化學(xué)課堂“微創(chuàng)新”：內(nèi)涵、培育與策略*

危 贏 王世存** 周 竹，2

（1.華中師范大學(xué)化學(xué)教育研究所 湖北 武漢 430079；2.河南省信陽高中 河南 信陽 464000）

創(chuàng)新對于國家的發(fā)展至關(guān)重要，創(chuàng)新型人才是支撐中國創(chuàng)造的重要力量。習(xí)近平總書記在2020 年科學(xué)家座談會上強(qiáng)調(diào)“要加強(qiáng)創(chuàng)新人才教育培養(yǎng)，國家科技創(chuàng)新力的根本源泉在于人，要把教育擺在更加重要的位置，全面提高教育質(zhì)量，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，要加強(qiáng)化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)”［1］。因此培育具有高水平的創(chuàng)新性的人才是深化教育改革的重要目標(biāo)之一?！翱茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識”也是《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中列出的化學(xué)核心素養(yǎng)之一。課堂是教育的“主戰(zhàn)場”，化學(xué)課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)、接觸化學(xué)最主要的地方，可是教師如何在教學(xué)中利用好課堂切切實(shí)實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、提升學(xué)生的核心素養(yǎng)還存在著一定的難度與挑戰(zhàn)?！拔?chuàng)新”自從被提出便受到了企業(yè)家們的廣泛關(guān)注，但是在教育領(lǐng)域有關(guān)“微創(chuàng)新”的研究與實(shí)踐卻并不多，本研究旨在對“微創(chuàng)新”在中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探析，為中學(xué)教師利用化學(xué)課堂培育學(xué)生創(chuàng)新意識、突破創(chuàng)新難點(diǎn)、提升學(xué)生核心素養(yǎng)提供新的思路與方法。

一、化學(xué)課堂“微創(chuàng)新”的內(nèi)涵

美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家熊彼特在其著作《經(jīng)濟(jì)發(fā)展概論》中首次提出“創(chuàng)新”的概念，即“創(chuàng)新是把新的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)條件的‘新結(jié)合’引入生產(chǎn)體系”。完全創(chuàng)新是極為艱難的，因此，提及創(chuàng)新人們都下意識認(rèn)為那些影響人類發(fā)展的大創(chuàng)新與他們無關(guān)。蘋果的創(chuàng)始人喬布斯曾經(jīng)提出“微小的創(chuàng)新也具有改變世界的力量”。我國企業(yè)家周鴻祎在一次業(yè)內(nèi)論壇上為了鼓勵(lì)草根創(chuàng)業(yè)者、小公司創(chuàng)新提出了“微創(chuàng)新”的概念，其重點(diǎn)在于從小處著手給予改進(jìn)［2］。“創(chuàng)新”到“微創(chuàng)新”的觀念轉(zhuǎn)變，使得創(chuàng)新這件事變得更“接地氣”也更簡單了一些。教育領(lǐng)域的“微創(chuàng)新”是一種創(chuàng)新思維外顯化的活動過程，其聚焦于教育學(xué)中某一需求單點(diǎn)，在相應(yīng)的范圍內(nèi)進(jìn)行創(chuàng)新活動，旨在通過漸進(jìn)發(fā)展的活動方式，持續(xù)推動教育教學(xué)的質(zhì)量提升和轉(zhuǎn)型發(fā)展［3］。這是一種強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，從小處著眼尋找改進(jìn)突破口的創(chuàng)新［4］。

當(dāng)“微創(chuàng)新”聚焦于化學(xué)課堂教學(xué)時(shí)，也引申出了新的內(nèi)涵，即學(xué)生在化學(xué)課堂中通過思維活動或者實(shí)踐活動發(fā)現(xiàn)他們尚未知曉的知識或生成新“產(chǎn)物”，從而提升學(xué)生核心素養(yǎng)的活動?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面來理解：第一，“微創(chuàng)新”的“新”只是相對于其行為主體學(xué)生來說，只要學(xué)生從前并不知道，由自己思考、實(shí)踐得來即可。第二，“微創(chuàng)新”的“產(chǎn)物”可以是多種形式的。它是學(xué)生在化學(xué)課堂活動中對某一單點(diǎn)進(jìn)行微小創(chuàng)新而得來的，比如推理得到的某種定理，通過總結(jié)構(gòu)建的新模型，運(yùn)用化學(xué)知識解決問題的辦法，對實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)等。第三，“微創(chuàng)新”具有“生長性”。隨著思考的深入、知識的增長、現(xiàn)實(shí)條件的不斷改進(jìn)等，“微創(chuàng)新”也會經(jīng)歷優(yōu)化升級的過程，甚至可能在發(fā)展中引起大的突破性的變化，轉(zhuǎn)變?yōu)楹陝?chuàng)新。

二、化學(xué)課堂“微創(chuàng)新”的培育

化學(xué)課堂中的“微創(chuàng)新”包括創(chuàng)生和演化兩個(gè)過程?！拔?chuàng)新”的創(chuàng)生是指逐步形成最小的創(chuàng)新形態(tài)，是從無到有、持續(xù)迭代的樣態(tài)，包括“微創(chuàng)新”演化的初始雛形和后期演化過程中產(chǎn)生的新型“微創(chuàng)新”［3］。而“微創(chuàng)新”的演化在此借用“核聚變”和“核裂變”的概念來形象地說明?；瘜W(xué)課堂中“微創(chuàng)新”的裂變是指由一個(gè)“微創(chuàng)新”的初始雛形激發(fā)靈感，引發(fā)新的問題，產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，從而誘發(fā)更多的“微創(chuàng)新”?！拔?chuàng)新”的聚變則是指學(xué)生在對同一點(diǎn)進(jìn)行“微創(chuàng)新”時(shí)會有不同的“微創(chuàng)新”結(jié)果產(chǎn)生，在討論的過程中，不同的“微創(chuàng)新”碰撞結(jié)合，從而促進(jìn)初始“微創(chuàng)新”的“生長”。眾多的“微創(chuàng)新”可形成走向創(chuàng)新的階梯［5］。

下面以“硫酸亞鐵晶體的制備”來說明化學(xué)課堂“微創(chuàng)新”的培育過程：

1.“微創(chuàng)新”創(chuàng)生：硫酸亞鐵制備方案的設(shè)計(jì)

在人教版高中化學(xué)必修一學(xué)習(xí)完第三章之后，教師可以提出這樣的探究問題“如何制備硫酸亞鐵晶體”，此前學(xué)生并沒有學(xué)習(xí)過硫酸亞鐵晶體的制備，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論探究，不同學(xué)生有不同的思考側(cè)重點(diǎn)，提出不一樣的看法，在互相討論之中，學(xué)生的思維相互碰撞，靈感也可能由此激發(fā)，最后得出多種制備硫酸亞鐵晶體的方法。例如，有學(xué)生提出可以利用鐵或氧化亞鐵和稀硫酸反應(yīng)制得硫酸亞鐵再通過結(jié)晶等操作即可得到產(chǎn)品等。顯然，對于學(xué)生來說，思考討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案制備硫酸亞鐵晶體等過程可以看作是一次“微創(chuàng)新”實(shí)踐。

2.“微創(chuàng)新”聚變：最佳制備方案的遴選

小組各自通過討論得出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案之后，不同的小組之間又可以進(jìn)行探討交流，引發(fā)了“微創(chuàng)新”的聚變。有的小組提出可以利用回收的廢鐵屑與稀硫酸反應(yīng)得到硫酸亞鐵溶液之后，再結(jié)晶可得到硫酸亞鐵；有的小組認(rèn)為可以用鐵與硫酸銅溶液通過置換反應(yīng)得到硫酸亞鐵和銅，再經(jīng)過濾結(jié)晶等制得硫酸亞鐵晶體；還有的小組認(rèn)為可以先用赤鐵礦與硫酸反應(yīng)，制得硫酸鐵后，再加入足量鐵單質(zhì)得到硫酸亞鐵，最后結(jié)晶得到產(chǎn)品……不同的“微創(chuàng)新”“聚合”到一起，學(xué)生們從原料獲取來源、實(shí)驗(yàn)操作步驟、反應(yīng)條件選擇與控制、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等多方面進(jìn)行對比考慮，最終選定了以鐵屑和稀硫酸為原料制備硫酸亞鐵晶體的方案。

3.“微創(chuàng)新”裂變：實(shí)驗(yàn)制備方案的優(yōu)化

在利用選定方案進(jìn)行制備得到硫酸亞鐵晶體后，有學(xué)生對其檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)制得的產(chǎn)品不純，其中還含有三價(jià)鐵離子，由此引發(fā)新的問題“為什么制備得到的硫酸亞鐵晶體中會含有三價(jià)鐵離子呢”。學(xué)生們就此問題展開討論，這便引發(fā)了一次“微創(chuàng)新”裂變。在思考討論后，學(xué)生們認(rèn)為是因?yàn)榱蛩醽嗚F還原性強(qiáng)，在制備過程中很容易被氧化，所以提出在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意確保鐵過量。還有的小組發(fā)現(xiàn)制得的硫酸亞鐵晶體產(chǎn)率較低，經(jīng)過分析查閱資料后提出可以用無水乙醇代替水洗滌產(chǎn)品，減少洗滌時(shí)產(chǎn)品的損失等。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反思與分析引發(fā)了多次“微創(chuàng)新”的裂變，學(xué)生解決這些問題后由此得出更優(yōu)的實(shí)驗(yàn)制備方案。

4.裂變聚變?nèi)诤希何镔|(zhì)制備實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)建

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生提出“制備物質(zhì)都是按這樣的思路嗎？設(shè)計(jì)制備物質(zhì)的一般思路是怎樣？”等問題，繼續(xù)升華研究的內(nèi)容。通過自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、制備硫酸亞鐵晶體的過程，學(xué)生對物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)的思路印象更深刻，也有著更深的體會和更全面的思考，學(xué)生們根據(jù)此次學(xué)習(xí)活動經(jīng)歷和之前所學(xué)知識展開小組討論，不同的小組得出不同的制備物質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的模型，由此“微創(chuàng)新”裂變的同時(shí)引起“微創(chuàng)新”的聚變。

三、化學(xué)課堂“微創(chuàng)新”的應(yīng)用策略

教育是知識創(chuàng)新、傳播和應(yīng)用的主要基地，也是培育創(chuàng)新精神和創(chuàng)新人才的搖籃，課堂正是教育的主戰(zhàn)場，提高課堂教學(xué)質(zhì)量需要“微創(chuàng)新”，為了使“微創(chuàng)新”在化學(xué)課堂中得到更好的應(yīng)用，突破創(chuàng)新難點(diǎn)，使用時(shí)需注意以下策略的應(yīng)用。

1.利用化學(xué)史實(shí)，激發(fā)創(chuàng)意靈感

俗話說，“巧婦難為無米之炊”。創(chuàng)新思維是學(xué)生進(jìn)行“微創(chuàng)新”的前提和條件，而靈感是創(chuàng)新思維的重要表現(xiàn)形式，在創(chuàng)新思維中起著重要的作用［6］。那么靈感又如何而來呢？在化學(xué)課堂中，教師結(jié)合化學(xué)史實(shí)和化學(xué)學(xué)科前沿的發(fā)展情況選擇教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生不僅要作為旁觀者聽科學(xué)家的故事，了解科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，更要代入其中，想科學(xué)家之所想，做科學(xué)家之所做，在他們的經(jīng)驗(yàn)與智慧中學(xué)習(xí)知識是如何被發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用的，感受他們上下求索的艱苦的探究過程，從而形成科學(xué)精神與科學(xué)思維。隨著對相關(guān)知識橫向和縱向的積淀，加上反復(fù)推敲與不斷思考，某一時(shí)刻，再想對某一單點(diǎn)進(jìn)行突破創(chuàng)新時(shí)，就能激發(fā)出頓悟的火花。

2.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激活問題意識

問題意識是培養(yǎng)創(chuàng)造力的基礎(chǔ)［7］，創(chuàng)造力的培養(yǎng)從某種意義上來說就是對問題意識的培養(yǎng)［8］。顯然問題的產(chǎn)生對于課堂上“微創(chuàng)新”的創(chuàng)生和演化至關(guān)重要，其也會激發(fā)學(xué)生的探索興趣。因此，為了激活學(xué)生的問題意識，教師可以在化學(xué)課堂中創(chuàng)設(shè)真實(shí)、具體的問題情境，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展提供真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會［9］，同時(shí)促進(jìn)“微創(chuàng)新”的產(chǎn)生。要?jiǎng)?chuàng)設(shè)這樣一個(gè)具有啟發(fā)性的情境，教師可以從生活出發(fā)結(jié)合相應(yīng)的化學(xué)知識，也可以利用一些探究性實(shí)驗(yàn)、趣味性實(shí)驗(yàn)，最重要的是由此引發(fā)學(xué)生去積極思考，從而提出問題或?qū)ふ覄?chuàng)造性的問題［10］。例如，在學(xué)習(xí)碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)時(shí)，人教版教材的實(shí)驗(yàn)只能說明鹽酸與碳酸鈉、碳酸氫鈉的反應(yīng)在速率上有差異，卻無法說明碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)是分步進(jìn)行的，那么如何能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)呢？利用此情境，可以以小組合作的方式設(shè)計(jì)方案進(jìn)行交流與討論，從而引發(fā)一次“微創(chuàng)新”的聚變。在交流討論的過程中，不同的小組對其他小組的方案進(jìn)行探討與評價(jià)，從而優(yōu)化得出一個(gè)最終方案，由此發(fā)生“微創(chuàng)新”的裂變。

3.改進(jìn)教學(xué)方式，提供創(chuàng)新機(jī)會

傳統(tǒng)課堂教學(xué)是“灌輸—接受”的基本模式，學(xué)生處于被動狀態(tài)，給予學(xué)生發(fā)揮的機(jī)會并不多，由此“微創(chuàng)新”的創(chuàng)生也很難。而如何在課堂中使學(xué)生能夠更加主動地參與、樂于去探究，教師不僅應(yīng)該轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，以學(xué)生為主體，同時(shí)也可以改進(jìn)教學(xué)方式，將課堂活動的主動權(quán)交還于學(xué)生，強(qiáng)化學(xué)生的主動參與［11］。例如，教師可以采取項(xiàng)目式教學(xué)法。項(xiàng)目式教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生相對獨(dú)立地完成整個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，讓學(xué)生在真實(shí)的問題情境中實(shí)踐，其理念和目標(biāo)都與當(dāng)前基礎(chǔ)教育教學(xué)改革相一致，是促進(jìn)核心素養(yǎng)融合發(fā)展的有效教學(xué)方式［12］。項(xiàng)目式教學(xué)法的應(yīng)用能為中學(xué)課堂中“微創(chuàng)新”的創(chuàng)生與演化提供機(jī)會。

4.種下“強(qiáng)國”信念，燃起創(chuàng)新使命

當(dāng)前，我國某些精密儀器還必須依靠國外進(jìn)口，華為的任正非也曾就解決芯片問題提出必須重視化學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國目前離成為化工強(qiáng)國還存在著一定的距離。在化學(xué)課堂的教學(xué)中，教師更應(yīng)該傳遞給學(xué)生一種“國家興亡我有責(zé)”的意識。國家發(fā)展需要科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，學(xué)生應(yīng)該有為國家強(qiáng)盛而讀書的堅(jiān)定信念，帶著這樣的使命感學(xué)習(xí)，相信化學(xué)課堂也會出現(xiàn)更多的“微創(chuàng)新”，也會更加精彩。在一定的角度來看，“微創(chuàng)新”能夠?yàn)槲覈囵B(yǎng)出社會更需要的人才，也能夠推動化學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。培育學(xué)生“微創(chuàng)新”的意識，種下“微創(chuàng)新”的觀念，這些“微創(chuàng)新”以后也很可能發(fā)展成為影響社會發(fā)展的“大創(chuàng)新”。