湘西地區(qū)基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)探究”素養(yǎng)的研究

鄒冰清

吉首大學(xué)師范學(xué)院 湖南吉首 416000

在2018年教育部發(fā)布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中指出：化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”這五個(gè)方面[1]。總的來說，核心素養(yǎng)就是指學(xué)生融入社會(huì)生活所必需的關(guān)鍵知識(shí)和能力。學(xué)科能力培養(yǎng)離不開科學(xué)探究的過程，而借助探究的過程，我們又可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和證明推理的能力。由于湘西地區(qū)缺乏較好的軟硬件條件，這對(duì)于學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)有什么樣的影響，我們應(yīng)該怎樣在教學(xué)中彌補(bǔ)這種不足。下面關(guān)于湘西地區(qū)的“科學(xué)探究”素養(yǎng)的培養(yǎng)進(jìn)行探討。

一、現(xiàn)狀與不足

為了研究湘西地區(qū)“科學(xué)探究”素養(yǎng)的現(xiàn)狀，要將素養(yǎng)拆解成可以測(cè)量的能力要素。我們知道核心素養(yǎng)是學(xué)生在化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中逐漸形成的，在遇到陌生的情景后也能調(diào)用關(guān)鍵知識(shí)去處理問題的能力。王磊在《學(xué)科能力構(gòu)成及其表現(xiàn)研究》[2]一文中提出了學(xué)科能力表現(xiàn)的9種要素。

表1

借助學(xué)科能力要素，可以認(rèn)為素養(yǎng)的達(dá)成就是由學(xué)習(xí)理解能力逐漸進(jìn)入應(yīng)用實(shí)踐和遷移創(chuàng)新的能力上面來，因此，我們可以將素養(yǎng)拆解成分析解釋、推論預(yù)測(cè)、簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)、復(fù)雜推理、系統(tǒng)探究、創(chuàng)新思維這六種學(xué)科能力，然后根據(jù)對(duì)這六種能力的考察來編制測(cè)試題，編制過程中要遵循三個(gè)原則：第一，測(cè)試題要充分涉及六種學(xué)科能力的考察；第二，測(cè)試題最好選取科學(xué)探究類素材；第三，為了更好地檢測(cè)能力，測(cè)試題盡量采用開放式，另外要為每一道測(cè)試題配備評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表，在遇到對(duì)學(xué)生答案有疑問的地方及時(shí)通過學(xué)生訪談的形式確定學(xué)生的思路是否正確，再考慮是否給分。為了更好地測(cè)量湘西地區(qū)學(xué)生素養(yǎng)的情況，選取了一所湘西地區(qū)的省重點(diǎn)中學(xué)和一所普通中學(xué)的高二學(xué)生共一百名進(jìn)行調(diào)查。對(duì)于數(shù)據(jù)，采用Winsteps軟件進(jìn)行處理。

篩選合格的測(cè)試卷后，依照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試卷進(jìn)行打分，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入處理，利用單維Rasch模型進(jìn)行分析，學(xué)生的信度為0.71，試卷信度為0.91，基本達(dá)到要求，可以進(jìn)行分析。

圖1 懷特圖

懷特圖中(如圖1)學(xué)生的能力分布基本呈正態(tài)分布，從數(shù)據(jù)來看，絕大多數(shù)學(xué)生的能力沒有達(dá)到遷移創(chuàng)新的維度。

對(duì)數(shù)據(jù)的整體分析可以看出，學(xué)生在第三個(gè)維度“遷移創(chuàng)新”的得分率極低，說明學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)存在著很大的問題，從二級(jí)能力目標(biāo)來看，學(xué)生的分析解釋能力比推論預(yù)測(cè)和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的能力要好，應(yīng)用實(shí)踐能力方面學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ钊?如圖2)。

圖2 學(xué)生各能力得分率分布圖

對(duì)于推論預(yù)測(cè)能力培養(yǎng)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行訪談，發(fā)現(xiàn)當(dāng)問及二氧化硫有哪些性質(zhì)時(shí)，學(xué)生能較好作答，但繼續(xù)問為什么二氧化硫具有這些性質(zhì)呢？大部分學(xué)生不能從類別、氧化還原的角度去解釋；訪談結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法出現(xiàn)了問題，缺乏對(duì)物質(zhì)角度的認(rèn)識(shí)，學(xué)生只是采用了調(diào)用記憶或總結(jié)歸納的能力去處理知識(shí)，這使得學(xué)生推論預(yù)測(cè)的能力缺乏培養(yǎng)和發(fā)展。

對(duì)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行訪談，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)沒有明晰的思路，比如，粗鹽提純的操作是書本上提及的，也是上課教師會(huì)重點(diǎn)講解的知識(shí)點(diǎn)，高中學(xué)生在高一就已經(jīng)講解過，但對(duì)高二的學(xué)生進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不能完整地解答粗鹽實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程，部分同學(xué)只有加入沉淀劑的過程，還有部分同學(xué)沒有蒸發(fā)結(jié)晶的操作。通過訪談發(fā)現(xiàn)，原因在于部分同學(xué)是通過記憶，而不是從物質(zhì)分離提純的方法角度出發(fā)去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，且在平時(shí)的課堂上因?yàn)闀r(shí)間有限，教師不能較好地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析，也較少組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)，因此，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路比較陌生；還有一部分同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類的題型很少考，課后習(xí)題也涉及得少，因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠重視；還有一部分同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是很復(fù)雜的過程，自己花了時(shí)間也不一定會(huì)做。

對(duì)于遷移創(chuàng)新能力方面的缺失，通過教師和學(xué)生訪談，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的課堂還是采用教師為主導(dǎo)的模式，課堂上學(xué)生參與度不高，實(shí)驗(yàn)大部分是教師演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中學(xué)生發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)與上課內(nèi)容沒有較大聯(lián)系，教師一般不會(huì)花時(shí)間與學(xué)生一起推測(cè)探究，這使得學(xué)生不能將知識(shí)應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，從而缺乏遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而且當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的仔細(xì)觀察得不到重視的時(shí)候，會(huì)逐漸失去創(chuàng)新意識(shí)。

二、解決方法

(一)從生活實(shí)踐出發(fā)，尋找真實(shí)情景素材

從生活素材出發(fā)，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融入生活的能力。選取的素材可來自于生活常識(shí)，如食用小蘇打蒸包子、用酒精去清洗苗族的銀飾、胃藥的成分有氫氧化鋁和碳酸氫鈉；也可來自于化工生產(chǎn)，如鐵礦的冶煉、硫酸的工業(yè)制備、氨氣的合成；還可來自科技創(chuàng)新，比如，材料的發(fā)展、電池的發(fā)展等。

針對(duì)學(xué)生的畏難情緒，我們發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)如果采用真實(shí)情景，特別是以學(xué)生較熟悉的情境出發(fā)時(shí)，教學(xué)更能勾起學(xué)生的興趣，讓學(xué)生積極參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，親自動(dòng)手進(jìn)行探究。比如，教師在講解二氧化硫的性質(zhì)的時(shí)候，給學(xué)生展示超市中兩種不同顏色的銀耳，讓大家判斷哪一種銀耳是用二氧化硫漂白的，并設(shè)計(jì)方案來證明，就能取得非常好的教學(xué)效果。

(二)從現(xiàn)象出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力

觀察是證據(jù)的來源，如果不能對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面、細(xì)致的觀察就不能獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，那么，能力的培養(yǎng)將中斷在第一個(gè)環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的觀察力不能保持長(zhǎng)時(shí)間集中，很容易被一些劇烈的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吸引導(dǎo)致注意力分散，而忽略了對(duì)實(shí)驗(yàn)本該有的全面觀察，導(dǎo)致觀察的角度單一。在以前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，就有學(xué)生在觀察氧化銅與酒精的反應(yīng)時(shí)，只注意氧化銅由黑變紅的過程，卻沒有注意到氣味的改變。這樣的觀察直接導(dǎo)致記錄描述出現(xiàn)偏差和問題，從而不能準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。針對(duì)以上問題，在實(shí)驗(yàn)之前，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中需精選典型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，一步一步提升學(xué)生的觀察能力。觀察角度要涵蓋四個(gè)方面：通過眼睛去看變化，這個(gè)過程如果變化得很快，可以借助不同時(shí)期的照片來尋找差別；通過耳朵去聽聲音變化；通過鼻子去聞氣味的變化；通過手去觸碰溫度的變化。從以上四個(gè)角度去觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象隨時(shí)間的變化，這樣才能使觀察的結(jié)果更全面。在記錄的過程中，要引導(dǎo)學(xué)生利用表格的形式去記錄四個(gè)角度隨時(shí)間的變化。比如，鈉與水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄，如下表2：

表2

為了更全面地觀察、收集數(shù)據(jù)，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察記錄結(jié)束后，可以安排學(xué)生分享觀察記錄，然后對(duì)有難度的知識(shí)點(diǎn)，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)直至掌握。這樣，通過分享和多次實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生不僅觀測(cè)統(tǒng)計(jì)了較全面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也鍛煉提升了自己的觀察能力。

(三)從書本出發(fā)，合理開發(fā)實(shí)驗(yàn)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在過去的一些年里，有部分中學(xué)教師對(duì)教材上的一些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，期望通過改進(jìn)使實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象更加明顯。但是有一些改進(jìn)需要用到很多實(shí)驗(yàn)室沒有的實(shí)驗(yàn)儀器，而且實(shí)驗(yàn)過程也變得更加復(fù)雜，這樣的操作直接帶來了三個(gè)很嚴(yán)重的教學(xué)問題：第一，學(xué)生不能通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)基本的實(shí)驗(yàn)儀器；第二，教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的時(shí)間變長(zhǎng)；第三，失去了引導(dǎo)學(xué)生探究的契機(jī)。其實(shí)，即使是不明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也可以被我們好好加以利用來引導(dǎo)學(xué)生，比如，讓學(xué)生思考怎樣可以對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，既提升了課堂的趣味性，也培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。當(dāng)然還有一些很好的開發(fā)實(shí)驗(yàn)，比如，書本上描述的點(diǎn)燃可燃性氣體前要驗(yàn)純。針對(duì)驗(yàn)純的必要性，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)：向收集滿氫氣的鐵罐中充入空氣，然后點(diǎn)燃。在保證安全距離的前提下，學(xué)生通過觀察不純氣體燃燒導(dǎo)致爆炸的現(xiàn)象，感受到爆炸的威力，可以更好地加深所學(xué)知識(shí)的印象，牢記驗(yàn)純的必要性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)謹(jǐn)慎精神。

(四)從習(xí)題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生重視科學(xué)探究

通過對(duì)學(xué)生的訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的過程并不重視，他們只注重于實(shí)驗(yàn)探究過程中涉及的知識(shí)點(diǎn)、課后習(xí)題和考試主要考察知識(shí)點(diǎn)。認(rèn)為練習(xí)和考試中出現(xiàn)的知識(shí)才重要，這種導(dǎo)向使得學(xué)生對(duì)于科學(xué)探究的興趣和動(dòng)力不足，也使得科學(xué)探究不能有效地發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生能力的作用。所以在習(xí)題的設(shè)計(jì)上，我們應(yīng)該轉(zhuǎn)變理念，改變之前以知識(shí)記憶為主的觀念，逐漸向分析能力考察進(jìn)階靠攏。比如，考察二氧化硫的性質(zhì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，如下表3：

表3

同時(shí)，在練習(xí)中我們還可以設(shè)置一些反思類題目，以彌補(bǔ)課堂上因時(shí)間不足導(dǎo)致的探究不充分。比如，在銅和濃硫酸的反應(yīng)中，出現(xiàn)了黑色的物質(zhì)，這種物質(zhì)到底是什么？我們可以通過布置練習(xí)的形式，留給學(xué)生去反思，讓他們查閱資料并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在課下繼續(xù)探究。

結(jié)語

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。”在長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐中，科學(xué)探究已成為一種培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的重要手段。在課程改革的背景下，作為教師，我們要重視科學(xué)探究，積極運(yùn)用探究精神來解決教學(xué)中出現(xiàn)的問題，努力探索，這樣才能達(dá)到有效培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的目的，幫助他們到達(dá)科學(xué)的彼岸。