2的氧化性無關(guān)。在此基礎(chǔ)上指出，“科學(xué)解釋要以實驗為依據(jù)，而不是主觀臆斷”[3]；嚴(yán)建波為了剖析苯酚和溴水反應(yīng)的類型，設(shè)定控制變量，采用手持技術(shù)測定電導(dǎo)率進(jìn)行定量分析，從而說明依據(jù)實驗現(xiàn)象做出科學(xué)解釋也要在一定限度之內(nèi)，不能一概而論，使結(jié)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(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性具有一定的啟發(fā)意義。

1.2實驗教學(xué)類論文的內(nèi)容分布與分析

實驗教學(xué)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?？纱致苑譃閮纱箢悾簩嶒灲虒W(xué)策略和實驗教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、開發(fā)與設(shè)計（見表2）。

對于實驗教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、開發(fā)與設(shè)計的研究，都定位于探究教學(xué)的有效性，依據(jù)教學(xué)實際，將教材中已有實驗加以改進(jìn)、拓寬，以問題為線索，推動學(xué)生在探究中理解概念和原理、培養(yǎng)探究技能、掌握科學(xué)方法、形成科學(xué)觀念。有的研究通過設(shè)立對比實驗，讓學(xué)生認(rèn)識“變量控制”的方法及其作用；有的研究通過探究實驗，訓(xùn)練學(xué)生的觀察、測量、預(yù)測、設(shè)計等探究技能，使實驗探究常態(tài)化。其中，岳云華進(jìn)行了《趣味化學(xué)實驗》校本選修課程的開發(fā)，提出了自助式實驗教學(xué)模式和化學(xué)自助實驗評價量表。選擇了6個類別共25個復(fù)雜程度各異的實驗作為課程的主要內(nèi)容[5]。實驗內(nèi)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(xué)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(chǎn)生的意外現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生對實驗做進(jìn)一步的探究，體現(xiàn)了教學(xué)的生成性[6]。許志勤通過引導(dǎo)學(xué)生探究Na2O2與H2O反應(yīng)中酚酞試液褪色的“異?！爆F(xiàn)象原因，讓學(xué)生在給定情境中通過分析、判斷，提出有探究價值的化學(xué)問題，設(shè)計實驗方案，通過實驗驗證得出結(jié)論，并在此過程中了解控制實驗條件的方法，體驗科學(xué)研究的思路和過程[7]。

1.2.2反思實驗教學(xué)，提出解決對策

王會有從7個方面例析了實驗教學(xué)中的不足之處，依次為：將“演示實驗”變成“實驗展示”；主觀認(rèn)定“現(xiàn)象與結(jié)論”的關(guān)系；將“失誤實驗”當(dāng)成“無效實驗”；過于按部就班忽視質(zhì)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(xí)慣[8]。王先鋒指出化學(xué)實驗教學(xué)中存在“幕后”與“臺前”兩種教學(xué)現(xiàn)象?！澳缓蟆笔侵附處煱褜嶒炛糜趶膶僦R地位、實驗過程僅限于強化知識；“臺前”則是指教師把化學(xué)實驗作為創(chuàng)新活動的載體，實驗?zāi)繕?biāo)關(guān)注未來發(fā)展、實驗設(shè)計滲透創(chuàng)新思維、實驗過程體現(xiàn)探究程序、實驗結(jié)果收獲科研方法。他以實驗教學(xué)案例說明了將實驗從“幕后”推向“前臺”的途徑有：創(chuàng)設(shè)探究點提高實驗效度；找準(zhǔn)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(xué)化學(xué)實驗教學(xué)專題研討會”上獲得了強烈的反響。

1.2.3把握學(xué)生心理，激發(fā)學(xué)習(xí)潛能

呂琳等人選取了兩所中學(xué)高一學(xué)生進(jìn)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(yīng)因勢利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生遵守實驗規(guī)范，增強學(xué)生的安全意識[10]。吳先強應(yīng)用實驗研究法，著重探測“演示前實驗”對高中生理論化學(xué)知識學(xué)習(xí)的影響。研究表明，“在書面提示相關(guān)核心知識的前提下，教師在學(xué)習(xí)之前對與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)實驗的關(guān)鍵步驟和操作進(jìn)行演示。這樣的演示可以有效降低學(xué)生在化學(xué)實驗過程中的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，從而提高他們通過化學(xué)實驗學(xué)習(xí)理論化學(xué)的能力”[11]。

1.2.4運用手持技術(shù)，突破學(xué)習(xí)疑點

夏梅芳等以數(shù)字化融合傳統(tǒng)的實驗技術(shù)、定性與定量結(jié)合的探究方法，對二氧化碳收集方法相關(guān)問題展開探究[12]。徐志宏通過對數(shù)字傳感技術(shù)特點的分析，總結(jié)了數(shù)字傳感技術(shù)在實驗改進(jìn)、突破學(xué)習(xí)疑難點、創(chuàng)設(shè)習(xí)題素材和開展第二課堂等方面與化學(xué)教學(xué)整合應(yīng)用的規(guī)律，并且結(jié)合具體實例作了進(jìn)一步解釋說明[13]。任峰等人通過手持技術(shù)與多媒體技術(shù)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(xué)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(xué)生的前概念，借助手持技術(shù)實驗演示使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，進(jìn)而開展討論和解釋，使學(xué)生實現(xiàn)概念的轉(zhuǎn)變，并在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識結(jié)構(gòu)的建構(gòu)[14]。

上述研究的共同特點是，有破有立，既抓住了實驗教學(xué)的癥結(jié)，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(xué)改革的途徑與方法。

1.3教師實驗教學(xué)能力的發(fā)展

田長明發(fā)表在“課改前沿-教學(xué)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(xué)理論和教學(xué)方法上都有了長足的進(jìn)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(xué)理念和教學(xué)方法，更要注重教師自身專業(yè)素養(yǎng)的提升[15]。

實驗教學(xué)的質(zhì)量在很大程度上取決于教師的實驗教學(xué)能力。從實驗操作的規(guī)范到實驗手段的自如運用、實驗設(shè)計的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)都能反映出教師的實驗素養(yǎng)，這是在推進(jìn)實驗教學(xué)中不可忽視的因素。

1.4對實驗教學(xué)具有引領(lǐng)性的觀點

孫丹兒指出：我國在實驗本體及其教學(xué)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(xué)方法應(yīng)用及教學(xué)效果的評價等方面的研究。她還指出，“國外基于手持技術(shù)的教學(xué)側(cè)重四個方面的研究：學(xué)生概念轉(zhuǎn)變和能力考察、新教學(xué)模式的探索、教師認(rèn)識及其能力的調(diào)查、教師培訓(xùn)模式的探索”[16]。這一論斷和本文的內(nèi)容分析是一致的。

實驗教學(xué)超越器物革新的物化研究水平，走向探究思維主導(dǎo)、科學(xué)觀念先行的物我互化的研究境界，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)機制和學(xué)習(xí)結(jié)果，擺脫知識本位、考試本位，重視學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成，應(yīng)是未來實驗教學(xué)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(lǐng)意義。

宋先生站在化學(xué)科學(xué)的視角，從化學(xué)科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀與未來的發(fā)展趨勢的分析中，提出了化學(xué)實驗體系的三個要素：實驗對象的物質(zhì)體系；適當(dāng)?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(shù)；指明了實驗教學(xué)改革的方向——不僅應(yīng)當(dāng)關(guān)注具體的實驗，更要從課堂教學(xué)開始，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會賞析、學(xué)會批判、學(xué)會思考，將動手能力真正體現(xiàn)為學(xué)會做實驗[17]；詳細(xì)闡述了化學(xué)實驗的教育內(nèi)涵應(yīng)是：學(xué)做人；學(xué)做事；學(xué)做科學(xué)實驗；學(xué)會思考[18]。

吳先生闡述了化學(xué)實驗教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成——教導(dǎo)者、學(xué)習(xí)者、實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，以及實驗器材設(shè)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(xùn)練系統(tǒng)等隱性要素。指出：現(xiàn)行化學(xué)實驗教學(xué)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(dǎo)，避免盲目的試誤和實踐；以學(xué)生經(jīng)驗基礎(chǔ)和有關(guān)心理為基礎(chǔ)，重視科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)；注意基礎(chǔ)性，又能適應(yīng)不同學(xué)生的發(fā)展需要；反映化學(xué)學(xué)科特點，反映現(xiàn)代化學(xué)實驗技術(shù)的發(fā)展；改革實驗教學(xué)方法，促進(jìn)課堂教學(xué)改革；改進(jìn)和加強實驗考核[19]。對于化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)代化的問題，吳先生認(rèn)為必須認(rèn)真考慮“人性的解放”和“效率的解放”，努力實現(xiàn)化學(xué)實驗教學(xué)的創(chuàng)新、改革和超越式發(fā)展，實現(xiàn)思想觀念、內(nèi)容、方法、裝備以及評價的現(xiàn)代化[20]。2問題討論

通過對2024年實驗類研究的綜述，作者認(rèn)為有如下問題值得關(guān)注和商榷：

2.1實驗儀器的替代問題

伴隨著化學(xué)科學(xué)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(shù)的發(fā)展，實驗手段的更新被當(dāng)做現(xiàn)代化的顯著標(biāo)志?；趥鞲衅鞯膶嶒炑芯靠梢詭椭處熗瓿稍淼奶轿龊驼J(rèn)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(xué)反應(yīng)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(jìn)化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)代化，但有很大的局限性，只能覆蓋有限的實驗內(nèi)容，只能適當(dāng)?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(xué)學(xué)科所特有的，也是必不可少的……教師不僅要讓學(xué)生認(rèn)識它們，還要讓學(xué)生掌握它們的使用方法，這同時也有利于學(xué)生將來在化學(xué)專業(yè)上的發(fā)展。生活物品的替換應(yīng)依據(jù)學(xué)生的學(xué)情，應(yīng)以掌握化學(xué)專業(yè)儀器為前提，只有這樣，學(xué)生才能更加深刻地體會到替換的意義。[22]”因此，使用非化學(xué)儀器做替代物，只能是在客觀條件不足時的權(quán)宜之計。

2.2實驗化學(xué)的虛設(shè)問題

在2024年《化學(xué)教學(xué)》刊發(fā)的文章中，只有一篇文章是針對《實驗化學(xué)》模塊的教學(xué)感悟。作者劉樹載認(rèn)為《實驗化學(xué)》教學(xué)中存在的問題有：傳統(tǒng)教學(xué)觀念充斥；內(nèi)容選擇很多是大學(xué)教材“下放”；教師實驗?zāi)芰ο拗?；實驗硬件捉襟見肘；教學(xué)時空嚴(yán)重匱乏等[23]。比較準(zhǔn)確地反映出當(dāng)前中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)不容樂觀的原因。

作者的相關(guān)調(diào)查也表明，一方面，實驗室的硬件設(shè)施不能完全滿足教學(xué)需要，另一方面，作為化學(xué)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(xué)開展的因素不完全在硬件設(shè)施，教師和學(xué)校管理人員對實驗教學(xué)的重視程度才是關(guān)鍵因素。在考試指揮棒的作用仍占據(jù)主導(dǎo)地位的當(dāng)下，加強對實驗教學(xué)任務(wù)的規(guī)定性是推進(jìn)實驗教學(xué)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(rèn)同。吳俊明先生多次強調(diào)，必須堅決反對用電腦和多媒體技術(shù)模擬實驗取代化學(xué)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(xué)的一種形式。仿真實驗只是預(yù)設(shè)的、形象化的模擬，是模型方法的具體應(yīng)用，是忽略了實驗系統(tǒng)的次要因素后的實驗純化結(jié)果。因此，在很多方面已失去真實實驗的意義，無法進(jìn)行實驗儀器的操控、現(xiàn)象的觀察與測量、實驗習(xí)慣的養(yǎng)成、實驗革新的意識等訓(xùn)練。作者的研究表明，默會的化學(xué)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(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展的基礎(chǔ)[24]。過度使用仿真實驗，不利于學(xué)生探究技能的形成和科學(xué)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(xué)追求，讓它回到輔助教學(xué)的位置是必須的。

2.4對實驗觀念的詮釋

實驗教學(xué)應(yīng)以觀念為本，是新課程改革以來已達(dá)成的共識。鄭長龍認(rèn)為，實驗觀念包括：以實驗為基礎(chǔ)、綠色化學(xué)思想和實驗安全問題等。其中，“以實驗為基礎(chǔ)”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(chǔ)，運用“化學(xué)方法論”、“實驗事實”、“實驗史實”來開展化學(xué)教學(xué)活動，同樣也是以實驗為基礎(chǔ)。

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

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