湘西地區基于化學學科核心素養中“科學探究”素養的研究

鄒冰清

吉首大學師范學院 湖南吉首 416000

在2018年教育部發布的《普通高中化學課程標準(2017年版)》中指出：化學學科的核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”這五個方面[1]?？偟膩碚f，核心素養就是指學生融入社會生活所必需的關鍵知識和能力。學科能力培養離不開科學探究的過程，而借助探究的過程，我們又可以進一步培養學生的科學態度和證明推理的能力。由于湘西地區缺乏較好的軟硬件條件，這對于學生科學探究素養的培養有什么樣的影響，我們應該怎樣在教學中彌補這種不足。下面關于湘西地區的“科學探究”素養的培養進行探討。

一、現狀與不足

為了研究湘西地區“科學探究”素養的現狀，要將素養拆解成可以測量的能力要素。我們知道核心素養是學生在化學學科的學習過程中逐漸形成的，在遇到陌生的情景后也能調用關鍵知識去處理問題的能力。王磊在《學科能力構成及其表現研究》[2]一文中提出了學科能力表現的9種要素。

表1

借助學科能力要素，可以認為素養的達成就是由學習理解能力逐漸進入應用實踐和遷移創新的能力上面來，因此，我們可以將素養拆解成分析解釋、推論預測、簡單設計、復雜推理、系統探究、創新思維這六種學科能力，然后根據對這六種能力的考察來編制測試題，編制過程中要遵循三個原則：第一，測試題要充分涉及六種學科能力的考察；第二，測試題最好選取科學探究類素材；第三，為了更好地檢測能力，測試題盡量采用開放式，另外要為每一道測試題配備評分標準表，在遇到對學生答案有疑問的地方及時通過學生訪談的形式確定學生的思路是否正確，再考慮是否給分。為了更好地測量湘西地區學生素養的情況，選取了一所湘西地區的省重點中學和一所普通中學的高二學生共一百名進行調查。對于數據，采用Winsteps軟件進行處理。

篩選合格的測試卷后，依照評分標準，對測試卷進行打分，然后對數據進行錄入處理，利用單維Rasch模型進行分析，學生的信度為0.71，試卷信度為0.91，基本達到要求，可以進行分析。

圖1 懷特圖

懷特圖中(如圖1)學生的能力分布基本呈正態分布，從數據來看，絕大多數學生的能力沒有達到遷移創新的維度。

對數據的整體分析可以看出，學生在第三個維度“遷移創新”的得分率極低，說明學生的核心素養培養存在著很大的問題，從二級能力目標來看，學生的分析解釋能力比推論預測和簡單設計的能力要好，應用實踐能力方面學生的設計實驗能力最弱(如圖2)。

圖2 學生各能力得分率分布圖

對于推論預測能力培養方面對學生進行訪談，發現當問及二氧化硫有哪些性質時，學生能較好作答，但繼續問為什么二氧化硫具有這些性質呢？大部分學生不能從類別、氧化還原的角度去解釋；訪談結果發現學生的學習方法出現了問題，缺乏對物質角度的認識，學生只是采用了調用記憶或總結歸納的能力去處理知識，這使得學生推論預測的能力缺乏培養和發展。

對簡單設計能力培養方面對學生進行訪談，發現學生對于如何設計實驗沒有明晰的思路，比如，粗鹽提純的操作是書本上提及的，也是上課教師會重點講解的知識點，高中學生在高一就已經講解過，但對高二的學生進行測試的時候發現，學生不能完整地解答粗鹽實驗的設計過程，部分同學只有加入沉淀劑的過程，還有部分同學沒有蒸發結晶的操作。通過訪談發現，原因在于部分同學是通過記憶，而不是從物質分離提純的方法角度出發去設計實驗，且在平時的課堂上因為時間有限，教師不能較好地引導學生對實驗設計進行詳細的分析，也較少組織學生實驗，因此，學生對實驗設計的思路比較陌生；還有一部分同學認為實驗設計類的題型很少考，課后習題也涉及得少，因此，對實驗設計不夠重視；還有一部分同學認為實驗設計是很復雜的過程，自己花了時間也不一定會做。

對于遷移創新能力方面的缺失，通過教師和學生訪談，發現現在的課堂還是采用教師為主導的模式，課堂上學生參與度不高，實驗大部分是教師演示實驗，對于實驗中學生發現，實驗與上課內容沒有較大聯系，教師一般不會花時間與學生一起推測探究，這使得學生不能將知識應用在實驗過程當中，從而缺乏遷移創新能力的培養，而且當學生發現自己的仔細觀察得不到重視的時候，會逐漸失去創新意識。

二、解決方法

(一)從生活實踐出發，尋找真實情景素材

從生活素材出發，可以更好地培養學生將所學知識融入生活的能力。選取的素材可來自于生活常識，如食用小蘇打蒸包子、用酒精去清洗苗族的銀飾、胃藥的成分有氫氧化鋁和碳酸氫鈉；也可來自于化工生產，如鐵礦的冶煉、硫酸的工業制備、氨氣的合成；還可來自科技創新，比如，材料的發展、電池的發展等。

針對學生的畏難情緒，我們發現課堂教學如果采用真實情景，特別是以學生較熟悉的情境出發時，教學更能勾起學生的興趣，讓學生積極參與設計實驗，親自動手進行探究。比如，教師在講解二氧化硫的性質的時候，給學生展示超市中兩種不同顏色的銀耳，讓大家判斷哪一種銀耳是用二氧化硫漂白的，并設計方案來證明，就能取得非常好的教學效果。

(二)從現象出發，培養學生觀察能力

觀察是證據的來源，如果不能對實驗進行全面、細致的觀察就不能獲得準確的數據支撐，那么，能力的培養將中斷在第一個環節。在實驗過程中，我們發現學生的觀察力不能保持長時間集中，很容易被一些劇烈的實驗現象吸引導致注意力分散，而忽略了對實驗本該有的全面觀察，導致觀察的角度單一。在以前的實驗教學中，就有學生在觀察氧化銅與酒精的反應時，只注意氧化銅由黑變紅的過程，卻沒有注意到氣味的改變。這樣的觀察直接導致記錄描述出現偏差和問題，從而不能準確地記錄實驗的現象。針對以上問題，在實驗之前，教師應對學生進行實驗觀察能力的培養，培養過程中需精選典型實驗，實驗現象由簡單到復雜，一步一步提升學生的觀察能力。觀察角度要涵蓋四個方面：通過眼睛去看變化，這個過程如果變化得很快，可以借助不同時期的照片來尋找差別；通過耳朵去聽聲音變化；通過鼻子去聞氣味的變化；通過手去觸碰溫度的變化。從以上四個角度去觀察實驗現象隨時間的變化，這樣才能使觀察的結果更全面。在記錄的過程中，要引導學生利用表格的形式去記錄四個角度隨時間的變化。比如，鈉與水的實驗現象記錄，如下表2：

表2

為了更全面地觀察、收集數據，在學生實驗觀察記錄結束后，可以安排學生分享觀察記錄，然后對有難度的知識點，重復進行實驗直至掌握。這樣，通過分享和多次實驗后，學生不僅觀測統計了較全面的實驗現象，也鍛煉提升了自己的觀察能力。

(三)從書本出發，合理開發實驗

化學是一門以實驗為基礎的學科，在過去的一些年里，有部分中學教師對教材上的一些實驗進行改進，期望通過改進使實驗的現象更加明顯。但是有一些改進需要用到很多實驗室沒有的實驗儀器，而且實驗過程也變得更加復雜，這樣的操作直接帶來了三個很嚴重的教學問題：第一，學生不能通過實驗認識基本的實驗儀器；第二，教師準備實驗的時間變長；第三，失去了引導學生探究的契機。其實，即使是不明顯的實驗現象，也可以被我們好好加以利用來引導學生，比如，讓學生思考怎樣可以對實驗進行改進，既提升了課堂的趣味性，也培養學生的創新精神。當然還有一些很好的開發實驗，比如，書本上描述的點燃可燃性氣體前要驗純。針對驗純的必要性，我們可以設計一個實驗：向收集滿氫氣的鐵罐中充入空氣，然后點燃。在保證安全距離的前提下，學生通過觀察不純氣體燃燒導致爆炸的現象，感受到爆炸的威力，可以更好地加深所學知識的印象，牢記驗純的必要性，培養學生的科學謹慎精神。

(四)從習題出發，引導學生重視科學探究

通過對學生的訪談發現，學生對實驗探究的過程并不重視，他們只注重于實驗探究過程中涉及的知識點、課后習題和考試主要考察知識點。認為練習和考試中出現的知識才重要，這種導向使得學生對于科學探究的興趣和動力不足，也使得科學探究不能有效地發揮培養學生能力的作用。所以在習題的設計上，我們應該轉變理念，改變之前以知識記憶為主的觀念，逐漸向分析能力考察進階靠攏。比如，考察二氧化硫的性質這個知識點，如下表3：

表3

同時，在練習中我們還可以設置一些反思類題目，以彌補課堂上因時間不足導致的探究不充分。比如，在銅和濃硫酸的反應中，出現了黑色的物質，這種物質到底是什么？我們可以通過布置練習的形式，留給學生去反思，讓他們查閱資料并設計實驗，在課下繼續探究。

結語

“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。”在長期教學實踐中，科學探究已成為一種培養學生關鍵能力的重要手段。在課程改革的背景下，作為教師，我們要重視科學探究，積極運用探究精神來解決教學中出現的問題，努力探索，這樣才能達到有效培養學生化學核心素養的目的，幫助他們到達科學的彼岸。