初三学生化学物质鉴别实验方案写作能力和论证能力发展初探

麦裕华

摘要：以内地新疆高中班预科45名学生为例，探讨学生的物质鉴别实验方案写作能力和论证能力，在物质鉴别主题教学活动的变化情况。研究发现，学生的实验方案写作能力显著提高，论证能力变化幅度不大，两者均处于中等水平。对未来的教学实践和研究方向提出建议。

关键词：物质鉴别;实验方案;写作能力;论证能力;内地新疆高中班

文章编号：1008-0546（2020）09-0081-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

一、问题的提出

科学探究是学生认识科学知识和形成科学过程技能的重要活动。“制订计划”是科学探究的重要要素和阶段之一，影响着科学探究活动的实施方向和整体成效。初中化学课程要求学生在该阶段，需要提出科学探究活动计划或设计简单的化学实验方案。

物质鉴别问题是初中化学课程中能够联系丰富的元素化合物知识，考查学生有序和综合分析能力的复杂性问题，对发展学生的化学实验知识和思维能力产生重要帮助。在该类问题的解决中，学生需要围绕问题信息要求，制订出可行的物质鉴别思路和具体实验过程，构想出每个实验步骤的实验目的、预期的实验现象及其对应的实验结论，并且将其写成详细和可操作的实验方案。因此，物质鉴别实验方案的制订问题被转化为写作问题，要求学生具有相应的写作能力，也成为一些地区中考化学科目的热门试题。由于物质鉴别实验方案的设计过程要综合考虑化学知识、实验事实和学生个人推理的相互关系，其实质是需要共同考虑理由、证据和主张的论证过程。受此影响，物质鉴别实验方案的写作成效也与学生的论证能力有密切关系。

论证不仅是学生在科学探究中经历的重要思维活动，也是教师培养学生科学思维方式的重要途径。论证能力是学生有必要具备的关键能力之一，是科学教育研究的重点内容。在已往的教学实践研究中，研究者初步探讨学生物质鉴别实验方案写作能力的教学方式和影响因素，但鲜少一并讨论学生论证能力的发展问题。内地新疆高中班（简称内高班）学生是特别的学习群体，他们的化学学业水平发展值得研究者给予充分的关注。基于此，本研究围绕内高班预科学生，讨论在物质鉴别主题教学活动中，学生的实验方案写作能力和论证能力的变化情况。

二、研究方法

1.研究参与者

内高班是国家在内地经济发达城市的部分重点高中，特别招收新疆初中应届优秀毕业生就读的办学形式。笔者所在学校内高班预科45名学生作为研究参与者，是“民考汉”和汉族学生，其中男生15人，女生30人。他们具有一定的代表性和随机性，在新疆学习期间未参与过与本研究类似的教学活动。他们在笔者所在学校内高班预科重点补习初中文化课程，化学课程主要是系统复习初中化学课程核心内容和学习高一化学课程部分基础内容，每周有2课时。

2.研究工具

（1）实验方案评价表

自编的实验方案评价表是一种描述学生物质鉴别实验方案写作错误（共2大类12种类型）的评分表。第一大类错误是学生未成功鉴别出物质组成而产生的写作错误，第二大类错误是学生成功鉴别出物质组成时表述不当而产生的写作错误。实验方案的评分要求是：学生存在第一大类错误时，教师只考虑鉴别试剂使用的合理性，不考虑实验操作的表述规范性。学生每鉴别对一种物质的组成可得1分，最多得3分，最少得0分。学生存在第二大类错误时，教师要考虑实验操作的表述规范性，先赋予学生6分。学生每出现一处表述错误情况被扣1分，最多得6分，最少得0分。在前期研究中，該评价表已经多位资深初中化学教师编制、试用和修订，具有专家效度，可以作为评价学生实验方案写作能力的依据。前期研究也发现该评价表的使用有助于提高学生的实验方案写作表现。

（2）实验方案写作测试题

本研究自编3道实验方案写作测试题，分别随机抽取其中1道测试题用于后测和2次延宕测试。测试题围绕初中化学课程常见的含CO2-、SO2-、Cl-、Mg2+的盐来设计，问题情境是向学生提供3包未知物质具体组成的粉末，每包粉末均为已知物质的其中一种。学生需要在10分钟内完成实验方案的设计，写出具体的实验操作、预期的实验现象和对应的实验结论，把它们分别鉴别出来。例如，后测的测试题是鉴别NaCl、MgCl2、Na2CO3，可以使用的试剂包括酚酞溶液、稀盐酸、AgNO3溶液、Na2CO3溶液、BaCl2溶渡、Ba（OH）2溶液、NaOH溶液、蒸馏水。使用实验方案评价表对学生的实验方案评分，所得成绩视为学生实验方案写作能力的水平。由于3道测试题考查内容相似、难度相近、问题解决思路多元化，可以作为判断学生实验方案写作能力的研究工具。

（3）学生论证能力评价表

图尔敏（Toulmin）论证模型认为论证包括理由、证据和主张等3个基本要素。学生在参与论证时，需要应用论证能力下属的说理、举证和立论等3种子能力。本研究对学生论证能力的评价，从3种子能力人手。由于本研究是围绕物质鉴别实验问题的教学实践研究，学生的论证能力及其具体内容也围绕物质鉴别问题而定。本研究界定物质鉴别问题的论证能力是指学生猜测待鉴别物质的组成，通过设计实验步骤，根据实验现象和综合分析来证明或证伪猜测的能力。其中，说理能力是指提出合适的物质鉴别方法的能力，举证能力是指列举合适的实验现象以支持主张的能力，立论能力是指提出待鉴别物质的组成的能力。

本研究根据科学性和合理性，将3种子能力均划分为3个级别，分别对应0分～2分，形成论证能力评价表（表1）。使用论证能力评价表对学生的实验方案评分，所得成绩视为学生3种子能力的水平。学生论证能力成绩是3种子能力成绩之和。

3.研究流程

本研究的教学实践安排分为2个阶段。第1阶段是4课时的物质鉴别主题教学活动，融合实验方案评价表使用和学生独立实验操作。

在第1课时，学生建立物质鉴别的基本思路，复习初中化学课程中常见物质的鉴别方法，对一些简单的物质鉴别问题设计多元化的问题解决思路。

在第2课时，学生学习物质鉴别实验方案的写作方法，完成的课后作业是书写一定量实验方案。实验方案评价表随作业一并发给学生，学生可以通过评价表上的评分细则更了解实验方案的具体写作要求，提高个人的实验方案写作能力。

在第3课时，学生在化学实验室独立完成若干个物质鉴别实验，实验题目是学生已经接触的课堂教学实例和课后作业的部分问题。该教学活动有助于学生亲身经历“假设—设计一验证”的科学探究过程，了解真实的物质鉴别实验过程可能出现的问题。学生的课后作业也是书写一定量实验方案。

在第4课时，学生先进行实验方案写作后测，共用时10分钟。随后，笔者先点评测试题的问题解决思路，再进行实验方案写作强化训练和实验报告写作教学。该测试可以了解学生在物质鉴别主题教学活动中，形成的实验方案写作能力和论证能力的基本情况。学生的课后作业类型与之前相同。

第2阶段是物质检验和分类提纯等其他主题的教学活动，学生的课后作业仍然包括少量的物质鉴别实验方案写作任务。在第6课时（与后测相隔1周）、第10课时（与后测相隔3周），分别进行实验方案写作延宕测试1、延宕测试2。这2次测试可以了解学生的实验方案写作能力和论证能力的自然发展情况。

三、结果与讨论

1.学生实验方案写作能力的变化

如表2所示，学生的实验方案写作能力在后测的成绩为2.22分，得分率为0.37。这表示学生在物质鉴别主题教学活动后，其实验方案写作能力尚处于起步阶段。在延宕测试1和延宕测试2中，学生的成绩均比后测有提高，成绩为3.69分，得分率为0.62。后测和延宕测试1的成绩、后测和延宕测试2的成绩均存在显著差异（t后-延宕1=-4.101，t后-延宕2=-3.993，P<0.001），效应量Cohen's d分别是0.763、0.741，显示学生实验方案写作能力的发展具有中等的效应，而延宕测试1和延宕测试2成绩的差异不显著。

由于学生在延宕测试1和延宕测试2的成绩相近且均优于后测成绩，这表示在后测后1周，学生的实验方案写作能力获得一定的发展，并且已处于较稳定的中等水平。虽然后续的其他主题教学活动与物质鉴别问题主题关联不大，学生的实验方案写作能力在该教学时间内仍然可以自然发展。这可能因为实验方案写作能力是一种连贯化学知识、逻辑思维和写作的综合能力，学生需要一定的时间积淀，才能够有所进步。但是，学生的写作成绩一直并不高，其进步幅度可能达到限度。

进一步分析学生的写作错误类型（表3），除去少量未完成写作任务的学生，分别有12～14名学生在每次测试中存在第一大类错误，他们主要对酸碱盐和复分解反应知识缺少扎实的知识基础，而使用错误的鉴别试剂或提出错误的化学反应。存在第二大类错误的学生从后测的28人减少到延宕测试2的13人。在后测中，学生表现出6种写作错误类型，共68次写作错误，主要集中在与固体溶解有关的类型（2）和（6）、实验结论表述完整的类型（8）。在延宕测试1和延宕测试2中，学生表现出4种写作错误类型，分别有20、14次写作错误，主要集中在实验结论表述完整的类型（8）。在3次测试中，学生的写作错误类型和数量依次大幅度减少。这表示学生能够逐步更好地认识物质鉴别实验方案的写作要求，对实验操作给予更规范的表述，但对反映逻辑关系的实验结论仍然存在一定的写作错误，可能因为部分学生仍然未建立“如果……，则……”的思维方式和表述习惯。

总体而言，学生实验方案写作能力的变化情况是：初步形成于物质鉴别主题教学活动，在后续的其他主题教学活动中获得显著的自然发展，存在的写作错误类型和数量均大幅度减少，但整体处于中等水平。

2.学生论证能力的变化

表4显示学生的论证能力在后测的成绩为2.89分，得分率为0.48。这表示学生在物质鉴别主题教学活动后，其论证能力也尚处于较低水平。在延宕测试1和延宕测试2中，学生的成绩为3.24分，得分率為0.54，与后测成绩的差异均不显著。这表示在物质鉴别主题教学活动后，学生的论证能力虽然略有增长，但是一直处于较稳定的中等水平。

综合表4和表5，进一步分析3种子能力的成绩。由于在3次测试中，分别有15～16名学生未完成写作任务，或者出现第一大类错误中的类型（4），即使用错误的鉴别试剂或提出错误的化学反应，他们在3种子能力的成绩均为0分。具体地，说理能力成绩一直处于0.8分左右，学生人数主要集中在1分和0分，在3次测试的分布情况甚少变化。分别有19～21名学生在每次测试中获得1分，他们主要缺乏通过书写化学反应方程式给出科学理论证据的意识，未写出相应内容。其次，举证能力成绩一直处于1.3分左右，学生人数主要集中在2分和0分，在3次测试的分布情况也甚少变化。分别有28～29名学生在每次测试中获得2分，他们能够描述合理的实验现象，为后续的实验结论提供足够支持。最后，立论能力成绩从0.8分略增至1.0分，学生人数分布在3个等级分数中，其中获得2分的人数从后测的7人递增到延宕测试2的20人。这表示随着学习时间的增长，更多学生能够给出逻辑全面和严密的实验结论，切实地提高了立论能力。

总体而言，学生论证能力的变化情况是：在物质鉴别主题教学活动后，整体已处于较稳定的中等水平，其中的举例能力有最好表现，立论能力有明显进步，说理能力有待发展。

四、结论与建议

1.研究结论

本研究以内高班预科学生为例，探讨物质鉴别主题教学活动对学生物质鉴别实验方案写作能力和论证能力变化的影响。研究发现，学生的实验方案写作能力显著提高，论证能力变化幅度不大，其中的立论能力获得较好的提高，这2种能力均处于中等水平。物质鉴别主题教学活动能够产生一定的教学效果。

2.教学和研究建议

学生物质鉴别实验方案写作能力和论证能力的形成与培养需要较长的教学时间。在教学实践建议方面，日后需要完善物质鉴别主题教学活动的具体安排，可以考虑先强化学生的酸碱盐和复分解反应知识，并且在使用实验方案评价表和组织学生独立实验操作时，引导学生更深入地理解实验方案各构成部分的内涵和关系，着重提高学生在问题思考和文字表述的全面性与严密性。此外，可以考虑再安排学生完成一定量物质鉴别实验方案写作任务，让学生在不断获得有效反馈的写作过程中，理解实验方案写作和论证的实质要求。

在研究方向建议方面，本研究以内高班预科学生为例，所得研究结果可为其他的内高班办班学校预科化学教师参考。日后可以继续探索内高班预科学生实验方案写作能力和论证能力在不同教学干预下的发展情况，也可以了解本地不同初中化学学业水平学生在该教学活动中相关能力的变化情况，以便增进中学化学教师对该研究问题的认识，选择和安排更合适和更有效的教学活动。