促進學生核心素養發展的初中化學翻轉課堂教學實踐

喻永 李薇璐

摘要：翻轉課堂是一種利用現代信息技術，以“深度學習”、“以學定教”為理念的教學模式。綜述了翻轉課堂在教學中的應用現狀，建構了促進學生核心素養發展的2S-5C翻轉課堂教學模式。選擇“碳和碳的氧化物”單元中三個課例，分別進行了基于“實驗探究”、“建構化學思維方法”、“利用化學知識解決實際問題”核心素養的教學設計和實踐，通過調查訪談、測驗等方法研究得出結論：翻轉課堂能促進知識、能力、價值觀三個維度核心素養的發展，尤其能顯著提升學生的實驗探究能力、化學學習能力。

關鍵詞：翻轉課堂;核心素養;初中化學;碳和碳的氧化物

文章編號：1008-0546（2019）01-0002-06 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.001

一、研究背景

中國學生發展核心素養，以“全面發展的人”為核心，分為文化基礎、自主發展、社會參與三個方面，綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新六個素養 [1]。發展學生核心素養注重自主學習、合作探究、問題解決等方面的培養。

目前對于初中化學核心素養的研究還處于初級階段，吳剛 [2]、吳靜泓[3]、孫文忠 [4]等基于已有研究基礎，對一線教師進行深入調研后，認為初中化學“核心素養”可分為三個維度：知識、能力和價值觀。知識分為基本化學語言、微觀宏觀概念、元素知識和物質變化與守恒等;能力可分為處理信息的能力、化學學習能力和實驗探究能力等;價值觀則包括綠色化學思想以及科學態度。

《初中化學課程標準》（2011年版）明確提出以發展學生科學素養為宗旨的課程理念 [5]。在實踐中不斷培養學生的創新意識，增強學習的主動性。新課程背景下的初中化學教學迫切需要教師更新教學理念，轉變教學方式，改變師生關系，優化教學策略等。

我國在《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》中明確提出實現信息技術與教育的全面深度融合將是推進教育信息化工作的一項重要任務 [6]。信息技術時代的高速發展要求學生具備相應的信息素養。

課堂教學依然以教師傳授為主，學生主動學習的意識和能力薄弱。教師往往不能真正關注到學生的認知需求，更不會據此去設計驅動問題和教學過程，導致創設的教學情境不能很好激發學生的學習動機 [7]。

二、研究基礎

通過綜述國內大量翻轉課堂的研究文獻，筆者發現已有的研究以知識導向為主，較少考慮學生的認知發展規律及能力、素養的培養策略。基于翻轉課堂的初中化學教學設計案例較多? [8]，但內容較分散，缺乏持續性評價。“碳和碳的氧化物”的翻轉課堂單元教學研究幾乎為空白點。

對于翻轉課堂培養學生核心素養的研究，有從培養學生自主學習能力、激發學習興趣的角度，研究如何改善初中化學實驗教學 [9]。但對于促進初中學生核心素養發展的研究缺乏科學、詳實的實證測查。所以筆者認為以“碳和碳的氧化物”單元教學為例，研究翻轉課堂對于初中生核心素養的培養是非常有價值的。

三、研究整體框架

筆者基于所執教的中學大力推進翻轉課堂教學改革的背景，嘗試在初中化學實施翻轉課堂教學，檢驗其對發展學生核心素養的意義（圖1）。

四、2S-5C翻轉課堂教學模式的構建

1.2S-5C教學模式的建構思路

知識是素養的載體，素養是知識內化的體現，思維活動則是內化知識的途徑。2S-5C（取英文單詞的首字母歸納而成）翻轉課堂教學模式的建構是以“如何循序漸進地提高學生的核心素養？”為指導思想，基于分析問題鏈“核心知識所承載的核心素養有哪些？”、“我們需要培養學生哪些方面的核心素養？”、“通過怎樣的思維活動才能發展學生的這些核心素養？”、“對應的課堂活動組織形式是什么？”等問題，將知識-素養-活動有機聯系起來才得以建構，具體如圖2。

教學環節越深入，對應的學生認知水平和核心素養層次要求越高，課堂活動是不同層次要求的多次知識內化的行為。

2.2S-5C教學模式的內涵

課前“2S”，自學微視頻和自我檢測，學生記憶、理解低階基礎知識，歸納出物質的種類、性質、反應等，形成比較典型的化學學科觀，同時提出疑惑，并以此作為學情探測，增強教學設計的針對性。信息技術提供的數據統計分析功能實現了教師和學生的雙向反饋 [10]。

課中“5C”，“我會建構”對知識進行網絡建構，如通過聯系和對比實驗室制取氧氣和二氧化碳的相關知識歸納出實驗室制取氣體的一般思路，這是對化學信息進行加工的過程。“我會合作”、“我會拓展”大多時候是基于綜合問題的高階主題式探究，需要學生交流討論，建構化學思維框架，并利用它去解決實際問題。“我會提升”是對學習效果的階段性檢測，為學生高效的矯正活動提供反饋和依據。“我會反思”則是在發展學生的辯證思維。課堂中的知識內化是需要循序漸進，符合學生認知發展規律的。所以在建構課堂主題活動“5C”時，根據核心素養發展水平的具體要求，挖掘學習內容中蘊含的核心素養培養要素，從而科學、全面規劃核心素養的從低到高水平的培養 [11]。

3.2S-5C翻轉課堂教學模式實施的信息技術平臺

筆者任教的中學是湖南省重點中學，教學設施先進、齊全，能夠提供實施翻轉課堂所需的錄播教室、網絡環境、iPad和Alschool學習平臺等。該平臺包含智能學練測、課堂投影、分組研討、投票搶答等學習功能。

五、基于2S-5C翻轉課堂教學模式的“碳和碳的氧化物”教學實踐

“碳和碳的氧化物”單元中三個核心課題“二氧化碳制取的研究”、“二氧化碳的性質”、“一氧化碳的性質”都屬于典型的元素化合物知識，下面以“二氧化碳制取的研究”課例為代表進行詳細說明。

1.基于發展“實驗探究”核心素養的翻轉課堂教學研究——以“二氧化碳制取的研究”為例

注重實驗探究活動既是實現教學方式、學習途徑的轉變，又是發展學生核心素養的重要途徑。基于發展“實驗探究”核心素養的翻轉課堂教學設計具有以下特點：（1）課堂中有關“實驗探究”素養培養具有明顯的層次性。（2）這種模式下的課堂，教師對學生專業、針對的指導對于學生發展“實驗探究”核心素養尤為重要。

（1）微視頻《二氧化碳出生記》

本文以文字描述的方式介紹微視頻《二氧化碳出生記》，并附上微視頻的截圖輔助理解（表1）。

（2）課堂教學設計

基于2S-5C翻轉課堂教學模式，側重發展學生“實驗探究”核心素養的“二氧化碳制取的研究”教學設計具體實施過程如下 [2]：

①我會建構：任務一：以小組為單位，完成二氧化碳制取實驗，教師采用四組同時投屏進行展示，主要目的是讓學生形成基本的化學實驗技能。任務二：結合氧氣和二氧化碳的制取，自我建構實驗室制取氣體的一般方法。教師拍照上傳至作品區，學生進行評價投票，系統自動展示票數最多的作品。

②我會合作：任務三：查看前測練習中的錯題，討論解惑。組內互助與教師的指導形成互補，對知識進行二次反饋與矯正，學習不斷深化。

③我會拓展：從提供的儀器中進行選擇，設計出你認為制取二氧化碳最好的裝置，并說明理由。學生經過討論設計出如下幾套裝置，并能分析出裝置的優點，比如分液漏斗可以控制反應速率等。這個環節發展學生根據實驗目的設計、優化并評價實驗方案的核心素養，這也是實驗中的一大重要化學思維方法。

④我會提升：經過知識的建構、鞏固和應用之后，學生完成進階練習檢驗學習效果。平臺實時反饋正確率等信息。進階練習依然聚焦于對課堂核心知識：“氣體制取”的原理、裝置、氣體的檢驗、凈化等實驗知識的考查。

⑤我會反思：經過這節課，你有哪些新的收獲或者疑惑？學生提出了雙氧水和二氧化錳粉末能否用隔板型的可控裝置制取氧氣，教師組織全班同學進行思考、討論、分析并得出結果。筆者發現，學生能夠從裝置、試劑、操作等方面進行分析，說明學生已經對“實驗探究”的思維框架非常熟練。

（3）教學效果與反思

基于發展“實驗探究”核心素養的翻轉課堂教學需要注意幾個問題：

①要引導學生將實驗知識進行遷移和應用。學生歸納出氣體制取的一般思路，將其遷移、應用于解決氣體制取問題，如發生裝置依據反應物狀態和反應條件選擇，收集裝置則根據氣體的性質，同時考慮干燥、除雜，這樣一套實驗思維程序下來，相關問題必將迎刃而解。

②要注重培養學生實驗觀察能力，實事求是的科學態度。檢驗二氧化碳時，由于通入氣體時間過長，石灰水由渾濁變成澄清，部分小組觀察到了該現象，并提出了質疑。筆者肯定了學生敢于質疑、實事求是的科學態度，并提供了碳酸鈣與二氧化碳、水發生化學反應的相關資料，幫助他們解決疑惑。

③實驗探究過程中，要充分發揮學生互幫互助、互評互疑作用。如圖5左小組代表匯報時，有學生馬上就提出：該裝置有缺陷，長頸漏斗的導管沒有伸到底部，不便于液封。所以右圖小組代表匯報時，就強調了分液漏斗因有活塞不用伸到底部。對于隔板型可控裝置控制反應隨開隨停的原理，學生理解比較困難，筆者采取的是互幫互助的教學方式，結合教師現場演示實驗，難點得以突破。

④“實驗探究”型的翻轉課堂以學生為主體進行多種探究活動，所以課堂的開放性和自由度都相當大，教師需要給予相應的指導，幫助小組成員明確分工：匯報員、操作員，記錄員等，確保課堂的有序性和高效性。

⑤教師要善于引導學生形成反思的學習習慣。比如有學生提出：雙氧水和二氧化錳制取氧氣能否采用隔板型可控裝置？經過討論發現，粉末狀的二氧化錳會從隔板漏下，無法實現固液分離。學生能夠從實驗中主動發現并提出有研究價值的問題，“實驗探究”核心素養早已超出基礎要求！

2.2S-5C翻轉課堂教學模式教學實驗結果及其分析

（1）學生核心素養測查

上述筆者以“二氧化碳制取的研究”為例介紹了基于2S-5C模式下的翻轉課堂教學實踐，其他兩個課題由于知識承載的核心素養培養要素具有較大差異，因此“二氧化碳的性質”進行了側重“建構化學思維方式”核心素養的教學實踐。“一氧化碳的性質”則進行了側重“培養問題解決能力”核心素養的教學實踐，因篇幅有限，不做詳細說明。

選取長沙市某重點中學初三2016屆的2個班級學生作為研究對象，分別進行翻轉教學、常規教學的對比研究，并在單元教學后對學生開展訪談、問卷調查等，分析數據以評價翻轉課堂教學是否利于學生核心素養的發展。

初中化學核心素養中與本文相關的主要有5個，知識維度：學習常見元素化合物;能力維度：實驗探究能力、處理信息能力、化學學習能力;價值觀。問卷內容主要包括：請學生對自己各核心素養的表現進行評分，并說出一些具體表現。例如：“化學學習能力”基本要點主要表現描述包括“運用比較、分類、概括等方法進行化學學習”，若直接將該描述列為問卷項目，勢必會有不少學生難以對自己的實際表現進行準確評價，據此我們在“化學學習能力”測查部分編寫了如下試題：“我會比較二氧化碳和一氧化碳的化學性質”等。問卷參考李克特量表的三個層次“完全不符合”、“比較符合”、“完全符合”，分別計為1分、2分、3分，反向題則反向計分。

采用自行編制的問卷調查，對實驗班和對照班各30名學生進行了初中化學核心素養的問卷測查，并隨機在實驗班和對照班里各選取了10名學生進行了深入訪談。通過問卷星網上發布問卷，用SPSS軟件對知識、能力、價值觀3個維度，5個基本點，15個問題的表現情況進行分析，為了便于理解，筆者將分值統一換算成了百分制。

實驗班學生的核心素養的發展水平更高，尤其是“實驗探究”、“化學學習能力”核心素養具有明顯的優勢。這與課題1側重發展“實驗探究”核心素養是一致的，說明翻轉課堂教學實踐對于學生發展“實驗探究”核心素養有較明顯的促進作用。如“我能獨立完成二氧化碳制取實驗”，實驗班學生得分明顯高于對照班，這得益于翻轉課堂教學中積極創設化學實驗條件，關注培養學生的動手操作能力以及讓學生體驗探究的過程。訪談“我能設計簡單實驗驗證某無色氣體為二氧化碳”時，對照班的學生回答“用澄清石灰水檢驗”，而實驗班的學生則回答“將氣體通入澄清石灰水中，若石灰水變渾濁，則氣體為二氧化碳”。對照班的學生只關注到了實驗原理，實驗班的學生則是從實驗方案的整體性和規范性進行考慮：操作-現象-結論。

（2）教學效果的測查和分析

本研究以基于翻轉課堂的化學教學模式為自變量，以實驗班和對照班學生平均成績為因變量，前測數據來自初三第二次月考成績，后測數據來自“碳和碳的氧化物”單元測試和第三次月考成績。用SPSS軟件進行統計分析實驗班和對照班的前測、單元測試及后測成績，得到如下結果：

根據統計分析化學前測成績，即第二次月考，對應T檢驗的顯著性概率P=0.750>0.05，沒有顯著性差異。經過“碳和碳的氧化物”單元教學，由單元測試成績可以看出，對應T檢驗的顯著性概率P=0.028<0.05，具有顯著性差異，說明“碳和碳的氧化物”翻轉課堂教學效果明顯。通過分析后測成績，即第三次月考，對應T檢驗的顯著性概率P=0.047，略小于0.05，仍具有顯著性差異，這說明翻轉課堂教學實踐對于學生的認知、綜合能力素養有著較為長久的積極影響。

六、研究結論和展望

1.研究結論

翻轉課堂能促進知識、能力、價值觀三個維度核心素養的發展，尤其能顯著提升學生的實驗探究能力、化學學習能力，分析原因有：（1）翻轉課堂將學習活動進行了更合理的設計。課前通過自學微視頻，學習基本知識、概念及實驗原理，以達到提取低階知識的目的，課中通過探究活動讓知識不斷輸出，從而內化高階知識。（2）2S-5C翻轉課堂教學模式的環節設置與學生的認知發展規律和核心素養層次要求高度匹配。

2.研究展望

教育改革之路永遠充滿曲折，翻轉課堂應用于我國中學教學實踐于近年來迅速發展，其倡導的“以學定教”、“先學后教”等理念受到教育界的廣泛認可，但由于翻轉課堂的實施對于學校硬件設備、教師能力、學生素養等方面有著較高的要求，因此國內鮮有類似全校范圍內的教學改革實驗。從長遠角度看，翻轉課堂對學生的學業水平，核心素養的發展到底有多大程度的影響？持續性怎樣？這些都缺乏詳實、持續的證據支撐。綜上所述，翻轉課堂教學實踐要常態化，就要建立更持續性的評價機制，發展學生核心素養的同時形成過程性和結果性評價。

參考文獻

[1] 核心素養研究課題組.中國學生發展核心素養[J].中國教育學刊，2016（10）：1-3

[2] 吳剛.初中化學核心素養的培養——以中考復習專題“常見物質的檢驗和鑒別”為例[J].化學教與學，2018（3）：56-57

[3] 吳靜泓.基于初中化學“核心素養”的教學策略研究[D].福州：福建師范大學，2016

[4] 孫文忠.基于核心素養的初中化學實驗教學策略[J].新課程（中），2017（11）：196

[5] 中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012

[6] 余勝泉.推進技術與教育的雙向融合——《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》解讀[J].中國電化教育，2012（5）：5-14

[7] 胡久華，賢嫻，高曼.以學生認識需求為核心的教學設計研究——以二氧化碳性質的教學為例[J].化學教育，2015， 36（9）：34-38

[8] 張鴿，楊紅蓮.初中化學翻轉課堂教學設計示例分析[J].中小學電教，2015（Z1）：70-74

[9] 舒秀榮.初中化學翻轉課堂教學中核心素養培養的研究[J].中學化學教學參考，2017（12）：3-4

[10] 李新義，夏建華，蔣蓓蓓.學科核心素養引領下信息技術與化學教學的融合創新——以”乙烯”教學為例[J].化學教學，2017（9）：40-46

[11] 王磊，黃丹青，陳啟新.調整焦距更新視角——《普通高中化學課程標準（2017年版）》問題解析（上）[J].福建教育，2018（11）：27-29

[12] 李薇璐.翻轉課堂在初中化學教學中的實踐——以“二氧化碳制取的研究”教學為例[J].實驗教學與儀器，2016， 33（Z1）：6-8