基于核心素养的“四步法”实验设计能力培养

卢星

摘要：实验设计是初中实验教学主要内容之一，对学生的核心素养、思维能力以及创新能力的要求都非常高。但目前的实验教学大多受限于时效性，实验教学都是以操作结果或理论文字结果的形式直接呈现给学生，降低了学生对探究实验的体验性和实验方案设计的参与性。因此，学生思维容易产生片面性和表面性，对于对比实验的核心——“控制变量”无法透彻理解，实验设计能力不扎实;对照组设置不科学，文字表述烦琐而没有条理。“四步培养法模式”是针对上述情况，采用符合初中生思维发展特点的“图—表—文—练”实验设计能力培养法，能提高学生在方案设计和实际操作两个方面的参与度，使学生的操作技能和心智都得到发展。

关键词：实验设计能力实验素养思维特点参与度

化学实验作为中学化学课程的核心部分，在教学过程中应当以核心素养为基础，着重培养学生的化学实验能力，让学生能够在老师的指导下自主完成从设计到实践的一系列操作。通过实验教学来研究物质和认识物质，可以帮助学生认识事物的发生发展过程，同时有助于巩固化学知识和提高实验技能，有助于提高观察能力以及创新能力。

一、初中化学实验教学现状以及学情分析

目前的实验教学大多受限于时效性，学生所接受的实验知识的途径大多分为两种：一种是书本上设计好实验方案，老师按照方案进行实验演示或指导学生分组实验。学生按照步骤进行实验操作而缺乏设计思路;另一种是做实验探究題，根据已学知识进行理论推理，却缺乏直观经验和实践。

以上两种实验教学都是以结果的形式直接呈现给学生，或操作结果或理论文字结果，降低了学生对探究实验的体验性和实验方案设计的参与性。因此，学生对这两类训练做得再多，都是浮于表面。虽初中生逻辑思维日益占主导，但依然依赖于具体形象;其思维的独立性和批判性明显发展，却容易产生片面性和表面性，对于对比实验的核心——“控制变量”无法透彻理解，实验设计能力不扎实。此外对照组设置不科学，文字表述烦琐而没有条理。

针对上述情况，笔者采用符合初中生思维发展特点的“图—表—文—练”四步培养法模式，对学生的实验探究能力进行培养，从而提高学生在方案设计和实际操作两个方面的能力，使学生的操作技能和心智都得到发展。

下面以“铁生锈条件”探究为例，解析基于核心素养的实验设计能力“四步培养法”。

二、基于核心素养的实验设计能力“四步培养法”教学实施

（一）画图

【问题引导1】在头脑中构想，从便于操作和药品用量适宜的角度考虑，探究铁生锈条件实验应该在什么容器内进行？

【学生思考、交流、表达】试管。

【问题引导2】铁生锈的条件是铁与氧气和水同时接触，存在两个变量，需分别验证。那么需要几支试管？每支试管里除了放铁钉还需要分别放什么才能在控制变量的同时证明氧气与水缺一不可？

①探究无氧气不生锈（如何隔绝氧气）;②探究无水不生锈（如何保持干燥）;③对照组，既有氧气也有水，金属生锈（如何同时接触）。

让学生根据引导交流讨论后，画出实验设计图，并将学生所画设计图进行展示，共同点评、讨论，进行修改完善，得出最优设计方案。

【学生思考、交流、表达】

学生方案1：

学生方案2：

基于核心素养的“四步法”实验设计能力培养2022年1月下第3期（总第103期）【设计说明】素养为本的教学要有问题的引导，且要具有启发性，与学生现有直观经验相联系。问题1帮助学生明确如何正确选择最适宜的仪器;问题2庖丁解牛，引导学生将问题切割，并逐一解决，有助于学生理清思路、找准变量，设计优质对比实验，从而画出印象深刻且直观的实验设计图。

（二）列表

【问题引导】在学案上是一个类似实验的探究表格，以此模板为借鉴，大家能不能将自己刚刚设计的实验方案图转化成步骤表格？

【学生思考、交流、表达】

将学生的表格进行展示、讨论，共同修改完善，得出优质表格设计。学生方案1：

实验编号实验步骤现象①加入5 cm打磨过的铁丝、完全没过铁丝的蒸馏水（铺有植物油）不生锈②加入5 cm打磨过的铁丝、干燥的空气不生锈③加入5cm打磨过的铁丝、没过铁丝一半的蒸馏水生锈，且空气与水的交界处生锈最严重学生方案2：

实验编号实验步骤现象①加入打磨后的铁丝、完全没过铁丝的蒸馏水、植物油不生锈加入打磨后的铁丝、完全没过铁丝的自来水、植物油轻微生锈②加入打磨后的铁丝、潮湿的空气、塞子生锈加入打磨后的铁丝、干燥的空气、塞子不生锈③加入打磨过的铁丝、自来水（没过铁丝一半）严重生锈

【设计说明】结合第一步实验设计图，突破学生实验设计的思维障碍点，并在表格模板的协助下寻找发展点。设计出实验实施表格，使形象思维进一步逻辑化，从而驱动探究进程。

（三）文字

【问题引导】综合画图列表，如何用简介的文字进行整合，表述实验设计方案？

【学生思考、交流、表达】将学生文字方案进行展示、讨论，共同修改，得出最优实验方案。

学生方案1：

取3支相同规格的试管，分别放入三根相同的打磨过的铁丝。试管①中加入没过铁丝一半的蒸馏水，让铁丝与水和空气同时接触;试管②中加入完全没过铁丝的蒸馏水并滴入植物油隔绝氧气，让铁丝只与水接触;试管③中加入干燥的空气并塞上塞子，让铁丝只与空气接触。观察现象。

学生方案2：

第一步：先取2支相同规格的试管，分别加入相同的打磨后的铁丝。试管A中加入完全没过铁丝的蒸馏水;试管B中加入等量的自来水。观察现象，探究氧气对铁丝的生锈作用;

第二步：另取2支相同规格的试管，分别加入相同的打磨后的铁丝。试管C中通入潮湿的空气，试管D中通入等量的干燥的空气，同时塞上塞子。观察现象，探究水对铁丝生锈的作用;

第三步：再取一支规格相同的试管，加入大小相同的打磨后的铁丝，加入没过铁丝一半的自来水，让铁丝与水和氧气同时接触。作为对照组。

【设计说明】在画图、列表两步设计的基础上，学生对于该实验的设计思路已经有了系统的框架。这时，进行文字整合既可以巩固方案思路，又可以进一步发现问题与疏漏并进行完善，实现从直观到抽象、从图表到文字的升华。

（四）实际操练

将前三步共同讨论的优质方案印出后按小组分发给学生，并在合适时间进入实验室验证。

【设计说明】实际操练能够将学生自己一步步分析讨论出的设计方案付诸实践，相对于书本上现成的实验操作，学生会印象更深，对实验步骤更熟悉。老师在此过程中只需要对部分细节和安全操作进行强调，从而促使学生的认知发展，体会严谨求实的科学精神，实现知识向素养的转化。

考虑到课堂时间有限，在学习完新课学生掌握了一定基础知识后，可将前三步以学案的形式打印出来，让学生课下思考并以小组形式讨论。下一节课再于课堂上展示学生设计结果，并一起修正，完善并确定最佳方案。

三、结语

实验设计能力“四步培养法”是针对初中生思维发展特点和实验教学现状的教学方法。学生不再是接受现有实验方案去进行机械操作与验证，也不再是通过现有实验题进行脱离直观经验的逻辑推理，而是从仪器、药品的选择开始，从不同角度，以“图—表—文—练”相结合的思维方式设计实验再验证结果。如此学生目的性更强，参与性更高，趣味性和成就感更多，操作技能、心智和实验素养等多方面得以提高。

该培养方案的唯一不足是初期耗时较多。但平时花时间打牢基础，学生思维和技巧得到发展，节省的则是他们在各类考场上更加宝贵的时间。

参考文献：

＼[1＼]郭春艳.浅谈初中化学实验探究能力的培养＼[J＼].现代阅读（教育版），2013（1）：150.

＼[2＼]莘永胜.自制水的电解装置及其拓展＼[J＼].中学化学教与学，2020（6）：46.

责任编辑：黄大灿