超越器物层面思想创新先行

摘要：随着新课程改革的实施和信息技术的发展，中学化学实验教学也随之发生了变化。为了推进实验教学的开展和实验教学研究的深化，就《化学教学》2013年刊登的实验类研究论文加以评析。在对114篇实验研究及实验教学方面的论文进行内容分布分析的基础上，提出如下值得关注和商榷的问题：实验仪器的替代问题、实验化学的虚设问题、对仿真实验的定位问题、对实验观念的诠释。指出，以观念为本的实验教学，就是尊重实验、理解实验、善用实验、创新实验，以科学思维为线索，超越器物革新的物化水平，真正实现物我互化的教学境界。

关键词：化学实验；实验探究；实验教学

文章编号：1005–6629（2014）2–0007–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学实验教学是化学教学的重要组成部分。随着新课程改革的实施和信息技术的发展，中学化学实验教学也随之发生了变化，从形式到手段的更新亦体现出观念的更新。另一方面，实验教学也出现了一些问题和争议。为了推进实验教学的开展和实验教学研究的深化，本文就《化学教学》2013年实验类的研究加以评析。

1 实验类论文的分布分析

2013年度1～11期，化学教学共刊发了114篇实验研究及实验教学方面的论文。这些论文主要刊发在实验研究的各个子栏目中（见表1）。

大多数文章针对初中或高中学段的实验教学问题展开讨论，少量文章从高校的视角对中学实验教学提出建议，也有些文章所提出的观点对初高中学段实验教学的开展具有普遍的指导意义。实验研究类的论文共计67篇，集中刊发在“拓展探究”和“创新设计”两个子栏目，以高中实验研究居多。实验教学研究类的论文刊发在“实验教学”、“案例研究”、“精品课例”、“教学随笔”等子栏目，共计36篇，初高中比例相当。

1.1 实验研究类论文的内容分布与分析

依研究的侧重点，实验研究类论文可分为实验原理的反思、实验条件的探究、实验装置的改进、实验手段的更新、实验方案的创新五大类（见图1）。

从内容分布的比例可见，实验研类论文共计67篇，73%（49篇）集中在实验装置的改进和实验条件的探究上。实验方案的创新占16%（11篇）。运用手持技术和现代仪器分析手段的研究占10%（7篇）。

（1）对实验装置的改进和实验条件的探究：有26篇论文探索了实验仪器的组装、改进或以非化学仪器（如医用注射器）替代化学仪器；23篇论文探索了实验条件，实现装置与反应过程的微型化、绿色化、简约化。

（2）对实验原理的反思：在67篇实验研究的论文中，有约22%（16篇）的文章在对实验条件进行探究的同时，反思、质疑、解释了实验原理，或纠正了教科书表述不严谨之处，增强了实验的科学性与严密性。

（3）实验方案的创新上，仍局限在仪器操控和药品替代这一革新层面，鲜有系统性的、原创性的突破。

（4）在实验手段的更新上，有7篇论文围绕手持技术（pH传感器、电导率传感器、温度传感器、压强传感器、湿度传感器、色度传感器、O₂ 传感器、CO₂ 传感器）、现代仪器分析手段（如GC-2001气相色谱仪）的应用进行了实验研究。实验手段的更新受到当前主客观条件的制约，传感器的应用也很局部，未见使用离子电极的研究报告。

总之，实验研究类论文突出体现了器物革新的特点，即研究的焦点集中于实验仪器、实验药品、实验步骤等环节。值得肯定的是，不少作者已经有了理性反思的意识。尤其是对实验方法论层面的反思，如谢庆群围绕沉淀溶解平衡的问题，对Mg（OH）₂ 沉淀与NH₄ Cl、NH₄ Ac溶液反应的条件进行了探究。他在研究反思中转引了陈耀亭先生的观点：“实验，实际上是条件控制下的观察”[1]；蒋新芳探析了分散系的丁达尔效应，不仅对教材的修订提出了建议，而且以详尽的研究和理论分析印证了宋心琦先生的观点：“化学实验结果对外界条件等都是十分敏感的，在解决问题的过程中，厘清学科概念和某些规律的理论或实验依据是关键的一步，应当引起我们的重视”[2]。朱程燕等研究了H₂ O₂ 使不同种类的指示剂在不同反应条件下褪色的情况，解释了教材中Na2O₂ 与水的反应，溶液中的酚酞由红色变为无色的原因与H₂ O₂ 的氧化性无关。在此基础上指出，“科学解释要以实验为依据，而不是主观臆断”[3]；严建波为了剖析苯酚和溴水反应的类型，设定控制变量，采用手持技术测定电导率进行定量分析，从而说明依据实验现象做出科学解释也要在一定限度之内，不能一概而论，使结论泛化[4]。上述观点对广大教师提升实验研究的视角和方法，增强实验研究的规范性、严谨性、科学性具有一定的启发意义。

1.2 实验教学类论文的内容分布与分析

实验教学类的研究分布在“实验研究”、“聚焦课堂”、“视野”、“课改前沿”四个栏目。可粗略分为两大类：实验教学策略和实验教学内容的优化、开发与设计（见表2）。

对于实验教学内容的优化、开发与设计的研究，都定位于探究教学的有效性，依据教学实际，将教材中已有实验加以改进、拓宽，以问题为线索，推动学生在探究中理解概念和原理、培养探究技能、掌握科学方法、形成科学观念。有的研究通过设立对比实验，让学生认识“变量控制”的方法及其作用；有的研究通过探究实验，训练学生的观察、测量、预测、设计等探究技能，使实验探究常态化。其中，岳云华进行了《趣味化学实验》校本选修课程的开发，提出了自助式实验教学模式和化学自助实验评价量表。选择了6个类别共25个复杂程度各异的实验作为课程的主要内容[5]。实验内容源于课本，却又高于课本，课程开发系统规范。

在实验教学策略上，代表性的研究体现在以下几个方面：

1.2.1 抓住实验“意外”，生成探究课题

陶理祥例举了试剂用量、操作顺序、试剂浓度、实验误用试剂产生的意外现象，引导学生对实验做进一步的探究，体现了教学的生成性[6]。许志勤通过引导学生探究Na2O₂ 与H₂ O反应中酚酞试液褪色的“异常”现象原因，让学生在给定情境中通过分析、判断，提出有探究价值的化学问题，设计实验方案，通过实验验证得出结论，并在此过程中了解控制实验条件的方法，体验科学研究的思路和过程[7]。

1.2.2 反思实验教学，提出解决对策

王会有从7个方面例析了实验教学中的不足之处，依次为：将“演示实验”变成“实验展示”；主观认定“现象与结论”的关系；将“失误实验”当成“无效实验”；过于按部就班忽视质疑反思；过于注重对实验现象的死记硬背；忽视实验过程中的偶发现象；注重“操作与现象”而忽视行为习惯[8]。王先锋指出化学实验教学中存在“幕后”与“台前”两种教学现象。“幕后”是指教师把实验置于从属知识地位、实验过程仅限于强化知识；“台前”则是指教师把化学实验作为创新活动的载体，实验目标关注未来发展、实验设计渗透创新思维、实验过程体现探究程序、实验结果收获科研方法。他以实验教学案例说明了将实验从“幕后”推向“前台”的途径有：创设探究点提高实验效度；找准生成点增加实验曲度；捕捉异常点延伸实验深度；挖掘问题点托起实验高度[9]。上述观点在“中学化学实验教学专题研讨会”上获得了强烈的反响。

1.2.3 把握学生心理，激发学习潜能

吕琳等人选取了两所中学高一学生进行观察研究。发现恐惧心理不仅会引发逃避行为，还可能会激发出探索、创新行为，教师应因势利导，引导学生遵守实验规范，增强学生的安全意识[10]。吴先强应用实验研究法，着重探测“演示前实验”对高中生理论化学知识学习的影响。研究表明，“在书面提示相关核心知识的前提下，教师在学习之前对与学习内容相关实验的关键步骤和操作进行演示。这样的演示可以有效降低学生在化学实验过程中的内部认知负荷，从而提高他们通过化学实验学习理论化学的能力”[11]。

1.2.4 运用手持技术，突破学习疑点

夏梅芳等以数字化融合传统的实验技术、定性与定量结合的探究方法，对二氧化碳收集方法相关问题展开探究[12]。徐志宏通过对数字传感技术特点的分析，总结了数字传感技术在实验改进、突破学习疑难点、创设习题素材和开展第二课堂等方面与化学教学整合应用的规律，并且结合具体实例作了进一步解释说明[13]。任峰等人通过手持技术与多媒体技术的整合，将电离平衡的微观问题以数据、曲线形式表征出来，让学生真切地感受到电离平衡的建立与移动。运用POE策略，通过暴露学生的前概念，借助手持技术实验演示使学生产生认知冲突，进而开展讨论和解释，使学生实现概念的转变，并在理解的基础上进行知识结构的建构[14]。

上述研究的共同特点是，有破有立，既抓住了实验教学的症结，又对症下药，以探究思维、探究技能的培养为核心，用大量的案例论证了实验教学改革的途径与方法。

1.3 教师实验教学能力的发展

田长明发表在“课改前沿-教学随笔”栏目的文章指出，实行课改已经很多年了，教师在教学理论和教学方法上都有了长足的进步，课堂探究、合作、讨论都已成常态，但教师自身的专业素养却没有得到显著的提高。因此，在培养教师时，可能不仅要注重教师的教学理念和教学方法，更要注重教师自身专业素养的提升[15]。

实验教学的质量在很大程度上取决于教师的实验教学能力。从实验操作的规范到实验手段的自如运用、实验设计的科学严谨都能反映出教师的实验素养，这是在推进实验教学中不可忽视的因素。

1.4 对实验教学具有引领性的观点

孙丹儿指出：我国在实验本体及其教学研究方面历时已久，尤其是实验本体的研究方面，成果颇多，但是实验创新不足。国外则注重对实验的教学方法应用及教学效果的评价等方面的研究。她还指出，“国外基于手持技术的教学侧重四个方面的研究：学生概念转变和能力考察、新教学模式的探索、教师认识及其能力的调查、教师培训模式的探索”[16]。这一论断和本文的内容分析是一致的。

实验教学超越器物革新的物化研究水平，走向探究思维主导、科学观念先行的物我互化的研究境界，关注学生的学习机制和学习结果，摆脱知识本位、考试本位，重视学生科学素养的养成，应是未来实验教学发展的趋势。对此，宋心琦先生和吴俊明先生高屋建瓴的观点深具启发和引领意义。

宋先生站在化学科学的视角，从化学科学的历史、现状与未来的发展趋势的分析中，提出了化学实验体系的三个要素：实验对象的物质体系；适当的仪器装置和必要的安全措施；合理的实验步骤和规范的操作技术；指明了实验教学改革的方向——不仅应当关注具体的实验，更要从课堂教学开始，引导学生学会赏析、学会批判、学会思考，将动手能力真正体现为学会做实验[17]；详细阐述了化学实验的教育内涵应是：学做人；学做事；学做科学实验；学会思考[18]。

吴先生阐述了化学实验教学系统的构成——教导者、学习者、实验教学内容和教学方法，以及实验器材设施等显性要素和保障系统、管理系统、开发研究系统、教师训练系统等隐性要素。指出：现行化学实验教学系统不太完善、合理。要从六个方面入手改变现状：强化理性指导，避免盲目的试误和实践；以学生经验基础和有关心理为基础，重视科学素质培养；注意基础性，又能适应不同学生的发展需要；反映化学学科特点，反映现代化学实验技术的发展；改革实验教学方法，促进课堂教学改革；改进和加强实验考核[19]。对于化学实验教学现代化的问题，吴先生认为必须认真考虑“人性的解放”和“效率的解放”，努力实现化学实验教学的创新、改革和超越式发展，实现思想观念、内容、方法、装备以及评价的现代化[20]。

2 问题讨论

通过对2013年实验类研究的综述，作者认为有如下问题值得关注和商榷：

2.1 实验仪器的替代问题

伴随着化学科学的发展，实验仪器、实验手段的更新从未停止过。尤其是随着信息技术的发展，实验手段的更新被当做现代化的显著标志。基于传感器的实验研究可以帮助教师完成原理的探析和认知冲突的解决。但传感器多数仅适用于研究、捕捉微量的变化，对于常量的化学反应与实验现象，传感器就会失去它的意义。因此，吴俊明先生指出，“传感实验可以促进化学实验教学现代化，但有很大的局限性，只能覆盖有限的实验内容，只能适当地提倡和推广”[21]。

另一方面，有为数不少的实验研究用医疗器材、生活用品替代常规实验仪器。这也并不是值得赞扬的。借用钱勤的观点：“实验仪器的使用是化学学科所特有的，也是必不可少的……教师不仅要让学生认识它们，还要让学生掌握它们的使用方法，这同时也有利于学生将来在化学专业上的发展。生活物品的替换应依据学生的学情，应以掌握化学专业仪器为前提，只有这样，学生才能更加深刻地体会到替换的意义。[22]”因此，使用非化学仪器做替代物，只能是在客观条件不足时的权宜之计。

2.2 实验化学的虚设问题

在2013年《化学教学》刊发的文章中，只有一篇文章是针对《实验化学》模块的教学感悟。作者刘树载认为《实验化学》教学中存在的问题有：传统教学观念充斥；内容选择很多是大学教材“下放”；教师实验能力限制；实验硬件捉襟见肘；教学时空严重匮乏等[23]。比较准确地反映出当前中学化学实验教学不容乐观的原因。

作者的相关调查也表明，一方面，实验室的硬件设施不能完全满足教学需要，另一方面，作为化学教师，不重视实验，基本不使用实验室的大有人在。这说明制约实验教学开展的因素不完全在硬件设施，教师和学校管理人员对实验教学的重视程度才是关键因素。在考试指挥棒的作用仍占据主导地位的当下，加强对实验教学任务的规定性是推进实验教学的可行途径。如，初中新课程修订之后，明确规定了八个必做实验，并编入教材，就是一个有效的措施。

2.3 对仿真实验的定位问题

为了追求高效便捷，不少教师乐于以实验视频、仿真实验代替动手实验。很多专家对此并不认同。吴俊明先生多次强调，必须坚决反对用电脑和多媒体技术模拟实验取代化学实验。

在此，有必要澄清仿真实验的定位问题。仿真实验不是实验，而是计算机辅助实验教学的一种形式。仿真实验只是预设的、形象化的模拟，是模型方法的具体应用，是忽略了实验系统的次要因素后的实验纯化结果。因此，在很多方面已失去真实实验的意义，无法进行实验仪器的操控、现象的观察与测量、实验习惯的养成、实验革新的意识等训练。作者的研究表明，默会的化学实验操作技能蕴含在问题解决的行动中，依靠实践中体验、积累和摸索才能获得。它是高度个人化的知识，是学生所掌握的知识技能中最具创造活力的、最深层的部分，是学生学习与发展的基础[24]。过度使用仿真实验，不利于学生探究技能的形成和科学态度的培养。因此，理性使用仿真实验，克服急功近利的教学追求，让它回到辅助教学的位置是必须的。

2.4 对实验观念的诠释

实验教学应以观念为本，是新课程改革以来已达成的共识。郑长龙认为，实验观念包括：以实验为基础、绿色化学思想和实验安全问题等。其中，“以实验为基础”有四重含义，即“实验探究活动”、“实验方法论”、“实验事实”和“实验史实”[25]。并不是只有“做实验”才是以实验为基础，运用“化学方法论”、“实验事实”、“实验史实”来开展化学教学活动，同样也是以实验为基础。

总之，以观念为本的实验教学，就是尊重实验、理解实验、善用实验、创新实验，以科学思维为线索，真正实现物我互化的教学境界。

参考文献：

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[2]蒋新芳.探析分散系的丁达尔效应[J].化学教学，2013，（3）：58～59.

[3]朱程燕，庄华清.过氧化氢使溶液中指示剂褪色的实验探究[J].化学教学，2013，（1）：63～64，80.

[4]严建波.对探究苯酚与溴水反应类型实验的质疑与改进[J].化学教学，2013，（4）：62～63.

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