基于核心素養(yǎng)的“四步法”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

盧星

摘要：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是初中實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要內(nèi)容之一，對(duì)學(xué)生的核心素養(yǎng)、思維能力以及創(chuàng)新能力的要求都非常高。但目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多受限于時(shí)效性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是以操作結(jié)果或理論文字結(jié)果的形式直接呈現(xiàn)給學(xué)生，降低了學(xué)生對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)性和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的參與性。因此，學(xué)生思維容易產(chǎn)生片面性和表面性，對(duì)于對(duì)比實(shí)驗(yàn)的核心——“控制變量”無法透徹理解，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力不扎實(shí);對(duì)照組設(shè)置不科學(xué)，文字表述煩瑣而沒有條理。“四步培養(yǎng)法模式”是針對(duì)上述情況，采用符合初中生思維發(fā)展特點(diǎn)的“圖—表—文—練”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)法，能提高學(xué)生在方案設(shè)計(jì)和實(shí)際操作兩個(gè)方面的參與度，使學(xué)生的操作技能和心智都得到發(fā)展。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)思維特點(diǎn)參與度

化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為中學(xué)化學(xué)課程的核心部分，在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)以核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，著重培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，讓學(xué)生能夠在老師的指導(dǎo)下自主完成從設(shè)計(jì)到實(shí)踐的一系列操作。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)來研究物質(zhì)和認(rèn)識(shí)物質(zhì)，可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的發(fā)生發(fā)展過程，同時(shí)有助于鞏固化學(xué)知識(shí)和提高實(shí)驗(yàn)技能，有助于提高觀察能力以及創(chuàng)新能力。

一、初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀以及學(xué)情分析

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多受限于時(shí)效性，學(xué)生所接受的實(shí)驗(yàn)知識(shí)的途徑大多分為兩種：一種是書本上設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案，老師按照方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示或指導(dǎo)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生按照步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作而缺乏設(shè)計(jì)思路;另一種是做實(shí)驗(yàn)探究題，根據(jù)已學(xué)知識(shí)進(jìn)行理論推理，卻缺乏直觀經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐。

以上兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是以結(jié)果的形式直接呈現(xiàn)給學(xué)生，或操作結(jié)果或理論文字結(jié)果，降低了學(xué)生對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)性和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的參與性。因此，學(xué)生對(duì)這兩類訓(xùn)練做得再多，都是浮于表面。雖初中生邏輯思維日益占主導(dǎo)，但依然依賴于具體形象;其思維的獨(dú)立性和批判性明顯發(fā)展，卻容易產(chǎn)生片面性和表面性，對(duì)于對(duì)比實(shí)驗(yàn)的核心——“控制變量”無法透徹理解，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力不扎實(shí)。此外對(duì)照組設(shè)置不科學(xué)，文字表述煩瑣而沒有條理。

針對(duì)上述情況，筆者采用符合初中生思維發(fā)展特點(diǎn)的“圖—表—文—練”四步培養(yǎng)法模式，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力進(jìn)行培養(yǎng)，從而提高學(xué)生在方案設(shè)計(jì)和實(shí)際操作兩個(gè)方面的能力，使學(xué)生的操作技能和心智都得到發(fā)展。

下面以“鐵生銹條件”探究為例，解析基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力“四步培養(yǎng)法”。

二、基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力“四步培養(yǎng)法”教學(xué)實(shí)施

（一）畫圖

【問題引導(dǎo)1】在頭腦中構(gòu)想，從便于操作和藥品用量適宜的角度考慮，探究鐵生銹條件實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在什么容器內(nèi)進(jìn)行？

【學(xué)生思考、交流、表達(dá)】試管。

【問題引導(dǎo)2】鐵生銹的條件是鐵與氧氣和水同時(shí)接觸，存在兩個(gè)變量，需分別驗(yàn)證。那么需要幾支試管？每支試管里除了放鐵釘還需要分別放什么才能在控制變量的同時(shí)證明氧氣與水缺一不可？

①探究無氧氣不生銹（如何隔絕氧氣）;②探究無水不生銹（如何保持干燥）;③對(duì)照組，既有氧氣也有水，金屬生銹（如何同時(shí)接觸）。

讓學(xué)生根據(jù)引導(dǎo)交流討論后，畫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖，并將學(xué)生所畫設(shè)計(jì)圖進(jìn)行展示，共同點(diǎn)評(píng)、討論，進(jìn)行修改完善，得出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

【學(xué)生思考、交流、表達(dá)】

學(xué)生方案1：

學(xué)生方案2：

基于核心素養(yǎng)的“四步法”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)2022年1月下第3期（總第103期）【設(shè)計(jì)說明】素養(yǎng)為本的教學(xué)要有問題的引導(dǎo)，且要具有啟發(fā)性，與學(xué)生現(xiàn)有直觀經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系。問題1幫助學(xué)生明確如何正確選擇最適宜的儀器;問題2庖丁解牛，引導(dǎo)學(xué)生將問題切割，并逐一解決，有助于學(xué)生理清思路、找準(zhǔn)變量，設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而畫出印象深刻且直觀的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖。

（二）列表

【問題引導(dǎo)】在學(xué)案上是一個(gè)類似實(shí)驗(yàn)的探究表格，以此模板為借鑒，大家能不能將自己剛剛設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案圖轉(zhuǎn)化成步驟表格？

【學(xué)生思考、交流、表達(dá)】

將學(xué)生的表格進(jìn)行展示、討論，共同修改完善，得出優(yōu)質(zhì)表格設(shè)計(jì)。學(xué)生方案1：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象①加入5 cm打磨過的鐵絲、完全沒過鐵絲的蒸餾水（鋪有植物油）不生銹②加入5 cm打磨過的鐵絲、干燥的空氣不生銹③加入5cm打磨過的鐵絲、沒過鐵絲一半的蒸餾水生銹，且空氣與水的交界處生銹最嚴(yán)重學(xué)生方案2：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象①加入打磨后的鐵絲、完全沒過鐵絲的蒸餾水、植物油不生銹加入打磨后的鐵絲、完全沒過鐵絲的自來水、植物油輕微生銹②加入打磨后的鐵絲、潮濕的空氣、塞子生銹加入打磨后的鐵絲、干燥的空氣、塞子不生銹③加入打磨過的鐵絲、自來水（沒過鐵絲一半）嚴(yán)重生銹

【設(shè)計(jì)說明】結(jié)合第一步實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖，突破學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維障礙點(diǎn)，并在表格模板的協(xié)助下尋找發(fā)展點(diǎn)。設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)實(shí)施表格，使形象思維進(jìn)一步邏輯化，從而驅(qū)動(dòng)探究進(jìn)程。

（三）文字

【問題引導(dǎo)】綜合畫圖列表，如何用簡(jiǎn)介的文字進(jìn)行整合，表述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案？

【學(xué)生思考、交流、表達(dá)】將學(xué)生文字方案進(jìn)行展示、討論，共同修改，得出最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生方案1：

取3支相同規(guī)格的試管，分別放入三根相同的打磨過的鐵絲。試管①中加入沒過鐵絲一半的蒸餾水，讓鐵絲與水和空氣同時(shí)接觸;試管②中加入完全沒過鐵絲的蒸餾水并滴入植物油隔絕氧氣，讓鐵絲只與水接觸;試管③中加入干燥的空氣并塞上塞子，讓鐵絲只與空氣接觸。觀察現(xiàn)象。

學(xué)生方案2：

第一步：先取2支相同規(guī)格的試管，分別加入相同的打磨后的鐵絲。試管A中加入完全沒過鐵絲的蒸餾水;試管B中加入等量的自來水。觀察現(xiàn)象，探究氧氣對(duì)鐵絲的生銹作用;

第二步：另取2支相同規(guī)格的試管，分別加入相同的打磨后的鐵絲。試管C中通入潮濕的空氣，試管D中通入等量的干燥的空氣，同時(shí)塞上塞子。觀察現(xiàn)象，探究水對(duì)鐵絲生銹的作用;

第三步：再取一支規(guī)格相同的試管，加入大小相同的打磨后的鐵絲，加入沒過鐵絲一半的自來水，讓鐵絲與水和氧氣同時(shí)接觸。作為對(duì)照組。

【設(shè)計(jì)說明】在畫圖、列表兩步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路已經(jīng)有了系統(tǒng)的框架。這時(shí)，進(jìn)行文字整合既可以鞏固方案思路，又可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題與疏漏并進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)從直觀到抽象、從圖表到文字的升華。

（四）實(shí)際操練

將前三步共同討論的優(yōu)質(zhì)方案印出后按小組分發(fā)給學(xué)生，并在合適時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。

【設(shè)計(jì)說明】實(shí)際操練能夠?qū)W(xué)生自己一步步分析討論出的設(shè)計(jì)方案付諸實(shí)踐，相對(duì)于書本上現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生會(huì)印象更深，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟更熟悉。老師在此過程中只需要對(duì)部分細(xì)節(jié)和安全操作進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，從而促使學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，體會(huì)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。

考慮到課堂時(shí)間有限，在學(xué)習(xí)完新課學(xué)生掌握了一定基礎(chǔ)知識(shí)后，可將前三步以學(xué)案的形式打印出來，讓學(xué)生課下思考并以小組形式討論。下一節(jié)課再于課堂上展示學(xué)生設(shè)計(jì)結(jié)果，并一起修正，完善并確定最佳方案。

三、結(jié)語

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力“四步培養(yǎng)法”是針對(duì)初中生思維發(fā)展特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的教學(xué)方法。學(xué)生不再是接受現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方案去進(jìn)行機(jī)械操作與驗(yàn)證，也不再是通過現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行脫離直觀經(jīng)驗(yàn)的邏輯推理，而是從儀器、藥品的選擇開始，從不同角度，以“圖—表—文—練”相結(jié)合的思維方式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)再驗(yàn)證結(jié)果。如此學(xué)生目的性更強(qiáng)，參與性更高，趣味性和成就感更多，操作技能、心智和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)等多方面得以提高。

該培養(yǎng)方案的唯一不足是初期耗時(shí)較多。但平時(shí)花時(shí)間打牢基礎(chǔ)，學(xué)生思維和技巧得到發(fā)展，節(jié)省的則是他們?cè)诟黝惪紙?chǎng)上更加寶貴的時(shí)間。

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責(zé)任編輯：黃大燦