核心素养导向的个性化实验教学实践

作者:未知

  [摘 要]个性化实验教学是培养学生核心素养的有效途径。通过个性化实验教学资源的开发与利用、主题案例的设计以及效果评价等方式,使学生通过探究活动验证假设,培养探究能力,提升学科核心素养水平。
  [关键词]中化学;核心素养;个性化实验教学
  高一、问题的提出
  普通高中化学课程标准(2017年版)指出,学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习逐步形成的必备品格、关键能力和价值观念,包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任五个维度。
  目前在科学探究领域,实验教学基本照方抓药,缺乏学生个性化的思维与质疑,不利于内化核心素养。为此,项目组老师提出探索个性化实验教学与培养学生核心素养的实践研究。该项研究立足于个性化实验教学资源的开发与利用、主题案例的设计以及效果评价等方面,赋予了“个性化实验教学”的新内涵。从本质上说,个性化实验教学是通过创设条件给学生提供机会,使其通过探究活动检验假设,培养思考智能、探究能力以及创造力,最终实现核心素养水平的全面提升。
  二、个性化实验教学资源的开发与利用
  (一)课本实验的挖掘与拓展
  根据课程实验教学目标以及维果斯基的“最近发展区”,我们使用了三层阶梯(绿色、蓝色、黑色)帮助学生投入到不同挑战水平的实验内容中。绿色代表课本实验内容,是所有学生应达到的合格水平,反映课标对实验内容的基本要求;蓝色代表课本实验内容的适当拓展与延伸;黑色代表较复杂的实验问题。部分活动内容及水平如下表所示。
  [内容 水平 评价 质量守恒定律、二氧化碳是否与水发生反应、燃烧条件等探究 绿色 找出实验设计中的变量控制,体会如何选择变量、如何调控变量 测定钙片(主要成分为碳酸钙)中钙元素的质量分数、燃烧条件再探究、甲烷燃烧产物检验等实验设计 蓝色 模仿课本实验原型进行设计,能根据问题背景确定探究问题,选择研究变量,设计实验方案 金属活动性的比较、氢氧化钠与盐酸是否发生反应、氢氧化钠与二氧化碳是否发生反应等探究 黑色 能抓住实验设计中的关键要素,改变其他相关要素,设计出针对同一探究问题的多种合理方案,并进行优化、评价 ]
  (二)生活实验的开发与利用
  从部分国内外化学教材比较研究发现,普遍突出实验的生活化。生活化学实验,主要是以“从生活走进化学,从化学走向社会”为理念,以化学学科知识为背景、以生活中的化学问题为内容、以实验为载体,从化学和生活融合的视角实现化学教育功能的重要教学手段[1]。目前生活用品日新月异,使生活化学实验成为极大可能,为个性化实验教学提供有利条件。
  比如,学完氧气的实验室制法,课外学生利用一瓶过氧化氢溶液(俗称双氧水)、一粒生的马铃薯、一只玻璃杯等材料,按以下步骤完成“马铃薯快速制备氧气”的小实验:往玻璃杯里倒入半杯过氧化氢溶液→将马铃薯切成薄片,然后将一片马铃薯放入杯中→观察、记录、解释现象。由于具备实践性和知识性,生活实验对加强学生的思维训练和能力发展大有裨益。再如,利用一只带盖的玻璃瓶、一只新鲜的蛋、一瓶白醋等材料,按以下步骤完成“会自己剥壳的蛋”的小实验:将蛋轻放入瓶内→将白醋倒进瓶内,将蛋完全淹没→盖紧盖子,观察瓶内现象→24小时后,隔相同时间观察几次[2]。鼓励学生积极观察日常生活中的各种现象,将实用性、探究性和趣味性结合起来,加强学生的化学意识,提高学生的素养水平。
  三、个性化实验教学主题案例的设计
  化学学科核心素养的落地,离不开以具体教学内容为载体,更需要依托教学活动的展开得以具化。下面,以“燃烧和灭火”教学为例,探讨如何进行个性化實验教学。
  (一)知识功能与价值分析
  本案例涉及的教学内容为“义务教育教科书人教版上册第七单元课题1燃烧和灭火”。其中,化学知识包括燃烧的条件和灭火原理,过程方法有预测、设计、评价等,STS内容有安全知识。从核心概念的功能价值上看,燃烧与人类社会密切相关,燃烧是有条件的,借助实验进行探究,构建燃烧反应模型,达到对燃烧的可控可用。学生的认识发展进阶包括宏观现象分析→燃烧条件的假设、方案设计与验证,建立燃烧反应模型→运用模型解决实际问题(灭火等)。
  (二)教学与评价思路
  (三)教学流程
  Ⅰ宏观现象
  【学习任务1】认识物质的燃烧反应
  视频展示:燃气灶烹调食物。
  问题1:物质发生燃烧需要什么条件?
  学生活动1:讨论,提出燃烧条件的猜想及依据。
  学生活动2:初步建立燃烧反应模型。
  评价:任务1的素养功能在于,通过对燃烧条件的猜想及初步建立反应模型,发展学生基于化学反应的视角进行“宏观辨识”、“模型认知”的素养。学生已有的关于燃烧的知识是“燃烧是可燃物与氧气发生的发热发光剧烈的氧化反应,属于化学反应”,猜想环节应该打开的通道是把燃烧问题转换成化学反应问题。要使燃烧这类反应进行,一是要有反应物,二是要有合适的反应条件。那么反应物是什么?条件又是什么?这样,初步建立燃烧反应模型:可燃物+氧气[条件]生成物,帮助学生从反应构成要素的角度对燃烧条件进行系统假设的思路。
  Ⅱ实验探究
  【学习任务2】设计并进行实验证明燃烧需要氧气
  实验用品:烧杯、镊子、坩埚钳、酒精灯、三脚架、薄铜片。酒精、棉花、乒乓球、滤纸、蜡烛。
  问题2:如何设计实验方案证明燃烧需要氧气?
  学生活动3:小组讨论。
  学生活动4:展示实验设计方案。
  学生活动5:初步评价,改善实验方案。
  学生活动6:进行实验,收集证据,解释现象。   评价:任务2的素养功能在于,通过对燃烧需要氧气实验方案的设计与实施,发展学生“科学探究”“证据推理与模型认知”的素养。先以证明可燃物燃烧需要氧气为突破口,重点是利用变量控制的思想方法,变量是“氧气”,“可燃物”和“反应温度”是控制变量。引导学生将实验任务分解为:选择合适的可燃物(哪些是可燃物、初步选择哪种可燃物)→控制温度不变(采取什么加热方式)→控制氧气的变化(如何改变氧气、还有哪些方法可使氧气与可燃物不接触),从而帮助学生搭建控制多变量系统的思维模型,运用这些思路和方法,继续完成燃烧需要可燃物和温度达到着火点的探究任务。
  【学习任务3】设计并进行实验证明燃烧需要可燃物
  【学习任务4】设计并进行实验证明燃烧需要温度达到着火点
  评价:任务3、4的素养功能在于,通过对燃烧需要可燃物及温度实验方案的设计与实施,发展学生“科学探究”“证据推理”的素养。让学生自主设计方案,反复运用控制变量法分析、评价实验方案,寻找证据进行推理,最大限度发挥了学生的个性化水平。完成任务2、3、4后,学生找到“燃烧三条件是怎样的关系”的突破点,进一步提升了对燃烧反应的模型认知水平。
  Ⅲ问题解决
  【学习任务5】根据燃烧条件,归纳灭火的原理
  点燃3支蜡烛。
  问题3:你如何阻止蜡烛继续燃烧?使用的方法主要利用了什么原理?生活中还有哪些常见的灭火方法?
  学生活动7:思考、表达、小结
  评价:任务5的素养功能在于,诊断并发展学生关于“燃烧和灭火”的关系水平。完成任务5后,学生对于什么是燃烧、燃烧三条件、燃烧和灭火的关系都有了新的认识,对于如何控制燃烧反应的发生和停止,也有了一般的思路和方法。
  【学习任务6】根据燃烧条件解决实际问题
  资料1:在野外露营时,露营基地为你准备了报纸、干树枝和火柴等材料,你怎样生火?为什么?
  资料2:遇到火灾怎么办?
  资料3:据报道,一男子倒在出租房浴室内,经抢救无效身亡。警方初步调查发现浴室内装有燃气热水器,此人可能一氧化碳中毒。为什么会产生一氧化碳?
  评价:任务6的素养功能在于,通过对实际问题的解决,发展学生“科学态度与社会责任”的素养。帮助学生将所学的知识应用于更加复杂、多样的情景中,积极参与有关化学问题的社会决策,对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断,进一步培养学生系统思考、方法抉择等高阶思维力和创新能力。
  (四)教学反思
  “燃烧和灭火”在生产生活中具有广泛的应用,这一概念的建构过程具有较为丰富的化学学科核心素养发展功能。首先,注重问题情景的创设。如激发学生探究兴趣的“燃气燃烧需要什么条件?”、体会学科价值的“遇到火灾怎么办?”等问题。其次,注重学习任务的设计。共设计了6个学习任务并在素养导向下开展相应的学习活动。再次,注重认识思路的外显。构建燃烧反应的模型,提炼出控制变量法的一般认识思路,并用表格的形式对其显性化。最后,注重“教、学、评”一致性。把评价任务作为学习任务,通过学生在实验探究、小组讨论、方案设计等活动中的反馈,诊断并发展学科核心素养水平。
  四、結语
  个性化实验教学是培养学生核心素养的有效途径。利用个性化实验教学进行科学探究,有助于培养学生实践创新能力以及综合素养。
  (一)个性化实验教学重视资源的开发和利用
  以促进学生核心素养发展为目标的化学教育,对化学实验教学提出了新的要求:大力开展化学教学实验内容改革,积极开发化学教学实验。在实验教学资源的开发与利用上,可以从课本、核心期刊、中高考试题、课外实验等多维视角,结合生活实际,从学生熟悉、感兴趣的方向出发,创设良好的问题情境,激发学生的学习动机,更好地服务于个性化实验教学。
  (二)个性化实验教学重视教学内容的设计与创新
  发挥化学实验教学在促进学生核心素养发展方面的功能和价值,改变化学教学实验“照方抓药”式的设计,倡导“探究式”设计,大力开发化学探究实验,形成主题式、探究式案例。
  (三)个性化实验教学重视评价的功能
  发挥评价对学生个性化实验学习的促进作用,开发多样化的个性化实验学习评价方式,比如活动表现评价与档案袋评价等。个性化实验教学强调动手操作与动脑思维相结合,不仅重视实验结论的获得,更要重视获得结论的过程,实现结果与过程的统一。
  值得肯定的是:倡导以科学探究为主的个性化实验教学,在核心素养导向下规定了学生学习和发展的目标要求,围绕核心内容设计并实施个性化探究活动,转变学生的学习方式,促进了学生的主动发展。
  [参 考 文 献]
  [1]郑长龙.化学实验课程与教学论[M].北京:高等教育出版社,2013.
  [2]詹妮丝.101个化学小实验[M].上海:上海科学技术文献出版社,2015.
  (责任编辑:张华伟)
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