初三學(xué)生化學(xué)物質(zhì)鑒別實驗方案寫作能力和論證能力發(fā)展初探

麥裕華

摘要：以內(nèi)地新疆高中班預(yù)科45名學(xué)生為例，探討學(xué)生的物質(zhì)鑒別實驗方案寫作能力和論證能力，在物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動的變化情況。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的實驗方案寫作能力顯著提高，論證能力變化幅度不大，兩者均處于中等水平。對未來的教學(xué)實踐和研究方向提出建議。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)鑒別;實驗方案;寫作能力;論證能力;內(nèi)地新疆高中班

文章編號：1008-0546（2020）09-0081-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

一、問題的提出

科學(xué)探究是學(xué)生認識科學(xué)知識和形成科學(xué)過程技能的重要活動。“制訂計劃”是科學(xué)探究的重要要素和階段之一，影響著科學(xué)探究活動的實施方向和整體成效。初中化學(xué)課程要求學(xué)生在該階段，需要提出科學(xué)探究活動計劃或設(shè)計簡單的化學(xué)實驗方案。

物質(zhì)鑒別問題是初中化學(xué)課程中能夠聯(lián)系豐富的元素化合物知識，考查學(xué)生有序和綜合分析能力的復(fù)雜性問題，對發(fā)展學(xué)生的化學(xué)實驗知識和思維能力產(chǎn)生重要幫助。在該類問題的解決中，學(xué)生需要圍繞問題信息要求，制訂出可行的物質(zhì)鑒別思路和具體實驗過程，構(gòu)想出每個實驗步驟的實驗?zāi)康?、預(yù)期的實驗現(xiàn)象及其對應(yīng)的實驗結(jié)論，并且將其寫成詳細和可操作的實驗方案。因此，物質(zhì)鑒別實驗方案的制訂問題被轉(zhuǎn)化為寫作問題，要求學(xué)生具有相應(yīng)的寫作能力，也成為一些地區(qū)中考化學(xué)科目的熱門試題。由于物質(zhì)鑒別實驗方案的設(shè)計過程要綜合考慮化學(xué)知識、實驗事實和學(xué)生個人推理的相互關(guān)系，其實質(zhì)是需要共同考慮理由、證據(jù)和主張的論證過程。受此影響，物質(zhì)鑒別實驗方案的寫作成效也與學(xué)生的論證能力有密切關(guān)系。

論證不僅是學(xué)生在科學(xué)探究中經(jīng)歷的重要思維活動，也是教師培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式的重要途徑。論證能力是學(xué)生有必要具備的關(guān)鍵能力之一，是科學(xué)教育研究的重點內(nèi)容。在已往的教學(xué)實踐研究中，研究者初步探討學(xué)生物質(zhì)鑒別實驗方案寫作能力的教學(xué)方式和影響因素，但鮮少一并討論學(xué)生論證能力的發(fā)展問題。內(nèi)地新疆高中班（簡稱內(nèi)高班）學(xué)生是特別的學(xué)習(xí)群體，他們的化學(xué)學(xué)業(yè)水平發(fā)展值得研究者給予充分的關(guān)注。基于此，本研究圍繞內(nèi)高班預(yù)科學(xué)生，討論在物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動中，學(xué)生的實驗方案寫作能力和論證能力的變化情況。

二、研究方法

1.研究參與者

內(nèi)高班是國家在內(nèi)地經(jīng)濟發(fā)達城市的部分重點高中，特別招收新疆初中應(yīng)屆優(yōu)秀畢業(yè)生就讀的辦學(xué)形式。筆者所在學(xué)校內(nèi)高班預(yù)科45名學(xué)生作為研究參與者，是“民考漢”和漢族學(xué)生，其中男生15人，女生30人。他們具有一定的代表性和隨機性，在新疆學(xué)習(xí)期間未參與過與本研究類似的教學(xué)活動。他們在筆者所在學(xué)校內(nèi)高班預(yù)科重點補習(xí)初中文化課程，化學(xué)課程主要是系統(tǒng)復(fù)習(xí)初中化學(xué)課程核心內(nèi)容和學(xué)習(xí)高一化學(xué)課程部分基礎(chǔ)內(nèi)容，每周有2課時。

2.研究工具

（1）實驗方案評價表

自編的實驗方案評價表是一種描述學(xué)生物質(zhì)鑒別實驗方案寫作錯誤（共2大類12種類型）的評分表。第一大類錯誤是學(xué)生未成功鑒別出物質(zhì)組成而產(chǎn)生的寫作錯誤，第二大類錯誤是學(xué)生成功鑒別出物質(zhì)組成時表述不當而產(chǎn)生的寫作錯誤。實驗方案的評分要求是：學(xué)生存在第一大類錯誤時，教師只考慮鑒別試劑使用的合理性，不考慮實驗操作的表述規(guī)范性。學(xué)生每鑒別對一種物質(zhì)的組成可得1分，最多得3分，最少得0分。學(xué)生存在第二大類錯誤時，教師要考慮實驗操作的表述規(guī)范性，先賦予學(xué)生6分。學(xué)生每出現(xiàn)一處表述錯誤情況被扣1分，最多得6分，最少得0分。在前期研究中，該評價表已經(jīng)多位資深初中化學(xué)教師編制、試用和修訂，具有專家效度，可以作為評價學(xué)生實驗方案寫作能力的依據(jù)。前期研究也發(fā)現(xiàn)該評價表的使用有助于提高學(xué)生的實驗方案寫作表現(xiàn)。

（2）實驗方案寫作測試題

本研究自編3道實驗方案寫作測試題，分別隨機抽取其中1道測試題用于后測和2次延宕測試。測試題圍繞初中化學(xué)課程常見的含CO2-、SO2-、Cl-、Mg2+的鹽來設(shè)計，問題情境是向?qū)W生提供3包未知物質(zhì)具體組成的粉末，每包粉末均為已知物質(zhì)的其中一種。學(xué)生需要在10分鐘內(nèi)完成實驗方案的設(shè)計，寫出具體的實驗操作、預(yù)期的實驗現(xiàn)象和對應(yīng)的實驗結(jié)論，把它們分別鑒別出來。例如，后測的測試題是鑒別NaCl、MgCl2、Na2CO3，可以使用的試劑包括酚酞溶液、稀鹽酸、AgNO3溶液、Na2CO3溶液、BaCl2溶渡、Ba（OH）2溶液、NaOH溶液、蒸餾水。使用實驗方案評價表對學(xué)生的實驗方案評分，所得成績視為學(xué)生實驗方案寫作能力的水平。由于3道測試題考查內(nèi)容相似、難度相近、問題解決思路多元化，可以作為判斷學(xué)生實驗方案寫作能力的研究工具。

（3）學(xué)生論證能力評價表

圖爾敏（Toulmin）論證模型認為論證包括理由、證據(jù)和主張等3個基本要素。學(xué)生在參與論證時，需要應(yīng)用論證能力下屬的說理、舉證和立論等3種子能力。本研究對學(xué)生論證能力的評價，從3種子能力人手。由于本研究是圍繞物質(zhì)鑒別實驗問題的教學(xué)實踐研究，學(xué)生的論證能力及其具體內(nèi)容也圍繞物質(zhì)鑒別問題而定。本研究界定物質(zhì)鑒別問題的論證能力是指學(xué)生猜測待鑒別物質(zhì)的組成，通過設(shè)計實驗步驟，根據(jù)實驗現(xiàn)象和綜合分析來證明或證偽猜測的能力。其中，說理能力是指提出合適的物質(zhì)鑒別方法的能力，舉證能力是指列舉合適的實驗現(xiàn)象以支持主張的能力，立論能力是指提出待鑒別物質(zhì)的組成的能力。

本研究根據(jù)科學(xué)性和合理性，將3種子能力均劃分為3個級別，分別對應(yīng)0分～2分，形成論證能力評價表（表1）。使用論證能力評價表對學(xué)生的實驗方案評分，所得成績視為學(xué)生3種子能力的水平。學(xué)生論證能力成績是3種子能力成績之和。

3.研究流程

本研究的教學(xué)實踐安排分為2個階段。第1階段是4課時的物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動，融合實驗方案評價表使用和學(xué)生獨立實驗操作。

在第1課時，學(xué)生建立物質(zhì)鑒別的基本思路，復(fù)習(xí)初中化學(xué)課程中常見物質(zhì)的鑒別方法，對一些簡單的物質(zhì)鑒別問題設(shè)計多元化的問題解決思路。

在第2課時，學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)鑒別實驗方案的寫作方法，完成的課后作業(yè)是書寫一定量實驗方案。實驗方案評價表隨作業(yè)一并發(fā)給學(xué)生，學(xué)生可以通過評價表上的評分細則更了解實驗方案的具體寫作要求，提高個人的實驗方案寫作能力。

在第3課時，學(xué)生在化學(xué)實驗室獨立完成若干個物質(zhì)鑒別實驗，實驗題目是學(xué)生已經(jīng)接觸的課堂教學(xué)實例和課后作業(yè)的部分問題。該教學(xué)活動有助于學(xué)生親身經(jīng)歷“假設(shè)—設(shè)計一驗證”的科學(xué)探究過程，了解真實的物質(zhì)鑒別實驗過程可能出現(xiàn)的問題。學(xué)生的課后作業(yè)也是書寫一定量實驗方案。

在第4課時，學(xué)生先進行實驗方案寫作后測，共用時10分鐘。隨后，筆者先點評測試題的問題解決思路，再進行實驗方案寫作強化訓(xùn)練和實驗報告寫作教學(xué)。該測試可以了解學(xué)生在物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動中，形成的實驗方案寫作能力和論證能力的基本情況。學(xué)生的課后作業(yè)類型與之前相同。

第2階段是物質(zhì)檢驗和分類提純等其他主題的教學(xué)活動，學(xué)生的課后作業(yè)仍然包括少量的物質(zhì)鑒別實驗方案寫作任務(wù)。在第6課時（與后測相隔1周）、第10課時（與后測相隔3周），分別進行實驗方案寫作延宕測試1、延宕測試2。這2次測試可以了解學(xué)生的實驗方案寫作能力和論證能力的自然發(fā)展情況。

三、結(jié)果與討論

1.學(xué)生實驗方案寫作能力的變化

如表2所示，學(xué)生的實驗方案寫作能力在后測的成績?yōu)?.22分，得分率為0.37。這表示學(xué)生在物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動后，其實驗方案寫作能力尚處于起步階段。在延宕測試1和延宕測試2中，學(xué)生的成績均比后測有提高，成績?yōu)?.69分，得分率為0.62。后測和延宕測試1的成績、后測和延宕測試2的成績均存在顯著差異（t后-延宕1=-4.101，t后-延宕2=-3.993，P<0.001），效應(yīng)量Cohen's d分別是0.763、0.741，顯示學(xué)生實驗方案寫作能力的發(fā)展具有中等的效應(yīng)，而延宕測試1和延宕測試2成績的差異不顯著。

由于學(xué)生在延宕測試1和延宕測試2的成績相近且均優(yōu)于后測成績，這表示在后測后1周，學(xué)生的實驗方案寫作能力獲得一定的發(fā)展，并且已處于較穩(wěn)定的中等水平。雖然后續(xù)的其他主題教學(xué)活動與物質(zhì)鑒別問題主題關(guān)聯(lián)不大，學(xué)生的實驗方案寫作能力在該教學(xué)時間內(nèi)仍然可以自然發(fā)展。這可能因為實驗方案寫作能力是一種連貫化學(xué)知識、邏輯思維和寫作的綜合能力，學(xué)生需要一定的時間積淀，才能夠有所進步。但是，學(xué)生的寫作成績一直并不高，其進步幅度可能達到限度。

進一步分析學(xué)生的寫作錯誤類型（表3），除去少量未完成寫作任務(wù)的學(xué)生，分別有12～14名學(xué)生在每次測試中存在第一大類錯誤，他們主要對酸堿鹽和復(fù)分解反應(yīng)知識缺少扎實的知識基礎(chǔ)，而使用錯誤的鑒別試劑或提出錯誤的化學(xué)反應(yīng)。存在第二大類錯誤的學(xué)生從后測的28人減少到延宕測試2的13人。在后測中，學(xué)生表現(xiàn)出6種寫作錯誤類型，共68次寫作錯誤，主要集中在與固體溶解有關(guān)的類型（2）和（6）、實驗結(jié)論表述完整的類型（8）。在延宕測試1和延宕測試2中，學(xué)生表現(xiàn)出4種寫作錯誤類型，分別有20、14次寫作錯誤，主要集中在實驗結(jié)論表述完整的類型（8）。在3次測試中，學(xué)生的寫作錯誤類型和數(shù)量依次大幅度減少。這表示學(xué)生能夠逐步更好地認識物質(zhì)鑒別實驗方案的寫作要求，對實驗操作給予更規(guī)范的表述，但對反映邏輯關(guān)系的實驗結(jié)論仍然存在一定的寫作錯誤，可能因為部分學(xué)生仍然未建立“如果……，則……”的思維方式和表述習(xí)慣。

總體而言，學(xué)生實驗方案寫作能力的變化情況是：初步形成于物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動，在后續(xù)的其他主題教學(xué)活動中獲得顯著的自然發(fā)展，存在的寫作錯誤類型和數(shù)量均大幅度減少，但整體處于中等水平。

2.學(xué)生論證能力的變化

表4顯示學(xué)生的論證能力在后測的成績?yōu)?.89分，得分率為0.48。這表示學(xué)生在物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動后，其論證能力也尚處于較低水平。在延宕測試1和延宕測試2中，學(xué)生的成績?yōu)?.24分，得分率為0.54，與后測成績的差異均不顯著。這表示在物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動后，學(xué)生的論證能力雖然略有增長，但是一直處于較穩(wěn)定的中等水平。

綜合表4和表5，進一步分析3種子能力的成績。由于在3次測試中，分別有15～16名學(xué)生未完成寫作任務(wù)，或者出現(xiàn)第一大類錯誤中的類型（4），即使用錯誤的鑒別試劑或提出錯誤的化學(xué)反應(yīng)，他們在3種子能力的成績均為0分。具體地，說理能力成績一直處于0.8分左右，學(xué)生人數(shù)主要集中在1分和0分，在3次測試的分布情況甚少變化。分別有19～21名學(xué)生在每次測試中獲得1分，他們主要缺乏通過書寫化學(xué)反應(yīng)方程式給出科學(xué)理論證據(jù)的意識，未寫出相應(yīng)內(nèi)容。其次，舉證能力成績一直處于1.3分左右，學(xué)生人數(shù)主要集中在2分和0分，在3次測試的分布情況也甚少變化。分別有28～29名學(xué)生在每次測試中獲得2分，他們能夠描述合理的實驗現(xiàn)象，為后續(xù)的實驗結(jié)論提供足夠支持。最后，立論能力成績從0.8分略增至1.0分，學(xué)生人數(shù)分布在3個等級分數(shù)中，其中獲得2分的人數(shù)從后測的7人遞增到延宕測試2的20人。這表示隨著學(xué)習(xí)時間的增長，更多學(xué)生能夠給出邏輯全面和嚴密的實驗結(jié)論，切實地提高了立論能力。

總體而言，學(xué)生論證能力的變化情況是：在物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動后，整體已處于較穩(wěn)定的中等水平，其中的舉例能力有最好表現(xiàn)，立論能力有明顯進步，說理能力有待發(fā)展。

四、結(jié)論與建議

1.研究結(jié)論

本研究以內(nèi)高班預(yù)科學(xué)生為例，探討物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動對學(xué)生物質(zhì)鑒別實驗方案寫作能力和論證能力變化的影響。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的實驗方案寫作能力顯著提高，論證能力變化幅度不大，其中的立論能力獲得較好的提高，這2種能力均處于中等水平。物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動能夠產(chǎn)生一定的教學(xué)效果。

2.教學(xué)和研究建議

學(xué)生物質(zhì)鑒別實驗方案寫作能力和論證能力的形成與培養(yǎng)需要較長的教學(xué)時間。在教學(xué)實踐建議方面，日后需要完善物質(zhì)鑒別主題教學(xué)活動的具體安排，可以考慮先強化學(xué)生的酸堿鹽和復(fù)分解反應(yīng)知識，并且在使用實驗方案評價表和組織學(xué)生獨立實驗操作時，引導(dǎo)學(xué)生更深入地理解實驗方案各構(gòu)成部分的內(nèi)涵和關(guān)系，著重提高學(xué)生在問題思考和文字表述的全面性與嚴密性。此外，可以考慮再安排學(xué)生完成一定量物質(zhì)鑒別實驗方案寫作任務(wù)，讓學(xué)生在不斷獲得有效反饋的寫作過程中，理解實驗方案寫作和論證的實質(zhì)要求。

在研究方向建議方面，本研究以內(nèi)高班預(yù)科學(xué)生為例，所得研究結(jié)果可為其他的內(nèi)高班辦班學(xué)校預(yù)科化學(xué)教師參考。日后可以繼續(xù)探索內(nèi)高班預(yù)科學(xué)生實驗方案寫作能力和論證能力在不同教學(xué)干預(yù)下的發(fā)展情況，也可以了解本地不同初中化學(xué)學(xué)業(yè)水平學(xué)生在該教學(xué)活動中相關(guān)能力的變化情況，以便增進中學(xué)化學(xué)教師對該研究問題的認識，選擇和安排更合適和更有效的教學(xué)活動。