IBDP化學新課程如何凸顯“科學的本質(zhì)”

摘要：IBDP項目是為11至12年級學生提供的大學預科程度的國際化課程項目。該項目每7年要進行一次課程評審，在本次課程評審中，項目的整體框架做出了調(diào)整。在新的框架背景下，IBDP化學新課程以“科學的本質(zhì)”作為主旨，將其融入到常規(guī)教學中，并從課程綱要和評價角度對其進行了整合。

關鍵詞：IBDP項目；IBDP化學新課程；科學的本質(zhì)

文章編號：1005–6629（2013）12–0014–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

IBDP項目（International Baccalaureate Diploma Programme）是由1968年成立于瑞士日內(nèi)瓦的國際文憑組織（International Baccalaureate Organization-IBO）提供的一種國際化的學習項目。該項目面向16至19歲的高中生，是為學有余力的學生在高中最后兩年所設置的綜合的大學預科課程。目前為止，全球共有兩千多所IBDP成員學校。在中國，該項目在近幾年得到了蓬勃發(fā)展，從國際學校走向了很多的公辦高中和私立學校。

該項目每7年要進行一次課程評審（curriculum review），以確保整個課程體系能夠適應社會變化，并將新近的教育研究成果和對現(xiàn)有課程體系的評估成果整合到其中。從2010年開始，IBO便啟動了新一輪的課程評審。在本次課程評審中，項目的整體框架做出了調(diào)整。圍繞此框架，每門學科的項目指南（內(nèi)容包括課程目標、課程結(jié)構、評價結(jié)構、評價標準以及課程綱要等，教師以項目指南為基礎來安排整個課程）也將進行修改。目前，雖然課程評審仍在進行之中（新課程的實施將會在2014年9月正式開展）， 但非常明確的是所有的科學課程均提出一個共同的主旨，即“科學的本質(zhì)”（Nature of Science-NOS），旨在提高學生的科學素養(yǎng)。本文將以IBDP化學新課程為例來詳細闡述。

1 IBDP化學新課程的結(jié)構和課程綱要

化學屬于新框架中“科學”這一學科組（即原有框架中的“實驗科學”這一組）。新課程依舊保留兩個層次：標準水平（Standard level-SL）和高級水平（Higher level-HL）。新課程的結(jié)構仍然保持不變，由理論部分和實踐活動兩大塊構成。

理論部分包括核心（HL和SL學生都必須學習的內(nèi)容）、附加高級層次（只有HL學生需要學習的內(nèi)容）和選修（HL和SL學生都必須選修部分內(nèi)容）。核心和附加高級層次共包括化學計算、原子結(jié)構、周期律、化學鍵和結(jié)構、能量、化學動力學、化學平衡、酸和堿、氧化還原、有機化學、測量和分析等11個主題。與原有課程相比，這些主題保持不變，因為它們涉及化學學習中最為基礎最為核心的內(nèi)容。每個主題分為若干次級主題，再進而分解為具體知識點。在每個主題中，一部分難度較大的次級主題被劃為附加高級層次內(nèi)容，只對HL學生做要求。新課程增加了核心內(nèi)容的比重，將原有的部分附加高級層次和選修內(nèi)容增加到核心之中，這意味著對學生的要求有所提高。比如，將原有的“現(xiàn)代分析化學”這一選修主題中關于有機物的光譜分析的部分內(nèi)容添加到“測量和分析”這一主題之中。

新課程對選修也做出了重大調(diào)整。原有的選修主題有7個，包括現(xiàn)代分析化學、人類生物化學、化工和技術、藥學和藥物、環(huán)境化學、食物化學、進一步的有機化學，學生必須從中挑選兩個主題來學習。新的選修主題有四個，包括材料、生物化學、能量、藥物化學，學生必須選修其中一個主題。對于選修而言，這不僅僅是主題的增減，而且是內(nèi)容的重新整合。比如，“材料”這一主題中的新增內(nèi)容就包含金屬和ICP光譜、超導金屬、X-射線晶體學（只對HL要求）、重金屬的環(huán)境效應（只對HL要求），此外，該主題還包含了原有的“化工和技術”主題中的催化劑、液晶、聚合物、納米技術以及原有“環(huán)境化學”中塑料的環(huán)境效應這些內(nèi)容。

實踐活動占總教學時間的25%（SL為40小時，HL為60小時），占學生最后總成績的20% 。新課程中加入了一個 “內(nèi)部評價探究”（Internal assessment investigation），期待學生能夠像科學家進行研究那樣去探究某一主題。除了“內(nèi)部評價探究”（占10小時）之外，其余則為原有的跨學科探究項目（占10小時，目的是讓所有學習科學課程的學生合作探究與多門科學學科有關的主題或問題）和動手探究實驗（SL為20小時，

HL為40小時，由教師來安排具體的實驗方案。實驗涉及與化學學習相關的一些最為基礎的技能。它們可以是虛擬的，也可以在傳統(tǒng)的實驗室中進行）。

2 IBDP化學新課程對“科學的本質(zhì)”的凸顯

IBO認為， “科學的本質(zhì)”應當是科學教育的本質(zhì)部分，它只有在被明確整合到科學課程中時才能得到充分的理解和重視。本次課程評審中，IBO多次強調(diào)各門科學課程的主旨是“科學的本質(zhì)”，并對其進行了解讀和整合，以下將以化學新課程為例來剖析。

2.1 項目指南中對“科學的本質(zhì)”的解讀

“科學的本質(zhì)”是一個復雜概念，它涉及哲學、社會學和科學史的多方面，很難對其進行定義。它通常描述了科學作為一種認知過程的特征以及科學知識的特征，比如：科學存在局限性；科學可能會被濫用；科學是一種復雜的社會活動；科學理念是變化的；科學知識從本質(zhì)上具有不確定性等等。在物理、化學、生物這三門新課程（均屬于“科學”這一學科組）的項目指南中將有一個對“科學的本質(zhì)”進行解讀的重要部分，“科學的本質(zhì)”被分解為若干共同的目標。筆者將這些目標集中分為以下三大類，并為每類舉出了一些例子：[1]

（1）科學世界觀

對認定所有的科學理論都具有不確定性這一需要進行思考，并且嘗試通過否定這些理論來對其進行挑戰(zhàn)；

討論科學中的進步是如何發(fā)生的，討論應當包括被否定的理論以及一種理論被另一種理論所取代的相關案例；

運用科學準則來評價報紙和其他媒體上關于自然界的斷言的一些案例；

……

（2）科學探索

對自然界進行仔細觀察，尋找范例、趨勢、差異，并基于發(fā)現(xiàn)來提出問題；

通過使用理論、模型和假設，來設法發(fā)現(xiàn)和證實存在于自然界中的廣泛概念和普遍原理；

對提出的關于自然界的問題進行回答，或是生成關于自然界的假設，并且通過控制化的實驗來驗證這些假設；

進行準確的定量測量，控制變量，并進行重復實驗以確保信度；

……

（3）科學事業(yè)

討論世界科學家之間的合作，討論應當包括期刊上發(fā)表的研究結(jié)果和對研究的同行評審；

用案例來討論科學的益處和風險，以及科學家對與其研究相關的風險評價的需求；

為自身進行的實驗的結(jié)果和風險承擔責任；

……

IBO認為需要通過一種主動的途徑來指明貫穿課程的“科學的本質(zhì)”這一主旨，它從課程綱要、評價等方面對“科學的本質(zhì)”進行了整合。

2.2 課程綱要中對“科學的本質(zhì)”的整合

為促成以上目標，IBO在物理、化學和生物這三門學科的課程綱要中均加入了“科學的本質(zhì)”的相關內(nèi)容，并指出其動機和理念是將“科學的本質(zhì)”完全整合到新課程中來。課程綱要中的每一次級主題都與以上目標聯(lián)系起來，并依據(jù)特定背景來對這些目標進行細化。

以下是來自新的化學課程綱要的一個案例：[2]

案例 基本觀點——物理和化學性質(zhì)取決于不同原子進行組合的方式

次級主題一 對物質(zhì)的微粒性和化學變化的介紹

科學的性質(zhì)：進行定量測量并以重復測量來保證信度——定比和倍比。

理解：

（1）不同的元素以固定的比率來形成化合物，化合物的性質(zhì)不同于組成化合物的元素的性質(zhì)。

（2）混合物含有不止一種的單質(zhì)和/或化合物，而這些單質(zhì)和/或化合物之間不存在化學鍵，因此保持其原有性質(zhì)。

（3）混合物可以是均相混合物或異相混合物。

運用和技能：

（1）在指明反應物和產(chǎn)物時，推導反應的化學方程式。

（2）在方程式中應用狀態(tài)符號（s）、（l）、（g）和（aq）。

（3）解釋狀態(tài)改變時能夠觀察到的物理性質(zhì)的變化和溫度的變化。

導航：

（1）方程式的配平應當包括各種不同類型的反應。

（2）必須涉及以下狀態(tài)改變的名稱：融化、凝固、沸騰、蒸發(fā)、冷凝、升華。

（3）對“潛熱”不作要求。

（4）元素的名稱和符號可以在化學數(shù)據(jù)手冊中的第9部分找到。

國際情懷：

（1）化學符號和化學方程式是國際化的，使得科學家之間無需翻譯就可以進行有效交流。

（2）IUPAC（國際純粹與應用化學聯(lián)合會）是制定

有機和無機化合物的標準化的系統(tǒng)命名法的世界性權威機構。

知識理論：

（1）化學方程式是化學的語言。使用共同的語言如何幫助和阻礙了對知識的尋求？

（2）拉瓦錫對氧氣的發(fā)現(xiàn)推翻了燃素學說，這是一個范式轉(zhuǎn)換的例子。那么科學知識是如何進步的？

實際應用：

（1）制冷以及它是怎么與狀態(tài)的變化聯(lián)系起來。

（2）原子經(jīng)濟性。

以上案例是“化學計算”這一主題中的一個次級主題，即“對物質(zhì)的微粒性和化學變化的介紹”。與該次級主題有關的“科學的本質(zhì)”是“進行定量測量并以重復測量來保證信度——定比和倍比”。之所以提到定比和倍比，一方面是由于它們隱含在相應學科內(nèi)容中，另一方面，它們的發(fā)現(xiàn)和驗證過程正是涉及到化學家對不同物質(zhì)的定量測量和重復測量。該案例的基本觀點即“物理和化學性質(zhì)取決于不同原子進行組合的方式”則是這一“科學的本質(zhì)”在以學科內(nèi)容為背景下的細化。這一基本觀點也概述了如何通過案例中的“理解”、“運用和技能”來例證相應的“科學的本質(zhì)”。這樣就幫助學生在掌握學科內(nèi)容的同時，也理解了基本觀點?！皩Ш健眲t是用來幫助教師明確課程綱要的要求。

案例中的“國際情懷”和“知識理論”也能夠幫助學生更深入地理解“科學的本質(zhì)”（IBO在其使命宣言中就指出了其項目旨在培養(yǎng)國際情懷。而知識理論則為IBDP項目的三大核心課程之一，它鼓勵學生對所獲得的知識和經(jīng)驗進行批判性反思并以跨文化的視角來思考問題）?？茖W家之間在技術、信息和概念方面的交流不斷進行著，這種有效交流需要建立國際統(tǒng)一的規(guī)范。對科學史和知識理論的涉及則能夠幫助學生理解科學知識是不斷修正的，科學不仰仗權威，新的問題和發(fā)現(xiàn)會導致新的理論的出現(xiàn)?？茖W知識具有應用特點與實用價值，“實際應用”中的這兩個例子一個是來源于生活，另一個是綠色化學的核心名詞，能夠幫助學生運用所學來解釋實際生活和工業(yè)生產(chǎn)。

IBO強調(diào)“科學的本質(zhì)”是常規(guī)教學的一部分，并把它作為學科問題的一部分來進行考查，這將會在今后的樣題中有所展示。

2.3 內(nèi)部評價中對“科學的本質(zhì)”的整合

新課程對實踐活動的評價方式有所改變，由原先的只進行內(nèi)部評價轉(zhuǎn)為進行內(nèi)部評價和外部評價（外部評價即全球統(tǒng)考。內(nèi)部評價指的是學生的實驗報告先由教師根據(jù)相應評價標準進行評分，再送與考官進行審核調(diào)整）。新課程只對“內(nèi)部評價探究”這一塊進行內(nèi)部評價，并制定了新的內(nèi)部評價標準。對動手探究實驗的評價則將改在外部評價中進行，這其實在近幾年的全球統(tǒng)考中已有彰顯。

IBO認為要使學生更好地理解“科學的本質(zhì)”，就必須讓學生像科學家那樣進行探索，“內(nèi)部評價探究”則應運而生，它要求學生能夠像科學家進行研究那樣去探究某一主題，并撰寫6～10頁的報告。探究的主題必須是開放的，并且包含多種活動。IBO列舉了一些可以包含的活動的例子：使用數(shù)據(jù)透視表進行分析和建模；從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)并用圖表進行分析；進行模擬（必須是交互、開放的）；允許更多的定性研究。

值得一提的是，這是一種全新的內(nèi)部評價，而不僅僅是對現(xiàn)有的進行修改而已。這種全新的內(nèi)部評價必須響應“科學的本質(zhì)”這一主旨，因此它必須更加具有開放性，必須采用更加通用的標準，并且允許更多類型的活動。與此相應的是內(nèi)部評價標準的改變，新標準擬包括以下四個方面[3]（見表1）：

IBO指出這四個方面與項目指南中對“科學的本質(zhì)”所解讀的一些目標相關?！氨尘啊笨疾斓氖菍W生是否明確了探索的背景，并運用有效的科學方法來進行探索。因為離開了具體的調(diào)查研究背景，科學探索就難以敘述清楚?！胺治觥笨疾斓氖菍W生提出問題或假設、進行準確的實驗、控制變量、收集數(shù)據(jù)、給出問題的解答或驗證假設的能力?！敖涣鳌笨疾斓氖菍茖W術語的使用。科學具有精確性，清晰的交流是從事科學工作的基本條件。術語的使用非常重要，用詞不規(guī)范、不統(tǒng)一，會妨礙有效的交流?！胺此肌眲t要求學生為他們自身的實驗承擔責任，分析和警惕由于在研究、取樣、選定方法和選用儀器時產(chǎn)生的偏見。有關以上新標準的評分細則以及如何開展考官的外部審核則仍在討論之中，與此相關的教師支持材料也在編訂之中，屆時將會提供相應的評分案例。

3 總結(jié)與點評

“科學的本質(zhì)”一直被視為科學教育的一個長期目標，是科學素養(yǎng)的一個關鍵部分。但是研究表明“在高中生、大學生甚至教師中普遍存在著對‘科學的本質(zhì)’

的誤解 （Lederman， 2007）”[4]。教育界關于“科學的本質(zhì)”的系統(tǒng)化研究已經(jīng)開展了50多年，盡管對于很多假設和問題還沒有明確的回答，但可以肯定的是對“科學的本質(zhì)”的理解能夠幫助學生認識科學，并為他們學習學科知識提供了一種意義化的境脈。IBDP項目作為一種具有全球影響力的教育項目，其將“科學的本質(zhì)”作為主旨并整合到常規(guī)教學中來，是一個重大的嘗試，我們將拭目以待。

目前我國的中學化學課程改革以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)為宗旨。以上海市為例，《上海中小學自然科學學習領域課程指導綱要》指出了“科學、技術與社會”以及“科學的歷史與本質(zhì)”均屬于自然科學學習領域課程的基本內(nèi)容，并明確了不同階段的學習要求，這些要求已然涉及到“科學的本質(zhì)”。綱要還指出了10至12年級的學習要求應當由高中科學、生命科學、物理、化學課程共同承擔。相應地，從《上海市中學化學課程標準（試行稿）》中“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價值觀”這三大類課程目標中，我們也可以發(fā)現(xiàn)與“科學的本質(zhì)”相關的方面，但是這些方面缺乏系統(tǒng)的整合。

從IBDP化學新課程中，我們可以有所借鑒：第一，應當建立“科學的本質(zhì)”的內(nèi)容框架，對其包括哪些具體方面進行仔細解讀。第二，從學科層面對內(nèi)容框架進行細化，將其分解為若干基本觀點，并將它們貫穿在學科內(nèi)容中。第三，“科學的本質(zhì)”是非常抽象的內(nèi)容，要求學生在掌握學科內(nèi)容的同時去理解“科學的本質(zhì)”，則需要從具體方面比如化學史、批判性思維、國際情懷以及實際運用等角度來加以例證，從而形成一個十分清晰的網(wǎng)絡。第四，對于科學探究的評價需要建立一個完善的評價體系。雖然目前國內(nèi)的化學課程十分注重科學探究，對于探究也提出了很多評價方式，但是沒有細化的評價標準和指標。此外，課程標準雖然提供了一些探究的案例，但是沒有如何評價的案例。IBDP化學新課程對實踐活動的評價值得我們?nèi)⒖肌?/p>

參考文獻：

[1] International Baccalaureate Organization. Internal Assessment in Biology， Chemistry and Physics Curriculum Review Report， Cardiff： IBO， November 2011：3.

[2] International Baccalaureate Organization. Chemistry Curriculum Review Report， Cardiff： IBO， December 2012：7.

[3] International Baccalaureate Organization. Internal Assessment in Biology， Chemistry and Physics Curriculum Review Report， Cardiff： IBO， November 2011：4.

[4] Lederman， N.G. . Nature of Science： Past， Present， and Future. In S. K. Abell &； N. G. Lederman （Eds.）， Handbook of Research on Science Education. Mahwah， NJ： Lawrence Erlbaum， 2007：831～880.