核心素養下科學探究試題的設計與教學導向

黃曄　李陳

[摘 要]分析近年浙江省中考科學探究試題，依托試題情境素材的設計來源，從課本實驗、科學史實、生活情境、創新實驗四個方面剖析核心素養下科學探究試題的設計方式，闡明科學實驗教學的導向，為落實核心素養培養目標提出一點思路和看法。

[關鍵詞]科學探究試題;教學導向;實驗教學

[中圖分類號]??? G633.98??????? [文獻標識碼]??? A ???????[文章編號]??? 1674-6058（2021）02-0082-04

一、問題的提出

課堂教學是發展學生核心素養的重要途徑，評價學生核心素養的發展層次是教學評測的目標，而考試是評測學生素養水平的一種重要方式，其中試題設計是確保評測效果的有效途徑，課堂教學與試題設計存在著必然的聯系。無論是課堂教學還是試題設計，都圍繞“立意”“情境”“設問”三個維度展開，但呈現方式、組織形式有所不同。課堂教學，是將學生置身于真實問題情境（情境）中，用問題（設問）啟發學生科學思維，引導學生科學探究，運用所學知識解決實際問題。在解決真實問題的過程中，學生將已有的知識遷移到新的情境中，進而做出決策并解決問題，提高自身的綜合素養（立意）。試題設計中，情境和設問是顯性要素，而立意是隱性要素。素養立意下的試題設計，依托真實情境，通過各類設問，指向各維度素養內容，凸顯立意。

科學學科核心素養是學生通過科學學習內化的帶有科學學科特質的品質，主要包括科學觀念與應用、科學思維與創新、科學探究與交流、科學態度與責任四方面[1]。科學探究試題，設置真實的、富含探究價值的科學問題，著重評測學生的“科學思維與創新”和“科學探究與交流”核心素養。在各地素養評測中，探究試題已成為重要的一類題型。那么，探究試題從哪些角度來評測學生的素養水平呢？從探究試題的設計看，如何有效組織課堂教學來發展學生的科學探究素養呢？本文依托試題情境素材的設計來源，從課本實驗、科學史實、生活情境、創新實驗四個方面分析近年浙江省中考科學探究試題，剖析核心素養下科學探究試題的設計方式，闡明科學實驗教學的導向，為落實核心素養的培養目標提出一點思路和看法。

二、科學探究試題的設計及教學導向

科學探究試題離不開具體的探究情境，情境設置來源豐富，一般可從課本實驗、科學史實、生活情境、創新實驗幾個方面創設試題的情境。試題情境是命制優質試題的基礎，只有依托好的試題情境，才能更好地考查學生的核心素養。

1.以課本實驗為素材，規范實驗行為

課本實驗是學生熟悉的情境。教師在設計試題時，可從實驗裝置、器材藥品搭配、探究步驟、探究原理等方面深挖課本實驗，基于課本實驗重新創設試題情境，并配合采用改進實驗裝置、轉換分析等命題技巧。這樣的命題，引導教師回歸課本，重視課本實驗，有效落實了基本技能和基礎知識，重視學生科學探究素養的培養，同時兼顧了考試的公平性。

[例1]2019年中考科學金麗卷第26題（如圖1）。

命題設計：試題以學生熟悉的課本實驗為背景，考查學生對實驗原理、實驗基本操作的熟悉程度和分析處理實驗數據的能力。第（1）小題，著重考查課本實驗的基本操作，引導學生重視課本實驗，落實實驗操作的基本技能。第（2）小題，著重考查實驗設計原理——“控制變量”。操作④中調節滑動變阻器，是為了在接入不同電阻時能夠保證電壓不變，實現控制變量，即保持電壓一定，探究電流與電阻的關系。第（3）小題，運用圖像法表達實驗獲得的數據結果。實驗數據的記錄用表格呈現，而面對繁雜的數據，通過圖像法進行處理，實現規律的探究。第（4）小題，著重考查器材選擇，滿足實驗的設計必須保持待測電阻的電壓為2 V，滑動變阻器必須承擔適當的電壓，再通過電流要求，實現電源電壓的計算。通過歐姆定律的計算，讓學生學會正確判斷選擇實驗器材。

教學導向：試題滲透“做中學”的理念，關注實驗過程和實驗細節，重視實驗操作，引導科學教師重視課本實驗，對科學教學起著導向作用。試題情境源自課本，試題設問導向科學探究的步驟、實驗的原理、數據的處理。這就要求，教師在日常教學中充分挖掘課本實驗，從科學探究步驟、實驗原理、數據分析的角度踏踏實實地進行實驗教學，使學生經歷科學探究的過程，習得基本的實驗技能，提升數據處理的能力和科學思維。

2.以科學史實為素材，再現探究過程

科學史實是科學家在進行科學研究中所采用的研究方式、思維方式和智慧結晶的客觀史實[2]。 科學史實中不僅說明相關的科學知識的發現過程，還蘊含著科學探究方法、科學思維方式等科學探究的重要元素，是提升學生科學素養的重要資源，也是命題素材和試題情境的豐富來源。

[例2]2019年中考科學紹興卷第26題（如圖2）。

命題設計：科學史素材作為科學發展歷程中的關鍵性成果，既能呈現核心概念，又能體現高水平的科學思維過程。該題三段材料的呈現，引導學生代入科學家的角色，以實證為根據，陳述猜想的理由，對事實與證據的關系進行理性思辨。第（1）小題，著重考查學生的反證能力。學生畢竟已經知道質量守恒規律，立足質量守恒規律，對科學探究過程中的猜想進行例證，考查學生對質量守恒定律的理解和遷移能力。第（2）和第（3）小題，讓學生經歷科學探究歷程，體會科學探究是一個逐步修正、進步的過程。通過對羅蒙索諾夫的實驗操作分析，得出增加的質量并非來自燃素而是來自空氣的假設。就探究環節而言，從結果倒推實驗假設，考查學生的逆向思維能力。第（4）小題，讓學生經歷科學家的探究過程，體會科學探究不是一蹴而就的，而是一個積累的發展過程，是人們認識自然的一個由表及里、由淺入深的過程。

教學導向：教師應打破教材限制，引入一些科學史實，巧妙科學地設置問題，引導學生經歷科學家的探究過程，去發現規律，品評經典實驗，從而發展學生的批判性思維能力。例如，光合作用教學就可以打破教材限制，引入海爾蒙特、普利斯特利、英格豪斯、梅耶、卡爾文等科學家的一系列科學史實和經典實驗;而質量守恒定律教學可以羅蒙諾索夫的實驗為例進行教學設計。在這一系列的經典實驗或引入實驗中，教師都應該設置富有思考性的問題，引導學生思考探究，培養學生解決問題的能力和科學探究能力。

3.以生活情境為素材，體現學以致用

創設生活情境，不僅僅能激發學生對科學探究的興趣，還能引導學生發現生活中的科學，鍛煉他們的知識應用能力和解決問題的能力。生活情境既是滲透科學態度、情感價值觀教育的重要途徑，也是發展學生“善于生活”“樂于生活”素養的重要載體。

[例3]2019年中考科學寧波卷第23題（如圖3）。

命題設計：試題利用生活中吃新鮮菠蘿會引起口腔麻木刺痛感這一學生司空見慣的情境進行命題。第（1）小題，著重考查科學探究實驗的設計原則——控制變量。第（2）小題，著重考查學生獲得證據的能力。學生必須分析表格數據，經歷轉化的思維，將蛋白酶相對活性與NaCl溶液的抑制作用建立關聯，突出了對轉換思維的考查。第（3）小題，對接課內所學“影響酶活性的相關因素”。這樣的試題設計，源于教材，立足生活，著眼思維，對學生轉換思維、遷移能力有較全面的考查。

教學導向：梅里爾強調要將學習置于真實的、聯系生活的任務序列之中 [3]。具體的教學任務應置于真實、循序漸進的任務序列中，在實際問題情境中解決完成。教師在教學中，可以引入生活素材，將學生置身于真實的生活情境中，并通過一系列的問題設置，將生活情境轉換為適合探究的實驗情境，進而引導學生進行科學探究。這樣的教學，融合科學知識、探究技能、社會環境等多方面的因素，可有效培養學生的遷移能力和解決問題能力。

4.以創新實驗為情境，提升遷移能力

創新實驗往往源于拓展性實驗、家庭實驗、科技活動等。創新實驗，富含創新與探究價值，以創新實驗為情境創編科學探究試題，將科學知識和實驗設計置于試題設計中，可充分考查學生的創新能力、思維能力和遷移能力。

[例4]2019年中考科學杭州卷第29題（如圖4）。

命題設計：試題以一個創新實驗裝置為載體，注重對實驗原理、基本實驗操作、實驗證據的獲取、產物處理等方面的考查。第（1）小題，著重考查實驗原理的掌握程度和證據分析能力，通過題干的描述，分析出NaCuO2跟H2反應的產物。第（2）小題，著重考查實驗操作。但是該實驗的操作步驟，必須建立在學生理解實驗原理和實驗裝置的基礎上。讓學生必須將科學知識置于具體情境中去解決問題，實現了思維訓練。學生通過分析各個裝置的搭配，了解產物的化學性質以及實驗的操作步驟，解決了問題。本題表面是考查實驗操作，實則考查實驗分析設計能力。第（3）小題，著重考查獲取事實與證據的能力。在科學試題中考查“獲取事實與證據”的能力，我們不可能通過實驗觀察現象，只能通過邏輯分析，題干要求判斷氫氣發生化學變化，利用逆向思維判斷：如果氫氣發生反應將會生成什么，生成的產物是什么，有什么性質，自然能解決問題。我們發現，試題中考查“獲取事實與證據”的能力，與科學探究中“獲取事實與證據”的能力并不同，前者往往通過邏輯分析、原理分析、現象分析得出結論，而后者往往通過觀察實驗現象獲得結論，提升能力。第（4）小題，考查遷移能力。題設為判斷洗滌干凈的操作方法，實則通過產物判斷化學反應是否反應完全，如果反應完全，在洗滌時將會出現什么現象，進而判斷出洗滌干凈的方法。題目對于科學知識的綜合運用考查要求非常高，注重高階思維的考查。

教學導向：創新實驗著重考查學生在新情境中應用知識解決問題時的遷移能力和分析能力;考查學生的思維能力和思維品質，包含思維的嚴密性、靈活性、發散性、深刻性等。在教學中，教師應允許學生自主探究，自主設計實驗，在學生多樣的實驗設計訓練過程中，發展學生的思維能力和實驗設計能力。例如，學完鹽酸的性質后，可設計以下幾個思考問題，引發學生思考，提高學生的思維品質。思考1：鹽酸與氫氧化鈉反應了嗎？如何設計實驗予以證明？思考2：取一枚生銹的鐵釘（鐵銹的主要成分是Fe2O3 ），觀察它的顏色。小心地讓生銹的鐵釘沿著試管壁滑到試管底部，向試管中滴加足量的稀鹽酸，反應足夠長的時間，預測可能出現的現象并解釋。思考3：打開裝有濃鹽酸的瓶子后，瓶口會有“白霧”出現。已知鹽酸中含有H2O、H+、Cl-，請用已學過的知識設計兩個實驗證明“白霧”中含有H+。在不斷的思維碰撞和評價交流中，學生置身于新的實驗環境中進行思維訓練，發展了思維能力，提高了思維品質。

三、核心素養下科學探究試題設計引發的思考

通過上述分析可知，科學探究試題情境設計追求真實、貼近生活，問題設置導向核心素養，注重考查學生的遷移能力、思維能力、探究能力、實驗設計能力。在教學中，教師應注重實驗探究情境的創設，提升學生的遷移能力;切實讓學生動腦進行實驗方案設計，真正讓學生經歷探究的過程，發展學生的實驗設計能力和基本實驗技能;通過開放的評價與交流，發展學生的批判性思維，提高學生的思維品質。在開展基于核心素養的科學教學時應做好以下幾點。

1.挖掘探究素材，創設探究情境

初中科學探究試題的情境常來源于課本實驗、科學史實、生活情境、創新實驗。在日常教學中，教師應挖掘課本實驗和科學史實，創設生活情境，精研創新實驗。各式各樣的情境都可以作為教學素材，讓學生熟悉不同的實驗素材，提高他們的遷移能力和解決問題的能力，發展他們的轉化與分析能力。

2.夯實實驗教學，培養探究技能

學生實驗設計能力和基本的實驗技能，必定習得于日常實驗的教學。科學探究試題對這方面提出了較高的要求，考查方式多樣化。這就要求教師在日常實驗教學中有效安排實驗設計活動和儀器選擇訓練活動，積極引導學生動手動腦參與實驗。只有夯實了實驗教學，才能有效落實學生探究技能的培養。

3.引發多元評價，提升思維品質

課堂中教師應多給學生機會進行展示與評價，讓學生在展示與評價的過程中進行分析、思考。這樣，對學生應對以科學史實、創新實驗為情境的探究性試題非常有幫助。評價過程中，學生將科學知識置于具體情境中去解決問題，實現了對思維的訓練。

4.設置問題導引，發展高階思維

組織實驗教學時，應充分發揮學生的主體性以及教師的主導作用。實驗教學中，設置一系列有效的、有梯度的問題，引發學生深入思考;設置一些開放的探究環節，讓學生自主探究，發展學生的高階思維，提升學生的探究能力。

總之，探究試題要求學生能多角度地看待探究問題，辯證地分析問題，用科學的思維方式解決問題，這也是落實核心素養的基本要求。在初中科學教學中，只要我們為學生創設真實的探究情境，設計探究性問題引發學生思考，踏踏實實地進行實驗設計與探究，開放多元地進行評價與交流，必定能引導學生不斷探究，在解決問題的過程中提高學生的科學學科核心素養。

[參考文獻]

[1]? 胡衛平.基于核心素養的科學學業質量測評[J].中國考試，2016（8）：23-25.

[2]? 王耀村.科學命題技術研究[M].杭州：浙江教育出版社，2016.

[3]? 戴維·梅里爾.首要教學原理[M].福州：福建教育出版社，2016.

（責任編輯 黃春香）