化學實驗教學“四要素設計模式”研究

貝偉浩 藍仁敏 張金恒

【摘 要】本文提出以“探究點、品質點、異常點、生成點”四要素聚焦化學實驗教學的目標、原則、策略和方法，構建化學實驗教學“四要素設計模式”，有效指導化學教學聚焦化學學科核心素養，準確把握實驗教學內涵，改變化學實驗教學設計經驗性、盲目性的現狀，為今后化學實驗教學設計提供可選擇的新模式和路徑。

【關鍵詞】高中化學 實驗教學 四要素 設計模式

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）02-0028-03

化學實驗是化學探究的載體，評價一節化學課應該把“是否用實驗教好化學”設為標準。化學實驗本身的復雜性、動態性決定了實驗教學的設計變量較多，難度較大，不易把握。已有文獻中關于化學教學設計的研究案例多以“線”展開，譬如“活動線”“認知發展線”“情境線”“問題線”，等等。筆者認為，有點方可成線，把教學的“點”設計好了，線自然呈現?；谶@樣的認識，筆者所在課題組對實驗教學的“點”設計展開了探索，嘗試提出化學實驗教學的設計模式。我們搜索了國內幾大文獻數據庫，發現化學實驗教學設計要素及設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、研究目標和內容

研究目標：找到化學實驗教學有價值的設計點，提煉實驗教學設計要素，指導教師精準把握化學實驗內容，形成化學實驗教學的設計模式，解決化學實驗教學設計經驗性、盲目性和格式化，以及探究吸引力不強、創新能力培養針對性不足的問題。

研究內容：以動態視角抽取實驗教學過程中“動”的因素，形成四個動態分析點：探究點、品質點、異常點、生成點。創設探究點，聚焦探究素養，提高實驗效度;挖掘品質點，培育態度責任，托起實驗高度;捕捉異常點，拔高學科思維，延伸實驗深度;找準生成點，實現關聯遷移，增加實驗曲度，在教學實踐中不斷改進，形成指導范式。圖1是針對化學實驗特點的四要素設計，圖2是四要素設計的課堂目標和課堂效果。

二、化學實驗教學“四要素設計模式”的構建

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

（一）創設探究點，提高實驗效度

探究點的教學目標：聚焦化學探究素養。探究素養是化學學科核心素養中“科學探究與創新意識”中的一級素養，我們把化學“科學探究素養”簡稱為“探究素養”。化學實驗的基本價值在于科學探究的發現，借助實驗推動學生探究素養發展是化學實驗教學的重要目標。實驗探究點創設的質量決定課堂教學的效度，通過探究點的有效選擇提升實驗效度，可以促進學生形成對化學學科知識及思維方式方法的深層次認識，驅動學生進行深度學習。

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

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

探究點的設計方法：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境或條件等，通過對比分析，發現影響物質變化的決定因素，進而構建新知。過去，教師在實驗教學中多采取演示的方式而不設計探究性實驗。我們的調查發現，教師們在理念層面都認同探究性實驗對培養學生學科素養的價值，但在實踐操作層面對如何設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優質課、示范課，在實踐中創新性地提煉出四個探究點設計方法，以幫助青年教師快速定位探究點并進行實驗教學設計。（表1為探究點設計的四個案例）

（二）挖掘品質點，托起實驗高度

品質點的設計目標：科學態度與社會責任。培養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，高品質化學課堂要有思政育人味，把化學課堂學科知識教學和德育有機融合應當納入教學評價指標體系。品質點設計的具化目標是科學態度與社會責任，這是化學學科核心素養維度之一，除此之外還要強化理想信念教育，引導學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。

品質點的教學原則：圍繞必備品格設計。一節課堂的高度并非行云流水的學科知識教授，而是必備品格目標的有效落實。通過品質點的定向選擇提升實驗高度，從而實現化學學習更高層次的價值追求。

品質點的設計策略：實驗教學中有機融入中華優秀傳統文化、社會主義先進文化教育內容，努力呈現科技、生態等發展的新成果，培養學生社會責任感、創新精神，厚植愛國情懷。

品質點的設計方法：化學課程蘊含豐富的社會主義核心價值觀和社會責任感教育內容，特別是化學實驗中培養社會責任、科學態度的素材。建議教師以微型課題方式專項梳理教材內容或習題內容，總結關于中華優秀傳統文化、科學探究創新精神、社會責任決策能力、綠色化學持續發展等品質的教育內容。（表2為品質點設計的四個案例）

（三）捕捉異常點，延伸實驗深度

異常點的教學目標：化學高階思維。高中化學學科核心素養中“證據推理與模型認知”是關于化學高階思維的發展要求?；瘜W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。設定異常點問題可以引導學生深度思考，延伸實驗深度。

異常點的概念界定：異常點是指超越學生已有知識，貌似“錯誤”“不可能”卻真實存在的現象事實，不是錯誤點。有時，異常點是科學發現的起點。

異常點的設計策略：縱向關聯大學化學課程知識，甚至聯合橫向學科（物理、數學），抽提出學生在當前的知識背景下無法解釋，但利用大學課程（或其他學科）相關知識可以解釋的化學實驗“異常”問題，將其適當簡化補充銜接，用“最后那一根梁”完成學生認知模型的搭建。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：關注三類沖突事實，即與“已有經驗”沖突，與“應然現象”沖突，與“已知原理”沖突。所謂“已有經驗、應然現象、已知原理”往往是學習階段性的經驗和認知，有局限性，屬認知模型結構性缺失。敏銳捕捉和利用異常點，要求化學教師自身學科核心素養的匹配，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為異常點預設的三類案例）

（四）找準生成點，增加實驗曲度

化學實驗的復雜性、動態性使實驗過程中生成性資源難以預測、變化萬千，不期而至的課堂生成會使教學主線受到影響，有“挫折”和“曲度”?；瘜W實驗過程中生成性資源的取舍是化學實驗教學要面對的，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主線服務，低價值的生成性資源要快速帶過，不宜糾纏。

生成點的教學目標：強化知識關聯，提升遠遷移能力。生成點是突發的，貌似是游離、孤立的信息點。啟發后，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、表面不相關的知識關聯、組合起來，“橋接”形成新概念。生成性信息的“陌生”在于學生無法抓住其本質特征，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：生成資源應為探究主線服務?；瘜W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任務，教學往往由于課堂階段節奏的把握出現問題，各種生成性資源的處理策略失當而偏離主線。

處理生成點的策略：特征遷移、模型遷移、關系遷移。特征遷移指的是利用新信息（概念）的特征和目標信息（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）和目標模型（新認知模型）中找到它們之間共享的參數信息（要素、空間結構），以實現遷移的方法;關系遷移指的是新信息（概念）和目標信息（概念）具有相似性或層級結構關系而進行“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、概念的關系，可以實現知識關聯，提升遠遷移能力。

捕捉生成點的藝術：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，為了促進教學主線探究實驗的順利展開，教學策略上可以將錯就錯地刨根問底，啟發關聯;或別出機杼地刨根問底，再啟發關聯。（表4為生成點遷移教學設計案例）

三、結論

在靜態設計要素提取困難的情況下，課題組以四個動態要素進行化學實驗教學內容設計和過程控制。探究點是實驗教學的主線，是核心要素;品質點是必設教學目標，是核心要素;異常點可在化學實驗創新設計中預設，應根據學情處理，異常點設計是科學新發現的起點，要給予充分重視;生成點為推進教學主線服務，側重知識關聯，提升遠遷移能力。教學設計按探究點—品質點—異常點—生成點先后展開，前三者是可預設內容;教學評價重視學生認識思路的結構化、外顯化，聚焦學科核心素養。

總之，課題組開創性地提出“探究點、品質點、異常點、生成點”四要素聚焦實驗課堂教學，是新的研究視角和方法。所構建的“四要素設計模式”聚焦四點四度設計，即以探究點提效度、品質點托高度、異常點延深度、生成點增曲度，把握關鍵，精準發力，解決了化學實驗因動態復雜性缺少設計抓手的問題。同時，有效指導了教學設計聚焦化學學科核心素養，準確把握實驗教學內涵，改變了化學實驗教學設計經驗性、盲目性的現狀。

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

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

（責編 文 煜）