科教轉(zhuǎn)化在中學化學創(chuàng)新實驗課程中的應用

王書玉

（華東師大一附中，上海200086）

中學化學學科的核心素養(yǎng)對學生的實驗探究與創(chuàng)新意識、科學精神與社會責任均提出明確要求，中學化學教育應該引導學生關(guān)注與化學有關(guān)的熱點問題，培養(yǎng)學生獨立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神，以及善于發(fā)現(xiàn)問題、應用已有化學知識分析解決問題的創(chuàng)新思維與應用能力?；瘜W創(chuàng)新實驗課程是達成上述核心目標最有效的途徑之一，在中學課程建設中占據(jù)越來越重要的地位。因此，如何開設好中學化學創(chuàng)新實驗課程，與時俱進地更新課程內(nèi)容，提升教書育人效果，提升高中學生的創(chuàng)新綜合素養(yǎng)，值得化學一線教師深入探討[1-2]。

實踐表明，科教轉(zhuǎn)化，教學互長，不僅能豐富創(chuàng)新實踐課程內(nèi)容，而且推動了教師綜合素質(zhì)的提升和科研能力的提高。我們開設的《高中化學創(chuàng)新實驗》課程，不僅受到學生的歡迎和同行的高度肯定，創(chuàng)新育人效果明顯，已獲得上海市教育教學改革項目和虹口區(qū)教育教學重點科研項目的建設支持。本文基于在總結(jié)多年來科教轉(zhuǎn)化激發(fā)中學化學創(chuàng)新課程活力教學實踐的基礎上，以實際案例就科教轉(zhuǎn)化實施的原則、要點及效果，提出來有益的探索與思考。

1 營造科教轉(zhuǎn)化的良好氛圍

科教轉(zhuǎn)化是化學實驗課程內(nèi)容的主要來源，更是新內(nèi)容開發(fā)的重要渠道。雖然中學相對大學而言，從事科學研究的老師相對較少，但隨著中學創(chuàng)新教育重視程度的提高和擁有碩士、博士學歷的畢業(yè)生充實到中學教師隊伍中來，中學開展科學研究工作已成為常規(guī)工作。在國家重視科學素養(yǎng)和強調(diào)創(chuàng)新的大環(huán)境下，中學教育強調(diào)教學內(nèi)容的不斷更新，需要鼓勵從事科學研究的老師將研究成果積極向教學一線轉(zhuǎn)化，營造良好的科教轉(zhuǎn)化氛圍，不僅可以使科研成果發(fā)揮出更大的育人價值，還能夠促進創(chuàng)新教育工作的健康有序發(fā)展。比如，我們積極鼓勵全校師生從事科學創(chuàng)新活動，每年面向全校學生舉辦的學科前沿講座、研究課題開題指導會、“春華秋實杯”創(chuàng)新成果匯報交流活動等，每兩年舉辦一次引進校外智力資源、全校師生參與的“華師大一附中科創(chuàng)節(jié)”活動等。這些活動的開展，激發(fā)了師生的研究熱情，人人都是研究者，有助于在校園內(nèi)營造良好的科教轉(zhuǎn)化氛圍。

2 積極實施科教轉(zhuǎn)化

2.1 把握原則

科教轉(zhuǎn)化是更新課程內(nèi)容，提升教學效果的有效途徑。在具體操作過程中，需要遵循如下基本原則：（1）密切聯(lián)系基礎。選擇科教轉(zhuǎn)化的內(nèi)容可以包含一些拓展型的個性化知識，但其主體要以中學化學教學大綱為準繩，緊密結(jié)合課內(nèi)基礎理論知識。只有這樣才能使學生深刻理解書本知識的價值，并培養(yǎng)應用知識解決實際問題的能力。科教轉(zhuǎn)化而來的創(chuàng)新課程內(nèi)容既是課堂理論知識的拓展，也是這些基本理論在生活、科研、生產(chǎn)實踐領域中的具體應用。（2）內(nèi)容前沿新穎。選擇的內(nèi)容要緊密結(jié)合科技前沿，反映學科的最新發(fā)展動態(tài)，將學科的最前端研究成果轉(zhuǎn)化到課程中來，這樣的教學內(nèi)容能夠給學生新奇感，同時強調(diào)教學模式要能夠激發(fā)學生的好奇心和創(chuàng)造力。（3）適合學生完成。中學階段的學生化學理論基礎尚且薄弱，選擇向教學轉(zhuǎn)化的科研內(nèi)容時，難度上要為高中生量身訂制，可以注重基本理論知識的理解與應用，降低對機理推導、模擬計算等難度要求。（4）符合學?，F(xiàn)狀。中學化學創(chuàng)新教育課程的開設，受到學校發(fā)展定位、軟硬件條件等諸多因素的限制，必須要充分考慮學校的科研基礎、師資隊伍等客觀條件，具有實施可行性。（5）注重教學模式與方法?？蒲谐晒D(zhuǎn)化而來的課程內(nèi)容，完全不同于原有的高中化學課程體系，因此，不能照搬傳統(tǒng)教學方法，應該探索適合該課程的教學新模式。

2.2 充分準備

在全校范圍內(nèi)營造科教轉(zhuǎn)化的良好氛圍，還需要依據(jù)科教轉(zhuǎn)化的基本原則，充分做好實施準備工作。本文以華東師大一附中開設的《高中化學創(chuàng)新實驗》的一個案例“氫氧化鎂/納米銀復合殺菌劑的制備與殺菌性能研究”為例，簡單介紹所需準備工作?？平剔D(zhuǎn)化的基本流程如下：選定研究素材→加工素材→方案設計→條件準備→課程實施。

選定研究內(nèi)容：納米材料是當今的研究熱點，因其小尺寸效應而呈現(xiàn)出特殊的物理化學性質(zhì)，有助于學生深刻理解高中化學中的“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”；納米銀是一種常見的殺菌劑，來源于生活的課題更能激發(fā)學生的興趣和探究熱情，它的殺菌性能則涉及到生物學的知識，培養(yǎng)學生綜合運用跨學科知識解決實際問題的能力。因此，將納米銀的殺菌性能研究作為課程的主要內(nèi)容。

加工研究素材：對研究內(nèi)容的相關(guān)文獻進行調(diào)研、分析，結(jié)合高中生的學情與身心發(fā)展特點，選擇適合高中生特點的問題方向與解決角度。課題針對納米銀顆粒小易團聚、從而降低殺菌性能的問題，提出利用氫氧化鎂納米組裝球作為負載試劑，將納米銀負載其上，以減少團聚，提高殺菌性能。選擇氫氧化鎂是因為跟學生的高中知識聯(lián)系緊密，學生也可在此基礎上選擇合適的替換品。

設計課程方案：確定課程的內(nèi)容架構(gòu)，不同的教學模塊選擇不同的授課模式，并制定詳細的教學進度安排。

準備實驗條件：學校建有創(chuàng)新實驗室，課程的常規(guī)實驗操作和分析可以在學校實驗室完成；樣品的分析測試需要借助高校或科研院所的大型測試儀器，應事先做好協(xié)商工作，到時帶領學生到高校進行測試。

2.3 實施階段

化學創(chuàng)新課程以培養(yǎng)學生分析解決問題的能力為目標，課程以選修課的形式完成，每周有2個課時，大部分內(nèi)容在課上完成，部分實驗需要學生利用課余時間進行。課程面向高一和高二對化學有興趣的同學，采用小組合作的形式，每組2-3位同學。

以前文中的案例為例，教學內(nèi)容及采取的授課形式如表1所示?！皻溲趸V納米組裝材料的制備及其在環(huán)境領域中的應用”[3]，符合本文2.1所述的原則，教學內(nèi)容來自教師的科研課題，以材料領域的前沿熱點“納米組裝功能材料”為主線，系統(tǒng)探討了納米材料的綠色合成方法及國內(nèi)外極為關(guān)注的環(huán)境治理問題。我們首先將教學內(nèi)容進行模塊化處理，確定各部分采用的教學模式，然后分階段進行課程準備并加以實施。

從理論設計角度，課程中會涉及到晶體的生長理論及相關(guān)的分析測試技術(shù)等超越高中內(nèi)容的知識，老師在課程初期會通過專題的講解，采用通俗易懂的方式，使學生理解相應的原理，后續(xù)的方案設計、實驗操作及分析表征階段，還會進一步具體闡釋，加深對這些理論的理解和應用。此外，友好高校的數(shù)據(jù)庫可以向我校學生開放，為文獻調(diào)研提供了便利。在具體的方案設計中，氫氧化鎂和銀這兩種物質(zhì)都是同學們熟悉的無機物，氫氧化鎂采用鎂鹽和堿通過沉淀反應制備，納米銀用銀鹽和維生素C通過氧化還原反應得到，這些反應都緊密貼合高中化學教學大綱；實驗中引入生活垃圾雞蛋膜這一半透性生物膜作為氫氧化鎂納米材料的制備模板，增加了實驗的趣味性。實驗中涉及的這些常規(guī)物質(zhì)或材料的性質(zhì)和制備，既可以加深學生對基本理論的理解，又可以有效拓展學生綜合實驗設計能力，實現(xiàn)了創(chuàng)新課程教學內(nèi)容創(chuàng)新性、知識性和趣味性三者的有機統(tǒng)一。

從實驗條件角度，學校擁有材料合成所需要的場地和常規(guī)儀器，同濟大學、華東師范大學等高?？梢詭椭覀兺瓿刹牧系谋碚骷靶阅軠y試工作，具備了該科教轉(zhuǎn)化內(nèi)容實施的實驗條件，學生可以進入高校的分析測試實驗室，由專業(yè)老師進行現(xiàn)場原理講解和操作演示，使學生能身臨其境感受前沿科技的魅力。在學生進入實驗室操作之前，教師會對學生進行實驗室的安全教育，每位學生簽訂實驗安全協(xié)議，確保實驗操作的順利進行。從師資角度，該實驗課程內(nèi)容來自我們的科學研究課題，任課教師親身經(jīng)歷整個研發(fā)過程，對每一個環(huán)節(jié)都有深刻的理解和認識，且部分結(jié)果已經(jīng)被整理成論文在國際學術(shù)期刊上發(fā)表，這些因素有助于明確創(chuàng)新教育課程培養(yǎng)目標，突出教學重點。

另外，我們非常注重實施過程中教學模式和教學方法的創(chuàng)新。比如，“氫氧化鎂/納米銀復合材料的合成及性能研究”這部分教學內(nèi)容，前期文獻調(diào)研、開題報告撰寫、實驗方案設計、實驗操作、數(shù)據(jù)分析及論文整理等階段，均是由學生自主完成，教師的作用重在引導和鼓勵。特別是在最后的論文撰寫階段，教師會先介紹科技論文撰寫的要求與格式，提供簡略的書寫提綱，由學生完成初步的論文撰寫，再根據(jù)教師提出的修改意見進行修改，直至最終定稿。

表1 課程內(nèi)容及授課模式

將科研成果向教學一線轉(zhuǎn)化，在教學中又會獲得新的研究成果，實現(xiàn)了“科學研究探索——成果轉(zhuǎn)為教學——教學反哺科研”的良性循環(huán)模式，是中學化學創(chuàng)新教育極為重要的課程內(nèi)容更新渠道。

2.4 及時總結(jié)

實施科教轉(zhuǎn)化，應及時進行總結(jié)。比如，教學內(nèi)容是否與學校的發(fā)展定位和育人目標相符；課程內(nèi)容和難度是否有利于學生接受；學生對課程的喜愛程度及學習熱情如何；是否有效提升了學生的創(chuàng)新能力；在實施過程中還存在哪些客觀問題需要解決；如何進一步改進教學模式、提升教學效果，等等。一般而言，新教學內(nèi)容從開發(fā)到成熟，往往需要經(jīng)歷幾個教學周期。而我們采用科教轉(zhuǎn)化的方式更新課程內(nèi)容，由于課程內(nèi)容來自教師的一線科研成果，實施過程中便于及時發(fā)現(xiàn)問題并予以解決，大大加速課程建設的步伐，縮短新內(nèi)容開發(fā)周期，促進科研轉(zhuǎn)化模式的不斷完善與發(fā)展。

3 實施有益效果分析

科教轉(zhuǎn)化，不僅更新了教學內(nèi)容，為化學創(chuàng)新課程教學注入了生機與活力，而且科教轉(zhuǎn)化過程中，課程內(nèi)容的實用性、學生的學習熱情、課堂的活躍程度以及教學效果達到了前所未有的高度。目前，已經(jīng)有3屆學生在這種模式指導下的創(chuàng)新課程中受益，育人效果表現(xiàn)在如下幾個方面：

3.1 激發(fā)創(chuàng)新熱情

高中化學創(chuàng)新實驗的最新內(nèi)容來源于前沿科研成果，是學生掌握的基礎理論知識的靈活運用，這樣的教學內(nèi)容能夠激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情，讓學生產(chǎn)生“學以致用”的成就感。

3.2 有助生涯規(guī)劃

通過化學實驗，可以引導熱愛化學學科研究的學生以化學作為自己的職業(yè)發(fā)展方向，而對于那些不喜歡化學學科的同學，也可以將自己在創(chuàng)新實驗中的經(jīng)驗與感悟作為職業(yè)生涯規(guī)劃的參考。

3.3 夯實創(chuàng)新功底

在華東師大一附中開設的《高中化學創(chuàng)新實驗課程》中，學生參與科學研究的全過程，包含文獻調(diào)研，確定課題，設計方案，實驗操作，結(jié)果分析，方案改進，論文撰寫等，感受科研的艱辛，培養(yǎng)了堅持不懈的創(chuàng)新人格，而創(chuàng)新能力在潛移默化中得以全面提升。開展科教轉(zhuǎn)化以來，已有5位同學在SCI檢索的國際學術(shù)期刊上發(fā)表了科學研究論文，6位同學作為發(fā)明人申請了國家發(fā)明專利[5-7]。成果的取得，讓學生產(chǎn)生強烈的認同感和榮譽感，自信心倍增，也充分說明了中學生同樣可以進行前沿科學探索，并取得被專家認可的科研成果。

3.4 教學反哺科研

通過化學創(chuàng)新實驗教學，學生化學創(chuàng)新核心素養(yǎng)獲得顯著提升的同時，通過學習過程進一步加深了對基礎理論知識的理解，又可以指導學生優(yōu)化自己的實驗方案，設計出更具創(chuàng)新性、更為合理的研究路線。比如，我們的最新科教轉(zhuǎn)化內(nèi)容“磷酸銀晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控及殺菌、催化放氧功能”，指導同學完成課程內(nèi)容的同時，也豐富了我們的晶體學知識和催化相關(guān)理論。

4 結(jié)論與展望

如何不斷激發(fā)中學化學創(chuàng)新教育課程教學活力，是工作在基礎教育一線教師面對的永恒課題。而科研成果向教學一線轉(zhuǎn)化，是化學創(chuàng)新課程內(nèi)容的活力之源，更是化學學科創(chuàng)新教育發(fā)展的迫切需求和大勢所趨。我們在教學過程中，切實感受到這一形式帶來的諸多有益效果。在今后的工作中，我們將會繼續(xù)營造科教轉(zhuǎn)化良好氛圍，鼓勵教師開展科學研究，加大經(jīng)費投入力度，緊密結(jié)合化學創(chuàng)新教學實踐經(jīng)驗，在基礎教育中為國家創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)進一步的應用與推廣。