摘要：化學實驗教學為什么要現(xiàn)代化、什么是教學現(xiàn)代化?；瘜W實驗教學現(xiàn)代化必須認真考慮“人性的解放”和“效率的解放”，努力實現(xiàn)化學實驗教學的創(chuàng)新、改革和超越式發(fā)展，實現(xiàn)思想觀念的現(xiàn)代化、內(nèi)容的現(xiàn)代化、方法的現(xiàn)代化、裝備的現(xiàn)代化以及評價的現(xiàn)代化等。傳感實驗可以促進化學實驗教學現(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?shù)靥岢屯茝V，不能“化”，也“化”不了，這方面的研究有待于進一步拓展和深入。

關(guān)鍵詞：化學實驗；化學實驗教學；現(xiàn)代化；傳感實驗

文章編號：1005–6629（2013）11–0003–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

3.3 化學實驗教學內(nèi)容現(xiàn)代化

歷史啟示我們，在討論化學實驗及其裝備的現(xiàn)代化時，不能離開研究的問題，不能離開具體的化學內(nèi)容。要實現(xiàn)化學教學中實驗及其裝備的現(xiàn)代化，必須恰當?shù)剡x擇實驗教學的內(nèi)容，協(xié)調(diào)好實驗教學內(nèi)容的時代性、基礎性和選擇性，必須做到：

（1）協(xié)調(diào)好實驗教學與理論教學的關(guān)系。

要盡量注意實驗教學內(nèi)容與理論教學內(nèi)容的相互聯(lián)系；實驗教學課時與理論教學課時應該有合理的比例；在學業(yè)測量中，實驗考查內(nèi)容與理論考查內(nèi)容也應該有合理的比例。

（2）反映化學的基本問題和現(xiàn)代特點，解決好基礎性與時代性的矛盾。

化學的基本問題是物質(zhì)的組成問題、結(jié)構(gòu)問題和化學反應（關(guān)系）問題，它們在基礎化學中應該占有主體地位。另一方面，現(xiàn)代化學的視野大大擴展，對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和化學反應的認識也有了很大發(fā)展，關(guān)注比原子和一般分子復雜得多的物質(zhì)系統(tǒng)的功能和過程調(diào)控，這些內(nèi)容也應該得到適當?shù)姆从场?/p>

（3）突出未來社會公民需要具備的實驗意識、知識和技能。

現(xiàn)代社會是化學化的社會，現(xiàn)代社會的公民必須具備必要的化學知識、技能，需要具有較強的實驗意識，否則在面臨跟化學有關(guān)的問題時就難以作出正確的決策。在這方面，基礎教育化學課程承擔著重要的責任，需要重視和開展有關(guān)的研究。

（4）解決好純粹化學與應用化學的矛盾。

在教材的編寫方面，目前“由生活到化學，由化學到社會”似乎成了主導模式。由此會涉及大量的應用性內(nèi)容，會產(chǎn)生基礎性與應用性的矛盾、純粹化學與應用化學的矛盾，需要妥善解決好。

（5）解決好知識技能教學與興趣培養(yǎng)的關(guān)系。

對化學探究的興趣、內(nèi)在的動機和需要，是學生主動學習化學、學好化學的最有效的動力。因此，化學教學內(nèi)容要結(jié)合現(xiàn)代學生的特點，充分考慮培養(yǎng)、激發(fā)他們的學習興趣等內(nèi)在動力的需要，安排有利于培養(yǎng)、發(fā)展和激發(fā)學生學習興趣的實驗內(nèi)容。

（6）解決好系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性與個別性、零散性的矛盾。

化學研究對象本來就具有個別性特點[1]，新課程對應用性的強化，以及教科書的應用性內(nèi)容和課題式編寫，使得教學內(nèi)容的零散性更為突出，系統(tǒng)性大受影響，實驗內(nèi)容更是如此，給教與學都帶來很大困難，多年來微詞、批評不絕于耳。針對這個問題，化學實驗教學內(nèi)容的現(xiàn)代化還應該妥善地確定主線，注意解決好系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性與個別性、零散性的矛盾，努力建立、加強、改進其系統(tǒng)性。

解決好各種矛盾、協(xié)調(diào)好各種關(guān)系不是一件容易的事，需要做出艱苦的努力。大體上看，主要的途徑有：

①通過課程模塊的設置解決有關(guān)矛盾、協(xié)調(diào)各種關(guān)系。

②通過地方課程和校本課程的設置解決有關(guān)矛盾、協(xié)調(diào)各種關(guān)系。

③通過增加選做和閱讀內(nèi)容解決各種矛盾、協(xié)調(diào)有關(guān)關(guān)系。

④設置若干系列實驗。

這4條途徑應該同時使用，相互配合。

當前可以研究和設置的系列實驗有啟蒙實驗系列、經(jīng)典實驗研究系列、探究實驗系列、現(xiàn)代實驗系列、綠色實驗系列、生活化實驗系列等等。

3.4 化學實驗教學方法現(xiàn)代化

在學校建立化學教育之前，化學人才的培養(yǎng)主要是在化學家的作坊式實驗室中以師-徒傳授的方式實現(xiàn)的，沒有正式的授課活動，學徒在完成實驗操作任務的過程中一邊摸索，一邊體會，一邊閱讀有關(guān)書籍，一邊向“師傅”請教。17世紀末，歐洲的大學中開始有了教授化學的教授并且出現(xiàn)“講壇實驗”表演。到了19世紀初，一些卓越的化學家在實驗室里講授化學課程。后來，又出現(xiàn)了專供教學用的化學實驗室。例如，李比希（Justus von Liebig，1803～1873）認為，“學習化學的真正中心點在于實際工作”，只有在實驗室里才能培養(yǎng)出名副其實的化學家。1824年，他想方設法把一座廢棄的營房改建成供教學用的化學實驗室，對學生系統(tǒng)地進行實驗訓練：大學生們先是學習定性分析和定量分析，然后再搞無機合成，提取天然產(chǎn)物，最后，在畢業(yè)之前進行獨立的研究工作。通?？偸怯衫畋认Ｌ岢鲆粋€重大問題，讓學生們各自從不同方面進行研究。學生們的實驗研究取得了不少引人注目的好成果。李比希用這種方法培養(yǎng)出了許多優(yōu)秀的化學家，李比希的化學實驗室為各國青年化學家所向往[2]。

19世紀后半期，自然科學課程的地位在歐洲得到了提高。在赫胥黎（英，T.H.Huxley，1825～1875）、斯賓塞（英，H.Spencer，1820～1903）等人極力主張的影響下，化學也成為中學的一門課程。不僅實科中學開設了自然學科，古典中學也增設了自然科學課程。自此，中學化學實驗開始形成。當時，歐洲研究化學教學的專家，例如德國的阿倫德（R.Arendt，1828～1902）、奧斯特華德（W.Ostwald，1853～1932）、英國的阿姆斯特朗（H.Armstrog，1848～1937）等都非常重視實驗在化學教學中的作用。阿姆斯特朗認為自然科學中最珍貴的是它的科學方法，方法的教學應該成為自然科學教學的基本任務；學校必須有一個以上的學生實驗室，盡量造成好像是首次研究某問題的情境，把化學教學時間的大部分用于讓學生獨立地實驗，以誘導學生發(fā)現(xiàn)化學原理和原則，學會科學思維方法。這種方法最先施行于英國中等學校。阿姆斯特朗的“實驗室教學法”，受到大英協(xié)會化學教學法委員會贊同。后來，法、德、美各國也先后效仿而一時風行于歐美乃至于其他地區(qū)，產(chǎn)生很大的影響，對于中學普遍建立學生用化學實驗室并開展學生實驗室實驗起了積極的推動作用。

在這以后，化學教學方法逐漸分化為教室教學法（課堂教學法）和實驗室教學法兩大類型，化學實驗成為中學化學教學活動的一部分。到了20世紀之后，這兩類方法逐步呈現(xiàn)相互配合、相互滲透的趨勢，化學實驗成為中學化學教學的一個重要環(huán)節(jié)和有機組成部分并且逐步出現(xiàn)多種形式。但是，實驗教學的探究性在我國逐漸淡化，被讀經(jīng)講經(jīng)式的傳統(tǒng)教育改造。

隨著建構(gòu)主義思潮在我國的日益?zhèn)鞑?，以基礎教育課程改革為契機，探究教學在我國日益受到重視。但是，這僅僅是探究實驗教學方法在我國的“回歸”或者甚至是初步“涉足”，它是不是能夠在我國“站穩(wěn)腳跟”、長期堅持，還要經(jīng)受時間的考驗，切不可以掉以輕心。

化學實驗教學方法現(xiàn)代化不但需要“回歸探究”，更需要創(chuàng)新、改革和超越。作者認為，在對學生經(jīng)驗基礎和有關(guān)心理展開研究的基礎上，設置若干實驗系列；改革實驗教學方法，引導學生參與實驗設計，增強學生對實驗方案的理解，發(fā)展學生的實驗思維和創(chuàng)新能力；嘗試建立實驗教室等等[3]，都是化學實驗教學方法現(xiàn)代化的重要舉措和內(nèi)容，應該深入研究、廣泛實行。同時，還需要在實驗教學制度、實驗教材以及實驗教學研究方法的改進、創(chuàng)新和發(fā)展等方面全面和深入地作出努力。

3.5 化學實驗教學評價現(xiàn)代化

從根本上說，實驗觀以及“人性的解放”和“效率的解放”應該是實驗教學評價的基本取向。是不是重視實驗的教學功能，是不是有利于“人性的解放”和“效率的解放”，這是評價化學實驗教學是不是實現(xiàn)現(xiàn)代化的實質(zhì)標準。

具體地說，實驗教學評價要考察實驗教學活動的目標是不是以人為本、以學生的發(fā)展為本、以學生為學習主體、重視學生的學習主動性和個性化，教學共同體中的人際關(guān)系是否協(xié)調(diào)；實驗教學活動的效率如何。

當前特別要注意考察是不是重視實驗教學、實驗教學的地位等等。要堅決扭轉(zhuǎn)實驗教學陷于停頓、被無形取消的局面，堅決摒棄違背“以人為本”“以學生的發(fā)展為本”“以學生為學習主體”的不當做法。

為實現(xiàn)化學實驗教學評價的現(xiàn)代化取向，不但要重視目標知能的測量評價，還要重視興趣、態(tài)度、能力、觀念等個性發(fā)展目標的測量評價；不但要重視目標達成結(jié)果的測量評價，還要重視主體性、合作性、活動表現(xiàn)、過程方法有效性等過程性測量評價，以及評價工具本身的有效性、操作性和可行性、簡便性評估。

實現(xiàn)化學實驗教學評價現(xiàn)代化不是一件容易的事：一方面，建構(gòu)理想的現(xiàn)代化評價體系需要不懈地探索和實踐，另一方面，需要以極大的決心和毅力，廣泛地動員和組織多方力量來抵制并改革陳舊的、實力強大的舊評價體系，跟傳統(tǒng)的舊習慣不懈地抗爭。

要衡量實現(xiàn)化學實驗教學評價是否得當，需要對化學實驗教學評價系統(tǒng)進行構(gòu)建和評價。評價的根本標準是：看它是不是有利于化學實驗教學的開展和提高效率，是不是有利于化學實驗教學的發(fā)展和現(xiàn)代化。

目前，我們的化學實驗教學評價只不過是在考試中放幾道實驗題而已，極不完善，實驗題的編制和設計也需要改進，需要做出很大的努力。

4 傳感器在化學實驗教學中應用的問題

傳感器在中學化學實驗教學中的應用時間不長，大約是從20世紀90年代后半期開始的，其背景是現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)以及人工智能等現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展。

4.1 從TI實驗系統(tǒng)到“手持技術(shù)”

德州儀器（Texas Instruments）是全球著名的半導體公司，通常簡稱TI。它在1954年生產(chǎn)出首枚商用晶體管；以后又相繼發(fā)明第一塊集成電路（IC）、手持式電子計算器、單芯片微型計算機、單芯片商用數(shù)字信號處理器（DSP）等等。1998年9月，TI公司與教育部簽署了就數(shù)理科教學技術(shù)進行合作的備忘錄。在上海，他們先是跟華東師范大學合作，在中學數(shù)學教學中推廣使用其生產(chǎn)的圖形計算器取得成功。隨即，他們又跟復旦大學物理系沈元華等先生合作，同時也跟筆者合作，希望應用他們的圖形計算器和CBL數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)一批中學物理、化學實驗。這些成果的一部分在2000年匯集成《TI技術(shù)在研究型實驗中的應用》一書，由上?？萍冀逃霭嫔绯霭?。后來，美國另外一家公司以及日本、以色列的公司也推介過他們的類似產(chǎn)品（卡西歐用掌上電腦代替了圖形計算器）?，F(xiàn)在，國內(nèi)已經(jīng)有多種這類數(shù)字化實驗系統(tǒng)品牌。筆者原以為使用TI技術(shù)就可以實現(xiàn)化學實驗教學現(xiàn)代化，后來發(fā)現(xiàn)TI技術(shù)遠不能解決化學實驗教學現(xiàn)代化的所有問題，以TI為代表的這種技術(shù)還有些問題需要思考和探索。

所謂手持技術(shù)，又稱“掌上技術(shù)，是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套軟件組成的定量采集各種常見數(shù)據(jù)并能與計算機聯(lián)機的實驗技術(shù)系統(tǒng)”[4]。TI實驗系統(tǒng)主要由傳感器、CBL數(shù)據(jù)采集器、圖形計算器以及有關(guān)軟件構(gòu)成，“手持技術(shù)”跟TI實驗系統(tǒng)是基本相似的，不同點在于把圖形計算器換成了功能更好的掌上電腦或者筆記本電腦。從實質(zhì)上看，傳感器是這類技術(shù)的核心和基礎。因此，把這類技術(shù)稱為基于傳感器的實驗技術(shù)比較恰當，相應的實驗可以簡稱為“傳感（式）實驗”。

4.2 傳感實驗與化學實驗教學的現(xiàn)代化

基于傳感器的傳感實驗能不能給化學實驗教學帶來革命性的變化，實現(xiàn)化學實驗教學現(xiàn)代化？

大家都知道，化學是一門以實驗為基礎，研究物質(zhì)及其化學變化的科學，它離不開對物質(zhì)及其變化的觀察。為了進行這些觀察，常常需要對物質(zhì)進行分離、提純，需要人為地創(chuàng)造、控制某些條件，排除干擾，突出主要因素，使某種（或某些）物質(zhì)實現(xiàn)預期的化學變化，以便進行觀察和研究，從而認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、制取或者應用等等。

識別物質(zhì)是認識物質(zhì)的基礎，是從觀察物質(zhì)的顏色、通常狀態(tài)、氣味、硬度、密度、熔點、沸點、揮發(fā)性（或蒸氣壓）、溶解性（或溶解度）、導電性（或?qū)щ娐剩?、導熱性等物理性質(zhì)開始的，有時還要觀察金屬光澤、味道、機械加工性能（可塑性、延性、展性、強度……）、潮解性、鐵磁性等物理性質(zhì)，甚至要觀察物質(zhì)的化學性質(zhì)。

在觀察物質(zhì)的化學性質(zhì)時，通常要觀察物質(zhì)跟金屬反應情況、跟非金屬反應情況、可燃性、跟水反應情況、氧化性、還原性、酸性、堿性，跟酸、堿、鹽或氧化物反應的情況，跟有機物反應的情況、穩(wěn)定性、所屬類別的通性表現(xiàn)等，有時還要觀察跟所屬類別通性不同的特殊性質(zhì)、能說明結(jié)構(gòu)特點的性質(zhì)、有重要應用的性質(zhì)、跟相似物質(zhì)區(qū)別的性質(zhì)、跟特殊條件有關(guān)的性質(zhì)等。

物質(zhì)的化學變化常常涉及物態(tài)變化現(xiàn)象（氣體、沉淀的生成）、顏色變化現(xiàn)象、發(fā)光現(xiàn)象、熱現(xiàn)象、聲現(xiàn)象、電現(xiàn)象、磁現(xiàn)象、機械運動現(xiàn)象、溶解性變化現(xiàn)象、生成物的狀態(tài)和數(shù)量、反應現(xiàn)象隨條件的變化、反應速率、反應程度、反應結(jié)果等，有時還有異常現(xiàn)象、意外現(xiàn)象。

此外，還要觀察實驗裝置，觀察使用的主要儀器、附屬的儀器、儀器的空間位置、儀器的連接順序、儀器的連接方式、儀器連接順序跟實驗過程的關(guān)系、裝置各部分的作用、裝置的核心部分，以及跟常用裝置的不同等；還要進行或觀察實驗操作，包括儀器的裝配、操作步驟，反應物的處理、規(guī)格、用量和裝入，實驗條件及其控制方法、生成物的分離和處理、有關(guān)注意事項以及特殊的操作等。

傳感技術(shù)只能“延長”人的感覺器官，只注意傳感技術(shù)的應用是不夠的，我們還要適當“延長”人的手和腦，注意應用現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展成果來改進稱量、普通和特殊反應條件實現(xiàn)、過程控制、分離或吸收、富集或分散、鑒定、制劑加工、儲存、清洗等反應操作或過程，以及呈現(xiàn)、安全防護和廢棄物處理等技術(shù)。

撇開實驗操作不談，僅就觀察內(nèi)容來說，基于傳感器的實驗技術(shù)顯然是不能夠替代人的感官運用的。目前，各式各樣的傳感器大多只能在嚴格控制的條件下測量單一的特定效應，不適合在復雜情況下使用。實際上，人對物質(zhì)及其變化的感知，常常是在復雜的情形中進行的，例如物質(zhì)在發(fā)生化學變化時，總是伴隨著這樣那樣的物理變化；人的某些復合感覺需要多種感應器參與。

基于傳感器的實驗技術(shù)只能被動地觀測特定的效應，在一般情況下是無法實現(xiàn)預期的變化、獲得需要的物質(zhì)的，更不要說特殊的、復雜的情況了，可見，它是有很大的局限性的，只能覆蓋有限的實驗內(nèi)容。

隨著科學技術(shù)的進步，傳感技術(shù)和模式識別技術(shù)不斷發(fā)展、提高，在復雜條件下的觀測預計遲早也可能實現(xiàn)（例如已經(jīng)制成利用氣體傳感器陣列的響應圖案來識別氣味的“電子鼻”電子系統(tǒng)）。伴隨著辦學條件的改善，學校的實驗室可以獲得更多更好的傳感器和其他裝備，還可以應用計算機通訊技術(shù)建立實驗室的集中監(jiān)控，提高實驗教學的水平；將來甚至還可以應用自動控制技術(shù)、地外星球著陸化學探測自動技術(shù)，以及專門的合成儀等來實現(xiàn)某些實驗操作。然而，用高科技裝備來全部取代學生的實驗操作和感官觀察根本背離了實驗教學的目的，不利于學生發(fā)展，這是需要我們認真考慮的。

統(tǒng)籌考慮，基于傳感器的傳感實驗可以促進化學實驗教學的現(xiàn)代化，讓學生感受現(xiàn)代氣息，幫助學生了解現(xiàn)代化學，減少學生對傳統(tǒng)化學實驗麻煩以及有時有礙健康的恐懼，增強學生學習化學的興趣，提高學生的學習水平，應該適當?shù)靥岢屯茝V。但是，它不能“化”，也“化”不了，只能有限度地使用。一般說來，它更適宜在研究型課程和拓展型課程中使用，不太適宜在基礎型課程中使用。它在教師演示實驗中使用的機會可能比學生實驗多一些。關(guān)于傳感實驗的研究有待于進一步拓展和深入。其他過程、操作的現(xiàn)代化裝備也需要研究。

參考文獻：

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[3]吳俊明.發(fā)展化學實驗教學研究需要大智慧[J].化學教學，2013，（2）：3.

[4]錢揚義編著.手持技術(shù)在理科實驗中的應用研究[M].北京：高等教育出版社，2003：前言.