張宏森　劉琦　王君

摘? ? 要：推進核心素養(yǎng)引導下的教育教學改革已經(jīng)成為了當今基礎學科教育的熱點。學科核心素養(yǎng)視域下，“現(xiàn)代分析測試技術”教學改革的本質(zhì)是實現(xiàn)教學真正服務于學生的成長和發(fā)展。通過深化學科核心知識理解，問題情景教學法實現(xiàn)轉(zhuǎn)知成智、化識為能，夯實學科素養(yǎng)基礎；“證據(jù)推理”和“四重表征”思維方式的培養(yǎng)，構(gòu)建學生基于學科特點思考問題、分析問題和解決問題的方法與模式；學科精神、社會責任培養(yǎng)與課程教學深度融合，鑄就學生精神品質(zhì)，彰顯價值引領在課程改革中的核心作用。

關鍵詞：學科核心素養(yǎng)；現(xiàn)代分析測試技術；育人模式；教學改革

中圖分類號：G640? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2024）05-00061-03

化學學科經(jīng)歷了從“雙基”到“三維目標”，再到“學科核心素養(yǎng)”三個發(fā)展階段，其變遷過程體現(xiàn)了從學科知識到學科本質(zhì)再到學科育人的價值轉(zhuǎn)變，使得化學教育真正服務于學生的成長和發(fā)展。“現(xiàn)代分析測試技術”課程作為化學學科的重要分支，其對于學生學科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展既具有共性貢獻，又具有個性貢獻。在學科核心素養(yǎng)視域下，基于“現(xiàn)代分析測試技術”課程自身的規(guī)律和特點，明晰該課程在化學學科核心素養(yǎng)形成和提升過程中的特定作用，才能充分發(fā)揮其育人價值。

一、知識是核心素養(yǎng)之“本”

“現(xiàn)代分析測試技術”課程教學實踐中，長期秉持事實本位知識論和間接經(jīng)驗論，課堂教學主要以學科事實與信息傳授為主。然而，隨著現(xiàn)代分析測試技術的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普遍應用，“現(xiàn)代分析測試技術”課程教學環(huán)境、教學資源和教學方式都發(fā)生了深刻變革，課堂教學已經(jīng)不再是學生獲取現(xiàn)代分析測試技術知識的唯一渠道，其教學內(nèi)容和教學方式的改革已勢在必行。盡管事實本位知識論的負面影響日益凸顯，但缺少了學科事實與信息，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)便成為無源之水、無本之木。將知識內(nèi)容積淀為學科修養(yǎng)，將知識形式轉(zhuǎn)化為學科能力，將知識旨趣升華為學科情感。學科知識學習和理解過程本身就是學科素養(yǎng)積淀與形成的過程[1]。因此，“現(xiàn)代分析測試技術”課程教學改革不是淡化甚至否定知識在學科核心素養(yǎng)中的根本作用，而是面對高速發(fā)展更新“現(xiàn)代分析測試技術”方法和紛繁龐雜的網(wǎng)絡資源，調(diào)整教學內(nèi)容和方式，提升學生的學科核心素養(yǎng)。

（一）構(gòu)建合理的學科知識結(jié)構(gòu)

盡管學科知識飛速發(fā)展，但構(gòu)成學科體系基底的學科核心知識和知識結(jié)構(gòu)依舊相對穩(wěn)定。學科核心知識和知識結(jié)構(gòu)是該學科實質(zhì)內(nèi)容的集中體現(xiàn)，只有深入理解核心知識，構(gòu)建合理的學科知識結(jié)構(gòu)，才能真正提升該學科的核心素養(yǎng)?；瘜W是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應用的一門基礎學科?；瘜W學科對于化學現(xiàn)象的主要研究方式是自下而上，即從原子、分子角度來詮釋物質(zhì)性質(zhì)和變化規(guī)律?；瘜W學科知識本質(zhì)上不是讓學生了解學科事實或現(xiàn)象，而是“看”清物質(zhì)的本質(zhì)。因此，物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的理解是化學核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容。

光譜是“現(xiàn)代分析測試技術”課程的重要組成部分，更是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的“信使”，光譜分析是連接物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的紐帶。近年來，隨著先進科學儀器方法的發(fā)展，借助“現(xiàn)代分析測試技術”方法，從分子和量子角度認識反應本質(zhì)的研究方法已經(jīng)被普遍采用。紫外、紅外、核磁分析的本質(zhì)是分子中電子排布、運動以及它們相互作用的反映，是推導物質(zhì)間反應的規(guī)律、預測分子的理化性質(zhì)的重要依據(jù)。這部分內(nèi)容在定性定量分析中直接應用性不強，且較為抽象，通常在教學中易被忽視。但基于化學學科核心素養(yǎng)，合理增加難度，拓展課程深度，深入理解現(xiàn)代分析測試技術所反映的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)特點是“現(xiàn)代分析測試技術”課程教學的重要內(nèi)容。

（二）間接經(jīng)驗教學向問題情景教學轉(zhuǎn)化

“現(xiàn)代分析測試技術”課程教學除分析物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)外，還包括儀器構(gòu)造、儀器特點、應用范圍和設備使用?，F(xiàn)有教學中，這些知識基本是學科事實與信息，是間接經(jīng)驗或現(xiàn)成知識，多停留在了解、記憶層面。原本充滿生機與活力的儀器研發(fā)過程，進入教材之后變得靜止、教條和僵化，學生缺乏參與儀器研制、完善和實際應用的親身體驗，難以深刻體會到儀器發(fā)展中所蘊含的科學思想和研究方法。學生在這種“寄生”性的過程中，獨立思維能力、創(chuàng)新能力、判斷能力、質(zhì)疑能力、遷移能力很難被提高，甚至于被弱化。

教育的目的不是培養(yǎng)間接經(jīng)驗接收者，而是培養(yǎng)知識的思考者、創(chuàng)造者。教學過程不是簡單的口耳相傳過程，而是讓學生經(jīng)歷知識的再現(xiàn)，像科學家一樣去重新“發(fā)現(xiàn)”知識的過程[2]?！艾F(xiàn)代分析測試技術”課程教學的重點由以知識內(nèi)容學習轉(zhuǎn)向?qū)W科事實所蘊含的科學思想和研究方法的深層把握。在實際教學中，摒棄間接結(jié)論的灌輸，代之以問題情境的探究，復演“儀器、分析方法的形成和發(fā)展的過程”：采用沉浸式情景教學方法，讓學生置身于儀器研究的歷史背景之中，通過提供指導性問題、討論和團隊合作等方式，“親身經(jīng)歷”儀器、分析方法的誕生、發(fā)展和完善的過程；還原教材隱去的知識探索過程中的生機與活力，感受到科學探索的魅力與神奇，激發(fā)學生的學習興趣和主動性。在這個情境過程中，學生針對儀器、分析方法在不同發(fā)展階段面臨的問題，認真分析，深入思考，提出解決問題的方法，保證認知向真實情景遷移，實現(xiàn)轉(zhuǎn)知成智、化識為能，核心素養(yǎng)得到發(fā)展和提升。創(chuàng)設合適的教學情境，啟發(fā)學生思考，使學生在掌握知識技能的同時，感悟知識的本質(zhì)，積累思維和實踐的經(jīng)驗，培養(yǎng)核心素養(yǎng)[3]。

二、思維方式是學科核心素養(yǎng)之“道”

學科思維方式是基于學科核心素養(yǎng)，思考問題、分析問題和解決問題時表現(xiàn)的本能、專業(yè)的思維模式。學科思維方式植根于學科內(nèi)容之中，是學生世界觀與方法論最直接的表現(xiàn)。學科思維方式對學生的終身發(fā)展具有重要而長遠的影響。

（一）強化“證據(jù)推理”思維模式

科學探究通常都是從情境中發(fā)現(xiàn)問題，再根據(jù)原始資料或數(shù)據(jù)等對問題形成假設，通過觀察和實驗獲得事實性證據(jù)，基于證據(jù)進行推理并對假設進行修正，最終得到科學結(jié)論[4]?？茖W探究過程中，基于證據(jù)提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽，建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間邏輯關系的“證據(jù)推理”扮演著重要角色。“證據(jù)推理”不僅是科學研究的基本思維方法，更是學科核心素養(yǎng)的主要組成部分。在實際教學和科研中，學生往往根據(jù)一個檢測數(shù)據(jù)就會得出某個結(jié)論，缺少檢測數(shù)據(jù)和結(jié)論兩者關系的建構(gòu)，大多數(shù)學生存在證據(jù)意識和推理能力薄弱的問題。強化“證據(jù)推理”思維模式，其核心是實現(xiàn)數(shù)據(jù)向證據(jù)的轉(zhuǎn)換。分析測試獲得的是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)滿足準確性、充分性、相關性材料成為獲得事實性證據(jù)。

數(shù)據(jù)的準確性是指測試結(jié)果與實際情況的一致性程度，是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為證據(jù)的前提和基礎，其對于結(jié)論的可靠性和科學價值具有重要影響。為確保數(shù)據(jù)的準確性，一方面，應使用經(jīng)過驗證的標準方法進行測試，并經(jīng)過嚴格的評估和驗證，保證檢測結(jié)果準確可靠。在缺少標準方法的情況下，需要對測試方法進行重復性、回收率、穩(wěn)定性、精密度、檢測限、準確度、線性范圍等指標的評估和控制，以確保分析方法的準確性、可靠性和可重復性。另一方面，檢測過程要在質(zhì)量管理體系下完成，應采用校準、質(zhì)控樣品、重復測量、空白樣品、樣品標識和追蹤等質(zhì)量控制措施確保數(shù)據(jù)的準確性。

數(shù)據(jù)的充分性指能夠提供全面、詳盡的信息，以支持所要得出的結(jié)論，數(shù)據(jù)的數(shù)量和多樣性對于得出結(jié)論的充分性至關重要。在樣本選擇時遵循科學的原則和方法，數(shù)據(jù)的數(shù)量能夠代表所研究對象的整體特征，支持所要得出的結(jié)論。此外，檢測方法需要具有多樣性，從不同角度、不同條件、不同方法層面獲得能夠相互支持、相互驗證的檢測數(shù)據(jù)，才能得出更加全面和準確的結(jié)論。

數(shù)據(jù)的相關性主要是數(shù)據(jù)和結(jié)論之間的相關性。通過分析數(shù)據(jù)之間的關系和趨勢，驗證假設，得出結(jié)論。結(jié)論應該基于數(shù)據(jù)的分析和解釋，且能夠合理解釋數(shù)據(jù)的趨勢、關系或模式。學生往往只停留在簡單地收集和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的階段，而缺乏深入的分析和解釋。這種表面化的處理方式不僅限制了他們對數(shù)據(jù)的理解，還限制了他們對所研究問題的深入思考和推斷能力。在科研和教學實踐中，培養(yǎng)學生分析證據(jù)之間的關系和趨勢，根據(jù)證據(jù)的特點和邏輯規(guī)律進行推斷，并能夠合理解釋研究結(jié)果的能力，不僅有助于學生理解科學原理，還有助于其邏輯思維能力的培養(yǎng)。

（二）構(gòu)建四重表征的思維方式

思維可視化是一種將抽象的思維過程轉(zhuǎn)化為可見形式的技術，通過使用圖表、符號、文字、模型等輔助工具來展示思維中隱藏的信息，從而使思維過程更加明確和易于理解。在教學實踐中，思維可視化使原本模糊不清的概念和規(guī)律變得清晰可見。基于現(xiàn)代分析測試技術進一步提出“宏觀—微觀—符號—譜圖”四重表征的思維方式。“宏觀表征”是物質(zhì)的物理化學變化、物理性質(zhì)和相應性能的表征?！拔⒂^表征”的對象是包括分子、原子、電子微觀物質(zhì)或其相互作用，是宏觀現(xiàn)象所反映的微觀本質(zhì)。“符號表征”是以化學用語的形式表達物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)組成方式，是連接宏觀和微觀的“形式”紐帶?！白V圖表征”是以譜圖的形式來表現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是連接宏觀和微觀的“實質(zhì)”紐帶，是構(gòu)效關系更加透徹的表述。

通過“現(xiàn)代分析測試技術”教學熟練掌握四種表征的相互切換來解決化學中的實際問題。例如同系物紫外教學中，物質(zhì)顏色的變化（宏觀）、分子軌道和帶隙的差異（微觀）、物質(zhì)結(jié)構(gòu)式（符號）和紫外吸收峰的移動（譜圖）。在分析問題方面：共軛體系小的物質(zhì)（符號）顏色淺（宏觀）的原因是HOMO和LUMO間的能量差大（微觀），吸收峰藍移（譜圖）。在解決問題方面：將紫外光吸收材料轉(zhuǎn)換為可見光吸收材料（宏觀）的設計思路是吸收峰紅移（譜圖），HOMO和LUMO間的能量差?。ㄎ⒂^），設計具有更大共軛體系（符號）材料。通過“四重表征”思維方式的培養(yǎng)，提升學生的化學核心素養(yǎng)。

學科思維非自然形成，知識的積累未必帶來學科思維方式的發(fā)展，學科思維是在學科的學習中逐步養(yǎng)成。倘若秉持僵化、凝固的知識觀，并以灌輸、訓練的方式教授知識，知識的積累反而可能導致邏輯素養(yǎng)的衰減甚至泯滅[5]?！艾F(xiàn)代分析測試技術”課程教學過程中，通過探究式實驗代替驗證式實驗，構(gòu)建學科思維模式，提高學生學科素養(yǎng)。針對實際問題，從學科視角出發(fā)，鼓勵學生運用學科知識提出科學假設，重點培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題，并將問題轉(zhuǎn)化為可測變量問題的能力[6]。設計實驗，檢測分析，培養(yǎng)學生收集、整理和分析數(shù)據(jù)的技能；強化“證據(jù)推理”思維模式，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為驗證假設和得出結(jié)論有力的證據(jù)，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關系。

三、“學科精神和社會責任”是學科核心素養(yǎng)

之“魂”

一個學科的發(fā)展不僅僅是知識技能、思維方式的延續(xù)和革新，更是精神、品質(zhì)的傳承與發(fā)展。一種教育缺少科學理想和社會責任感只能是技能訓練和謀取個人利益的工具，因此“科學精神”“社會責任感”是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的核心和靈魂。然而，大量思政內(nèi)容的簡單引入，容易形成“兩張皮”的困境，因此結(jié)合“現(xiàn)代分析測試技術”課程特點，基于核心素養(yǎng)進行課程頂層設計，實現(xiàn)核心知識傳授、思維方式培養(yǎng)與學科精神、社會責任深度融合，寓責于教，春風化雨，潤物無聲，方能實現(xiàn)知識思維和品質(zhì)精神同向同行。

（一）課程科學精神培養(yǎng)

“現(xiàn)代分析測試技術”作為一門“古老而又年輕”的學科蘊含著豐富的科學精神，在教學實踐中發(fā)揮著潤物細無聲的教育作用。現(xiàn)代分析測試技術植根于“古老”的分析化學，其長期積淀的科學嚴謹、規(guī)范準確的科學精神在現(xiàn)代分析測試技術中進一步彰顯。誤差分析、數(shù)據(jù)處理、設備校準、結(jié)果討論、分析方法學都是對于科學嚴謹、規(guī)范準確的科學精神的詮釋，且貫穿整個“現(xiàn)代分析測試技術”教學。并且，理論教學、情境教育、作業(yè)習題、實驗實訓共同構(gòu)成了科學嚴謹、規(guī)范準確的科學精神養(yǎng)成的環(huán)境。同時，“現(xiàn)代分析測試技術”作為一門“年輕”的學科，不拘泥于傳統(tǒng)束縛，勇于創(chuàng)新，兼容并蓄，接受各種先進的技術成果。底蘊深厚、特色鮮明的學科精神，讓學生身在其中、耳熏目染，并內(nèi)化為學科素養(yǎng)。

（二）社會責任培養(yǎng)

現(xiàn)代分析測試技術廣泛應用于食品、藥品、環(huán)境和能源等多個領域，在社會責任方面可以挖掘大量素材。因此，大多課程都把社會責任作為課程思政的重要內(nèi)容，但實際效果有待進一步提升。其原因一方面，是社會責任的教育過于空泛，僅是價值觀的說教或觀念的灌輸，學生缺少感知、咀嚼、反思、認同的過程，缺乏發(fā)自內(nèi)心的認同感。另一方面，大量社會責任內(nèi)容的填加沒有和具體的教學內(nèi)容有效結(jié)合，事件背景介紹過多，甚至于將課程思政轉(zhuǎn)化為思政課程。

在教學實踐中，社會責任融入課程教學“無形化”，學生感知“有形化”，其重點提升學生社會貢獻認識和情感認同度。教學內(nèi)容選取色譜分析奶粉中三聚氰胺的含量，原子吸收法測試飲用水中重金屬是否超標，質(zhì)譜檢測水果中農(nóng)藥殘留等熱點事件作為教學案例、課后習題。教學方式采用學生作為實際測試人員的情境教學法，除了常規(guī)的計算求解外，還要求出具測試結(jié)論，并注明對測試結(jié)果承擔責任。首先，熱點問題減少背景知識的介紹，避免“喧賓奪主”；其次，可以深化學生對于現(xiàn)代分析測試技術社會貢獻的認知，引發(fā)學科認同和歸屬感，激發(fā)學生學習熱情；最后，熱點事件情境教學強化了學生社會責任情感與態(tài)度的體驗，學生深切感受到“一筆之差”不但關乎產(chǎn)品質(zhì)量，甚至于生命安全。

四、結(jié)語

基于學科核心素養(yǎng)視域下，課程的教學改革實質(zhì)是由關注課程內(nèi)容向關注學生的成長和發(fā)展的轉(zhuǎn)換。多年后，具體的儀器和方法的知識可能會被忘卻，但學習過程中所獲得的學科智慧、形成的學科思維、沉淀的學科精神、升華的學科情感將伴其一生。

參考文獻：

[1]? 潘洪建.基于“三維知識”教學的學科素養(yǎng)提升[J].教育研究，2017（7）.

[2]? 徐廣華，孫寬寧.基于知識轉(zhuǎn)化的學科實踐表達[J].教育研究與實驗，2023（4）.

[3]? 史寧中.推進基于學科核心素養(yǎng)的教學改革[J].中小學管理，2016（2）.

[4]? 楊玉琴，倪娟.證據(jù)推理與模型認知：內(nèi)涵解析及實踐策略[J]化學教育（中英文），2019（40）.

[5]? 張華.論核心素養(yǎng)的內(nèi)涵[J].全球教育展望，2016（4）.

[6]? 羅秀玲，李銘冰，肖信.論“證據(jù)推理”素養(yǎng)及其培養(yǎng)[J].課程·教材·教法，2020（40）.

[責任編輯? 韓曉雨]

收稿日期：2023-10-30

作者簡介：張宏森，哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院高級工程師，博士

基金項目：哈爾濱工程大學教改項目“分析化學課程校企合作建設模式探索與實踐”（2023年）；哈爾濱工程大學第二批研究生立項建設課程改革重點改革項目“現(xiàn)代分析測試技術”（2022年）；哈爾濱工程大學教改項目“學科核心素養(yǎng)導向下，現(xiàn)代分析測試技術線上線下混合教學模式的探索”（JG2022Y043）