科学实验教学中发展学生核心素养的实践与探索

沈伟云

摘 要：核心素养是适应个人终身发展和社会发展所需要的“必备”品格与“关键”能力。科学学科创新能力、批判性思维、信息素养、自主学习、语言表达、学科整合、解决问题等核心素养可以通过实验教学来培养。

关键词：核心素养；发展；科学实验

经济合作与发展组织（OECD）国家于1997年提出了“核心素养”，并将其视为基础教育的DNA、人才培养的指针。所谓“核心素养”，是指适应个人终身发展和社会发展所需要的“必备”品格与“关键”能力，是所有学生应具有的最关键、最必要的共同素养[1]。《中国学生发展核心素养》研究成果于2016年9月13日在京发布。核心素养以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任但当、实践创新六大素养。在参考大量文献基础上，结合科学学科特点，笔者提出了科学学科核心素养的内涵，并在实验教学中进行了实践与探索。

一、积极改进实验 培养学生的创新能力

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》明确指出，要探索发现和培养创新人才的途径，探索创新人才培养的多种培养方式，形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。学生是否具备创新能力，对于其可持续发展起着决定性作用。教学实践表明，学生积极参与科学实验改进是培养其创新能力的最佳途径。在实验教学中，教师要通过创设条件，引导学生主动对教材中一些不够完美的实验进行改进，及时解决实验中存在的问题，鼓励学生创新设计实验方案，不断发展他们的创新能力。

案例1 在探究“物体的动能大小与质量是否有关”的实验中，教材按图1开展实验，但在实际操作时发现铁球撞击木块时，木块很难恰好沿着与木板长边平行的方向作直线运动。于是笔者引导学生对实验方案进行了改进，具体有3个方案。

（1）在木板合适的位置上固定一个面积较大的挡板，在挡板前面贴上足够厚的均匀铺满挡板的橡皮泥，铁球动能大小以橡皮泥的凹陷程度来表示，在每次实验后换上另一块相同的橡皮泥（如图2所示）。

（2）在挡板处接一根弹簧，以弹簧受力压缩时的形变程度来比较动能大小（如图3所示）。

（3）按图4装置开展探究，先将小球拉到与竖直方向成一定角度，然后由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，撞击静止在水平面上的木块，以木块在水平面上滑行的距离来表示动能的大小。

结合实验过程中存在的问题，引导学生进行科学实验改进，不仅使实验更简便、直观、环保、安全，而且更具可操作性。利用发散性思维活动，充分调动学生运用所学科学知识，自主解决问题，不断发展学生的创造性思维品质。

二、鼓励学生质疑 发展学生的批判性思维

科学课程标准指出，使学生学会理性、客观地对待他人的看法和观点，既勇于坚持自己的正确观点，并对他人的错误观点提出质疑，又勇于放弃自己的错误观点，接受更合理的科学观点和解释。批判性思维是指对于某种事物、现象和主张发现问题所在，同时根据自身的思维逻辑作出主张的思考[2]25。教师要积极引导学生通过合理的反思、理性的质疑和辩证的扬弃等方法来培养批判性思维能力。

案例2 在学习了NaOH、Ca（OH）2之后，学生知道它们都能使酚酞试液变红色，是因为电离出OH-。而在学习Na2CO3时，通过实验发现Na2CO3溶液也能使酚酞变红色。有学生质疑，Na2CO3溶液中没有OH-，从理论上分析应该不会使酚酞试液变红色，那么究竟是哪种粒子使酚酞试液变红呢？于是笔者引导学生开展如下实验。通过如图5的实验，得出Na+不能使酚酞变红，同样，因为NaCl溶液中含有水，水分子也不能使酚酞变红（或根据已有知识水呈中性判断），那么是CO32-使酚酞变红吗？按图6实验，滴入Na2CO3溶液，震荡，酚酞变红色，向变红后的溶液中再逐滴滴入过量的CaCl2溶液后，震荡，红色逐渐消失，同时生成了白色沉淀。分析实验现象，似乎是CO32-离子使酚酞变红色，那么岂不是与已学知识矛盾了吗？于是笔者告知学生，在高中化学中会学到碳酸钠在水中发生水解反应，即CO32-与H2O反应能产生OH-，从而使酚酞试液变红色。

批判性思维是一种怀疑的、审慎的、反思的心态，是一种理性的思维品质，是一种积极的生活方式，是高尚人格必不可少的内涵[2]26。萧伯纳曾指出：你应该小心一切假知识，它比无知更危险[2]26。尤其是学生正面临信息量巨大的现代科技社会，更需要通过发展批判性思维能力，提高学生的鉴别能力。

三、体现自主学习 培养学生的信息素养

自主学习是让学生以相对独立的学习过程为载体，真正掌握有效的学习方法，独立获取知识的学习方式[3]。当今社会正处于信息化时代，终身学习已成为时代发展的必然要求，优良的信息素养则是学生终身学习的基础保障。新课程要求我们，正视学生所处的网络信息环境现状，把“信息素养”作为继“读、写、算”之后的第四种素养。在实验教学中教师应通过加强与信息技术的联系，促进学生自主学习，提升学生的信息素养。

案例3 在探究高温下铁与水蒸气反应生成一种常见铁的氧化物是什么物质时，通过实验观察，试管中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引，但还是无法验证该氧化物是哪种氧化物，需要上网查阅有关资料，如表1。

根据获得的信息，可分析得出生成的氧化物为Fe3O4，同时也自主性学习了三种铁的氧化物性质，拓展科学知识视野。

对于实验教学，教师可通过明确信息任务，增强学生对信息的敏捷性，可结合学生兴趣，通过布置搜索资料类的实验作业，提高学生自主学习的能力，发展信息素养。

四、开展合作与交流 提高学生的语言表达能力

大量教学实践表明，在合作与交流中，学生往往会出现心里明白，但又无法用语言表达清楚的窘境。为此，培养和提高学生的语言表达能力，不仅是开展合作与交流的需要，也是学生进行人际交往、终身学习和可持续发展的需要。现代心理学认为，语言的准确性体现着思维的周密性，语言的层次连贯性体现着思维的逻辑性，语言的多样性体现着思维的丰富性[4]。

案例4 在设计实验验证酸与碱发生反应的方案时，笔者先让学生小组内交流讨论，形成方案，具体方案有4种。（1）在NaOH溶液中滴加过量稀硫酸，然后滴加酚酞，不变色；（2）在CuSO4溶液中滴加NaOH溶液出现蓝色絮状沉淀，再加稀盐酸，沉淀消失；（3）在等量的2支盛有少量Ca（OH）2粉末的试管中，分别加等量的水和稀盐酸，加水试管出现白色浑浊，加盐酸试管出现无色溶液；（4）利用手持技术pH和温度传感器探究氢氧化钠与盐酸是否发生反应以及反应的热效应。笔者让学生在完成上述操作过程后，分析说明为什么可以验证酸与碱发生了反应。从学生表现分析，基本上能较规范完成上述实验操作，但在表达方面普遍表现不佳，有的用语不科学，有的缺乏连贯性，没有按操作、现象、结论进行表述。

培养学生运用科学原理，用规范、准确、简明语言表达，是实验教学中有待重视和加强的问题。通过有意识创设机会让学生多说，既能培养科学、严密的语言表达能力，也能增强学生逻辑思维习惯，进而正确、深刻认识科学问题的本质。

五、实施交融性学习 培养学生的科学整合素养

科学课程标准指出，为了适应时代和学生发展的需要，有必要设置一门整合的科学课程，呈现各学科领域知识的相互渗透和联系，统筹科学探究的过程和方法，关注科学、技术、社会、环境之间的联系。研究表明，核心素养具有整合性、跨学科性及可迁移性等特征。为此，教师不仅要引导学生系统掌握物理、化学、生物等单科的知识与技能，更应关注学科之间的交汇点，在实验教学中有意识地将其整合成整体，用于分析解决实验探究过程中的实际问题。

案例5 为了研究电解质溶液的导电能力与什么因素有关，笔者曾组织学生开展过一个研究性实践活动。如图7所示，在氢氧化钡溶液中，不断滴加稀硫酸溶液，观察实验现象，分析其原因。该实验把化学知识与物理内容有机融合在一起，电解质溶液能导电，是因为其溶液中存在自由移动的离子，而难溶性电解质在水溶液中不能电离出自由移动的离子。随着硫酸滴加量的增多，由于Ba（OH）2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O，Ba（OH）2溶质质量

随之减少，自由移动离子减少，导电性变弱，灯变暗，电流变小，当两者恰好完全反应时，烧杯中只存在难溶性的BaSO4，没有自由移动离子，灯熄灭，电流为0，接着再滴加H2SO4，溶液中随着H2SO4增多，H2SO4电离出自由移动离子，灯变亮，电流变大。

通过交融性学习，将各学科知识整合起来分析问题，既有利于培养学生综合分析问题的能力，也有助于学生科学整合素养的提高。

六、关注科学探究 提高学生的问题解决能力

科学探究是科学的本质特征，具有重要的教育价值。体现科学探究的精神，是科学教育面向未来的必然要求[5]。当今社会科技发展迅速，科学教学更应立足于培养学生运用所学知识致力于不同情境中的问题解决，以适应不断变化的环境。加涅认为，问题解决能力是指由规则和概念组成的更高层级的适用于某种特定情况的认知技能[6]。为此，教师在科学教学中可引导学生通过科学探究，致力于问题的解决。

案例6 某同学在服用“快克”胶囊时，提出一个问题：“快克”胶囊外壳有什么作用？查阅资料可知，胶囊内的药物对胃有刺激作用，外壳的主要成分是淀粉。为了探究外壳是否是淀粉，设计实验开展了探究，具体方案为：取3支试管，分别置胶囊粉末0.1克，编号为A、B、C，在A试管加2mL唾液，B试管加2mL胃液，C试管加2mL清水，在37℃水浴中加热10分钟，然后各滴加2滴碘液，发现A试管不变蓝色，B、C试管变蓝色。A试管中粉末被唾液淀粉酶分解，因此不变蓝，分析得出了胶囊外壳的主要成分是淀粉，同时以此也可解释为什么胶囊需吞服，而不是嚼碎服用。

核心素养具有时代特征，与社会发展及其变革有着密切联系，体现了社会发展对人根本需求的一项素养。教师只有不断提升自身核心素养水平，才能具备较强的指导、发展学生科学核心素养的能力，利用实验教学活动，帮助学生发展那些可以促进其终身发展的知识、能力，培养学生可持续发展的核心素养。

参考文献：

[1]马福贵.基于学习进阶理念促进学生科学核心素养的发展[J].北京教育，2015（7）：35-36.

[2]肖薇薇.批判性思维缺失的教育反思与培养策略[J].中国教育学刊，2015（1）.

[3]姜保兵.谈谈如何帮助学生尽快步入自主性学习的轨道[J].物理通报，2004（2）：14-15.

[4]唐渭珍.新课标下化学教学要重视学生表达能力的培养[J].中学化学教学参考，2007（1）：21-23.

[5]中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012：3，39.

[6]赵萱.培养学生问题解决能力的方法探究[J].现代中小学教育，2011（8）：11-13.