科學探究四維進階模型在教學中的應用

毛杰

摘要：科學探究是培養化學核心素養的學習方式，也是第一單元的知識核心。以“木炭和氧化銅成分的探究”為載體進行單元復習，避免了傳統復習形式的枯燥，有利于培養學生探究能力，提高學習興趣;以構建“科學探究四維進階模型”為學法指導，指導學生學習化學探究的方式，并持續應用于后續進階的學習任務中;通過各維度的進階模型顯化科學探究的各級能力要素，幫助教師明確學生探究能力的培養方向，深化探究能力的層級發展。

關鍵詞：科學探究;四維進階模型;學科能力;核心素養;單元復習

1 問題的提出

學習進階（learning progressions，簡稱LPs）也稱學習進程，是近幾年的美國科學教育改革中的一個新興的概念。是對學生在各學段學習同一主題的概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑的描述，一般呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列[1]。科學探究作為化學學習的核心概念，在學習過程中表現出探究方法、探究技能、創造能力的一系列進階，在學習的不同階段，對教師的探究能力培養方向，學生的探究水平達成目標提出了不同的要求。因此在化學學習的初始階段，構建科學探究四維進階模型，為教學提供參考工具，具有積極意義。

1.1以科學探究為手段開展單元復習，促進學科核心素養發展

科學探究是培養學生核心素養的一種重要學習方式，也是第一單元的知識核心。第一單元的整體認識（見圖1）表明：第一單元的中心和重點在課題2，課題1和課題3都是為課題2服務的，而課題2也是后續科學探究進階的基礎。所以單元復習的中心就在實驗探究。在復習課的設計上就要圍繞著這個中心來開展把其他內容融合到這個中心上來。

1.2教學設計的已有研究和本研究的關鍵問題

第一單元已有的教學研究有：常愛珠的“三法指導我們走進化學世界”[2]，白福秦的“實驗分析與實驗教法建議”[3]。以上文獻對第一單元的研究主要集中在知識層面，缺乏對科學探究的方法指導。因此構建模型指導探究、進行單元復習，值得進一步研究。

本研究的關鍵問題：①創設真實切題的探究情境;②構建學生自主探究模型。因此，本研究以“木炭和氧化銅成分探究”為載體，結合“科學探究四維進階模型”設計第一單元復習教學內容，以期更好地實現單元復習課的教學價值，達到理想的教學效果。

2 設計基礎

2.1實驗基礎--木炭和氧化銅成分的探究

2.2理論基礎--科學探究四維進階模型

基于現階段學生對科學探究的認知水平和第一單元的知識體系（見圖2），從“科學探究能力構成體系” [4]中提取與學生現有認知水平相契合的要素構建科學探究四維進階模型，（見圖3）。

模型可以從“探究步驟、實驗裝置、實驗操作、實驗方法”四大維度進行刻畫。各維度對應的“能力體系構成要素”與教學功能如下表。

以上四個維度在能力要素中存在交叉關系，但整體的建構順序“探究步驟→實驗裝置→實驗操作→實驗方法”是符合學生對科學探究的心理認知規律的。通過模型指導學生對真實情境進行探究，也有助于學生體會化學研究的對象：物質的性質和變化。在復習課中應用模型，可加強學法指導，提高學生學習能力，促進科學探究的進階學習。

3 教與學的過程設計

4 教學設計反思

該教學設計主要從兩個方面入手：（1）以“碳和氧化銅成分探究”為載體，復習單元知識;（2）通過“科學探究四維進階模型”，指導學生自主探究，提高探究能力。

4.1以真實探究情境為載體，有助于激發學習興趣，提高單元復習教學效率

好的復習需要精心設計和選取具有豐富教學功能的情境素材和學生學習活動任務。現有單元復習教學的學生活動主要以總結、歸納、練習為核心任務，利用知識樹、思維導圖等形式，對核心考點進行梳理，再輔以習題訓練。這樣的設計雖有利于學生對知識的整體掌握，但并未充分體現科學探究的教學價值。而且單純以習題作為情境，難以激發學習興趣，導致復習課枯燥乏味。本研究以“物質成分探究”為載體創設真實探究情境，給學生真實的體驗，可以激發學習興趣，培養合作意識，發展學科素養，提高復習效率。

4.2科學探究四維進階模型的應用有助于學生探究能力的層級發展

學習化學的起始階段，學生對科學探究的認知是片面的，面對探究情境缺乏解決問題的方法。而模型可以對學生進行方法指導，幫助學生從整體上認識科學探究的過程及能力要素，指導學生理清思路，按步驟進行有序實驗，培養探究的各級能力，促進學生探究能力的層級發展。

4.3科學探究四維進階模型的應用有助于教師明確學生探究能力的培養方向

模型的第一維度體現的是科學探究的能力系統，其他三個維度體現的是能力系統中的各級要素。隨著學習的不斷深入，可以變換模型中的部分能力要素以適應學生各階段的能力發展水平。通過對模型概括的“科學探究能力構成要素”的解構，可以幫助教師發現學生在探究中存在的薄弱環節，及時調整教學目標和問題任務，進一步明確中學生探究能力的培養方向。

參考文獻：

[1]劉晟，劉恩山.學習進階——關注學生認知發展和生活經驗：教育學報，2012年4月：81-87.

[2]常愛珠，石國棟.“三法”指導我們“走進化學世界”[J].數理化學習（初中版），2008，（07）：53-54.

[3]白福秦.義務教育課程標準實驗教科書《化學》實驗分析與實驗教法建議（Ⅰ） 第一單元 走進化學世界[J].教學儀器與實驗，2006，（06）：3-5.

[4]劉東方，王磊.科學探究能力的構成要素——基于國外科學課程文件的分析[J].化學教育，2012，33（09）：44-49.