化學(xué)實驗教學(xué)“四要素設(shè)計模式”研究

貝偉浩 藍仁敏 張金恒

【摘 要】本文提出以“探究點、品質(zhì)點、異常點、生成點”四要素聚焦化學(xué)實驗教學(xué)的目標(biāo)、原則、策略和方法，構(gòu)建化學(xué)實驗教學(xué)“四要素設(shè)計模式”，有效指導(dǎo)化學(xué)教學(xué)聚焦化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，準(zhǔn)確把握實驗教學(xué)內(nèi)涵，改變化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計經(jīng)驗性、盲目性的現(xiàn)狀，為今后化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計提供可選擇的新模式和路徑。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué) 實驗教學(xué) 四要素 設(shè)計模式

【中圖分類號】G ?【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）02-0028-03

化學(xué)實驗是化學(xué)探究的載體，評價一節(jié)化學(xué)課應(yīng)該把“是否用實驗教好化學(xué)”設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)。化學(xué)實驗本身的復(fù)雜性、動態(tài)性決定了實驗教學(xué)的設(shè)計變量較多，難度較大，不易把握。已有文獻中關(guān)于化學(xué)教學(xué)設(shè)計的研究案例多以“線”展開，譬如“活動線”“認知發(fā)展線”“情境線”“問題線”，等等。筆者認為，有點方可成線，把教學(xué)的“點”設(shè)計好了，線自然呈現(xiàn)。基于這樣的認識，筆者所在課題組對實驗教學(xué)的“點”設(shè)計展開了探索，嘗試提出化學(xué)實驗教學(xué)的設(shè)計模式。我們搜索了國內(nèi)幾大文獻數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計要素及設(shè)計模式等方面的研究成果尚屬空白。在此情況下，課題組進行了艱難的摸索，取得了突破性的成績。

一、研究目標(biāo)和內(nèi)容

研究目標(biāo)：找到化學(xué)實驗教學(xué)有價值的設(shè)計點，提煉實驗教學(xué)設(shè)計要素，指導(dǎo)教師精準(zhǔn)把握化學(xué)實驗內(nèi)容，形成化學(xué)實驗教學(xué)的設(shè)計模式，解決化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計經(jīng)驗性、盲目性和格式化，以及探究吸引力不強、創(chuàng)新能力培養(yǎng)針對性不足的問題。

研究內(nèi)容：以動態(tài)視角抽取實驗教學(xué)過程中“動”的因素，形成四個動態(tài)分析點：探究點、品質(zhì)點、異常點、生成點。創(chuàng)設(shè)探究點，聚焦探究素養(yǎng)，提高實驗效度;挖掘品質(zhì)點，培育態(tài)度責(zé)任，托起實驗高度;捕捉異常點，拔高學(xué)科思維，延伸實驗深度;找準(zhǔn)生成點，實現(xiàn)關(guān)聯(lián)遷移，增加實驗曲度，在教學(xué)實踐中不斷改進，形成指導(dǎo)范式。圖1是針對化學(xué)實驗特點的四要素設(shè)計，圖2是四要素設(shè)計的課堂目標(biāo)和課堂效果。

二、化學(xué)實驗教學(xué)“四要素設(shè)計模式”的構(gòu)建

實踐過程中，我們以點為綱，致力于把點設(shè)計好。創(chuàng)造性提出四要素設(shè)計的目標(biāo)、原則、策略和方法（見圖3），并嘗試結(jié)構(gòu)化處理四要素，構(gòu)建了“四要素設(shè)計模式”（見圖4），為今后化學(xué)實驗的教學(xué)設(shè)計提供一個可選擇的新模式和路徑。

（一）創(chuàng)設(shè)探究點，提高實驗效度

探究點的教學(xué)目標(biāo)：聚焦化學(xué)探究素養(yǎng)。探究素養(yǎng)是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”中的一級素養(yǎng)，我們把化學(xué)“科學(xué)探究素養(yǎng)”簡稱為“探究素養(yǎng)”。化學(xué)實驗的基本價值在于科學(xué)探究的發(fā)現(xiàn)，借助實驗推動學(xué)生探究素養(yǎng)發(fā)展是化學(xué)實驗教學(xué)的重要目標(biāo)。實驗探究點創(chuàng)設(shè)的質(zhì)量決定課堂教學(xué)的效度，通過探究點的有效選擇提升實驗效度，可以促進學(xué)生形成對化學(xué)學(xué)科知識及思維方式方法的深層次認識，驅(qū)動學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)。

探究點的設(shè)計原則：抽提出化學(xué)學(xué)科本原性的典型實驗問題。某一化學(xué)實驗中可探究的點很多，有邊緣性問題探究、本質(zhì)性問題探究、系統(tǒng)性問題探究。基于促進學(xué)生化學(xué)理解走向高階的視角，我們選擇具有學(xué)科本原性的問題點展開探究，以本原性理解來推動思維發(fā)散和認知遷移。

探究點的設(shè)計策略：挖掘教材實驗中自帶的具有學(xué)科本原性知識的基礎(chǔ)實驗素材，對提升學(xué)生化學(xué)理解的根本性問題進行探究。重視化學(xué)原理性實驗，原理性實驗自帶了更多促進化學(xué)學(xué)科理解的啟發(fā)性認知原型，這些貌似基礎(chǔ)、簡單的實驗所提供的養(yǎng)分卻是學(xué)生未來化學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的基石。

探究點的設(shè)計方法：氛圍變換、載體變換、對象變換、條件變換。所謂“變換”指的是替換原實驗的環(huán)境或條件等，通過對比分析，發(fā)現(xiàn)影響物質(zhì)變化的決定因素，進而構(gòu)建新知。過去，教師在實驗教學(xué)中多采取演示的方式而不設(shè)計探究性實驗。我們的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教師們在理念層面都認同探究性實驗對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的價值，但在實踐操作層面對如何設(shè)計探究點卻不得其法，空有理念無法踐行。鑒于此，我們檢索文獻和觀摩各級各類化學(xué)優(yōu)質(zhì)課、示范課，在實踐中創(chuàng)新性地提煉出四個探究點設(shè)計方法，以幫助青年教師快速定位探究點并進行實驗教學(xué)設(shè)計。（表1為探究點設(shè)計的四個案例）

（二）挖掘品質(zhì)點，托起實驗高度

品質(zhì)點的設(shè)計目標(biāo)：科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。培養(yǎng)合格的社會主義接班人，是我們的根本追求。品德如帥，智體如軍，高品質(zhì)化學(xué)課堂要有思政育人味，把化學(xué)課堂學(xué)科知識教學(xué)和德育有機融合應(yīng)當(dāng)納入教學(xué)評價指標(biāo)體系。品質(zhì)點設(shè)計的具化目標(biāo)是科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任，這是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)維度之一，除此之外還要強化理想信念教育，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的國家觀、歷史觀、民族觀、文化觀，厚植愛黨愛國愛人民的思想情懷。

品質(zhì)點的教學(xué)原則：圍繞必備品格設(shè)計。一節(jié)課堂的高度并非行云流水的學(xué)科知識教授，而是必備品格目標(biāo)的有效落實。通過品質(zhì)點的定向選擇提升實驗高度，從而實現(xiàn)化學(xué)學(xué)習(xí)更高層次的價值追求。

品質(zhì)點的設(shè)計策略：實驗教學(xué)中有機融入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、社會主義先進文化教育內(nèi)容，努力呈現(xiàn)科技、生態(tài)等發(fā)展的新成果，培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神，厚植愛國情懷。

品質(zhì)點的設(shè)計方法：化學(xué)課程蘊含豐富的社會主義核心價值觀和社會責(zé)任感教育內(nèi)容，特別是化學(xué)實驗中培養(yǎng)社會責(zé)任、科學(xué)態(tài)度的素材。建議教師以微型課題方式專項梳理教材內(nèi)容或習(xí)題內(nèi)容，總結(jié)關(guān)于中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、科學(xué)探究創(chuàng)新精神、社會責(zé)任決策能力、綠色化學(xué)持續(xù)發(fā)展等品質(zhì)的教育內(nèi)容。（表2為品質(zhì)點設(shè)計的四個案例）

（三）捕捉異常點，延伸實驗深度

異常點的教學(xué)目標(biāo)：化學(xué)高階思維。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“證據(jù)推理與模型認知”是關(guān)于化學(xué)高階思維的發(fā)展要求。化學(xué)實驗的異常點往往成為搭建認知模型的“最后那一根梁”，是通向高階思維的路徑。設(shè)定異常點問題可以引導(dǎo)學(xué)生深度思考，延伸實驗深度。

異常點的概念界定：異常點是指超越學(xué)生已有知識，貌似“錯誤”“不可能”卻真實存在的現(xiàn)象事實，不是錯誤點。有時，異常點是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的起點。

異常點的設(shè)計策略：縱向關(guān)聯(lián)大學(xué)化學(xué)課程知識，甚至聯(lián)合橫向?qū)W科（物理、數(shù)學(xué)），抽提出學(xué)生在當(dāng)前的知識背景下無法解釋，但利用大學(xué)課程（或其他學(xué)科）相關(guān)知識可以解釋的化學(xué)實驗“異常”問題，將其適當(dāng)簡化補充銜接，用“最后那一根梁”完成學(xué)生認知模型的搭建。課堂無法處理的異常點也常常存在，可以作為課后探究活動，師生共同參與，撰寫論文作為成果。

捕捉異常點的方法：關(guān)注三類沖突事實，即與“已有經(jīng)驗”沖突，與“應(yīng)然現(xiàn)象”沖突，與“已知原理”沖突。所謂“已有經(jīng)驗、應(yīng)然現(xiàn)象、已知原理”往往是學(xué)習(xí)階段性的經(jīng)驗和認知，有局限性，屬認知模型結(jié)構(gòu)性缺失。敏銳捕捉和利用異常點，要求化學(xué)教師自身學(xué)科核心素養(yǎng)的匹配，不僅要有強烈的異常點意識，還能居高解讀，有“搭建”的意識和操作。（表3為異常點預(yù)設(shè)的三類案例）

（四）找準(zhǔn)生成點，增加實驗曲度

化學(xué)實驗的復(fù)雜性、動態(tài)性使實驗過程中生成性資源難以預(yù)測、變化萬千，不期而至的課堂生成會使教學(xué)主線受到影響，有“挫折”和“曲度”。化學(xué)實驗過程中生成性資源的取舍是化學(xué)實驗教學(xué)要面對的，取舍能力就是資源價值的判斷力。高價值的生成性資源可為課堂教學(xué)主線服務(wù)，低價值的生成性資源要快速帶過，不宜糾纏。

生成點的教學(xué)目標(biāo)：強化知識關(guān)聯(lián)，提升遠遷移能力。生成點是突發(fā)的，貌似是游離、孤立的信息點。啟發(fā)后，高價值的課堂生成信息可以成為強力的知識“黏合劑”，把有距離的、表面不相關(guān)的知識關(guān)聯(lián)、組合起來，“橋接”形成新概念。生成性信息的“陌生”在于學(xué)生無法抓住其本質(zhì)特征，故而無法把新信息納入認知模型，即遷移能力欠缺。

生成點的處理原則：生成資源應(yīng)為探究主線服務(wù)。化學(xué)實驗課堂景象萬千，問題防不勝防。低效的實驗課堂完不成教學(xué)任務(wù)，教學(xué)往往由于課堂階段節(jié)奏的把握出現(xiàn)問題，各種生成性資源的處理策略失當(dāng)而偏離主線。

處理生成點的策略：特征遷移、模型遷移、關(guān)系遷移。特征遷移指的是利用新信息（概念）的特征和目標(biāo)信息（概念）的交叉（或重疊）特征而進行“橋接”;模型遷移指的是從已知模型（原模型—— 新信息所在的模型）和目標(biāo)模型（新認知模型）中找到它們之間共享的參數(shù)信息（要素、空間結(jié)構(gòu)），以實現(xiàn)遷移的方法;關(guān)系遷移指的是新信息（概念）和目標(biāo)信息（概念）具有相似性或?qū)蛹壗Y(jié)構(gòu)關(guān)系而進行“橋接”。簡言之，抓住課堂生成信息的特征、原認知模型要素特征、概念的關(guān)系，可以實現(xiàn)知識關(guān)聯(lián)，提升遠遷移能力。

捕捉生成點的藝術(shù)：將錯就錯—刨根問底，別出機杼—刨根問底。不期而至的生成性課堂較難以把握，為了促進教學(xué)主線探究實驗的順利展開，教學(xué)策略上可以將錯就錯地刨根問底，啟發(fā)關(guān)聯(lián);或別出機杼地刨根問底，再啟發(fā)關(guān)聯(lián)。（表4為生成點遷移教學(xué)設(shè)計案例）

三、結(jié)論

在靜態(tài)設(shè)計要素提取困難的情況下，課題組以四個動態(tài)要素進行化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和過程控制。探究點是實驗教學(xué)的主線，是核心要素;品質(zhì)點是必設(shè)教學(xué)目標(biāo)，是核心要素;異常點可在化學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計中預(yù)設(shè)，應(yīng)根據(jù)學(xué)情處理，異常點設(shè)計是科學(xué)新發(fā)現(xiàn)的起點，要給予充分重視;生成點為推進教學(xué)主線服務(wù)，側(cè)重知識關(guān)聯(lián)，提升遠遷移能力。教學(xué)設(shè)計按探究點—品質(zhì)點—異常點—生成點先后展開，前三者是可預(yù)設(shè)內(nèi)容;教學(xué)評價重視學(xué)生認識思路的結(jié)構(gòu)化、外顯化，聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)。

總之，課題組開創(chuàng)性地提出“探究點、品質(zhì)點、異常點、生成點”四要素聚焦實驗課堂教學(xué)，是新的研究視角和方法。所構(gòu)建的“四要素設(shè)計模式”聚焦四點四度設(shè)計，即以探究點提效度、品質(zhì)點托高度、異常點延深度、生成點增曲度，把握關(guān)鍵，精準(zhǔn)發(fā)力，解決了化學(xué)實驗因動態(tài)復(fù)雜性缺少設(shè)計抓手的問題。同時，有效指導(dǎo)了教學(xué)設(shè)計聚焦化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，準(zhǔn)確把握實驗教學(xué)內(nèi)涵，改變了化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計經(jīng)驗性、盲目性的現(xiàn)狀。

注：本文系2019年廣西教育科學(xué)規(guī)劃課題“新高考背景下普通高中課程設(shè)置和教學(xué)改革的實踐探索——以南寧市第三中學(xué)為例”（編號：2019A056）;廣西基礎(chǔ)教育教學(xué)改革質(zhì)量提升項目“新高考背景下普通高中課程與教學(xué)改革的實踐研究”研究成果。

【作者簡介】貝偉浩（1972— ），男，廣西昭平人，碩士，高級教師，研究方向為中學(xué)教育教學(xué)及教育管理;藍仁敏（1992— ）女，廣西都安人，二級教師，研究方向為化學(xué)教學(xué);張金恒（1989— ），男，四川合江人，二級教師，研究方向為化學(xué)教學(xué)、研究性學(xué)習(xí)。

（責(zé)編 文 煜）