實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培育科技創(chuàng)新人才之源

2019年 11 月 20 日，《教育部關(guān)於加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見(jiàn)》[1]提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要路徑，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生的觀(guān)察能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)造性思維能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，培養(yǎng)學(xué)生的興趣愛(ài)好、創(chuàng)新精神、科學(xué)素質(zhì)和意志品質(zhì)。2023年5月，教育部等十八部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)於加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見(jiàn)》[2]，強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生廣(guǎng)泛參與實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)踐活動(dòng)，以激發(fā)學(xué)生的好奇心、想像力和探求欲，並要求與校外課堂進(jìn)行資源的交互和整合。同月，教育部印發(fā)《基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革深化行動(dòng)方案》[3]提出學(xué)科實(shí)踐（實(shí)驗(yàn)教學(xué)）是教學(xué)改革的攻堅(jiān)重難點(diǎn)，需完善裝備配置標(biāo)準(zhǔn)、研製中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本目錄、加強(qiáng)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、建設(shè)複合型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為重要的教學(xué)內(nèi)容和方式，在教學(xué)改革中佔據(jù)核心地位，同時(shí)也間接反映出現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)教學(xué)亟待推動(dòng)變革。此次教育部教育技術(shù)與資源發(fā)展中心（中央電化教育館）正式發(fā)布初中和高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本目錄（簡(jiǎn)稱(chēng)《基本目錄》）將為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供重要指導(dǎo)。

除了一般性的科學(xué)探究過(guò)程和方法外，《基本目錄》中所包含的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)還充分體現(xiàn)了多類(lèi)型的化學(xué)領(lǐng)域問(wèn)題[6]：分析檢驗(yàn)物質(zhì)（「使用 pH 試紙等檢測(cè)生活中常見(jiàn)溶液的酸鹼度」「溶液中常見(jiàn)離子的檢驗(yàn)」等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)）、進(jìn)行物質(zhì)分離（「粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除」「用化學(xué)沉澱法去除粗鹽中的雜質(zhì)離子等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)」）、製備合成物質(zhì)（「二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室製取」「氯氣的製備」等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)）、研究物質(zhì)性質(zhì)（「探究常見(jiàn)金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)」「探究乙烯的化學(xué)性質(zhì)」等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)）、探究反應(yīng)規(guī)律（「探究鐵釘生鏽的條件」「探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素」等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)）、認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)（「搭建球棍模型認(rèn)識有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)」「製作典型的晶體結(jié)構(gòu)模型」等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)）、技術(shù)工程設(shè)計(jì)（「製作簡(jiǎn)單的燃料電池」「模擬侯氏制鹼法」等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)）……通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)不同類(lèi)型的化學(xué)領(lǐng)域問(wèn)題，發(fā)展形成對(duì)其問(wèn)題解決思路的認(rèn)識。

通過(guò)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生能夠發(fā)展形成般性的科學(xué)探究的問(wèn)題解決思路和化學(xué)領(lǐng)域問(wèn)題的解決思路[7][8]。面對(duì)陌生實(shí)驗(yàn)情境時(shí)，才能夠有效遷移應(yīng)用問(wèn)題解決思路，實(shí)現(xiàn)程序化、有思路的實(shí)驗(yàn)探究與問(wèn)題解決，這是科技創(chuàng)新發(fā)生的重要策略和路徑。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的底層科學(xué)思維。《基本目錄》中的大量實(shí)驗(yàn)活動(dòng)需學(xué)生開(kāi)展分析、比較、抽象、歸納、發(fā)散等思維活動(dòng)，例如「辨別物理變化和化學(xué)變化」「觀(guān)察比較不同溶質(zhì)在不同溶劑中的溶解性差異」「探究活性炭和明礬等淨水劑的淨水作用」「研究化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能」等。因此開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)能夠有效輔助培養(yǎng)分析與綜合、比較與分類(lèi)、抽象與概括，歸納與演繹、聯(lián)想與想像、重組思維、聚合思維、發(fā)散思維、突破定勢(shì)等科學(xué)思維，為科技創(chuàng)新人才提供底層的思維基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是具有實(shí)踐性質(zhì)的活動(dòng)，《基本目錄》中規(guī)劃(huà)了「化學(xué)藥品的取用」「物質(zhì)的加熱」「儀器裝置的連接」「玻璃儀器的洗滌」「配製一定物質(zhì)的量濃度的溶液」等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通過(guò)操作和練習(xí)，學(xué)生可以熟練掌握實(shí)驗(yàn)中各類(lèi)型操作的技巧，發(fā)展觀(guān)察、測(cè)量、使用儀器、搭建儀器、設(shè)計(jì)並實(shí)現(xiàn)方案、解決實(shí)操中的問(wèn)題等綜合能力，將為科技創(chuàng)新人才提供堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力。除使用基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)儀器外，《基本目錄》中也融入了部分需現(xiàn)代技術(shù)及現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)裝備輔助的實(shí)驗(yàn)，例如「利用計(jì)算機(jī)作圖分析元素性質(zhì)相關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律」等，將有效發(fā)展學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)和實(shí)驗(yàn)裝備開(kāi)展實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的能力，助力學(xué)生探索化學(xué)及其交叉學(xué)科的前沿發(fā)展問(wèn)題[9]，這是現(xiàn)代化社會(huì)背景下實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新需必備的核心能力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)問(wèn)題的好奇心和探究欲。通過(guò)操作和觀(guān)察，學(xué)生可以直接觀(guān)察和體驗(yàn)科學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生對(duì)於未知現(xiàn)象的興趣，主動(dòng)提出問(wèn)題和探索問(wèn)題的動(dòng)力得到激發(fā)，在解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷得到正向反饋，保持其好奇心和探求欲。這是創(chuàng)新的驅動(dòng)力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠推動(dòng)學(xué)生形成專(zhuān)注堅(jiān)持與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神。實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生將面對(duì)未知，需要勇於嘗試，勤於動(dòng)手動(dòng)腦，專(zhuān)注探究，認(rèn)真實(shí)證，不斷探索，追求真理，這些品質(zhì)的形成需要學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中體悟與反思。這是創(chuàng)新的基石。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)倫理和科研誠(chéng)信。實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生需要精準(zhǔn)地操作、真實(shí)準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果、嚴(yán)謹(jǐn)地開(kāi)展數(shù)據(jù)分析和結(jié)論推理、進(jìn)行自主思考和獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，湧現(xiàn)創(chuàng)新的認(rèn)識等，如上實(shí)踐活動(dòng)能夠使學(xué)生形成學(xué)術(shù)倫理和科研誠(chéng)信的意識和態(tài)度。這是創(chuàng)新的保障。

總之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在化學(xué)教學(xué)中具有重要的地位和作用。化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生直接觀(guān)察物質(zhì)變化、探究化學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律、製備與分離物質(zhì)的重要途徑，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)思維和創(chuàng)新意識的重要手段。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以親身體驗(yàn)化學(xué)的奧妙，感受科學(xué)的魅力，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的興趣和熱愛(ài)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)學(xué)科中不可或缺的一部分，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。希望《基本目錄》的發(fā)布能夠引起區(qū)域、學(xué)校和教師的重視，為此制定切實(shí)有效的落實(shí)方案，助力打贏(yíng)初高中化學(xué)教學(xué)改革的攻堅(jiān)戰，為我國(guó)科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。