初中化學“變量控制法”進階框架與路徑的建構

文/ 東莞市教育局教研室 盧名遠

《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）從教學角度指出“要進階規(guī)劃化學教學目標”，還指出“學生化學課程核心素養(yǎng)的發(fā)展是一個持續(xù)進步的過程，因此，教師應依據化學課程核心素養(yǎng)的內涵，結合學生的已有經驗和認知特點，對化學教學目標進行整體規(guī)劃，針對學生化學課程核心素養(yǎng)發(fā)展的不同階段，設計與之相適應的教學目標”。從中可以看出，新課標明確要求從整體與進階兩個維度設計與規(guī)劃教學。

一、當前教學中存在的問題

當前初中化學教學中，普遍存在欠缺整體分析與進階規(guī)劃的碎片化教學現(xiàn)狀。主要表現(xiàn)在：部分授課者常常孤立地講授每節(jié)課的知識點，不引導學生前后關聯(lián)建構；或面面俱到、淺層次地關聯(lián)一節(jié)課所涉及的所有的知識點。這種不能從整體與進階兩個維度設計與規(guī)劃的教學，不利于學生深度理解或結構化核心知識，學生習得的是簡單堆砌和碎片化的惰性知識，缺乏整合與遷移應用功能。

“變量控制法”是“科學探究”核心素養(yǎng)的構成要素，新課標明確要求“學習控制變量和對比實驗的實驗設計方法”。但新課標沒有指明該核心素養(yǎng)在教材中的落點，也沒有對“科學探究”及“變量控制法”劃分進階水平，因而不便于執(zhí)行落實。并且初中化學教材中核心知識所承載的核心概念與核心素養(yǎng)是隱性的，其進階也是隱性的。因此需要執(zhí)教者梳理核心知識和核心素養(yǎng)在教材中的呈現(xiàn)順序，然后規(guī)劃出外顯的、進階的、易實施的教學框架。

下面以初中化學“變量控制法”為例，闡述如何在整體分析教材基礎上構建進階的框架和路徑，及如何“合理地確定各階段學生的認知特點和能力起點以及進階學習目標，指導教師準確把握教學起點、教學目標與教學順序，來調整和優(yōu)化教學”。

二、“變量控制法” 進階框架的分析與建構

變量控制法是指“科學研究中，對于多因素（多變量）的問題，常常采用只改變其中的某一個因素，控制其他因素不變的研究方法，使多因素的問題變成幾個單因素的問題，分別加以研究，最后再將幾個單因素的問題的研究結果加以綜合。這種變量控制的方法是科學研究中常用的方法?！?/p>

控制變量能力幾乎是科學探究所有階段都需要的能力，它由變量識別、實驗假設與設計、操作與數(shù)據分析等多重維度構成。

1.“變量控制法”進階水平的劃分

建構進階框架的關鍵是劃分進階水平層次，包括進階起點、進階中間水平、進階終點等。有人參照《普通高中化學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》中“化學學科核心素養(yǎng)水平劃分”，將高中生控制變量能力劃分為四個水平層次：認識變量、單因素控制、多因素轉單因素控制、綜合控制。筆者梳理了初中化學教材中“變量控制法”全部內容，在初中生認知層次的基礎上，將初中化學控制變量能力也劃分為四個水平層次：辨認變量及分析總結，理解簡單控制變量方法，建構“變量控制法”模型，應用“變量控制法”模型設計實驗。

2.整體分析教材構建學習進階框架

只有在整體梳理教材的基礎上，才能構建科學的學習進階框架、確定合適的進階教學策略。筆者全面梳理了2012 年版人教版初中化學教材中12 個涉及“變量控制法”的實驗，并依據上述劃分的“變量控制法”進階水平，分析并統(tǒng)籌設定每個“變量控制法”實驗所處的水平。具體見下表1。

表1 初中化學教材中“變量控制法”實驗的梳理及進階水平設定

三、確定合適的進階教學策略

構建了進階框架，就可以依此框架進行教學。然而仍然會有部分老師，不能恰當?shù)靥幚砻總€進階點的教學內容與方式，不能處理核心知識點、核心能力點、核心素養(yǎng)點之間的關系。

如以第七單元課題1《燃燒和滅火》中的“一、燃燒的條件”為例，該部分主要知識點“燃燒三條件”較簡單，新課標明確提出“能運用變量控制思想設計燃燒條件等實驗探究方案”，要求的能力層次較高。目前較多教師的教學流程大抵如下：先一次性播放完實驗視頻（或做完課本實驗），然后師生描述實驗現(xiàn)象，然后碎片提問與學生一起得出“燃燒三條件”結論，再要求學生記住結論，最后做幾道試題鞏固結論，15分鐘內就完成教學任務。此處本應是進階中間水平3 分析并建構單因素“變量控制法”模型，但仍然有教師還在強調酒精燈的使用等。我們設計此處的教學策略如下：

1.進階分析

教材在“過氧化氫制氧氣”處已呈現(xiàn)了水平2“理解簡單控制變量方法”，在“二氧化碳與水反應”處進階到水平3“建構‘變量控制法’模型”。至此，學生已具備基本的變量辨別分析能力，已有初步控制變量意識，初步理解控制變量的意義，已具備分析控制變量實驗并得出結論的能力。

此處仍設為水平3“分析并建構單因素‘變量控制法’模型”，但比“二氧化碳與水反應”處的要求稍高。為后續(xù)第八單元課題3“鐵制品銹蝕條件”水平4“應用模型設計‘變量控制法’實驗”打基礎。

2.教學目標

根據以上進階分析，結合本節(jié)課知識特點，及學生生活常識與能力，設定本內容的教學目標為：（1）通過分析“變量控制”策略和變量控制法，建構單因素“變量控制法”模型；（2）初步學會應用“變量控制法”思想設計方案；（3）通過分析實驗證據形成結論，深化對“燃燒三條件”的認識。

3.教學重點與難點

教學重點：1.引導學生分析與確定自變量、因變量和控制變量，2.運用“變量控制”策略設計實驗方案，并通過分析實驗現(xiàn)象和測得數(shù)據，得出正確結論。

教學難點：1.如何準確地確定自變量、因變量和控制變量；2.三因素實驗，如何控制兩個因素不變，只改變其中一個因素。

4.教學過程（見表2）

表2 “一、燃燒的條件”教學過程

四、教學效果與反思

經過研究與實踐，我們發(fā)現(xiàn)學習的過程不可能只存在唯一的進階路線，甚至不一定總是呈現(xiàn)進階的狀態(tài)，并且核心素養(yǎng)的拆解與進階水平的科學設置，教材的梳理及進階框架與路徑的構建，要求骨干教師或專家有較高專業(yè)水平和大量時間。但欣慰的是，教師在經歷了“變量控制法”水平劃分、教材梳理、各實驗水平確定，進而建構基于全教材的“變量控制法”的進階框架與路徑，教師在面對其他核心知識與能力點時，已能有意識地自主建構“整體與進階規(guī)劃”的教學框架，有效地促進“核心素養(yǎng)”有序落地。