IBDP化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程引介

周琦峰

摘要：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的重要教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也是教學(xué)實(shí)施的重要方法和手段。探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施與評價(jià)方式，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，研究在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何有效落實(shí)“教、學(xué)、評”一體化，以促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，對于化學(xué)學(xué)科的教學(xué)有著非常重要的意義。通過對IBDP化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和評估方式的分析和思考，對新課標(biāo)背景下化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及評估提出幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：IBDP;高中化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);評價(jià)

實(shí)驗(yàn)是理科課程的重要組成部分，同時(shí)也是教學(xué)實(shí)施的方法和手段。目前，學(xué)科核心素養(yǎng)背景下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，主要集中在通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用課堂教學(xué)策略、活動(dòng)策略發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)等方面。而深入探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)及評價(jià)與學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的研究較少，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)中更有效地實(shí)施“教、學(xué)、評”一體化缺乏較為系統(tǒng)和深入的思考。由此，我們將研究視野投向國際。在國際上影響較為廣泛的課程中，IBDP（International Baccalaureate Diploma Programme，國際預(yù)科證書課程，是國際文憑組織為16—19歲的青少年設(shè)計(jì)的課程）中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及評價(jià)獨(dú)具特色，對新課標(biāo)背景下化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施以及落實(shí)“教、學(xué)、評”一體化有啟發(fā)和借鑒的價(jià)值。

一、IBDP化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容及評價(jià)方式

IBDP化學(xué)課程重視學(xué)科知識的來源以及在實(shí)際生產(chǎn)、生活和研究中的運(yùn)用，也特別強(qiáng)調(diào)了與其他學(xué)科知識之間的關(guān)聯(lián)，以及跨學(xué)科解決問題的能力。通過完成一系列的實(shí)驗(yàn)，促使學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)方法和技能，逐步形成自主選定研究課題的能力，并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)研究以及研究報(bào)告的撰寫。IBDP化學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分為必做實(shí)驗(yàn)、自主探究實(shí)驗(yàn)、跨學(xué)科探究實(shí)驗(yàn)三類。

IBDP化學(xué)課程的評價(jià)由外部評估和內(nèi)部評估兩部分組成。外部評估是學(xué)生在兩年的課程學(xué)習(xí)完成后參加的統(tǒng)一考試，其中包含與學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題，占總分的80%;內(nèi)部評估是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獨(dú)立完成的科學(xué)研究項(xiàng)目（自主探究實(shí)驗(yàn)和跨學(xué)科探究實(shí)驗(yàn)），直接對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究能力的整體、綜合評價(jià)，占總分的20%。

（一）必做實(shí)驗(yàn)

1.具體內(nèi)容

與《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下稱“新課標(biāo)”）規(guī)定了必修課程學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)類似，IBDP化學(xué)課程也規(guī)定了學(xué)生必須完成的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，具體如下：

1.通過測量反應(yīng)中的質(zhì)量變化獲得數(shù)據(jù)來推導(dǎo)物質(zhì)的化學(xué)式;

2.運(yùn)用滴定相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法，使用標(biāo)準(zhǔn)溶液來測定另一種溶液的濃度;

3.獲得數(shù)據(jù)并使用數(shù)據(jù)，通過氣體狀態(tài)方程來計(jì)算氣體的摩爾質(zhì)量;

4.通過量熱法測量反應(yīng)焓并對結(jié)果進(jìn)行評估;

5.通過實(shí)驗(yàn)探究反應(yīng)速率并對結(jié)果進(jìn)行評估;

6.用不同的指示劑完成酸堿中和滴定;

7.熟練地使用pH計(jì)和通用指示劑;

8.進(jìn)行與典型的金屬/金屬離子半電池構(gòu)成的伏打電池相關(guān)的實(shí)驗(yàn);

9.搭建有機(jī)分子的3D模型（真實(shí)或虛擬）;

10.在溶液中進(jìn)行置換反應(yīng)。

IBDP中，選擇化學(xué)的學(xué)生同時(shí)也可能選擇了物理或生物學(xué)等學(xué)科;對同一門學(xué)科，學(xué)生可以選擇SL（Standard Level，標(biāo)準(zhǔn)水平）課程或者難度較高的HL（Higher Level，高水平）課程。教師可以根據(jù)學(xué)生的選科情況、學(xué)校具備的條件、學(xué)生可利用的各種學(xué)習(xí)資源以及學(xué)生準(zhǔn)備選擇的大學(xué)專業(yè)課程等，自主設(shè)定化學(xué)學(xué)科必做實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)方式。除了基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練以及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理的應(yīng)用外，還必須包括相對綜合、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)（如利用蓋斯定律測量反應(yīng)熱，通過測定不同溫度條件下的速率常數(shù)來計(jì)算反應(yīng)的活化能，通過測量滴定曲線來確定弱酸或弱堿的pKa或pKb，等等），以促進(jìn)概念的生成與理解。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)施方式可以靈活多樣，包括：課內(nèi)可以完成的實(shí)驗(yàn)或者延續(xù)數(shù)周的研究項(xiàng)目，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)或者間接數(shù)據(jù)進(jìn)行的研究，構(gòu)建或使用模型來進(jìn)行研究，通過調(diào)查、問卷等方式獲取數(shù)據(jù)的練習(xí)， 數(shù)據(jù)分析的專項(xiàng)練習(xí)，實(shí)地考察……

在學(xué)生完成必做實(shí)驗(yàn)的過程中，必須融入使用信息和通信技術(shù)（ICT）等現(xiàn)代技術(shù)手段的能力的培養(yǎng)，主要包括：獲取知識的途徑（包括文獻(xiàn)查詢）和多樣化的學(xué)習(xí)手段（包括在線課程、講座、論壇等），使用傳感器等手持設(shè)備采集數(shù)據(jù)，使用模擬軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，使用電子表格整理、處理和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)庫獲得所需數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)的方法對結(jié)論的有效性進(jìn)行分析。

通過完成必做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以為后續(xù)的自主探究實(shí)驗(yàn)和外部評估中關(guān)于實(shí)驗(yàn)的問題做相應(yīng)準(zhǔn)備。

2.外部評估對必做實(shí)驗(yàn)的考查

IBDP化學(xué)課程的外部評估由三份試卷組成，試卷1是選擇題，試卷2和試卷3是簡答題。其中，試卷2和試卷3都包含與必做實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題。

（1）試卷2中與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題

試卷2的問答題中包含與必做實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題，如實(shí)驗(yàn)方法的比較，測量誤差的分析，選擇合適的物理量來進(jìn)行測量以追蹤反應(yīng)的進(jìn)行程度，將不同的實(shí)驗(yàn)方法融合來完成測量，等等。

試卷2中也有與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的問題，需要結(jié)合IBDP化學(xué)課程大綱中第11章《測量與數(shù)據(jù)處理》的內(nèi)容來回答?！稖y量與數(shù)據(jù)處理》這一章主要是測量的精度和準(zhǔn)度以及誤差分析方面的內(nèi)容。學(xué)生要理解所有測量的精度和準(zhǔn)度都有一定的限度，進(jìn)行測量時(shí)必須考慮這些因素，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和誤差分析。

除了上述問題外，還可能出現(xiàn)基于ToK（Theory of Knowledge，知識理論）的與實(shí)驗(yàn)方法相關(guān)的問題。例如：“基于某個(gè)原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果可能既是可信的，同時(shí)也不一定可靠，請闡述你對此的理解?！边@需要學(xué)生聯(lián)系ToK中關(guān)于“知識是如何獲得的”的內(nèi)容來回答。

（2）試卷3中與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題

試卷3第一道題是分值為15分的問答題，一般以質(zhì)量分析、滴定法測量、反應(yīng)熱測定、反應(yīng)速率研究、電化學(xué)反應(yīng)等為背景，通常會(huì)提供一組或幾組測量數(shù)據(jù)，要求學(xué)生通過作圖、列表等方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，還要求學(xué)生對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行描述、解釋或比較。題目考查的重點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)所采用的方法和原理。

回答這類問題，學(xué)生需要在完成必做實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)真思考，不僅要知道應(yīng)該怎么做，還要思考為什么要這么做，實(shí)驗(yàn)中還存在哪些問題，有沒有別的方法也可以完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)基于哪些原理和科學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否可靠……對于可采用不同實(shí)驗(yàn)方法的實(shí)驗(yàn)，需要進(jìn)行對比，知道不同方法的優(yōu)勢和不足，能夠判斷在什么情況下用哪種實(shí)驗(yàn)方法更好。

針對試卷2和試卷3中的實(shí)驗(yàn)題，教師要鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生在完成必做實(shí)驗(yàn)的過程中，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入思考或比較：①為什么要用特定的儀器或試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？②用其他的儀器或裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是否可行？③儀器的規(guī)格和反應(yīng)物的濃度與用量有沒有特別的要求？④完成各實(shí)驗(yàn)步驟有沒有特定的順序要求？可不可以調(diào)換某些步驟的順序？調(diào)換某些步驟的順序會(huì)不會(huì)對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響？⑤測量過程中是否存在顯著的系統(tǒng)誤差？隨機(jī)誤差的主要來源是什么？有沒有方法可以消除或減小誤差？⑥采用了哪些假設(shè)、近似等手段來簡化數(shù)據(jù)的處理？這些假設(shè)合理嗎？

（二）自主探究實(shí)驗(yàn)

在完成必做實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生需要用10個(gè)小時(shí)（不包括寫作時(shí)間）完成一個(gè)自主探究實(shí)驗(yàn)，并完成一份6—12頁的研究報(bào)告。

自主探究實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生依據(jù)學(xué)習(xí)或生活中產(chǎn)生的問題，設(shè)計(jì)、完成一系列實(shí)驗(yàn)并撰寫報(bào)告。問題可以來自課程大綱，也可以根據(jù)個(gè)人興趣選擇大綱以外的內(nèi)容。研究報(bào)告需要清晰地闡述研究問題、變量、實(shí)驗(yàn)步驟，完成數(shù)據(jù)采集及分析處理，得出結(jié)論并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，討論實(shí)驗(yàn)中存在的問題及誤差，并有針對性地提出改進(jìn)建議以及可能的拓展研究。

自主探究實(shí)驗(yàn)所對應(yīng)的內(nèi)部評估主要評價(jià)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立研究的能力、對于科學(xué)方法的理解和運(yùn)用以及基本的科學(xué)研究規(guī)范。評分標(biāo)準(zhǔn)有個(gè)人參與、實(shí)驗(yàn)探索、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論評估、信息呈現(xiàn)與表達(dá)五個(gè)評分項(xiàng)。研究過程中，教師可以給予學(xué)生一定的指導(dǎo)或建議，但主要是由學(xué)生自主思考、設(shè)計(jì)并完成。具體的評分類別及權(quán)重詳見下頁表1。

每個(gè)評分項(xiàng)都有對應(yīng)的得分描述，評分時(shí)根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)選擇最接近的描述并給出具體分值。以“結(jié)論評估”為例，該評分項(xiàng)滿分為6分，學(xué)生表現(xiàn)的得分描述詳見表2。

學(xué)生要在內(nèi)部評估中有好的表現(xiàn)，不僅要具備很好的學(xué)科理解和良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作能力，還要能夠用科學(xué)、流暢的語言表達(dá)出來。學(xué)生要具備這些能力和素養(yǎng)，絕不是一蹴而就的事情，需要在完成必做實(shí)驗(yàn)和自主探究實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)真參與并深入思考、不斷積累。在學(xué)生完成自主探究實(shí)驗(yàn)的過程中，教師需要在研究問題的確定和選擇合適的研究方法等方面提供指導(dǎo)。在學(xué)生開展研究的過程中，教師也需要了解學(xué)生的進(jìn)程，指導(dǎo)學(xué)生沿著合理的方向推進(jìn)研究以及確保研究的真實(shí)性，并依據(jù)評估標(biāo)準(zhǔn)給出成績。

（三）跨學(xué)科探究實(shí)驗(yàn)

除了完成必做實(shí)驗(yàn)和自主探究實(shí)驗(yàn)外，學(xué)生還需要參與跨學(xué)科探究實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)通過與不同學(xué)科背景的同學(xué)合作，綜合運(yùn)用不同學(xué)科知識解決問題的過程。

跨學(xué)科探究實(shí)驗(yàn)是內(nèi)部評估的一部分，需要10個(gè)小時(shí)的課內(nèi)時(shí)間，通常分為計(jì)劃、行動(dòng)和評估三個(gè)階段。通過小組成員（必須包括選擇物理、化學(xué)及生物學(xué)學(xué)科的不同學(xué)生）討論，確定研究的主題。研究主題可以圍繞教師提供的大的研究背景，如所在城市的能源使用情況、垃圾的分類與回收利用、構(gòu)建綠色校園等，也可以是各個(gè)小組自主選擇的研究問題。

跨學(xué)科探究實(shí)驗(yàn)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，可以從不同學(xué)科的角度進(jìn)行分析和探究，給出結(jié)論或解釋，提出解決方案或建議?？鐚W(xué)科探究實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科的合作，體驗(yàn)多學(xué)科共同解決問題的過程，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，共同討論遇到的問題并尋求解決方案。研究成果的展示通?？梢杂脠?bào)告會(huì)或海報(bào)、科學(xué)展示會(huì)等形式。

對學(xué)生跨學(xué)科探究實(shí)驗(yàn)的評價(jià)側(cè)重過程而不是最終的結(jié)果。在活動(dòng)完成后，學(xué)生需要就過程中自己的參與和收獲進(jìn)行總結(jié)和反思，教師需要給出評價(jià)。

二、對新課標(biāo)背景下化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及評價(jià)的建議

綜上所述，IBDP化學(xué)課程對實(shí)驗(yàn)有較為綜合和多樣化的教學(xué)和評價(jià)要求，對實(shí)驗(yàn)技能和研究方法的培養(yǎng)較為全面，評價(jià)方式也較為多元，對于實(shí)現(xiàn)新課標(biāo)提出的“全面發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”以及實(shí)施“教、學(xué)、評”一體化有參考和借鑒價(jià)值。據(jù)此，提出幾點(diǎn)新課標(biāo)背景下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及評價(jià)建議。

第一，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考實(shí)驗(yàn)的原理和方法，多問問為什么要這樣做，為什么不能那樣做，還能怎樣做，不同做法的優(yōu)勢及不足有哪些。

第二，實(shí)驗(yàn)過程中，提醒學(xué)生注意對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致觀察、深入思考，在思考的前提下再有針對性地、帶著探究的目的進(jìn)行進(jìn)一步的觀察，尤其需關(guān)注實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的反?，F(xiàn)象，并進(jìn)行分析和探究。

第三，增加定量實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生處理、分析和評價(jià)測量結(jié)果的能力。

第四，結(jié)合信息技術(shù)和現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段開展實(shí)驗(yàn)探究。

第五，選擇合適的課題進(jìn)行學(xué)科內(nèi)的綜合探究，并鼓勵(lì)學(xué)生開展跨學(xué)科研究。

第六，加強(qiáng)批判性思維的訓(xùn)練，對實(shí)驗(yàn)中存在的問題或?qū)嶒?yàn)方法的局限性進(jìn)行分析和討論。

第七，豐富實(shí)驗(yàn)探究的形式，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組合作與討論。

第八，采用多元的評價(jià)方式，包括等級評分、學(xué)習(xí)過程檔案、小組成員互評等，并及時(shí)給出反饋。

在新的技術(shù)背景下，學(xué)生可以非常方便地獲得各種資料和學(xué)習(xí)資源，學(xué)習(xí)方式也在發(fā)生改變。這也要求教師相應(yīng)地調(diào)整教學(xué)方式，更多地參與學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，和學(xué)生共同學(xué)習(xí)、相互學(xué)習(xí)、不斷成長。如何更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過程中的作用，我們還將不斷地深入研究。

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