湘西地区基于化学学科核心素养中“科学探究”素养的研究

邹冰清

吉首大学师范学院 湖南吉首 416000

在2018年教育部发布的《普通高中化学课程标准(2017年版)》中指出：化学学科的核心素养包括“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”这五个方面[1]。总的来说，核心素养就是指学生融入社会生活所必需的关键知识和能力。学科能力培养离不开科学探究的过程，而借助探究的过程，我们又可以进一步培养学生的科学态度和证明推理的能力。由于湘西地区缺乏较好的软硬件条件，这对于学生科学探究素养的培养有什么样的影响，我们应该怎样在教学中弥补这种不足。下面关于湘西地区的“科学探究”素养的培养进行探讨。

一、现状与不足

为了研究湘西地区“科学探究”素养的现状，要将素养拆解成可以测量的能力要素。我们知道核心素养是学生在化学学科的学习过程中逐渐形成的，在遇到陌生的情景后也能调用关键知识去处理问题的能力。王磊在《学科能力构成及其表现研究》[2]一文中提出了学科能力表现的9种要素。

表1

借助学科能力要素，可以认为素养的达成就是由学习理解能力逐渐进入应用实践和迁移创新的能力上面来，因此，我们可以将素养拆解成分析解释、推论预测、简单设计、复杂推理、系统探究、创新思维这六种学科能力，然后根据对这六种能力的考察来编制测试题，编制过程中要遵循三个原则：第一，测试题要充分涉及六种学科能力的考察；第二，测试题最好选取科学探究类素材；第三，为了更好地检测能力，测试题尽量采用开放式，另外要为每一道测试题配备评分标准表，在遇到对学生答案有疑问的地方及时通过学生访谈的形式确定学生的思路是否正确，再考虑是否给分。为了更好地测量湘西地区学生素养的情况，选取了一所湘西地区的省重点中学和一所普通中学的高二学生共一百名进行调查。对于数据，采用Winsteps软件进行处理。

筛选合格的测试卷后，依照评分标准，对测试卷进行打分，然后对数据进行录入处理，利用单维Rasch模型进行分析，学生的信度为0.71，试卷信度为0.91，基本达到要求，可以进行分析。

图1 怀特图

怀特图中(如图1)学生的能力分布基本呈正态分布，从数据来看，绝大多数学生的能力没有达到迁移创新的维度。

对数据的整体分析可以看出，学生在第三个维度“迁移创新”的得分率极低，说明学生的核心素养培养存在着很大的问题，从二级能力目标来看，学生的分析解释能力比推论预测和简单设计的能力要好，应用实践能力方面学生的设计实验能力最弱(如图2)。

图2 学生各能力得分率分布图

对于推论预测能力培养方面对学生进行访谈，发现当问及二氧化硫有哪些性质时，学生能较好作答，但继续问为什么二氧化硫具有这些性质呢？大部分学生不能从类别、氧化还原的角度去解释；访谈结果发现学生的学习方法出现了问题，缺乏对物质角度的认识，学生只是采用了调用记忆或总结归纳的能力去处理知识，这使得学生推论预测的能力缺乏培养和发展。

对简单设计能力培养方面对学生进行访谈，发现学生对于如何设计实验没有明晰的思路，比如，粗盐提纯的操作是书本上提及的，也是上课教师会重点讲解的知识点，高中学生在高一就已经讲解过，但对高二的学生进行测试的时候发现，学生不能完整地解答粗盐实验的设计过程，部分同学只有加入沉淀剂的过程，还有部分同学没有蒸发结晶的操作。通过访谈发现，原因在于部分同学是通过记忆，而不是从物质分离提纯的方法角度出发去设计实验，且在平时的课堂上因为时间有限，教师不能较好地引导学生对实验设计进行详细的分析，也较少组织学生实验，因此，学生对实验设计的思路比较陌生；还有一部分同学认为实验设计类的题型很少考，课后习题也涉及得少，因此，对实验设计不够重视；还有一部分同学认为实验设计是很复杂的过程，自己花了时间也不一定会做。

对于迁移创新能力方面的缺失，通过教师和学生访谈，发现现在的课堂还是采用教师为主导的模式，课堂上学生参与度不高，实验大部分是教师演示实验，对于实验中学生发现，实验与上课内容没有较大联系，教师一般不会花时间与学生一起推测探究，这使得学生不能将知识应用在实验过程当中，从而缺乏迁移创新能力的培养，而且当学生发现自己的仔细观察得不到重视的时候，会逐渐失去创新意识。

二、解决方法

(一)从生活实践出发，寻找真实情景素材

从生活素材出发，可以更好地培养学生将所学知识融入生活的能力。选取的素材可来自于生活常识，如食用小苏打蒸包子、用酒精去清洗苗族的银饰、胃药的成分有氢氧化铝和碳酸氢钠；也可来自于化工生产，如铁矿的冶炼、硫酸的工业制备、氨气的合成；还可来自科技创新，比如，材料的发展、电池的发展等。

针对学生的畏难情绪，我们发现课堂教学如果采用真实情景，特别是以学生较熟悉的情境出发时，教学更能勾起学生的兴趣，让学生积极参与设计实验，亲自动手进行探究。比如，教师在讲解二氧化硫的性质的时候，给学生展示超市中两种不同颜色的银耳，让大家判断哪一种银耳是用二氧化硫漂白的，并设计方案来证明，就能取得非常好的教学效果。

(二)从现象出发，培养学生观察能力

观察是证据的来源，如果不能对实验进行全面、细致的观察就不能获得准确的数据支撑，那么，能力的培养将中断在第一个环节。在实验过程中，我们发现学生的观察力不能保持长时间集中，很容易被一些剧烈的实验现象吸引导致注意力分散，而忽略了对实验本该有的全面观察，导致观察的角度单一。在以前的实验教学中，就有学生在观察氧化铜与酒精的反应时，只注意氧化铜由黑变红的过程，却没有注意到气味的改变。这样的观察直接导致记录描述出现偏差和问题，从而不能准确地记录实验的现象。针对以上问题，在实验之前，教师应对学生进行实验观察能力的培养，培养过程中需精选典型实验，实验现象由简单到复杂，一步一步提升学生的观察能力。观察角度要涵盖四个方面：通过眼睛去看变化，这个过程如果变化得很快，可以借助不同时期的照片来寻找差别；通过耳朵去听声音变化；通过鼻子去闻气味的变化；通过手去触碰温度的变化。从以上四个角度去观察实验现象随时间的变化，这样才能使观察的结果更全面。在记录的过程中，要引导学生利用表格的形式去记录四个角度随时间的变化。比如，钠与水的实验现象记录，如下表2：

表2

为了更全面地观察、收集数据，在学生实验观察记录结束后，可以安排学生分享观察记录，然后对有难度的知识点，重复进行实验直至掌握。这样，通过分享和多次实验后，学生不仅观测统计了较全面的实验现象，也锻炼提升了自己的观察能力。

(三)从书本出发，合理开发实验

化学是一门以实验为基础的学科，在过去的一些年里，有部分中学教师对教材上的一些实验进行改进，期望通过改进使实验的现象更加明显。但是有一些改进需要用到很多实验室没有的实验仪器，而且实验过程也变得更加复杂，这样的操作直接带来了三个很严重的教学问题：第一，学生不能通过实验认识基本的实验仪器；第二，教师准备实验的时间变长；第三，失去了引导学生探究的契机。其实，即使是不明显的实验现象，也可以被我们好好加以利用来引导学生，比如，让学生思考怎样可以对实验进行改进，既提升了课堂的趣味性，也培养学生的创新精神。当然还有一些很好的开发实验，比如，书本上描述的点燃可燃性气体前要验纯。针对验纯的必要性，我们可以设计一个实验：向收集满氢气的铁罐中充入空气，然后点燃。在保证安全距离的前提下，学生通过观察不纯气体燃烧导致爆炸的现象，感受到爆炸的威力，可以更好地加深所学知识的印象，牢记验纯的必要性，培养学生的科学谨慎精神。

(四)从习题出发，引导学生重视科学探究

通过对学生的访谈发现，学生对实验探究的过程并不重视，他们只注重于实验探究过程中涉及的知识点、课后习题和考试主要考察知识点。认为练习和考试中出现的知识才重要，这种导向使得学生对于科学探究的兴趣和动力不足，也使得科学探究不能有效地发挥培养学生能力的作用。所以在习题的设计上，我们应该转变理念，改变之前以知识记忆为主的观念，逐渐向分析能力考察进阶靠拢。比如，考察二氧化硫的性质这个知识点，如下表3：

表3

同时，在练习中我们还可以设置一些反思类题目，以弥补课堂上因时间不足导致的探究不充分。比如，在铜和浓硫酸的反应中，出现了黑色的物质，这种物质到底是什么？我们可以通过布置练习的形式，留给学生去反思，让他们查阅资料并设计实验，在课下继续探究。

结语

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”在长期教学实践中，科学探究已成为一种培养学生关键能力的重要手段。在课程改革的背景下，作为教师，我们要重视科学探究，积极运用探究精神来解决教学中出现的问题，努力探索，这样才能达到有效培养学生化学核心素养的目的，帮助他们到达科学的彼岸。