科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的實(shí)踐與探索

沈偉云

摘 要：核心素養(yǎng)是適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的“必備”品格與“關(guān)鍵”能力?？茖W(xué)學(xué)科創(chuàng)新能力、批判性思維、信息素養(yǎng)、自主學(xué)習(xí)、語(yǔ)言表達(dá)、學(xué)科整合、解決問(wèn)題等核心素養(yǎng)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；發(fā)展；科學(xué)實(shí)驗(yàn)

經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）國(guó)家于1997年提出了“核心素養(yǎng)”，并將其視為基礎(chǔ)教育的DNA、人才培養(yǎng)的指針。所謂“核心素養(yǎng)”，是指適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的“必備”品格與“關(guān)鍵”能力，是所有學(xué)生應(yīng)具有的最關(guān)鍵、最必要的共同素養(yǎng)[1]?！吨袊?guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》研究成果于2016年9月13日在京發(fā)布。核心素養(yǎng)以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與三個(gè)方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任但當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)。在參考大量文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合科學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，筆者提出了科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐與探索。

一、積極改進(jìn)實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確指出，要探索發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的途徑，探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的多種培養(yǎng)方式，形成各類(lèi)人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面。學(xué)生是否具備創(chuàng)新能力，對(duì)于其可持續(xù)發(fā)展起著決定性作用。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生積極參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)是培養(yǎng)其創(chuàng)新能力的最佳途徑。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要通過(guò)創(chuàng)設(shè)條件，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)對(duì)教材中一些不夠完美的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，及時(shí)解決實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，不斷發(fā)展他們的創(chuàng)新能力。

案例1 在探究“物體的動(dòng)能大小與質(zhì)量是否有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，教材按圖1開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，但在實(shí)際操作時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵球撞擊木塊時(shí)，木塊很難恰好沿著與木板長(zhǎng)邊平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)。于是筆者引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了改進(jìn)，具體有3個(gè)方案。

（1）在木板合適的位置上固定一個(gè)面積較大的擋板，在擋板前面貼上足夠厚的均勻鋪滿(mǎn)擋板的橡皮泥，鐵球動(dòng)能大小以橡皮泥的凹陷程度來(lái)表示，在每次實(shí)驗(yàn)后換上另一塊相同的橡皮泥（如圖2所示）。

（2）在擋板處接一根彈簧，以彈簧受力壓縮時(shí)的形變程度來(lái)比較動(dòng)能大小（如圖3所示）。

（3）按圖4裝置開(kāi)展探究，先將小球拉到與豎直方向成一定角度，然后由靜止釋放，當(dāng)小球擺動(dòng)到豎直位置時(shí)，撞擊靜止在水平面上的木塊，以木塊在水平面上滑行的距離來(lái)表示動(dòng)能的大小。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，不僅使實(shí)驗(yàn)更簡(jiǎn)便、直觀、環(huán)保、安全，而且更具可操作性。利用發(fā)散性思維活動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)科學(xué)知識(shí)，自主解決問(wèn)題，不斷發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維品質(zhì)。

二、鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑 發(fā)展學(xué)生的批判性思維

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，使學(xué)生學(xué)會(huì)理性、客觀地對(duì)待他人的看法和觀點(diǎn)，既勇于堅(jiān)持自己的正確觀點(diǎn)，并對(duì)他人的錯(cuò)誤觀點(diǎn)提出質(zhì)疑，又勇于放棄自己的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，接受更合理的科學(xué)觀點(diǎn)和解釋。批判性思維是指對(duì)于某種事物、現(xiàn)象和主張發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，同時(shí)根據(jù)自身的思維邏輯作出主張的思考[2]25。教師要積極引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)合理的反思、理性的質(zhì)疑和辯證的揚(yáng)棄等方法來(lái)培養(yǎng)批判性思維能力。

案例2 在學(xué)習(xí)了NaOH、Ca（OH）2之后，學(xué)生知道它們都能使酚酞試液變紅色，是因?yàn)殡婋x出OH-。而在學(xué)習(xí)Na2CO3時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Na2CO3溶液也能使酚酞變紅色。有學(xué)生質(zhì)疑，Na2CO3溶液中沒(méi)有OH-，從理論上分析應(yīng)該不會(huì)使酚酞試液變紅色，那么究竟是哪種粒子使酚酞試液變紅呢？于是筆者引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展如下實(shí)驗(yàn)。通過(guò)如圖5的實(shí)驗(yàn)，得出Na+不能使酚酞變紅，同樣，因?yàn)镹aCl溶液中含有水，水分子也不能使酚酞變紅（或根據(jù)已有知識(shí)水呈中性判斷），那么是CO32-使酚酞變紅嗎？按圖6實(shí)驗(yàn)，滴入Na2CO3溶液，震蕩，酚酞變紅色，向變紅后的溶液中再逐滴滴入過(guò)量的CaCl2溶液后，震蕩，紅色逐漸消失，同時(shí)生成了白色沉淀。分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，似乎是CO32-離子使酚酞變紅色，那么豈不是與已學(xué)知識(shí)矛盾了嗎？于是筆者告知學(xué)生，在高中化學(xué)中會(huì)學(xué)到碳酸鈉在水中發(fā)生水解反應(yīng)，即CO32-與H2O反應(yīng)能產(chǎn)生OH-，從而使酚酞試液變紅色。

批判性思維是一種懷疑的、審慎的、反思的心態(tài)，是一種理性的思維品質(zhì)，是一種積極的生活方式，是高尚人格必不可少的內(nèi)涵[2]26。蕭伯納曾指出：你應(yīng)該小心一切假知識(shí)，它比無(wú)知更危險(xiǎn)[2]26。尤其是學(xué)生正面臨信息量巨大的現(xiàn)代科技社會(huì)，更需要通過(guò)發(fā)展批判性思維能力，提高學(xué)生的鑒別能力。

三、體現(xiàn)自主學(xué)習(xí) 培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)

自主學(xué)習(xí)是讓學(xué)生以相對(duì)獨(dú)立的學(xué)習(xí)過(guò)程為載體，真正掌握有效的學(xué)習(xí)方法，獨(dú)立獲取知識(shí)的學(xué)習(xí)方式[3]。當(dāng)今社會(huì)正處于信息化時(shí)代，終身學(xué)習(xí)已成為時(shí)代發(fā)展的必然要求，優(yōu)良的信息素養(yǎng)則是學(xué)生終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)保障。新課程要求我們，正視學(xué)生所處的網(wǎng)絡(luò)信息環(huán)境現(xiàn)狀，把“信息素養(yǎng)”作為繼“讀、寫(xiě)、算”之后的第四種素養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師應(yīng)通過(guò)加強(qiáng)與信息技術(shù)的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

案例3 在探究高溫下鐵與水蒸氣反應(yīng)生成一種常見(jiàn)鐵的氧化物是什么物質(zhì)時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，試管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引，但還是無(wú)法驗(yàn)證該氧化物是哪種氧化物，需要上網(wǎng)查閱有關(guān)資料，如表1。

根據(jù)獲得的信息，可分析得出生成的氧化物為Fe3O4，同時(shí)也自主性學(xué)習(xí)了三種鐵的氧化物性質(zhì)，拓展科學(xué)知識(shí)視野。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師可通過(guò)明確信息任務(wù)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)信息的敏捷性，可結(jié)合學(xué)生興趣，通過(guò)布置搜索資料類(lèi)的實(shí)驗(yàn)作業(yè)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，發(fā)展信息素養(yǎng)。

四、開(kāi)展合作與交流 提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力

大量教學(xué)實(shí)踐表明，在合作與交流中，學(xué)生往往會(huì)出現(xiàn)心里明白，但又無(wú)法用語(yǔ)言表達(dá)清楚的窘境。為此，培養(yǎng)和提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，不僅是開(kāi)展合作與交流的需要，也是學(xué)生進(jìn)行人際交往、終身學(xué)習(xí)和可持續(xù)發(fā)展的需要?，F(xiàn)代心理學(xué)認(rèn)為，語(yǔ)言的準(zhǔn)確性體現(xiàn)著思維的周密性，語(yǔ)言的層次連貫性體現(xiàn)著思維的邏輯性，語(yǔ)言的多樣性體現(xiàn)著思維的豐富性[4]。

案例4 在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證酸與堿發(fā)生反應(yīng)的方案時(shí)，筆者先讓學(xué)生小組內(nèi)交流討論，形成方案，具體方案有4種。（1）在NaOH溶液中滴加過(guò)量稀硫酸，然后滴加酚酞，不變色；（2）在CuSO4溶液中滴加NaOH溶液出現(xiàn)藍(lán)色絮狀沉淀，再加稀鹽酸，沉淀消失；（3）在等量的2支盛有少量Ca（OH）2粉末的試管中，分別加等量的水和稀鹽酸，加水試管出現(xiàn)白色渾濁，加鹽酸試管出現(xiàn)無(wú)色溶液；（4）利用手持技術(shù)pH和溫度傳感器探究氫氧化鈉與鹽酸是否發(fā)生反應(yīng)以及反應(yīng)的熱效應(yīng)。筆者讓學(xué)生在完成上述操作過(guò)程后，分析說(shuō)明為什么可以驗(yàn)證酸與堿發(fā)生了反應(yīng)。從學(xué)生表現(xiàn)分析，基本上能較規(guī)范完成上述實(shí)驗(yàn)操作，但在表達(dá)方面普遍表現(xiàn)不佳，有的用語(yǔ)不科學(xué)，有的缺乏連貫性，沒(méi)有按操作、現(xiàn)象、結(jié)論進(jìn)行表述。

培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)原理，用規(guī)范、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)明語(yǔ)言表達(dá)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有待重視和加強(qiáng)的問(wèn)題。通過(guò)有意識(shí)創(chuàng)設(shè)機(jī)會(huì)讓學(xué)生多說(shuō)，既能培養(yǎng)科學(xué)、嚴(yán)密的語(yǔ)言表達(dá)能力，也能增強(qiáng)學(xué)生邏輯思維習(xí)慣，進(jìn)而正確、深刻認(rèn)識(shí)科學(xué)問(wèn)題的本質(zhì)。

五、實(shí)施交融性學(xué)習(xí) 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)整合素養(yǎng)

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，為了適應(yīng)時(shí)代和學(xué)生發(fā)展的需要，有必要設(shè)置一門(mén)整合的科學(xué)課程，呈現(xiàn)各學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的相互滲透和聯(lián)系，統(tǒng)籌科學(xué)探究的過(guò)程和方法，關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的聯(lián)系。研究表明，核心素養(yǎng)具有整合性、跨學(xué)科性及可遷移性等特征。為此，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)掌握物理、化學(xué)、生物等單科的知識(shí)與技能，更應(yīng)關(guān)注學(xué)科之間的交匯點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有意識(shí)地將其整合成整體，用于分析解決實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。

案例5 為了研究電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力與什么因素有關(guān)，筆者曾組織學(xué)生開(kāi)展過(guò)一個(gè)研究性實(shí)踐活動(dòng)。如圖7所示，在氫氧化鋇溶液中，不斷滴加稀硫酸溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析其原因。該實(shí)驗(yàn)把化學(xué)知識(shí)與物理內(nèi)容有機(jī)融合在一起，電解質(zhì)溶液能導(dǎo)電，是因?yàn)槠淙芤褐写嬖谧杂梢苿?dòng)的離子，而難溶性電解質(zhì)在水溶液中不能電離出自由移動(dòng)的離子。隨著硫酸滴加量的增多，由于Ba（OH）2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O，Ba（OH）2溶質(zhì)質(zhì)量

隨之減少，自由移動(dòng)離子減少，導(dǎo)電性變?nèi)酰瑹糇儼?，電流變小，?dāng)兩者恰好完全反應(yīng)時(shí)，燒杯中只存在難溶性的BaSO4，沒(méi)有自由移動(dòng)離子，燈熄滅，電流為0，接著再滴加H2SO4，溶液中隨著H2SO4增多，H2SO4電離出自由移動(dòng)離子，燈變亮，電流變大。

通過(guò)交融性學(xué)習(xí)，將各學(xué)科知識(shí)整合起來(lái)分析問(wèn)題，既有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力，也有助于學(xué)生科學(xué)整合素養(yǎng)的提高。

六、關(guān)注科學(xué)探究 提高學(xué)生的問(wèn)題解決能力

科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì)特征，具有重要的教育價(jià)值。體現(xiàn)科學(xué)探究的精神，是科學(xué)教育面向未來(lái)的必然要求[5]。當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展迅速，科學(xué)教學(xué)更應(yīng)立足于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)致力于不同情境中的問(wèn)題解決，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。加涅認(rèn)為，問(wèn)題解決能力是指由規(guī)則和概念組成的更高層級(jí)的適用于某種特定情況的認(rèn)知技能[6]。為此，教師在科學(xué)教學(xué)中可引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究，致力于問(wèn)題的解決。

案例6 某同學(xué)在服用“快克”膠囊時(shí)，提出一個(gè)問(wèn)題：“快克”膠囊外殼有什么作用？查閱資料可知，膠囊內(nèi)的藥物對(duì)胃有刺激作用，外殼的主要成分是淀粉。為了探究外殼是否是淀粉，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展了探究，具體方案為：取3支試管，分別置膠囊粉末0.1克，編號(hào)為A、B、C，在A試管加2mL唾液，B試管加2mL胃液，C試管加2mL清水，在37℃水浴中加熱10分鐘，然后各滴加2滴碘液，發(fā)現(xiàn)A試管不變藍(lán)色，B、C試管變藍(lán)色。A試管中粉末被唾液淀粉酶分解，因此不變藍(lán)，分析得出了膠囊外殼的主要成分是淀粉，同時(shí)以此也可解釋為什么膠囊需吞服，而不是嚼碎服用。

核心素養(yǎng)具有時(shí)代特征，與社會(huì)發(fā)展及其變革有著密切聯(lián)系，體現(xiàn)了社會(huì)發(fā)展對(duì)人根本需求的一項(xiàng)素養(yǎng)。教師只有不斷提升自身核心素養(yǎng)水平，才能具備較強(qiáng)的指導(dǎo)、發(fā)展學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的能力，利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，幫助學(xué)生發(fā)展那些可以促進(jìn)其終身發(fā)展的知識(shí)、能力，培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的核心素養(yǎng)。

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