2020年初爆发的新冠疫情使我国工厂停工、商场关门、学校停课、小区封闭、武汉封城,街上万人空巷。我国政府举全国之力与病毒打了一场前所未有的人民战争。中国之外也不太平。与此同时发生的还有美国的乙型流感、东非和南亚的蝗灾、澳洲的森林大火、菲律宾的火山爆发。同时还应警惕其他潜在的环境、能源、资源、粮食、网络等全球性危机。自然界对人类发起的挑战愈发频繁,人类面临的全球性危机也日益严峻。科技人才是应对挑战、化解危机的关键力量,人类对科技人才的需要从未如此迫切。
另一方面,世界范围内新一轮科技革命和产业变革正加速进行,综合国力竞争愈加激烈。STEM(科学、技术、工程、数学)教育在促进科技创新和提高国家竞争力中具有基础性和先导性作用。美国、澳大利亚、欧洲等国家和地区都高度重视STEM教育。在政府大力推动下,“各地对STEM的重视就像爆米花一样,蓬勃快速成长”。为了在未来全球创新生态系统中占据战略制高点,我国也加紧加快培养新兴工程科技人才。教育部自2017年以来,先后出台“新工科”建设、“强基计划”等政策,印发《义务教育小学科学课程标准》,倡导跨学科学习方式,建议小学科学教师在教学实践中开展STEM教育。中国教育科学研究院STEM教育研究中心发布《中国STEM教育白皮书》(精华版),启动“中国STEM教育2029创新行动计划”,力图打造覆盖全国的STEM教育示范基地。为什么定在2029年?因为2049年是新中国成立百年,人才培养需要提前启动。从现在行动起来,到2029年的时候,可让中国涌现出更多的具有国际竞争力的STEM方面的创新人才。STEM教育应该是终身教育,贯通小学到大学的各个学段。如果低端没有做好兴趣培养和技能储备,那么在高端开设的课程就会缺乏知识和技能基础。在高等教育阶段,国家层面正推进“新工科”建设,在高考环节,有“强基计划”,那么,基础教育阶段该做些什么与之衔接?无疑,注重培养中小学生的科学兴趣是一项重要工作。
大量研究表明,从小学到中学,青少年的科学兴趣呈现下降趋势。青少年科学兴趣下降的原因既有与自身成长有关的生理因素,也有与学校教育和家庭教育有关的人为因素。从小学到中学,青少年在身体和心理上发生巨大变化,生活圈在扩大,交往的人际关系越来越复杂。这些变化使他们的兴趣点逐渐由自然现象转移到人类社会。这是不可避免的自然规律。小学生的好奇心很重,也很容易满足,任何一个未曾见过的科学现象都会满足他们的好奇心,产生兴趣。随着生活阅历的丰富,视野的开阔,能够满足他们好奇心的科学现象越来越少,科学兴趣就会逐渐下降。
杜威是20世纪世界上影响最大的教育家,现代教育的“兴趣说”也由他引领。杜威认为,从英文词源上说,兴趣(interest)这个词含有“居间的事物”或者“在两者之间”的意思。从“居间性”这一视角,杜威认为兴趣是客观对象与心智状态的枢纽。真正的兴趣是自我通过行动与某一对象或观念融为一体的伴随物。外部环境是否有趣味,要看这个环境与个人目的的关系如何。这样,环境中各个事物是否有趣味,不再是固定不变的,而是因人、因境而异。另外,这些事物的趣味程度,与行动者的目的密切相关,不再是孤立存在的。
个体-对象作用理论(person-object theory)认为,个体是行动者,行动总是指向某个对象,兴趣描述了人与行为对象之间的相互作用关系。从这个角度来看,影响兴趣形成的因素应来自个体及周围环境。学生的周围环境主要由学校和家庭构成,因此,学校和家庭是影响科学兴趣形成的外在因素。杜威认为,学生要在动手操作中学习科学,而非通过告知或者阅读的方式来学习。他提出的“做中学”思想就是“从活动中学”“从真实体验中学”,将所学知识与生活实践联系起来,实现知行合一。在科学课堂上,教师应鼓励学生进行科学探究。先前背景知识是影响学习兴趣的最重要的因素。教学中如果能以不同的方式,激起学生对某一问题或主题的经验与体验,将有助于形成稳定持久的兴趣。针对兴趣培养的教学策略是让学习内容与学生的学习目的、学习动机和价值观联系起来,使学生看到学习内容的实际意义。除了课堂教学以外,学校组织的课外活动也是影响科学兴趣的重要因素,某些情况下,课外活动的影响力甚至大于课堂教学。在科学兴趣培养中,不能忽视课外科学活动。家庭因素方面,与父母一起参加的科学活动、与科学有关的娱乐活动对科学兴趣的形成有重要影响。一项针对科学相关专业大学教授职业选择的研究显示,中、小学科学教师对其影响很小,而父母或亲戚以及课外科学活动的影响则很大。
生活化学实验能将学校科学教育与家庭科学教育有机整合,为青少年提供丰富资源,增加科学资本,是培养科学兴趣的有效路径。它既可以被科学教师用于课堂教学,作为科学知识的情景素材,发挥先行组织者的教学功能,也可以作为课外社团或校本课程开设,拓宽学生的知识面,还可以让家长参与实验指导,发挥家长在青少年科学兴趣形成中的影响力。
生活化学实验的学科价值不仅体现在对青少年科学兴趣的培养,它还是我国化学实验教学困境的一条突围路径。化学学科的独特魅力在于化学实验。化学实验承载着知识、技能、方法、情感、观念与思想等重要内容。化学实验可以为化学概念和原理的学习提供感性材料;为教学方式和学习方式的转变创设真实情境;训练动手操作技能和科学研究方法;培养学习兴趣、观察能力、思维能力、团队意识与合作能力、创新精神与实践能力;养成严谨求实的科学态度;形成科学合理的价值观念。
化学实验的教育价值被广大教师充分认同。初、高中化学教材中也设置了丰富多彩的实验内容和实验栏目。但是,在实际教学中,化学实验教学存在诸多问题。采用“黑板+粉笔”讲实验画实验、采用“多媒体+视频/照片”播放实验的教学行为十分常见,“能做就做,不能做就不做”“不想做就算了”“讲讲就可以了”“关键是知识点”“考试的地方写下来让学生背住”,具有这些错误观念的教师为数不少,从而造成学生听实验、背实验的错误学习方式。初、高中化学实验的类型主要有演示实验、探究实验、家庭小实验、学生分组实验等。在实际教学中,只有演示实验开展得最多,且以教师演示为主。化学实验中,学生普遍缺乏参与机会。难得的几次学生实验也多为“照方抓药”式的程序化操作,很难真正引发思考,激发兴趣。化学实验教学达不到应有效果,学生的实验能力和实验素质难以有效提高。
化学实验教学现状的形成原因较为复杂,涉及方方面面,既有客观条件因素,也有主观人为因素。客观条件因素包括中考、高考的考试压力;教学班额过大;化学课时少;实验室硬件设施不能满足教学需要;教材中某些化学实验耗时费力,成功率不高,现象不明显;实验所需的化学试剂被严格管控,获取不方便;主观人为因素包括相关领导对实验教学的误解和不重视;实验员配置不到位;化学教师的教育教学观念落后,实验素养不高等。面对上述困难,广大教师多年来一直在呼吁,要发挥考试的正面引导作用,强化实验教学的考核力度;加强化学教师和实验人员的实验培训;教材编写中规定学生必做实验;改进教材中教学效果不佳的化学实验;开展以化学实验为主题的教学研究活动和比赛活动;开发生活化学实验等。
开展生活化学实验是改变化学实验教学现状的可行路径。《普通高中化学课程标准(2017年版)》指出,科学探究活动应紧密结合具体的化学知识的教学来进行,例如“实验探究维生素C的还原性”,使化学知识的学习、科学探究能力的形成与化学学科核心素养的发展有机结合起来。化学教材应精心设计学生必做实验,适当增加微型实验、家庭小实验、定量实验和创新实践活动等。围绕生命健康相关问题,以食物成分的检测等为载体开展综合实验项目。以日常生活中的化学问题为线索,让学生在生活现象解释或生活问题解决活动中学习相关的化学知识和生活知识,形成科学的生活观念和生活态度;设计相应的生活实践类活动,促进学生从科学的生活观念向健康的生活方式转化,实现“知、情、意、行”的统一。生活化学实验的原料取材于生活,原料性质安全、购买方便。生活化学实验所需的经费、人力、空间等基本条件很容易达到,每个学生都可参与实验,动手做实验。生活化学实验植根于学生的直接经验,在实验过程中,学生真正成为学习主体,他们的学习需要得到满足,学习动机和学习兴趣得到提升。因此,生活化学实验是实现化学实验的教育价值、展现化学学科魅力的重要方法和课程资源。