IBDP化學新大綱的實驗教學與評價

摘 要： 介紹國際文憑課程化學學科實驗教學的基本情況，介紹其新大綱中實驗技能教學中實驗工具和探究思維兩個模塊的教學內(nèi)容，分析內(nèi)部評估與外部評估的變化和評分方式，探討這些變化如何促進學生的實驗技能和科學探究能力的發(fā)展，并提出對我國高中化學實驗教學的啟示。

關鍵詞： IBDP化學； 大綱變化； 實驗教學； 實驗評估

文章編號： 10056629（2024）10009206

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

國際文憑大學預科課程（International Baccalaureate Diploma Programme，簡稱IBDP）自1968年由國際文憑組織開發(fā)，是一項專為16至19歲學生設計的兩年制預科課程。該課程由三門核心課程和六門學科課程構(gòu)成，旨在全面培養(yǎng)學生的能力。核心課程包括認識論（TOK）、拓展性論文（EE）以及“創(chuàng)新、行動與服務”（CAS）項目。六門學科課程則涵蓋語言文學、外語學習、社會科學、自然科學、數(shù)學和藝術領域?；瘜W作為自然科學領域的重要組成部分，提供高水平（240小時）和標準水平（150小時）兩種學習難度，以滿足學生的個性化需求［1］。

化學作為一門實驗科學，其IBDP課程設計強調(diào)理論與實踐結(jié)合，鼓勵學生將理論知識應用于實踐，并利用數(shù)學工具解決實際問題?；诨瘜W學科特點及IBDP的教育理念，IBDP化學學科課程設計了相應的實驗教學環(huán)節(jié)，即分別為60小時（高水平）和40小時（標準水平）的化學實驗技能培養(yǎng)課程。

隨著2023年9月IBDP化學新大綱的實施，實驗教學和評價迎來新的變化。新大綱更加注重概念理解、科學探究和科學知識的實際應用，對實驗部分提出了更高的要求。本文將探討在新大綱下IBDP化學實驗教學的策略和評價方法，特別是內(nèi)部評估（IA）和外部評估（EA）如何全面考查學生的實驗技能和科學探究能力，以及該課程設計對我國高中化學實驗教學的啟發(fā)。

1 IBDP化學實驗教學

在IBDP化學課程中，實驗教學占據(jù)了整個教學課時的四分之一以上，這一比例凸顯了IBDP化學學科實驗教學的重要性。實驗教學不僅僅是對理論知識的實踐應用，還是培養(yǎng)學生科學探究能力、批判性思維和創(chuàng)新能力的關鍵環(huán)節(jié)。IBDP化學實驗教學主要分為三個部分3kTmimkcdnQWdMXECtRh3qygZz8Fd/gcDHYxUhzWDnE=：分別為40小時（高水平）和20小時（標準水平）的課內(nèi)實驗實踐、10小時的跨學科項目（Collaborative sciences project）以及10小時的獨立探究實驗（Individual Investigation）。

本輪調(diào)整后的大綱去除了之前規(guī)定的十個必做實驗［2］，增加了一個“實驗技能模塊”，該變化的目的是允許教師根據(jù)自己的教學計劃和學校的具體條件，設計一系列更加符合學生需求和學校資源的實驗活動，增加了實驗教學的適應性和靈活性。同時，新引入的實驗技能模塊被劃分為“實驗工具”和“探究思維”兩大領域，旨在同時培養(yǎng)學生的實驗操作能力和科學探究能力?！皩嶒灩ぞ摺奔寄芊沼趯嶒灅?gòu)建和開展，“探究思維”技能則作為思維工具服務于實驗的規(guī)劃和分析，具體架構(gòu)如圖1所示。實驗技能模塊的教學貫穿課程的整個教學過程，在相應的知識主題中融入日常教學，而非作為獨立的課程來進行。

1.1 實驗工具模塊（Tools）教學

實驗工具模塊由三個方面構(gòu)成：實驗技術、科技工具和數(shù)學工具。這些工具的引入，為學生提供一個全面的實驗技能框架，使他們能夠在化學實驗中進行更深入的探究和更準確的分析。在IB網(wǎng)站提供的教學輔助材料中，詳細列出了每個模塊的教學建議和建議的教學內(nèi)容［3］，因為版面問題，表1僅列出實驗技術模塊涉及的具體實驗內(nèi)容。

實驗技術（Experimental techniques）的主要內(nèi)容是關于學生如何安全地進行實驗操作，包括正確使用各種實驗儀器、處理化學廢棄物以及采取適當?shù)陌踩A防措施。學生將學會如何準確測量質(zhì)量、體積、時間和溫度等變量，如何進行十余種不同的實驗操作，這些技能對于獲取可靠的實驗數(shù)據(jù)至關重要，也是實驗教學的基礎。

科技工具（Technology）的主要內(nèi)容是關于學習如何使用傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機軟件來收集和分析數(shù)據(jù)。學生還將掌握如何從數(shù)據(jù)庫中提取信息，以及如何運用實驗模擬和數(shù)字模型搭建來生成數(shù)據(jù)和預測實驗結(jié)果。

數(shù)學工具（Mathematics）作為化學實驗中不可或缺的工具，用以幫助學生進行精確的計算和數(shù)據(jù)分析。學生將學習如何運用基本的數(shù)學運算和統(tǒng)計學方法來處理實驗數(shù)據(jù)，包括使用科學記數(shù)法、進行單位轉(zhuǎn)換、繪制圖表和線性回歸分析等。

這些實驗工具不僅在化學實驗中有直接的應用，它們還是學生未來理科學習和研究課題的必要基礎。通過這些工具的學習和應用，學生能夠在實驗中提高解決問題的能力，發(fā)展創(chuàng)新思維。

1.2 探究思維模塊（Inquiry process）教學

探究思維模塊著重于培養(yǎng)學生的科學探究能力和批判性思維，覆蓋探究過程的三個階段：探索和設計、收集和處理數(shù)據(jù)、總結(jié)和評估。每個階段都涉及了一系列的技能，通過這些技能的培養(yǎng)，學生將能夠在化學研究中獨立思考提出研究問題、設計實驗、收集和分析數(shù)據(jù)，并得出科學合理的結(jié)論，具體涉及的思維技能和課堂實例見表2。這種探究式學習不僅有助于學生深入理解化學概念，而且能夠培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和解決問題的能力，為未來的學術研究和職業(yè)生涯奠定堅實的基礎。

在探索和設計（Exploring and Designing）階段，學生將學習如何獨立思考并提出研究問題，通過查閱資料確定探究方向，嘗試提出假說，確定自變量、因變量和控制變量，設計實驗步驟。

在收集和處理數(shù)據(jù)（Collecting and Processing Data）階段，學生將學習如何收集整理定性和定量數(shù)據(jù)，如何操作和使用各種測量工具和技術。結(jié)合具體實驗實例，學習如何系統(tǒng)有條理地記錄數(shù)據(jù)，處理和分析收集到的數(shù)據(jù)，使用圖表和圖形來展示數(shù)據(jù)以及運用數(shù)學分析來闡釋數(shù)據(jù)。

在總結(jié)和評估（Concluding and Evaluating）階段，學生將學習如何從數(shù)據(jù)分析中得出結(jié)論，并將其與科學文獻進行比較。他們將評估自己的假說，識別可能的誤差來源，并討論這些誤差對實驗結(jié)果的影響。此外，學生還將學會如何評價實驗方法的有效性，并提出改進實驗的方案。

教師在教學過程中應鼓勵學生積極參與探究活動，并提供反饋和指導意見，幫助學生發(fā)展這些關鍵技能。通過動手實踐，學生將能夠更好地理解化學知識的實際應用，并能獨立開展科學探究。

2 IBDP化學實驗教學的評價方法

在IBDP化學課程中，評估作為教學中一個不可分割的部分，不僅衡量學生的學習成果，也是教師開展日常教學和選擇教學方法的重要依據(jù)。為了全面考查學生對化學概念的理解、實驗技能的掌握以及科學探究能力的發(fā)展，評價框架由外部評估（EA）和內(nèi)部評估（IA）兩部分組成，各有其側(cè)重點和實施方式。

2.1 外部評估中的化學實驗部分

外部評估是全球統(tǒng)考的標準化考試，題型包括選擇題、數(shù)據(jù)分析題和簡答題，占學生總成績的80%，考查學生對化學概念的理解和實驗技能的掌握。在此次新大綱的改革后，考卷形式有較大調(diào)整，具體調(diào)整見表3。以高水平考卷為例，在舊版大綱中，實驗考察主要分布在卷三的A部分，以數(shù)據(jù)分析題和實驗簡答題為主，分值為15分；而在新大綱中，實驗考察部分移至卷一的B部分，以數(shù)據(jù)分析題為主，分值變?yōu)?5分，題目設計更加注重學生的實驗設計能力、數(shù)據(jù)解讀能力和科學推理能力。這一變化不僅提高了實驗技能在總成績中的比重，也體現(xiàn)出IBDP化學課程對學生實驗素養(yǎng)的更高要求。

在調(diào)整大綱后，IB官網(wǎng)同時給出了一套樣卷來展示這一變化，下面以高水平卷一的B部分第三大題為例來分析新版試題考察的側(cè)重點［4］。

一位同學設計了一個探究壓力對碳酸飲料釋放二氧化碳體積影響的實驗。通過改變放置在注射器上砝碼的質(zhì)量，可以改變碳酸飲料上方的壓力，實驗裝置如圖2所示，實驗結(jié)果如圖3所示。

（a） 通過圖像分析，計算在實驗1中二氧化碳釋放的起始速率，單位為cm3/s。（1分）

（b） 預測當使用600克的砝碼時，活塞開始移動的時間。（1分）

（c） 為什么增加砝碼的質(zhì)量會導致二氧化碳釋放體積變小，寫出兩個原因。（2分）

（d） 對比實驗1和實驗3在100秒時的結(jié)果，計算每多放置100克砝碼，二氧化碳體積減少的百分比。（1分）

（e） 繪制實驗1中裝置的總質(zhì)量隨時間變化的圖表，并解釋。（2分）

從這道例題可以看出，化學實驗部分試題的考察緊緊圍繞了實驗技能模塊中實驗工具和探究思維兩個方面。例題雖然涉及了課內(nèi)化學反應速率等知識，但是并非直接考查化學知識的記憶或復述，而是把其作為背景知識考察學生如何進行實驗設計、數(shù)據(jù)分析和科學探究，具體技能包括圖形分析（a問）、科學推理能力（b問）、現(xiàn)象解釋（c問）、實驗數(shù)據(jù)處理與計算（d問）和推理預測（e問）等。

2.2 內(nèi)部評估論文

IBDP化學課程要求學生利用10小時的時間，選擇一個與課程難度水平相符的課題進行自主研究，完成一篇不超過3000字的論文。論文研究的選題方向不僅包括學生動手操作的實驗，還包括利用數(shù)字軟件進行數(shù)據(jù)建模和分析、從數(shù)據(jù)庫中提取分析數(shù)據(jù)進行圖形化展示、設計具有交互性的模擬實驗等。

由于論文是由學生的任課教師進行內(nèi)部評估打分，故稱作內(nèi)部評估論文，但其評分結(jié)果由IB考官外部審核，以保證其分數(shù)的客觀性，該論文占學生最終化學總成績的20%。雖然學生的內(nèi)部評估論文是學生獨立完成的工作，但在學生進行實驗設計和實驗操作過程中教師應給予一定的指導，并確保學生遵守學術規(guī)范，例如動物實驗的倫理規(guī)范和學術誠信等相關政策。

新大綱允許學生以小組合作研究的形式完成內(nèi)部評估論文，以培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力，但小組成員不能多于三人。學生可以在選題初期共同討論實驗課題和方案，并在實驗中相互幫助，但必須獨立提出自己的研究問題，自主進行實驗操作撰寫論文，圖4提供了一個內(nèi)部評估論文小組合作的形式。教師在這個過程中必須及時提供必要的指導，確保所有學生都能積極參與到合作活動中。在小組合作中，學生需要通過選擇不同的自變量、不同的因變量，或從共同采集的大數(shù)據(jù)庫中選擇不同范圍的數(shù)據(jù)進行解讀，來確保自己研究的獨立性，自主規(guī)劃完成實驗并收集數(shù)據(jù)，最終提交一份展示個人研究成果的報告。

此次大綱更新也改變了其評分細則，由原來的個人參與、課題探索、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論評估和文章表達五個方面［5］，變?yōu)閷ρ芯吭O計、數(shù)據(jù)分析、實驗結(jié)論和實驗評估四個方面進行評分，每個方面滿分均為6分，總分仍為24分。對于這四個方面，評分采用的是最佳擬合法，即教師將根據(jù)學生的內(nèi)部評估論文與評分標準中的分段描述進行比較，選擇最符合學生實際表現(xiàn)的分數(shù)。以“實驗評估”的6分為例，得分描述詳見表4。

3 對我國高中化學實驗教學的啟發(fā)

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出“化學學科核心素養(yǎng)是學生必備的科學素養(yǎng)，是學生終身學習和發(fā)展的重要基礎”，基本理念中“重視開展素養(yǎng)為本的教學，倡導真實問題情境的創(chuàng)設，開展以化學實驗為主的多種研究活動，激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力”［6］。這些理念和IB化學實驗教學與評價方式高度契合。根據(jù)IB化學的教9iP66H+1WBUxkIyKzytL4w==學經(jīng)驗，總結(jié)以下幾點化學實驗教學及評價的建議。

第一，將培養(yǎng)化學學科核心素養(yǎng)的需求融入每節(jié)課的教學目標中，教師可以設計一些既涵蓋化學知識的理解，又包括科學探究、創(chuàng)新思維和問題解決能力培養(yǎng)的學習活動。這種教學設計鼓勵學生在解決實際問題的過程中，9iP66H+1WBUxkIyKzytL4w==主動探索和學習，激發(fā)他們的學習動機和興趣。

第二，在創(chuàng)設真實的學習情境方面，教師可以通過將化學實驗與現(xiàn)實生活中的問題相結(jié)合，讓學生在真實的環(huán)境中學習和體驗化學。不僅增強了學習的實踐性和應用性，而且促進了學生從被動接受知識向主動探究知識的轉(zhuǎn)變。教師可以讓學生尋找生活中的化學情境，借鑒IBDP化學中內(nèi)部評估的要求，啟發(fā)學生獨立設計探究實驗。

第三，在校內(nèi)可以組織學生進行實驗探究課題，要引導學生以小組合作、團隊協(xié)作的形式開展實驗探究，完成課題。此時教師的角色不應單純是知識傳遞者，更應成為學習活動的組織者、引導者和合作伙伴。教師需要引導他們進行科學探究，并與學生共同參與實驗設計和問題解決。此外，教師還需要利用信息技術和現(xiàn)代教育技術，如傳感器在實驗中的創(chuàng)新應用、在線模擬實驗和虛擬實驗室等，來豐富教學內(nèi)容和提高教學效率。

我國高中化學的實驗教學可以積極借鑒IBDP化學實驗教學的經(jīng)驗，尤其是在實驗教學和評價方面，結(jié)合我國的具體實踐，培育出具有創(chuàng)新思維和實踐能力的化學人才，為學生的全面發(fā)展和未來學術探索打下更為堅實的基礎。

參考文獻：

［1］International Baccalaureate. Chemistry guide First assessment 2025［M］. International Baccalaureate Organization， 2023： 24～25.

［2］周琦峰. IBDP化學實驗課程引介［J］. 教育研究與評論（中學教育教學版）， 2022， （6）： 45～49.

［3］International Baccalaureate. Chemistry teacher support material 2025［M］. International Baccalaureate Organization， 2023： 1～4.

［4］International Baccalaureate. Chemistry specimen papers and markschemes （first exams 2025）［M］. International Baccalaureate Organization， 2023：28～29.

［5］陳曉輝， 趙愛慧. 新大綱下的IBDP物理實驗教學與評價研究［J］. 中學物理， 2023， 41（15）： 17～19.

［6］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020.