发展化学实验教学研究需要大智慧

摘要：化学实验教学是化学教学的重要子系统。现行化学实验教学系统不太完善、合理，要强化理性指导，以学生经验基础和有关心理为基础，重视科学素质培养；既注意基础性，又能适应不同学生发展需要；要反映化学学科特点，反映现代化学实验技术的发展；要改革实验教学方法，促进课堂教学改革；要改进和加强实验考核。本文介绍了6项工作以落实上述思路，并专门讨论了中学化学研究存在的问题及其改进。

关键词：化学实验；化学实验教学；化学实验教学研究；化学实验教学系统

文章编号：1005-6629（2013）2-0003-04

中Iit5-}"类号：G633.8

文献标识码：B

1 发展化学实验教学研究需要大智慧

较长一段时间以来，许多人觉得化学实验教学研究陷入老套路，为新的套路“没方向”而苦恼。笔者认为，要解决这个问题、改变旧的套路，需要大智慧，这个大智慧就是拓宽视野、上位思考、用系统的观点指导化学实验教学研究，以提高学生科学素养为出发点，努力做好基础工作。为此，需要从化学实验教学是一个系统说起。

1.1 化学实验教学是化学教学的重要子系统

影响化学实验教学的因素很多，这些因素相互作用，共同构成化学实验教学系统这个整体。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是化学实验教学系统的构成要素。除了这些显性要素外，化学实验教学系统还有一些隐性的支持要素，例如保障系统、管理系统、开发研究系统、教师训练系统等等。

在上述要素中，教导者和学习者都是活生生的人，这决定了化学实验教学系统具有开放性和复杂性，是“开放的复杂的巨系统”。实验教学内容、教学方法、实验器材设施等既具有变动性、时代性，又具有继承性、稳定性，也可能产生对于时代发展的滞后性。实验教学内容跟理论性的教学内容、陈述性的教学内容等等非实验的化学教学内容之间常常还具有很强的关联性。

化学是研究泛分子（包括分子及类分子）的科学，宏观看现象，微观找原因，宏观加微观，是化学的重要方法。“宏观看现象”离不开实验，实验是化学实现宏观一微观联系的基础和保证。所以，化学是一门以实验为基础的科学。从总体来看，实验不但为化学科学中概念和假说的形成提供基础材料，为化学科学的形成和发展提供科学事实，而且可以检验科学假说，否定错误的假说，支持和完善科学理论。因此，化学科学研究和化学教学都离不开化学实验。实验还可以促进化学知识的应用，促进学生手脑并用，促进他们提高非智力品质。总之，化学实验教学有利于学生更好地认识物质世界，有利于学生全面地发展、更好地发展，要搞好化学教学，一定要搞好化学实验教学。

化学实验教学系统是整个化学教学系统的重要的子系统，研究和解决化学实验教学问题需要系统的观点指导，也需要应用系统的方法。

1.2 现行化学实验教学系统不太完善、合理

一个好的化学实验教学系统，其各个要素之间应该处于良好的匹配、协调状态：学习者积极、主动地学习；教导者能恰当地选择教学方法，尽教导之责；实验教学内容不但能跟其他教学内容很好地配合，反映化学学科的特点和发展，而且适合于学习者，有利于所有学习者都得到最好的发展，当然也能被教导者很好地掌握；实验器材则能满足实验活动的需要。发展性是评价化学实验教学系统的重要指标之一，化学实验教学系统自身也需要不断地发展，实验教学内容、教学方法、实验器材设施等要与时俱进，及时地更新、发展。

对照上述要求，现行化学实验教学系统有不少相形见绌之处，主要是：

（1）化学实验教学系统应能促进学生更好地认识、利用和适应物质世界，全面地发展、更好地发展，促进课堂教学改革，促进化学课程改革，而目前在以上有关化学实验教学系统功能方面的研究还不够系统、深入。

（2）为了化学实验教学系统能充分发挥作用，并且与时俱进，不断地发展，需要有健全的实验教学制度，而这正是现行化学实验教学系统的一块短板，使实验教学在一些学校不能得到保障，处于可有可无状态。

（3）为了化学实验教学系统能与时俱进，不断地发展，需要学校和社会都有良好的开发研究系统来支持。而目前我们的研究开发支持系统还处于自生自灭状态，不能满足实际需要。

（4）现代化学科学实验日新月异，有了很大的发展、变化，然而现行化学实验教学的装备以至于内容、方法基本上还是老面孔，有着很明显的“近代烙印”，不能适当地反映现代化学科学的发展和新特点。

（5）现在，由于时代的进步、商品经济的发展，再加上“应试教学”的强大影响，学生的生活经验有了很大的变化：他们整日忙于应付各种习题和考试，少有机会去接触自然，也没有时间深入观察、思考生活乃至生产中的化学现象，使他们学习化学的动机、兴趣有了很大变化，经验基础也有了很大变化。例如，他们大多没有接触过火柴，观察蜡烛燃烧的机会也不多，大多没有仔细地、从容地、自主地观察过燃烧，脑子中的燃烧印象主要是课本或者教师灌输的。再如，过去的中学生对生石灰、熟石灰乃至于石灰石，以及纯碱（面碱）等等都比较熟悉，在学习有关化学知识时有很好的经验基础，而现在的学生则截然相反……面对这些新情况，现行化学实验教学系统的变化似乎很不够。

（6）教师教育也没有适当的变化。许多新教师本身的经验基础就不丰富，而师范院校的实验教学训练反而常常被削弱，以至形成恶性循环现象，等等。

2 完善、改革和发展化学实验教学系统的主要思路

为了完善、改革和发展化学实验教学系统，需要在下列几个方面做出努力：

2.1 强化理性指导，避免盲目的试误和实践

要以科学的理论为指导，不能只凭“拍脑袋”，只凭老经验，只是一时兴起，来进行化学实验教学及其研究。

2.2 以学生经验基础和有关心理为基础，重视科学素质培养

把学生经验基础和有关心理作为化学实验教学的基本出发点，以培养学生的科学素质为目标，努力培养实验兴趣，提高实际应用技能。

2.3 注意基础性，又能适应不同学生的发展需要

强化基本原理、基本能力的教学，注意留有思考和创新空间，促进学生发展创新能力。

2.4 反映化学学科特点，反映现代化学实验技术的发展

注意体现有关化学理论的指导作用，注意宏观与微观的结合，反映化学学科的特点，反映现代化学实验技术的发展，增进学生对现代化学的了解。

2.5 改革实验教学方法，促进课堂教学改革

通过改革实验教学方法，提高化学实验教学效率，促进课堂教学改革，促进实验教学与课堂教学的结合。

2.6 改进和加强实验考核

改进和加强实验考核，把对实验思维及其实践的考核、对实验能力的考核作为实验考核的重点。

3 当前可以做些什么

上述思路的实现可以从下面的工作开始：

3.1 加强对化学实验教学系统及其发展的研究

化学实验教学系统具有开放性和复杂性，要深入地了解和认识化学实验教学系统及其发展，需要采用系统方法，采用钱学森先生主张的、解决复杂系统问题的综合集成法，广泛搜集国内外的经验和教训，以优秀的实践经验为基础，建立模型，升华为指导实践的理论，“集智慧之大成”。

各地可以尝试制订实验教学规范，在试行、完善后建议教育行政部门以文件形式公布，规定在什么情况下必须做实验、怎样做实验，对懒于做实验、滥用模拟实验和视频实验等现象实行“一票否决”；还可以组建实验研究开发支持系统，例如结合具体条件在省、市、县逐级灵活地建立实验研究中心、实验研究小组，并制订有关的规范。

3.2 开展对学生经验基础和有关心理的调查与研究

可以合理选择样本，调查了解当前学生学习化学和化学实验的经验基础，了解他们学习化学和化学实验的心理特点，加强学生个性和发展的一般规律研究。

3.3 设计若干系列实验

可以设计若干实验系列，使实验的安排具有一定的序列性，以提高和强化其教学效果，更好地发挥实验的教学功能。例如：

（1）设计启蒙实验系列，在初三化学开始时集中实施，帮助初中学生建立必要的经验基础。当年，法拉第曾经以蜡烛燃烧为主题给少年儿童作了6次讲座，国外一些教材至今仍把观察蜡烛燃烧作为化学课程的第一个实践活动，我们应该从中受到启示。

（2）设计现代实验系列，选择能够反映近现代实验的发展和特点，又适合中学推广的若干实验（如应用便携式光谱装置、热重天平以及模拟质谱分析的实验）组成系列，使学生增强兴趣、减少恐惧。

（3）设计实验研究系列，在已有实验中精心选择若干实验，特别是一些经典实验，深入开展研究活动，挖掘并充分发挥其教学价值。

（4）设计探究实验系列，适应开展探究教学的需要。可以每学期重点做一两个规模大一点的（1-2课时），并配以部分小型的探究实验。

（5）设计绿色实验系列，让学生体验和实践绿色思想。

（6）设计生活应用实验系列，让学生学会在生活中应用化学知识，提高生活能力和学习兴趣。

各个系列既要自成体系，又要能较好地配合课程内容的整体布局，并且符合学生实验能力发展的规律，实现最优化。

经过筛选，对一些重要的疑难实验也可以尝试组织“攻关”研究，探索其成功关键。

3.4 开展改革实验教学方法的研究和试验

改革实验教学方法。例如，实验方案可以引导学生参与设计、制订，增强学生对实验方案的理解。

还可以尝试建设实验教室，制定相应的实验教室建设、运行与管理规范；推广开放实验室，制定能普遍适用的开放实验室建设、运行与管理规范。

3.5 开展改革实验考核方法的研究和试验

通过研究和试验，加强并改革化学实验考核（例如，以化学实验实践作为试题的基质，进行过程和经验的考核，以及对意外情况探究方案的考核），以此促进化学学习评价乃至升学考试的命题改革，发挥试题的正确导向作用。

3.6 开展实验方案评价体系研究

开展实验方案评价体系研究，首先要探索实验评价的指标体系，确定合理和可行的若干指标，例如科学性、重复性、安全性、观察便利性等等，力求能够量化。

4 改进中学化学实验的研究

目前，研究中学化学实验通常都是采用在实践中摸索、“尝试一错误”的经验方法，这种方法忽视了有关科学知识的指导作用，理性水平低，效率不高，需要改进。

1996年，笔者曾经写过下面一段文字，现在看来还有必要重复一下：目前中学化学实验研究活动比较普遍，但其科学水平总的看来并不尽如人意：方法科学、构思巧妙、效率较高、成果颇丰者固然不少，然而，随意而为、缺少理性和自觉、方法笨拙、技术落后，甚至违反科学、结论错误或者劳而无功者也不鲜见。存在的问题主要有：

（1）课题选择缺乏系统性，存在着重复和偏废现象，研究的资源配置不合理。有些在多年前已经研究解决并且公开发表成果的课题后来又被重复研究和发表（其水平甚至倒退），有些方面的研究则比较少。这不但造成人力、物力浪费，而且有可能造成知识产权纠纷。

（2）对实验方案的评价标准尚未形成合理的和比较普遍、稳定的共识。故而有的方案十分繁杂、不便于实施和推广有的却过于简单、难以保证实验成功；有的追求现象强烈、“刺激”，安全保证不够，有的不适当地夸大了实验的危险性……使得一些研究结果难以得到广泛的认可。

（3）应用科学理论指导不够，不善于应用化学和其他科学已有的成果来解决实验中的问题，有的甚至违反科学规律、得出不符合客观实际的结论。

（4）方法粗放、手段落后、缺少计划。有的盲目地用尝试一错误法寻找最佳实验条件，效率低下，或者对影响因素的研究停留在简单比较的水平（甚至于不进行比较），试验点分布不合理；有的囿于个人经验，带有较大的局限性和随意性；定性研究多、定量研究少；“毛估估”多、精确测量少；技术手段多数还停留在50年代、60年代水平，甚至30年代、40年代水平。

（5）实验研究成果表达形式各异、尚未形成规范；有的表达过于简单，或者不完整，使别人看了不得要领；研究结果的复核、鉴定、评价、交流制度尚未形成；等等。

这些情况表明，目前的中学化学实验研究方法多数还停留在直觉和经验的水平。没有理论指导的实践是盲目的实践，缺乏理性的研究其水平难免低下。要取得中学化学实验研究的进步，必须用中学化学实验研究方法论作指导，应用科学理论和科学知识来提高研究水平。

现在看来，虽然情况有所好转，但问题依然如故，还需要大力扭转。要提高中学化学实验研究水平，不但要从“宏观”角度把握好方向，还要注意加强理性，改进具体的研究方法。曾经有人根据胶粒表面双电层分布和胶粒移动速率理论成功地使氢氧化铁胶体在电泳时保持清晰的界面，由此还可以进一步控制胶粒的电泳速率，显著地改善演示实验的效果，而用尝试法几乎不可能达到同样的效果，这个实例有力地说明了在实验研究中加强理性的重要性和必要性。具体应抓住研究过程中的几个主要环节：

（1）注意研究、总结中学化学实验研究过程的一般规律，按照科学的程序来开展研究活动。

（2）要对中学化学实验研究作系统分析，善于用系统观点指导中学化学实验研究课题的选择，并且注意研究和应用选择课题的科学规律和方法。

（3）要注意应用化学和其他科学发展的成果，重视并善于查阅有关文献，努力使研究建立在可靠的科学理论基础和实践基础之上，提高研究的起点和效率。

（4）注意研究、总结中学化学实验研究的科学策略，学会和掌握重要的研究方法，善于在研究实践中从具体隋况出发，灵活地、巧妙地制订和实施科学的策略和方法。

（5）重视应用先进的科学手段，重视科学测量工作，重视进行量的研究。

（6）注意遵守有关的规范，等等。

最根本的是，要重视对中学化学实验研究方法论的学习和研究；最重要的是立即行动起来，长期坚持下去。

最后，建议成立化学实验研究协作组织，形成协作机制，加强研究的规划和协调，加强成果和经验的交流。