学科核心素养视域下国际IB化学实验课程评析

邓敏 郑倩 何书引 潘睿

摘要：基于化学学科核心素养的视角，对国际IB课程中独具特色的、研究型化学实验课程设置、实验教学方式与实验评价考核体系所呈现出的整体性与一致性进行了评析，以期为一线高中化学教师在实验课程的实施和教学改革中提供一定的借鉴与参考。

关键词：国际IB课程;化学学科核心素养;化学实验

文章编号：1008-0546（2020）02-0080-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.025

IB课程全称为国际预科证书课程（InternationalBaccalaureate Diploma Program，简称IB），是由国际文凭组织为全球高中生所设计为期两年的学习课程，涵盖了Inquirers（积极探究）、Knowledgeable（知识渊博）、Thinkers（勤于思考）、Communicators（善于交流）、Prin-cipled（坚持原则）、Open-minded（胸襟开阔）、Caring（懂得关爱）、Risk-takers（勇于尝试）、Balanced（全面发展）和Reflective（及时反思）共十个培养目标。其中，化学实验课程教学目标具体为：让学生通过不断尝试和挑战来欣赏科学研究的过程;明确知识、方法和技术是科学研究所具有的特征;掌握并运用所学的科学知识、方法和技术对科学数据、科学信息进行充分地分析与研究并撰写科学论文;学会运用21世纪先进的科学技术，在科学研究中具有有效合作与交流的能力;理解学科之间的关系及化学学科对其他学科的影响，具有探究与发现科研问题的能力;在实验过程中敬佩和欣赏前人科学研究和创造力的同时，树立起继承和批判的思想，能够对科学的无限可能及其局限性进行认知;既要保持对科学的敬畏之心，也要敢于提出质疑，去粗取精，与时俱进，勇于创新

由此看出，IB化学实验课程的培养目标核心是探究性、思考性和创造性的培养，这与《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称为“新课标”）中新增并确立的以化学学科核心素养培养为导向的课程目标及5个核心素养要求是相一致的，强调在培养学生创新意识、科学精神与社会责任感的同时，突出对科学探究、科学过程、科学方法及科学本质的认识。

因此，对IB化学实验课程中基于研究型化学实验内容的设置、实验教学方式与实验评价考核体系进行分析，有助于化学一线教师在新课标的导向下，遵循化学学科核心素养要求，进行化学实验课程的有效实施和实验教学方式的创新性改革。

一、课内必做实验涵盖多学科的交叉，注重宏观辨识与微观探析的关联

IB课程化学实验分为标准水平（standard level简称为sL）和高水平（high level简称为HL）两个不同级别，每个级别由三部分实验内容组成：Practical activi-ties（实践活动即课内必做实验）、Individual investiga-tion（课外自主探究实验）和Group 4 project（课外小组合作实验）。在IB课程化学实验标准中对每部分实验的所需时长作出了明确规定，详见表1中所示。

在“Practical activities”（课内必做实验）中，以教师为主体，一共设置了11个实验内容，涵盖了化学的四大分支：无机化学、有机化学、物理化学和分析化学中的经典基础性实验，比如：无机化学实验内容包含测定化学常数，如阿伏伽德罗常数，气体常数R;焰色反应观察;用计算机模拟实验探究元素周期律，探究化学键及其结构，如用计算机模拟分子的VESPER模型等。有机化学实验包含鉴别烷烃和烯烃;肥皂的制作;固体熔点的测定;蒸馏、分流有机混合物;有机化合物（如阿司匹林）的合成;用计算机模拟有机分子的三维模型等等。

实验内容的设置，不仅涉及了物质微观结构与宏观性质的关联，还涉及运用计算机软件对微观结构与宏观性质进行探究，充分体现出学科知识点之间的交叉性与关联性，其目的是引导学生基于不同层次、多角度地认识物质，从化学学科的高度，甚至从整个科学学科的角度去认识化学的本质。同时，在“课内必做实验”中虽然明确了以教师为主体，但并没有规定严格的实验教学顺序列表，教学大纲的顺序并不一定是教师的实际教学顺序，由教师根据实际教学情况及学生的学习情况自行安排实验顺序以达到最好的效果。教师还可根据需要在更高层次的课程中选取内容来开展实验，这种方式给予了教师相对较大的自主权，在实验教学中具有更大的开放性。

二、课内必做实验明确定量实验的重要性，培养变化观念与平衡思想

基于对定性、定量实验具有同等重要性的充分认识，在IB化学实验中设置了有关物理化学中反应焓的测定;探究催化剂、温度、压强、反应物浓度对化学反应的影响以及原电池的制作等内容;基于分析化学的理论知识，在实验中相应设置了酸碱滴定（包括采用交互式软件对强酸弱酸，强碱弱碱不同性质的探究）;氧化还原滴定法分析过渡金属离子，用分光分度计测定金属离子浓度等内容;同时，还专门设置了正确处理数据及其相关误差分析的章节，以及运用专业软件处理相关数据并制作图谱表格、撰写科研论文报告等内容，比如：分析实验中用spreadsheet电子制表软件进行数据分析与处理，绘制标准曲线等。在强调定量实验重要性的基础上，充分体现出了实验数据和纯粹数学计算之间的不同，使学生能够在实验中认识化学变化所需要的条件及能量的转化;认识化学变化的限度是可以进行调控的;能从多角度、动态地利用实验数據探究并分析化学反应，运用化学反应原理解释相关实际问题，充分体现了化学学科核心素养中关于变化观念与平衡思想的培养要求。

三、课内课外注重信息技术与实验的深度融合。促进证据推理与模型的认知

关于信息技术与实验的融合，在“新课标”实施建议的第三部分有所提及“注重发挥现代信息技术的作用、积极探索现代信息技术与化学实验的深度融合、合理运用计算机模拟实验”，然后与之相对应的实验教学内容中予以明确的规定。

在IB实验中对运用计算机软件及模型进行实验的内容作了明确设置，比如：用Chem-sketch软件模拟无机分子的VESPER模型、有机分子的三维模型，采用互联网架构的交互式软件对强酸弱酸，强碱弱碱的不同性质及酸碱反应进行探究等等。在模拟有机分子的三维模型实验中，设计了利用计算机程序进行证伪的实验内容，同时在酸碱交互式软件中嵌入spread-sheet电子制表软件，要求学生对数据进行分析与处理并绘制标准曲线。在运用现代信息技术进行实验的过程中，培养学生的证据意识，通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，并运用软件及模型，解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

四、课外自拟实验以学生为主体，明确主客体的分离。培养科学探究与创新意识

课外实验包含自主探究（Individual investigation）与小组合作实验（Group 4 project）。其中，“Individualinvestigation”（课外自主探究实验）要求学生基于已经掌握的理论知识和自身兴趣爱好，在教师的指导下自主选择实验课题，根据假设来确定变量、设计实验步骤并进行实施，在实验过程中搜集整理相关数据，对数据进行处理与分析并得出相关结论，客观真实地评价实验结果，提出实验的不足之处与改进方案并撰写一篇6-12页长度（A4篇幅）的英文论文/实验报告，内容包含研究背景、实验原理、实验步骤、原始数据、数据分析及结果讨论共六个部分。自主探究实验的开展不仅需要学生具备扎实的理论基础，熟练的实验操作技能，同时还应具有严谨的数据分析处理能力、科研论文撰写能力及科学批判精神，这基本与国内化学专业本科生毕业论文设计的要求相一致。

“Group 4 project”（课外小组合作实验）由来自不同科学学科（物理、生物）的学生共同组成短期的科研小组，经过头脑风暴、问卷调查等形式共同讨论并形成实验题目，经与任课老师沟通并最终确定后开展一系列的合作式实验、比较式研究、数据收集及分析、模型构建与验证等相关探究内容。

遵循科学的探究教学方式，IB化学实验教学理念的核心在于完整地呈现科学发现的过程，让学生参与到科学概念、理论发现的全过程，让学生明白科学之路从来都不是一往直前而是循环往复的，是在实践中不断探究总结、从反思记录中走出来的。这种教学理念使得IB化学教师在化学实验教学过程中，更加重视学生第一手的观察能力提升及批判性思维的培养。在“课外自主探究实验”及“课外小组合作实验”中，经教师和学生沟通确定实验课题后，教师除了强调实验安全并不会过多参与实验过程，更不会进行操作示范，实验过程完全靠学生自行探究完成。在整个实验过程中，学生可以自行选择研究方法，如计算机模拟、使用辅助模型、问卷调查、用户体验、数据采集及现场实地考察等。在此过程中，资料信息的获取、实验原理的选择、实验步骤的设计及数据的处理与分析都由学生自主完成，给予了学生极大的发挥空间，对学生综合运用知识解决实际问题的能力进行了全面的考查，体现出的是以学生为主体的多形式探究活动，有效激发学习兴趣，培养创新精神和实践能力的教学方式。

五、实验过程的试错纳入评价与考核体系，强调严谨的科学态度与社会责任意识

IB课程化学科目的考试总成绩由80%笔试和20%内部评价构成，其中占据20%的内部评价就是化学实验考试，分数根据学生在“课外自主探究实验”中完成的6-12页英文论文/实验报告给出，分别从独立性、背景调研、实验设计、数据搜集及处理、误差分析、结果讨论、论文格式及文献引用等方面来考察，归纳为五个评分因子：Personal Engagement（个人参与）、Exploration（探究）、Analysis（分析）、Evaluation（评价）与Communication（沟通），每一因子的具体分值与权重如表2所示。

其中，Personal Engagement（个人参与）因子用于评价学生进行自主探究的程度，包括能否选出自己的兴趣点，能否在选题上表现自己的独立思考性，能否在实验的设计、操作中表现出积极的创造性和主动性;Exploration（探究）因子用于评价学生研究内容的科学性，选题是否明了准确，所选课题是否具有研究意义，研究的主题是否阐释清楚且重点清晰，所使用的概念和技术是否超出学习范围，实验研究方法是否恰当，论文报告是否体现出基于实验的拓展与思考，是否体现出安全意识、环境意识和道德规范;Analysis（分析）因子则用于评价学生实验报告中所记录的原始实验数据与实验主题的相关程度，数据处理与分析能力，包括数据的相关性与完整性，数据分析的准确性，经处理后的数据是否真实有效并足以支撑所得出的结论;Evaluation（评价）因子主要用于考查学生对实验的自我总结能力，包括对实验现象和所得到的数据进行结论性的总结，对实验方法进行思想上的凝练与概括，对实验本身存在的问题进行分析与总结，对实验报告的研究价值和科学内涵进行展望性总结;Com-munication（沟通）因子则评价学生在研究过程中是否与教师进行有效沟通，实验报告表达是否准确，论文结构是否清晰，科学术语的使用是否规范等。

学生提交最终英文论文/实验报告后，教师会在每一因子分数下给出相应的评分理由，重点测评实验方法的合理性，实验整体设计是否存在重大缺陷而并非实验操作的规范性。如果在论文报告中未能得到预期的实验结果，但如果学生能找到问题，分析出合理的原因并提出解决方案，也能得到较好的分数。

由此可见，IB化学实验评分细则设置的目的是为了让学生在知识层面理解相关概念和原理，在应用层面掌握科学方法和技术，在发展层面体会并尽可能去设计适合自己的“科学探究”途径;使学生通过探究实验切身体验科学研究的过程就是不断试错的过程，认识科学思维和研究的本质，积累实验经验，为以后从事科研项目设计、搜集数据、分析结果、提升操作技能、开展项目合作及交流奠定良好的基础，在此评价过程中充分体现出了实验课程对探究、科研实践能力的对等要求。

六、結束语

化学是一门以实验为基础的自然学科，化学知识的学习和理解离不开相应的实验活动。化学实验的价值不仅体现于能够巩固学生的化学知识，培养学生的实验技能，更为重要的是能够让学生切身经历科学探究过程，主动地接受科学态度和科学精神的熏陶，进而实现学生科学素养的培养和科学探究能力的提升。IB化学实验课程在教学内容、教学方式及评价考核中共同呈现出的以化学学科核心素养培养为导向的整体性与一致性，值得我们在化学实验课程的实施和教学改革中进行一定的借鉴与参考。