鄧敏 鄭倩 何書引 潘睿

摘要：基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的視角，對國際IB課程中獨具特色的、研究型化學(xué)實驗課程設(shè)置、實驗教學(xué)方式與實驗評價考核體系所呈現(xiàn)出的整體性與一致性進(jìn)行了評析，以期為一線高中化學(xué)教師在實驗課程的實施和教學(xué)改革中提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：國際IB課程;化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng);化學(xué)實驗

文章編號：1008-0546（2020）02-0080-03 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.025

IB課程全稱為國際預(yù)科證書課程（InternationalBaccalaureate Diploma Program，簡稱IB），是由國際文憑組織為全球高中生所設(shè)計為期兩年的學(xué)習(xí)課程，涵蓋了Inquirers（積極探究）、Knowledgeable（知識淵博）、Thinkers（勤于思考）、Communicators（善于交流）、Prin-cipled（堅持原則）、Open-minded（胸襟開闊）、Caring（懂得關(guān)愛）、Risk-takers（勇于嘗試）、Balanced（全面發(fā)展）和Reflective（及時反思）共十個培養(yǎng)目標(biāo)。其中，化學(xué)實驗課程教學(xué)目標(biāo)具體為：讓學(xué)生通過不斷嘗試和挑戰(zhàn)來欣賞科學(xué)研究的過程;明確知識、方法和技術(shù)是科學(xué)研究所具有的特征;掌握并運用所學(xué)的科學(xué)知識、方法和技術(shù)對科學(xué)數(shù)據(jù)、科學(xué)信息進(jìn)行充分地分析與研究并撰寫科學(xué)論文;學(xué)會運用21世紀(jì)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，在科學(xué)研究中具有有效合作與交流的能力;理解學(xué)科之間的關(guān)系及化學(xué)學(xué)科對其他學(xué)科的影響，具有探究與發(fā)現(xiàn)科研問題的能力;在實驗過程中敬佩和欣賞前人科學(xué)研究和創(chuàng)造力的同時，樹立起繼承和批判的思想，能夠?qū)茖W(xué)的無限可能及其局限性進(jìn)行認(rèn)知;既要保持對科學(xué)的敬畏之心，也要敢于提出質(zhì)疑，去粗取精，與時俱進(jìn)，勇于創(chuàng)新

由此看出，IB化學(xué)實驗課程的培養(yǎng)目標(biāo)核心是探究性、思考性和創(chuàng)造性的培養(yǎng)，這與《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱為“新課標(biāo)”）中新增并確立的以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向的課程目標(biāo)及5個核心素養(yǎng)要求是相一致的，強(qiáng)調(diào)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任感的同時，突出對科學(xué)探究、科學(xué)過程、科學(xué)方法及科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識。

因此，對IB化學(xué)實驗課程中基于研究型化學(xué)實驗內(nèi)容的設(shè)置、實驗教學(xué)方式與實驗評價考核體系進(jìn)行分析，有助于化學(xué)一線教師在新課標(biāo)的導(dǎo)向下，遵循化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)要求，進(jìn)行化學(xué)實驗課程的有效實施和實驗教學(xué)方式的創(chuàng)新性改革。

一、課內(nèi)必做實驗涵蓋多學(xué)科的交叉，注重宏觀辨識與微觀探析的關(guān)聯(lián)

IB課程化學(xué)實驗分為標(biāo)準(zhǔn)水平（standard level簡稱為sL）和高水平（high level簡稱為HL）兩個不同級別，每個級別由三部分實驗內(nèi)容組成：Practical activi-ties（實踐活動即課內(nèi)必做實驗）、Individual investiga-tion（課外自主探究實驗）和Group 4 project（課外小組合作實驗）。在IB課程化學(xué)實驗標(biāo)準(zhǔn)中對每部分實驗的所需時長作出了明確規(guī)定，詳見表1中所示。

在“Practical activities”（課內(nèi)必做實驗）中，以教師為主體，一共設(shè)置了11個實驗內(nèi)容，涵蓋了化學(xué)的四大分支：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)中的經(jīng)典基礎(chǔ)性實驗，比如：無機(jī)化學(xué)實驗內(nèi)容包含測定化學(xué)常數(shù)，如阿伏伽德羅常數(shù)，氣體常數(shù)R;焰色反應(yīng)觀察;用計算機(jī)模擬實驗探究元素周期律，探究化學(xué)鍵及其結(jié)構(gòu)，如用計算機(jī)模擬分子的VESPER模型等。有機(jī)化學(xué)實驗包含鑒別烷烴和烯烴;肥皂的制作;固體熔點的測定;蒸餾、分流有機(jī)混合物;有機(jī)化合物（如阿司匹林）的合成;用計算機(jī)模擬有機(jī)分子的三維模型等等。

實驗內(nèi)容的設(shè)置，不僅涉及了物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，還涉及運用計算機(jī)軟件對微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)進(jìn)行探究，充分體現(xiàn)出學(xué)科知識點之間的交叉性與關(guān)聯(lián)性，其目的是引導(dǎo)學(xué)生基于不同層次、多角度地認(rèn)識物質(zhì)，從化學(xué)學(xué)科的高度，甚至從整個科學(xué)學(xué)科的角度去認(rèn)識化學(xué)的本質(zhì)。同時，在“課內(nèi)必做實驗”中雖然明確了以教師為主體，但并沒有規(guī)定嚴(yán)格的實驗教學(xué)順序列表，教學(xué)大綱的順序并不一定是教師的實際教學(xué)順序，由教師根據(jù)實際教學(xué)情況及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況自行安排實驗順序以達(dá)到最好的效果。教師還可根據(jù)需要在更高層次的課程中選取內(nèi)容來開展實驗，這種方式給予了教師相對較大的自主權(quán)，在實驗教學(xué)中具有更大的開放性。

二、課內(nèi)必做實驗明確定量實驗的重要性，培養(yǎng)變化觀念與平衡思想

基于對定性、定量實驗具有同等重要性的充分認(rèn)識，在IB化學(xué)實驗中設(shè)置了有關(guān)物理化學(xué)中反應(yīng)焓的測定;探究催化劑、溫度、壓強(qiáng)、反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)的影響以及原電池的制作等內(nèi)容;基于分析化學(xué)的理論知識，在實驗中相應(yīng)設(shè)置了酸堿滴定（包括采用交互式軟件對強(qiáng)酸弱酸，強(qiáng)堿弱堿不同性質(zhì)的探究）;氧化還原滴定法分析過渡金屬離子，用分光分度計測定金屬離子濃度等內(nèi)容;同時，還專門設(shè)置了正確處理數(shù)據(jù)及其相關(guān)誤差分析的章節(jié)，以及運用專業(yè)軟件處理相關(guān)數(shù)據(jù)并制作圖譜表格、撰寫科研論文報告等內(nèi)容，比如：分析實驗中用spreadsheet電子制表軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線等。在強(qiáng)調(diào)定量實驗重要性的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)出了實驗數(shù)據(jù)和純粹數(shù)學(xué)計算之間的不同，使學(xué)生能夠在實驗中認(rèn)識化學(xué)變化所需要的條件及能量的轉(zhuǎn)化;認(rèn)識化學(xué)變化的限度是可以進(jìn)行調(diào)控的;能從多角度、動態(tài)地利用實驗數(shù)據(jù)探究并分析化學(xué)反應(yīng)，運用化學(xué)反應(yīng)原理解釋相關(guān)實際問題，充分體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中關(guān)于變化觀念與平衡思想的培養(yǎng)要求。

三、課內(nèi)課外注重信息技術(shù)與實驗的深度融合。促進(jìn)證據(jù)推理與模型的認(rèn)知

關(guān)于信息技術(shù)與實驗的融合，在“新課標(biāo)”實施建議的第三部分有所提及“注重發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的作用、積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)與化學(xué)實驗的深度融合、合理運用計算機(jī)模擬實驗”，然后與之相對應(yīng)的實驗教學(xué)內(nèi)容中予以明確的規(guī)定。

在IB實驗中對運用計算機(jī)軟件及模型進(jìn)行實驗的內(nèi)容作了明確設(shè)置，比如：用Chem-sketch軟件模擬無機(jī)分子的VESPER模型、有機(jī)分子的三維模型，采用互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的交互式軟件對強(qiáng)酸弱酸，強(qiáng)堿弱堿的不同性質(zhì)及酸堿反應(yīng)進(jìn)行探究等等。在模擬有機(jī)分子的三維模型實驗中，設(shè)計了利用計算機(jī)程序進(jìn)行證偽的實驗內(nèi)容，同時在酸堿交互式軟件中嵌入spread-sheet電子制表軟件，要求學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在運用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行實驗的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識，通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，并運用軟件及模型，解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。

四、課外自擬實驗以學(xué)生為主體，明確主客體的分離。培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識

課外實驗包含自主探究（Individual investigation）與小組合作實驗（Group 4 project）。其中，“Individualinvestigation”（課外自主探究實驗）要求學(xué)生基于已經(jīng)掌握的理論知識和自身興趣愛好，在教師的指導(dǎo)下自主選擇實驗課題，根據(jù)假設(shè)來確定變量、設(shè)計實驗步驟并進(jìn)行實施，在實驗過程中搜集整理相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析并得出相關(guān)結(jié)論，客觀真實地評價實驗結(jié)果，提出實驗的不足之處與改進(jìn)方案并撰寫一篇6-12頁長度（A4篇幅）的英文論文/實驗報告，內(nèi)容包含研究背景、實驗原理、實驗步驟、原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析及結(jié)果討論共六個部分。自主探究實驗的開展不僅需要學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)，熟練的實驗操作技能，同時還應(yīng)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析處理能力、科研論文撰寫能力及科學(xué)批判精神，這基本與國內(nèi)化學(xué)專業(yè)本科生畢業(yè)論文設(shè)計的要求相一致。

“Group 4 project”（課外小組合作實驗）由來自不同科學(xué)學(xué)科（物理、生物）的學(xué)生共同組成短期的科研小組，經(jīng)過頭腦風(fēng)暴、問卷調(diào)查等形式共同討論并形成實驗題目，經(jīng)與任課老師溝通并最終確定后開展一系列的合作式實驗、比較式研究、數(shù)據(jù)收集及分析、模型構(gòu)建與驗證等相關(guān)探究內(nèi)容。

遵循科學(xué)的探究教學(xué)方式，IB化學(xué)實驗教學(xué)理念的核心在于完整地呈現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，讓學(xué)生參與到科學(xué)概念、理論發(fā)現(xiàn)的全過程，讓學(xué)生明白科學(xué)之路從來都不是一往直前而是循環(huán)往復(fù)的，是在實踐中不斷探究總結(jié)、從反思記錄中走出來的。這種教學(xué)理念使得IB化學(xué)教師在化學(xué)實驗教學(xué)過程中，更加重視學(xué)生第一手的觀察能力提升及批判性思維的培養(yǎng)。在“課外自主探究實驗”及“課外小組合作實驗”中，經(jīng)教師和學(xué)生溝通確定實驗課題后，教師除了強(qiáng)調(diào)實驗安全并不會過多參與實驗過程，更不會進(jìn)行操作示范，實驗過程完全靠學(xué)生自行探究完成。在整個實驗過程中，學(xué)生可以自行選擇研究方法，如計算機(jī)模擬、使用輔助模型、問卷調(diào)查、用戶體驗、數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場實地考察等。在此過程中，資料信息的獲取、實驗原理的選擇、實驗步驟的設(shè)計及數(shù)據(jù)的處理與分析都由學(xué)生自主完成，給予了學(xué)生極大的發(fā)揮空間，對學(xué)生綜合運用知識解決實際問題的能力進(jìn)行了全面的考查，體現(xiàn)出的是以學(xué)生為主體的多形式探究活動，有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的教學(xué)方式。

五、實驗過程的試錯納入評價與考核體系，強(qiáng)調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與社會責(zé)任意識

IB課程化學(xué)科目的考試總成績由80%筆試和20%內(nèi)部評價構(gòu)成，其中占據(jù)20%的內(nèi)部評價就是化學(xué)實驗考試，分?jǐn)?shù)根據(jù)學(xué)生在“課外自主探究實驗”中完成的6-12頁英文論文/實驗報告給出，分別從獨立性、背景調(diào)研、實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)搜集及處理、誤差分析、結(jié)果討論、論文格式及文獻(xiàn)引用等方面來考察，歸納為五個評分因子：Personal Engagement（個人參與）、Exploration（探究）、Analysis（分析）、Evaluation（評價）與Communication（溝通），每一因子的具體分值與權(quán)重如表2所示。

其中，Personal Engagement（個人參與）因子用于評價學(xué)生進(jìn)行自主探究的程度，包括能否選出自己的興趣點，能否在選題上表現(xiàn)自己的獨立思考性，能否在實驗的設(shè)計、操作中表現(xiàn)出積極的創(chuàng)造性和主動性;Exploration（探究）因子用于評價學(xué)生研究內(nèi)容的科學(xué)性，選題是否明了準(zhǔn)確，所選課題是否具有研究意義，研究的主題是否闡釋清楚且重點清晰，所使用的概念和技術(shù)是否超出學(xué)習(xí)范圍，實驗研究方法是否恰當(dāng)，論文報告是否體現(xiàn)出基于實驗的拓展與思考，是否體現(xiàn)出安全意識、環(huán)境意識和道德規(guī)范;Analysis（分析）因子則用于評價學(xué)生實驗報告中所記錄的原始實驗數(shù)據(jù)與實驗主題的相關(guān)程度，數(shù)據(jù)處理與分析能力，包括數(shù)據(jù)的相關(guān)性與完整性，數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)是否真實有效并足以支撐所得出的結(jié)論;Evaluation（評價）因子主要用于考查學(xué)生對實驗的自我總結(jié)能力，包括對實驗現(xiàn)象和所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)論性的總結(jié)，對實驗方法進(jìn)行思想上的凝練與概括，對實驗本身存在的問題進(jìn)行分析與總結(jié)，對實驗報告的研究價值和科學(xué)內(nèi)涵進(jìn)行展望性總結(jié);Com-munication（溝通）因子則評價學(xué)生在研究過程中是否與教師進(jìn)行有效溝通，實驗報告表達(dá)是否準(zhǔn)確，論文結(jié)構(gòu)是否清晰，科學(xué)術(shù)語的使用是否規(guī)范等。

學(xué)生提交最終英文論文/實驗報告后，教師會在每一因子分?jǐn)?shù)下給出相應(yīng)的評分理由，重點測評實驗方法的合理性，實驗整體設(shè)計是否存在重大缺陷而并非實驗操作的規(guī)范性。如果在論文報告中未能得到預(yù)期的實驗結(jié)果，但如果學(xué)生能找到問題，分析出合理的原因并提出解決方案，也能得到較好的分?jǐn)?shù)。

由此可見，IB化學(xué)實驗評分細(xì)則設(shè)置的目的是為了讓學(xué)生在知識層面理解相關(guān)概念和原理，在應(yīng)用層面掌握科學(xué)方法和技術(shù)，在發(fā)展層面體會并盡可能去設(shè)計適合自己的“科學(xué)探究”途徑;使學(xué)生通過探究實驗切身體驗科學(xué)研究的過程就是不斷試錯的過程，認(rèn)識科學(xué)思維和研究的本質(zhì)，積累實驗經(jīng)驗，為以后從事科研項目設(shè)計、搜集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、提升操作技能、開展項目合作及交流奠定良好的基礎(chǔ)，在此評價過程中充分體現(xiàn)出了實驗課程對探究、科研實踐能力的對等要求。

六、結(jié)束語

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，化學(xué)知識的學(xué)習(xí)和理解離不開相應(yīng)的實驗活動?；瘜W(xué)實驗的價值不僅體現(xiàn)于能夠鞏固學(xué)生的化學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，更為重要的是能夠讓學(xué)生切身經(jīng)歷科學(xué)探究過程，主動地接受科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的熏陶，進(jìn)而實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和科學(xué)探究能力的提升。IB化學(xué)實驗課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及評價考核中共同呈現(xiàn)出的以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向的整體性與一致性，值得我們在化學(xué)實驗課程的實施和教學(xué)改革中進(jìn)行一定的借鑒與參考。