學科核心素養視域下國際IB化學實驗課程評析

鄧敏 鄭倩 何書引 潘睿

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

關鍵詞：國際IB課程;化學學科核心素養;化學實驗

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

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.025

IB課程全稱為國際預科證書課程（InternationalBaccalaureate Diploma Program，簡稱IB），是由國際文憑組織為全球高中生所設計為期兩年的學習課程，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（懂得關愛）、Risk-takers（勇于嘗試）、Balanced（全面發展）和Reflective（及時反思）共十個培養目標。其中，化學實驗課程教學目標具體為：讓學生通過不斷嘗試和挑戰來欣賞科學研究的過程;明確知識、方法和技術是科學研究所具有的特征;掌握并運用所學的科學知識、方法和技術對科學數據、科學信息進行充分地分析與研究并撰寫科學論文;學會運用21世紀先進的科學技術，在科學研究中具有有效合作與交流的能力;理解學科之間的關系及化學學科對其他學科的影響，具有探究與發現科研問題的能力;在實驗過程中敬佩和欣賞前人科學研究和創造力的同時，樹立起繼承和批判的思想，能夠對科學的無限可能及其局限性進行認知;既要保持對科學的敬畏之心，也要敢于提出質疑，去粗取精，與時俱進，勇于創新

由此看出，IB化學實驗課程的培養目標核心是探究性、思考性和創造性的培養，這與《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱為“新課標”）中新增并確立的以化學學科核心素養培養為導向的課程目標及5個核心素養要求是相一致的，強調在培養學生創新意識、科學精神與社會責任感的同時，突出對科學探究、科學過程、科學方法及科學本質的認識。

因此，對IB化學實驗課程中基于研究型化學實驗內容的設置、實驗教學方式與實驗評價考核體系進行分析，有助于化學一線教師在新課標的導向下，遵循化學學科核心素養要求，進行化學實驗課程的有效實施和實驗教學方式的創新性改革。

一、課內必做實驗涵蓋多學科的交叉，注重宏觀辨識與微觀探析的關聯

IB課程化學實驗分為標準水平（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容組成：Practical activi-ties（實踐活動即課內必做實驗）、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課程化學實驗標準中對每部分實驗的所需時長作出了明確規定，詳見表1中所示。

在“Practical activities”（課內必做實驗）中，以教師為主體，一共設置了11個實驗內容，涵蓋了化學的四大分支：無機化學、有機化學、物理化學和分析化學中的經典基礎性實驗，比如：無機化學實驗內容包含測定化學常數，如阿伏伽德羅常數，氣體常數R;焰色反應觀察;用計算機模擬實驗探究元素周期律，探究化學鍵及其結構，如用計算機模擬分子的VESPER模型等。有機化學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、分流有機混合物;有機化合物（如阿司匹林）的合成;用計算機模擬有機分子的三維模型等等。

實驗內容的設置，不僅涉及了物質微觀結構與宏觀性質的關聯，還涉及運用計算機軟件對微觀結構與宏觀性質進行探究，充分體現出學科知識點之間的交叉性與關聯性，其目的是引導學生基于不同層次、多角度地認識物質，從化學學科的高度，甚至從整個科學學科的角度去認識化學的本質。同時，在“課內必做實驗”中雖然明確了以教師為主體，但并沒有規定嚴格的實驗教學順序列表，教學大綱的順序并不一定是教師的實際教學順序，由教師根據實際教學情況及學生的學習情況自行安排實驗順序以達到最好的效果。教師還可根據需要在更高層次的課程中選取內容來開展實驗，這種方式給予了教師相對較大的自主權，在實驗教學中具有更大的開放性。

二、課內必做實驗明確定量實驗的重要性，培養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識，在IB化學實驗中設置了有關物理化學中反應焓的測定;探究催化劑、溫度、壓強、反應物濃度對化學反應的影響以及原電池的制作等內容;基于分析化學的理論知識，在實驗中相應設置了酸堿滴定（包括采用交互式軟件對強酸弱酸，強堿弱堿不同性質的探究）;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容;同時，還專門設置了正確處理數據及其相關誤差分析的章節，以及運用專業軟件處理相關數據并制作圖譜表格、撰寫科研論文報告等內容，比如：分析實驗中用spreadsheet電子制表軟件進行數據分析與處理，繪制標準曲線等。在強調定量實驗重要性的基礎上，充分體現出了實驗數據和純粹數學計算之間的不同，使學生能夠在實驗中認識化學變化所需要的條件及能量的轉化;認識化學變化的限度是可以進行調控的;能從多角度、動態地利用實驗數據探究并分析化學反應，運用化學反應原理解釋相關實際問題，充分體現了化學學科核心素養中關于變化觀念與平衡思想的培養要求。

三、課內課外注重信息技術與實驗的深度融合。促進證據推理與模型的認知

關于信息技術與實驗的融合，在“新課標”實施建議的第三部分有所提及“注重發揮現代信息技術的作用、積極探索現代信息技術與化學實驗的深度融合、合理運用計算機模擬實驗”，然后與之相對應的實驗教學內容中予以明確的規定。

在IB實驗中對運用計算機軟件及模型進行實驗的內容作了明確設置，比如：用Chem-sketch軟件模擬無機分子的VESPER模型、有機分子的三維模型，采用互聯網架構的交互式軟件對強酸弱酸，強堿弱堿的不同性質及酸堿反應進行探究等等。在模擬有機分子的三維模型實驗中，設計了利用計算機程序進行證偽的實驗內容，同時在酸堿交互式軟件中嵌入spread-sheet電子制表軟件，要求學生對數據進行分析與處理并繪制標準曲線。在運用現代信息技術進行實驗的過程中，培養學生的證據意識，通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，并運用軟件及模型，解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。

四、課外自擬實驗以學生為主體，明確主客體的分離。培養科學探究與創新意識

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）要求學生基于已經掌握的理論知識和自身興趣愛好，在教師的指導下自主選擇實驗課題，根據假設來確定變量、設計實驗步驟并進行實施，在實驗過程中搜集整理相關數據，對數據進行處理與分析并得出相關結論，客觀真實地評價實驗結果，提出實驗的不足之處與改進方案并撰寫一篇6-12頁長度（A4篇幅）的英文論文/實驗報告，內容包含研究背景、實驗原理、實驗步驟、原始數據、數據分析及結果討論共六個部分。自主探究實驗的開展不僅需要學生具備扎實的理論基礎，熟練的實驗操作技能，同時還應具有嚴謹的數據分析處理能力、科研論文撰寫能力及科學批判精神，這基本與國內化學專業本科生畢業論文設計的要求相一致。

“Group 4 project”（課外小組合作實驗）由來自不同科學學科（物理、生物）的學生共同組成短期的科研小組，經過頭腦風暴、問卷調查等形式共同討論并形成實驗題目，經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、數據收集及分析、模型構建與驗證等相關探究內容。

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

五、實驗過程的試錯納入評價與考核體系，強調嚴謹的科學態度與社會責任意識

IB課程化學科目的考試總成績由80%筆試和20%內部評價構成，其中占據20%的內部評價就是化學實驗考試，分數根據學生在“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、背景調研、實驗設計、數據搜集及處理、誤差分析、結果討論、論文格式及文獻引用等方面來考察，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重如表2所示。

其中，Personal Engagement（個人參與）因子用于評價學生進行自主探究的程度，包括能否選出自己的興趣點，能否在選題上表現自己的獨立思考性，能否在實驗的設計、操作中表現出積極的創造性和主動性;Exploration（探究）因子用于評價學生研究內容的科學性，選題是否明了準確，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是否超出學習范圍，實驗研究方法是否恰當，論文報告是否體現出基于實驗的拓展與思考，是否體現出安全意識、環境意識和道德規范;Analysis（分析）因子則用于評價學生實驗報告中所記錄的原始實驗數據與實驗主題的相關程度，數據處理與分析能力，包括數據的相關性與完整性，數據分析的準確性，經處理后的數據是否真實有效并足以支撐所得出的結論;Evaluation（評價）因子主要用于考查學生對實驗的自我總結能力，包括對實驗現象和所得到的數據進行結論性的總結，對實驗方法進行思想上的凝練與概括，對實驗本身存在的問題進行分析與總結，對實驗報告的研究價值和科學內涵進行展望性總結;Com-munication（溝通）因子則評價學生在研究過程中是否與教師進行有效溝通，實驗報告表達是否準確，論文結構是否清晰，科學術語的使用是否規范等。

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

由此可見，IB化學實驗評分細則設置的目的是為了讓學生在知識層面理解相關概念和原理，在應用層面掌握科學方法和技術，在發展層面體會并盡可能去設計適合自己的“科學探究”途徑;使學生通過探究實驗切身體驗科學研究的過程就是不斷試錯的過程，認識科學思維和研究的本質，積累實驗經驗，為以后從事科研項目設計、搜集數據、分析結果、提升操作技能、開展項目合作及交流奠定良好的基礎，在此評價過程中充分體現出了實驗課程對探究、科研實踐能力的對等要求。

六、結束語

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，化學知識的學習和理解離不開相應的實驗活動。化學實驗的價值不僅體現于能夠鞏固學生的化學知識，培養學生的實驗技能，更為重要的是能夠讓學生切身經歷科學探究過程，主動地接受科學態度和科學精神的熏陶，進而實現學生科學素養的培養和科學探究能力的提升。IB化學實驗課程在教學內容、教學方式及評價考核中共同呈現出的以化學學科核心素養培養為導向的整體性與一致性，值得我們在化學實驗課程的實施和教學改革中進行一定的借鑒與參考。