核心素養導向的個性化實驗教學實踐
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[摘 要]個性化實驗教學是培養學生核心素養的有效途徑。通過個性化實驗教學資源的開發與利用、主題案例的設計以及效果評價等方式，使學生通過探究活動驗證假設，培養探究能力，提升學科核心素養水平。
[關鍵詞]中化學;核心素養;個性化實驗教學
高一、問題的提出
普通高中化學課程標準（2017年版）指出，學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習逐步形成的必備品格、關鍵能力和價值觀念，包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任五個維度。
目前在科學探究領域，實驗教學基本照方抓藥，缺乏學生個性化的思維與質疑，不利于內化核心素養。為此，項目組老師提出探索個性化實驗教學與培養學生核心素養的實踐研究。該項研究立足于個性化實驗教學資源的開發與利用、主題案例的設計以及效果評價等方面，賦予了“個性化實驗教學”的新內涵。從本質上說，個性化實驗教學是通過創設條件給學生提供機會，使其通過探究活動檢驗假設，培養思考智能、探究能力以及創造力，最終實現核心素養水平的全面提升。
二、個性化實驗教學資源的開發與利用
?。ㄒ唬┱n本實驗的挖掘與拓展
根據課程實驗教學目標以及維果斯基的“最近發展區”，我們使用了三層階梯（綠色、藍色、黑色）幫助學生投入到不同挑戰水平的實驗內容中。綠色代表課本實驗內容，是所有學生應達到的合格水平，反映課標對實驗內容的基本要求;藍色代表課本實驗內容的適當拓展與延伸;黑色代表較復雜的實驗問題。部分活動內容及水平如下表所示。
[內容 水平 評價 質量守恒定律、二氧化碳是否與水發生反應、燃燒條件等探究 綠色 找出實驗設計中的變量控制，體會如何選擇變量、如何調控變量 測定鈣片（主要成分為碳酸鈣）中鈣元素的質量分數、燃燒條件再探究、甲烷燃燒產物檢驗等實驗設計 藍色 模仿課本實驗原型進行設計，能根據問題背景確定探究問題，選擇研究變量，設計實驗方案 金屬活動性的比較、氫氧化鈉與鹽酸是否發生反應、氫氧化鈉與二氧化碳是否發生反應等探究 黑色 能抓住實驗設計中的關鍵要素，改變其他相關要素，設計出針對同一探究問題的多種合理方案，并進行優化、評價 ]
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從部分國內外化學教材比較研究發現，普遍突出實驗的生活化。生活化學實驗，主要是以“從生活走進化學，從化學走向社會”為理念，以化學學科知識為背景、以生活中的化學問題為內容、以實驗為載體，從化學和生活融合的視角實現化學教育功能的重要教學手段[1]。目前生活用品日新月異，使生活化學實驗成為極大可能，為個性化實驗教學提供有利條件。
比如，學完氧氣的實驗室制法，課外學生利用一瓶過氧化氫溶液（俗稱雙氧水）、一粒生的馬鈴薯、一只玻璃杯等材料，按以下步驟完成“馬鈴薯快速制備氧氣”的小實驗：往玻璃杯里倒入半杯過氧化氫溶液→將馬鈴薯切成薄片，然后將一片馬鈴薯放入杯中→觀察、記錄、解釋現象。由于具備實踐性和知識性，生活實驗對加強學生的思維訓練和能力發展大有裨益。再如，利用一只帶蓋的玻璃瓶、一只新鮮的蛋、一瓶白醋等材料，按以下步驟完成“會自己剝殼的蛋”的小實驗：將蛋輕放入瓶內→將白醋倒進瓶內，將蛋完全淹沒→蓋緊蓋子，觀察瓶內現象→24小時后，隔相同時間觀察幾次[2]。鼓勵學生積極觀察日常生活中的各種現象，將實用性、探究性和趣味性結合起來，加強學生的化學意識，提高學生的素養水平。
三、個性化實驗教學主題案例的設計
化學學科核心素養的落地，離不開以具體教學內容為載體，更需要依托教學活動的展開得以具化。下面，以“燃燒和滅火”教學為例，探討如何進行個性化實驗教學。
（一）知識功能與價值分析
本案例涉及的教學內容為“義務教育教科書人教版上冊第七單元課題1燃燒和滅火”。其中，化學知識包括燃燒的條件和滅火原理，過程方法有預測、設計、評價等，STS內容有安全知識。從核心概念的功能價值上看，燃燒與人類社會密切相關，燃燒是有條件的，借助實驗進行探究，構建燃燒反應模型，達到對燃燒的可控可用。學生的認識發展進階包括宏觀現象分析→燃燒條件的假設、方案設計與驗證，建立燃燒反應模型→運用模型解決實際問題（滅火等）。
?。ǘ┙虒W與評價思路
（三）教學流程
?、窈暧^現象
【學習任務1】認識物質的燃燒反應
視頻展示：燃氣灶烹調食物。
問題1：物質發生燃燒需要什么條件？
學生活動1：討論，提出燃燒條件的猜想及依據。
學生活動2：初步建立燃燒反應模型。
評價：任務1的素養功能在于，通過對燃燒條件的猜想及初步建立反應模型，發展學生基于化學反應的視角進行“宏觀辨識”、“模型認知”的素養。學生已有的關于燃燒的知識是“燃燒是可燃物與氧氣發生的發熱發光劇烈的氧化反應，屬于化學反應”，猜想環節應該打開的通道是把燃燒問題轉換成化學反應問題。要使燃燒這類反應進行，一是要有反應物，二是要有合適的反應條件。那么反應物是什么？條件又是什么？這樣，初步建立燃燒反應模型：可燃物+氧氣[條件]生成物，幫助學生從反應構成要素的角度對燃燒條件進行系統假設的思路。
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【學習任務2】設計并進行實驗證明燃燒需要氧氣
實驗用品：燒杯、鑷子、坩堝鉗、酒精燈、三腳架、薄銅片。酒精、棉花、乒乓球、濾紙、蠟燭。
問題2：如何設計實驗方案證明燃燒需要氧氣？
學生活動3：小組討論。
學生活動4：展示實驗設計方案。
學生活動5：初步評價，改善實驗方案。
學生活動6：進行實驗，收集證據，解釋現象。 評價：任務2的素養功能在于，通過對燃燒需要氧氣實驗方案的設計與實施，發展學生“科學探究”“證據推理與模型認知”的素養。先以證明可燃物燃燒需要氧氣為突破口，重點是利用變量控制的思想方法，變量是“氧氣”，“可燃物”和“反應溫度”是控制變量。引導學生將實驗任務分解為：選擇合適的可燃物（哪些是可燃物、初步選擇哪種可燃物）→控制溫度不變（采取什么加熱方式）→控制氧氣的變化（如何改變氧氣、還有哪些方法可使氧氣與可燃物不接觸），從而幫助學生搭建控制多變量系統的思維模型，運用這些思路和方法，繼續完成燃燒需要可燃物和溫度達到著火點的探究任務。
【學習任務3】設計并進行實驗證明燃燒需要可燃物
【學習任務4】設計并進行實驗證明燃燒需要溫度達到著火點
評價：任務3、4的素養功能在于，通過對燃燒需要可燃物及溫度實驗方案的設計與實施，發展學生“科學探究”“證據推理”的素養。讓學生自主設計方案，反復運用控制變量法分析、評價實驗方案，尋找證據進行推理，最大限度發揮了學生的個性化水平。完成任務2、3、4后，學生找到“燃燒三條件是怎樣的關系”的突破點，進一步提升了對燃燒反應的模型認知水平。
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【學習任務5】根據燃燒條件，歸納滅火的原理
點燃3支蠟燭。
問題3：你如何阻止蠟燭繼續燃燒？使用的方法主要利用了什么原理？生活中還有哪些常見的滅火方法？
學生活動7：思考、表達、小結
評價：任務5的素養功能在于，診斷并發展學生關于“燃燒和滅火”的關系水平。完成任務5后，學生對于什么是燃燒、燃燒三條件、燃燒和滅火的關系都有了新的認識，對于如何控制燃燒反應的發生和停止，也有了一般的思路和方法。
【學習任務6】根據燃燒條件解決實際問題
資料1：在野外露營時，露營基地為你準備了報紙、干樹枝和火柴等材料，你怎樣生火？為什么？
資料2：遇到火災怎么辦？
資料3：據報道，一男子倒在出租房浴室內，經搶救無效身亡。警方初步調查發現浴室內裝有燃氣熱水器，此人可能一氧化碳中毒。為什么會產生一氧化碳？
評價：任務6的素養功能在于，通過對實際問題的解決，發展學生“科學態度與社會責任”的素養。幫助學生將所學的知識應用于更加復雜、多樣的情景中，積極參與有關化學問題的社會決策，對與化學有關的社會熱點問題做出正確的價值判斷，進一步培養學生系統思考、方法抉擇等高階思維力和創新能力。
?。ㄋ模┙虒W反思
“燃燒和滅火”在生產生活中具有廣泛的應用，這一概念的建構過程具有較為豐富的化學學科核心素養發展功能。首先，注重問題情景的創設。如激發學生探究興趣的“燃氣燃燒需要什么條件？”、體會學科價值的“遇到火災怎么辦？”等問題。其次，注重學習任務的設計。共設計了6個學習任務并在素養導向下開展相應的學習活動。再次，注重認識思路的外顯。構建燃燒反應的模型，提煉出控制變量法的一般認識思路，并用表格的形式對其顯性化。最后，注重“教、學、評”一致性。把評價任務作為學習任務，通過學生在實驗探究、小組討論、方案設計等活動中的反饋，診斷并發展學科核心素養水平。
四、結語
個性化實驗教學是培養學生核心素養的有效途徑。利用個性化實驗教學進行科學探究，有助于培養學生實踐創新能力以及綜合素養。
（一）個性化實驗教學重視資源的開發和利用
以促進學生核心素養發展為目標的化學教育，對化學實驗教學提出了新的要求：大力開展化學教學實驗內容改革，積極開發化學教學實驗。在實驗教學資源的開發與利用上，可以從課本、核心期刊、中高考試題、課外實驗等多維視角，結合生活實際，從學生熟悉、感興趣的方向出發，創設良好的問題情境，激發學生的學習動機，更好地服務于個性化實驗教學。
?。ǘ﹤€性化實驗教學重視教學內容的設計與創新
發揮化學實驗教學在促進學生核心素養發展方面的功能和價值，改變化學教學實驗“照方抓藥”式的設計，倡導“探究式”設計，大力開發化學探究實驗，形成主題式、探究式案例。
?。ㄈ﹤€性化實驗教學重視評價的功能
發揮評價對學生個性化實驗學習的促進作用，開發多樣化的個性化實驗學習評價方式，比如活動表現評價與檔案袋評價等。個性化實驗教學強調動手操作與動腦思維相結合，不僅重視實驗結論的獲得，更要重視獲得結論的過程，實現結果與過程的統一。
值得肯定的是：倡導以科學探究為主的個性化實驗教學，在核心素養導向下規定了學生學習和發展的目標要求，圍繞核心內容設計并實施個性化探究活動，轉變學生的學習方式，促進了學生的主動發展。
[參 考 文 獻]
[1]鄭長龍.化學實驗課程與教學論[M].北京：高等教育出版社，2013.
[2]詹妮絲.101個化學小實驗[M].上海：上?？茖W技術文獻出版社，2015.
（責任編輯：張華偉）
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