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本文以上海中学“拔尖创新人才高中阶段的早期培育”项目为根据，以化学实验室为背景，探讨了创新实验室与传统实验室的异同，从创新实验室实验教学的培养目标、教学策略、教学模式与评价方法等几个角度，尝试探索了创新实验室建设的普通原则，并对教学效果和实际成果进行了反思和认识。通过研究发现，创新实验室通过多样化的教学策略及过程性的评价方式，可促进学生个性发展，培养学生科学思维和团队合作精神，建立新型的师生关系，督促教师树立终身学习的观念。 教学模式 \ 教学策略 \ 评价方式  研究背景 国内外相关 研究述评 国内外对高中阶段建设创新实验室或开展相关创新实验课题研究的成果报道较多。创新实验室的建立为培养创新精神和创新人才提供了基本的设施保证和重要的活动场所，是提高学生科学素养的重要途径，但针对创新实验室的教学模式及评价方式的改变的研究文献尚未见报道。国际文凭项目（IBDP）在 2009 年颁布的化学大纲中，将原子吸收光谱法作为选修内容的第一章中的一节单独列出，以培养学生良好的实验 及科学探究能力。IB 化学课程极为重视对学生实验能力的培养，这点不仅体现在课时安排上（每学期 40~60 小时），还通过内部评价对学生实验进行规范，并且鼓励学生自行开展学科课题的研究。所谓内部评价，就是教师对于学生的实验设计、步骤和报告等一系列与实验相关的表现的评价。新课改下高中化学要求：“让学生在自主参与研究的实践活动中，发展探究化学问题的意识，体验科学的发生和知识形成的过程，感悟科学的思想和方法，培养合作意识与创新精神”。基于上述国内外研究的最新发现，以及我国高中化学传统实验教学的实施现状，我校分析了传统教学法在创新人才培养方面的不足之处，借鉴 IB 化学教育的改革思路、实验教学方法以及对学生的评价机制等先进理念，积极探索在高中阶段如何利用创新实验室开展相关实验教学及学生课题创新活动，并初步建立了一套适用于创新实验室课题探究的过程性评价体系。 研究方案 2008年我校实施“拔尖创新人才高中阶段的早期培育”项目，为此建立了两个化学创新实验室（现代分析化学实验室、环境工程实验室），并配备了多台现代化的分析仪器，如气相色谱—质谱联用仪、高效液相色谱仪、原子吸收光谱仪、紫外—可见光分光光度计等。怎样利用这些先进仪器培养出具有科学创新精神和实践动手能力的学生？我校根据学生的实际情况制订了以下几点研究方案： 创新人才的培育是一个系统工程，应当形成一个“培育链”的观念，不仅关注学业上的链，而且要关注志趣引领、创新思维与人格培育上的链的构建，有计划、有步骤地培育有创新潜质的学生。基于这些考虑，我校在开展创新实验室的课程中，以学期作为时间节点，以不同于一般的教学模式和评价方式作为辅助和引导，逐步、渐进地培养学生对创新课题研究的把握，聚焦他们的志趣，激发他们在一定领域上的创新思维和科创能力。具体安排如下图所示： 学生在传统的化学实验室进行实验，所用的课程与教材主要体现的是高中课程标准的教学要求，强调的是对知识体系的理解和掌握，因此具有极大的统一性、同质性。而创新实验室中开展的课程、教学安排与教材内容的确定，则是由本校学科教师根据高中学生的实际情况与邀请的高校教授们一起合作完成的。这样可以有针对性地将相关专业方向的大学基础课程在一个学期内基本完成，帮助学生在后续的课题研究和科技创新中建立基本的理论知识体系。 在传统实验教学中，大多为验证性实验，因此强调的是培养学生的观察能力、基本动手操作能力，注重的是操作的规范性、完整性。而创新实验室的教学过程和课题研究，主要是通过学生利用已有的知识与经验去探索一个完全未知的现象或寻求一个实际问题的解决方案，因此首先强调的是学生的思考能力，即学生是否有问题意识、科研思维，其次是学生的动手能力，最后是学生的研究分析与总结能力，进而由此表现出的创新能力，形成对学生全方位实验能力的培养。 学生在传统实验室中做完实验后，教师对学生实验结果的评价主要表现在以下两个方面：一是学生提交的实验报告，二是反映在考试试卷的题目中，以学生是否掌握了知识点作为评价标准。而在创新实验室中，学生没有传统意义上那种格式完全统一的实验报告，但在每个课题探究的时间节点前必须递交自己撰写的课题研究进展汇报，其中包括：对问题的思考、实验的设计、实验现象的讨论、实验结论的分析等内容，并由指导老师对过程中每一项的表现进行打分和点评。 研究过程 确定研究方案后，我校根据学生开展课题研究的时间节点，同步推进创新实验室教学模式和评价方式的改变和体系的确立，进一步制订了具体的研究过程： 高一入学前的 7~8 月份，结合高校指导教师教学内容的调整和变化，对教学模式进行相应修改；再根据前一届学生的调研反馈和统计结果，对评价体系进行完善。 高一第一学期初，学生在高校教师的课上初步了解不同研究方向的前沿知识和学科背景，同时，校内指导老师利用课后或周末时间介绍课题研究的一般过程和注意事项。 高一第一学期中至期末，学生根据自己的兴趣选择其中 2 门课程跟随高校教师进行专业课的学习，分组以 ppt 报告的形式完成课后布置的思考题。校内指导老师组织学生对思考题作业进行答辩，并按照评价指标对各学生在完成作业过程中的表现进行评价，指出其中存在的问题，并将结果记录在学生课题研究汇总表中。 高一第二学期初，学生在最终选定研究方向后，通过和高校教师的沟通确定自己的研究课题，以 ppt 形式进行自己的开题报告，校内指导教师对开题报告过程进行第二次评价并记录各项评分。 高一第二学期中至高二第一学期末或高二第二学期初，学生在高校教师的指导下完成课题研究所需要的实验，获得实验数据，分析实验数据得出相关结论。其间，每个月学生对课题研究的进展做 ppt 报告，高二第一学期末做课题的中期报告，校内指导教师进行相应的评价。 高二第二学期中至期末，完成研究课题的论文、参加各项创新大赛、做结题报告。校内指导教师做好评价和记录工作，并将两年的课题研究过程中的评价记录汇总反馈给学生。 高二第二学期期末，对学生两年的课题研究过程进行调查问卷，将学生的反馈用专业的 SPSS 软件分析，并依据分析所得的数据结果来调整和完善新一届学生的创新课题研究的教学模式和评价体系。  根据研究过程，我校创新实验室的实验教学在教学策略、教学模式与评价方法等几方面做出了一些调整，具体做法如下：  选择适宜的教学内容和探究方向 作为学生学习的引导者，教师要选择适宜的探究方向，即从成百上千的研究方向 中选择出符合科学探究学习目标的、适合高中学生探究的方向。为促进学生积极而有效的科学探究，课题方向应尽可能地满足下面几个要求：首先，内容要具有一定的探 究性。这是引发学生探究的基本前提。什么样的内容才具有探究性呢？一般而言，当学生原有的知识回答不了他所遇到的问题，即新内容与认知结构产生认知冲突的时候，学生就会产生探究动力。其次，内容要具有综合性，即探究学习的内容可以来源于学生的学习生活、社会生活、自然界和人类自身发展等各方面。教师可以围绕某个主题组织多方面或跨学科的内容，尤其是要注重探究内容与学生的学习生活、社会生活的紧密联系，从学科领域扩展到社会生活、自然界和人类自身发展的现实问题。这样不仅有利于知识的融会贯通，而且还能加强学生对社会问题的关注，增强学生的社会责任感。再次，学生应具有选择课题创新研究方向的自主性。选择的自主性是指从学生的自身需要和兴趣出发，源于学生自发的探究往往更能激发学生的探究兴趣。教师应该随时调整教学计划，为学生探究他们自主提出的问题，发挥他们的个性特长创设足够的空间。 加强创新实验室之间的相互合作 各创新实验室间应当加大资源的开放共享力度，在相似领域、类似的研究方向或实验方法上能够做到设备互补，最终能够共享成果。我校的环境工程实验室和现代化学分析实验室在设立之初就充分考虑到这点，在仪器设备互补、实验室数据共享方面的高度协调，使得学生在完成不同方向的创新课题或是实验研究时，都能最大程度地利用已有的设备资源和数据结论，大大提高了实验成功率和课题完成度。 加强校内外资源的整合 这里指的资源包括人力资源、文献资源、设备资源等多种资源。由于学生探究的是未知的世界，在研究的过程中，教师可充分利用高等院校、科研机构乃至社会企业的各种条件，最大限度地满足研究的需要。这既为学生的创新课题实验拓展了外部空间，更可以在课题创新的整个过程中帮助学生从多种渠道获得更加全面的科技信息和准确客观的实验结论。 在创新课题实验教学中，教师应尽可能地给学生提供各类化学仪器，让学生主动积极地进行实验探究。同时，在学生实验探究的过程中，教师要融入学生的探究活动中，巡视各小组的表现情况，及时给予必要的帮助和指导。在实验探究过程中，教师要充分尊重每一个学生，热心解决他们在实验中存在的困难，充分肯定对实验提出的意见和建议，逐步确立学生的主体地位，充分发挥学生的实验主观能动性。教师在探究过程中的引导作用对学生的实验主观能动性的发挥有较大的影响，引导作用发挥得越充分、越具体，越有利于学生主体地位的确立和实验主观能动性的发挥；反之，则会削弱学生的主体地位，扼杀学生的主观能动性。教师应给学生思考的时间、提问的时间和批判的时间，并通过分组实验、独立实验，给每个学生提供思考、创造、表现的机会。 在教学创新的过程中，教师应采用多样化的教学模式，因为单一、被动的教学会使学生感到枯燥、乏味。在教学过程中，教师应构建以学生为主体的自主探究型教学模式，成为学生实验的参谋者和合作者，而不是全程的讲授者和示范者。在创新实验探究的教学过程中，教师更应该加强科研方法的渗透和应用。 一方面，学生在创新实验室动手操作，不是验证已有的结论，而是认识客观事物的内在本质和运动规律的探究活动，没有现成的、标准的答案。因此，探究过程需要有比较严谨的科研方法。我校的做法是仿照高校硕士、博士研究生的培养过程，在每个时间节点开展包括读书报告、开题报告、中期报告与结题报告在内的一整套流程，每次的汇报交流均需要明确各个实验阶段的任务、设备与条件，再配合文献检索、分析讨论、撰写论文或报告等，形成一个较为完整的科学研究过程。另一方面，教师尽可能多地提供机会，让学生与国内外不同高校的教授们进行面对面的正式交流答辩。学生在这个过程中，既能对自己在课题探究过程中的不足之处做出改进，又可以在这些过程中感受到科学研究的严谨性。 通过构建以学生为主体的自主探究型教学模式，教师可以引导学生亲自参与到整个实验的过程中，并在实际操作中不断提高观察问题、发现问题、解决问题的能力，从而提高化学拓展实验教学的效果，培养学生的质疑精神和科学素养。 以往的实验评价方法中，我们采取的大多是注重结果的评价方式。显然，这种评价方式过于注重实验的最终结果，而忽略了实验的实际过程以及在过程中学生所表现出来的不同程度的科学素养和科学精神。而且，对于创新实验室创新课题研究而言，结果本身就是未知的，需要学生通过探索得出最终的实验数据和结论。在探索的过程中，可能会出现各种不同的情况，教师除了通过提问或解释使学生充分认识到探究的问题之外，更多的应当是关注在实验探究过程中学生所表现出来的动手能力、探究精神和科学素养等。 随着创新实验室教学策略、教学模式的改变，评价方式显然不能再沿用传统的只注重实验结果的结果性评价方式，而必须根据创新课题实验的整个过程做出改变。在完成基本教学内容后，教师可让学生分组、独立设计实验，并在整个实验过程中关注学生的表现，从而将结果性评价转变为过程性评价方式。 笔者参考了 IB 化学内部评价的评价指标，在课程开展期间将整个课题研究过程中能体现出学生科学素养能力的部分按模块进行评价，分别为：实验设计、数据收集与处理、实验步骤及实验结论、实验操作技能、个人技能（包括团队协作能力）。具体每一个模块中需要考察学生的内容，详见表1。
教师对每一项评价内容打分，并给出相应的指导意见，最后给出总分，且该评价贯穿在学生两年的课题研究过程中，每个时间节点均含一次评价。笔者认为这种评价方式更注重多维度、多层次的评价，更倾向于评价实验过程中的思考而非单一的精度结果，能够在很大程度上让学生的课题探索和实验研究的能力取得全方面的提升，为将来进一步在科技创新上丰富乃至形成自己的方法、思想打下一定的基础。  研究成果及成效 通过转变传统的教学策略、教学模式和评价方式，在一定程度上弥补了传统高中实验教学对科学素养、创新能力培养的不足，从历年的学生调查反馈结果来看，创新实验室与新建立的教学模式和评价方式相结合，对学生“志趣能”的匹配、激活学生的内在发展动力、提升学生意志品质和创新人格有明显的效果。 “志”是让学生将发展的志向与对社会的理想、信念、责任及一定领域联系起来，激发内在动力；“趣”是让学生在多样兴趣体验的基础上逐步聚焦，促进个性化知识构成，形成创新素养培育的重点领域；“能”是让学生在兴趣聚集领域的基础上，形成未来发展的指向性领域，个性化地发展其优势与创新潜能。高中阶段将学生的志、趣、能相匹配以达到创新人才的早期培养的目的。 对于高中资优生来说，在自身志趣能匹配的过程中，存在三个时期：迷茫期（不知道自己的“志趣能”在哪里，或者是认识到自己的“志趣能”，但不知怎么去发展）；高原期（在自己的优势潜能认知与开发上到达一定的高度，但出现了停滞，不能持续走向更高的发展平台）；飞跃期（不断克服各种困难，在“志趣能”的探索中螺旋上升，飞跃发展）。 在课题创新研究过程中，通过评价方式的改变，运用群体激发、创新激发、成败激发等多种激励方式，让学生不断突破迷茫期、高原期，走向一个又一个飞跃期，由图 1 可以看出，通过完整的两年课题创新研究，科技班学生、数学班学生和平行班学生对激发的方式认可程度不一样。对于高中阶段的资优生来说，不断更新的目标激励与内在努力，在推进学生产生突破高原期、走出迷茫期的动力，激励学生持续飞跃等方面发挥的作用较大。
▲图1：激发产生飞跃期的方式 学生志趣与潜能的匹配，是激发学生创新内动力的重要维度（学生认同率为94.9%）。学生“志趣能”匹配的探索过程，也是学生主动寻找并明确自己创新潜能领域的过程。大量的问卷调查表明，通过改变传统的教师为授课主体，为以学生为主体、教师作引导、促进的教学模式后，学生在选择学习中，能够不断认识自己的优势潜能领域，不断寻找志趣与潜能的匹配点，产生更大的学习动力，获得创新潜能的开发。如学生孙某，原来在计算机与化学领域都获得市级竞赛等第，但在后续的课题创新中发现自己在化学领域的课题研究中有更大的潜能和创新的灵感，而在计算机领域很难突破超越其他学生。因而在高三毕业时，他选择进入高校的化学专业来进一步开发自身的优势潜能，获得了强大内动力及持续的提升。 教学模式和评价方式的改变和有效实施需要有创新实验室作为硬件支撑，否则就是“无源之水、无本之木”。创新实验室和新型的教学模式和评价方式是相辅相成的：新型的教学模式和评价方式可以使得学生在创新实验室更为自由地、主动地、积极地探究、实现自己的创新想法，从而更深入地开发自身的优势潜能；创新实验室的各类先进仪器又使得学生可以通过这些先进设备证明、实现自己的想法。两者的结合促进了强化模式的影响，是提升学生意志品质等创新人格的重要切入口。从图 2 可以看出，结合创新实验室的强化模式影响下的科技班学生与一般模式下的平行班学生在这方面既有普遍的共识，又有程度上的显著差异。
▲图2：创新课题研究对创新人格培养的影响 另外，在获奖方面，据不完全统计，截至 2016 年底：创新科技班的学生在课题创新方面共获得国际奖项 14 个，国家级 33 个，市级 525 个；发表论文 17 篇（3 篇被 SCI 收录），获得国家专利 6 个。 反思与展望 引导学生提高创新意识 创新意识是指学习者主动发现问题、积极探究解决问题的思路和方法，从而充分发挥自己的潜能的一种心理趋向。开发人的创造力，培养新一代人的创新意识、创新素质，是当今社会对高中教育提出的新要求，也是人才培养方案中的主导思想。然而如何引导学生在实践中主动发现和探索创新活动，培养学生创新意识，对教师来说具有较大的难度。首先是学生对创新意识的认知不够，在传统的教学模式中，学生的创新意识受到了极大的束缚，难于和无暇对创新活动进行探索。其次，创新意识的获得不是靠传授，而是在课堂教学中依靠潜移默化的熏陶方法，让学生在不断的学习过程中，逐渐加以培养实现的。创新意识是一种发现问题、积极探求的心理倾向，因此要培养学生的创新意识，就要在教学过程中不断地创设问题情境，多给学生质疑的时间和空间，鼓励学生大胆提问，并引导学生自己来析疑、解疑，让学生在充分思考的基础上实现创造想象，从而提高学生的创新素质。 注重对学生的过程性评价 为鼓励学生更好地认识、发现自己的志趣和优势潜能，必须对评价方式和体系进行改革和完善。就目前的实施情况来看，基于 5 个评价模块进行综合评价，而每个模块又细分为 3~4 个不同的考查方面，最终得到 5 个不同的过程性评价层次，包括优秀、优良、良好等。变分数线性排序等绝对评价为明确自身整体素养的发展情况以及个性潜能发展位置的相对评价，学生的成绩单上没有了分数，但却很清楚地知道自己各方面在学生群体中的相对位置。这一变化为不同类型、不同潜质学生的创新成长提供良好平台，得到了普遍认同，学校创新人才早期培育的目标也真正落到了实处。但随着科学技术前沿的发展、创新课题研究角度的变化、学生实际情况的不同，教学模式尤其是评价方式也需要作出相应的修改和完善，只有这样才能更好地激发学生在学习过程、科学研究中的积极性、主动性和创新精神。 参考文献 ［1］王汉成，刘明，朱龙彪 . 创新实践能力的培养与开放式创新实践实验室的建设［J］. 实验技术与 管理，2003，（2）：5-8. ［2］刘咏梅 . 实验教学改革与创新人才培养［J］. 实验技术与管理，2005，22（12）：101-102. ［3］赵向军 . 高中化学教学如何为拔尖创新人才成长奠基［J］. 化学教育，2011，（11）：28-31. ［4］漆建军，肖化 . 建设学生创新实验室，体现创新特色［J］. 实验技术与管理，2009，（9）：16-18. ［5］Sadru Damji，John Green.IBDP Chemistry Textbook. 3rd edition［M］. Australia：IBID Press，2007：5. ［6］上海市教委教学研究室 . 上海市中学化学课程标准［M］. 上海：上海教育出版社，2002：24. ［7］徐祖辉，杨碧春秋 . 高中国际课程的实践与研究化学卷［M］. 上海：上海教育出版社，2012： 166-167. 上海市上海中学 陆晨刚、刘祎、刘烨 |
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