“水的組成及變化的探究”“教-學-評”一體化設計策略研究

劉亞男 陸建源

摘要： 開展九年級學生必做實驗“水的組成及變化的探究”的“教-學-評”一體化教學設計。根據課程標準要求，制定實驗教學目標；依據實驗教學目標，選擇實驗活動內容；分析實驗活動內容，構建實驗評價方案。提出以學習實驗方法為基礎、培育創新能力為理念、提升學科素養為目標的教學策略。

關鍵詞： 課程標準; 實驗活動; 活動目標; 實驗內容; 實驗評價

文章編號： 1005-6629（2023）09-0035-06???中圖分類號： G633.8???文獻標識碼： B

2022年版的《義務教育化學課程標準》（以下簡稱“課程標準”）指出：“科學探究與實踐是指經歷化學課程中的實驗探究，基于學科和跨學科實踐活動形成的學習能力；是綜合運用化學等學科的知識和方法，通過一定的技術手段，在解決真實情境問題和完成綜合實踐活動中展現的能力與品格。重視‘教-學-評’一體化，實現課堂教學從掌握知識到發展素養的轉變。［1］”“水的組成及變化的探究”是課程標準中新增的學生必做實驗之一，如何按課程標準的要求，有效地組織開展實驗活動“水的組成及變化的探究”的“教-學-評”一體化設計？筆者進行了一些嘗試，取得了較好的效果。

1? 根據課程標準要求，制定實驗教學目標

實驗教學目標是指通過開展實驗活動后，學生在科學探究能力、基本實驗操作技能、實驗探究的思路和方法、科學探究的態度等方面能夠達到的具體要求。就是將課程標準中的內容要求、學業要求、活動建議等變成具體的教學目標，為教師的教、學生的學評價定位。制定實驗教學目標常按如下步驟進行。

1.1? 尋找實驗中的核心操作和關鍵詞組，確定行為條件和表現程度

首先，將課程標準中與“水的組成及變化的探究”實驗活動相關的內容和操作要求列出，包括內容要求、學業要求和跨學科實踐活動三個方面。

（1） 內容要求：①熟悉化學實驗室安全警示標志，學會正確使用安全防護設施，學習妥善應對實驗安全問題的必要措施。②學會試劑的取用、簡單儀器的使用和連接、加熱等基本的實驗操作。③初步學會在教師指導下根據實驗需要選擇實驗藥品和儀器，并能安全操作。④初步學會觀察實驗現象，并如實記錄、處理實驗數據，撰寫實驗報告等技能。⑤認識水的組成，了解吸附、沉降、過濾和蒸餾是凈化水的常用方法；知道可以通過實驗等方法探索物質的結構。

（2） 學業要求：①能結合具體探究活動說明科學探究的要素及各要素之間的關系；能設計簡單的實驗方案或實踐活動方案，能獨立或與他人合作開展化學實驗，收集證據；能基于事實，分析證據與假設的關系，形成結論；能撰寫簡單的實驗報告，并與他人交流和評價探究過程及結果。②能嚴格遵守實驗室安全規則，能識別實驗室安全警示標志和常用危險化學品標志，具有預防化學實驗安全事故的意識。③能正確選取實驗試劑和儀器，依據實驗方案完成必做實驗，并能全面、準確地記錄實驗過程和現象；能說明必做實驗的基本思路與方法，分析實驗實施的合理性，能體現嚴謹求實、敢于質疑的科學態度。④能基于必做實驗形成的探究思路與方法，結合物質的組成及變化的相關知識，分析解決真實情境中的簡單實驗問題。⑤能基于真實的情境，從元素、原子、分子的視角分析有關物質及其變化的簡單問題，并作出合理的解釋和判斷。

（3） 跨學科實踐活動：水的檢測及自制凈水器；①選擇有意義的探究問題，引導學生經歷真實的探究過程，注重運用現代化技術手段，加強探究活動中的科學思維，基于科學探究與實踐活動建構化學觀念，增進對化學科學及科學探究本質的理解，發展科學探究能力和創新意識。②積極創造條件，開足、開好必做實驗和跨學科實踐活動，倡導“做中學”“用中學”“創中學”，充分發揮必做實驗和跨學科實踐活動的教學功能及育人價值。在完成必做實驗的基礎上，努力創造條件，為學生提供更多的動手實驗機會。③觀察紅墨水分別在冷水和熱水中擴散的實驗現象；觀察水的三態變化和水分解的實驗現象，并用圖示表征變化的微觀過程［2］。

其次，找到本實驗中的核心操作和關鍵詞組。根據以上列出的內容要求，我們可以找到“水的組成及變化的探究”實驗中的核心操作為過濾、蒸餾、電解等。關鍵詞組為水分子運動、水的凈化、凈水器、水的電解、氧氣和氫氣的檢驗等。

第三，將本實驗的核心操作（結合關鍵詞組）從實驗儀器、實驗體系、學情分析、行為動詞、操作難度等方面進行剖析（見表1）。

第四，再根據學生的實驗素養情況、學業要求、學校實驗資源等確定核心操作的行為條件和表現程度。行為條件是指影響實驗操作和學習結果的特定限制或范圍等，主要有輔助學習手段或實驗儀器、完成行為的情景等。表現程度則是學生達到教學目標的最低表現水準，用以評量實驗學習表現或學習結果所達到的程度。本實驗的核心操作的行為條件和表現程度見表2［3］。

1.2? 根據行為條件和表現程度，書寫實驗活動課實驗教學目標

實驗教學目標具有四個基本要素即行為主體、行為表現、行為條件、行為程度。可在深刻領會核心操作的基礎上，對學生情況展開具體分析，并結合行為條件和表現程度，制定實驗教學目標。實驗活動目標中行為主體肯定是學生。行為表現常用核心操作和行為動詞來描述。本節實驗活動課的實驗教學目標是：

（1） 掌握水電解裝置的連接方法，熟練掌握液體的加入方法，知道水電解器裝置的氣密性檢驗方法，掌握氫氣、氧氣的檢驗操作，能正確記錄實驗現象，并書寫化學方程式。

（2） 掌握過濾、蒸餾等實驗裝置的組裝、儀器的連接方法，學會過濾、蒸餾等實驗操作方法，掌握水的凈化方法，自制凈水器等。

（3） 掌握硬水和軟水的鑒別方法，體驗以天然水為研究對象探究水的組成的全過程。

2? 依據實驗教學目標，選擇實驗活動內容

“水的組成及變化的探究”實驗活動內容的選擇，應以實驗教學目標為依據，體現課程理念，培養學生實踐能力、動手能力、創新能力和探究能力。

2.1? 根據實驗教學目標，選擇課本實驗內容

義務教育教科書《化學》（人教版）九年級上冊教材與“水的組成及變化的探究”相關的實驗活動有：實驗1-3固體藥品的取用、實驗1-4液體藥品的取用、實驗1-6加熱溶液、實驗3-1品紅在水中擴散，探究分子運動現象、實驗4-1明礬凈水、實驗4-2過濾、實驗4-3檢驗軟水和硬水、實驗4-4蒸餾、課外實驗自制簡易凈水器、探究水的組成等。

根據實驗教學目標，選擇這些操作容易、現象明顯、安全性強的實驗內容，體現了“教-學”一體化的理念；也可以將這些實驗經過組合、微型化、課時化等改進后，成為學生實驗活動的主要內容。

“水的組成及變化的探究”的實驗活動內容可根據教學目標（1）選擇電解水的實驗；根據教學目標（2）和（3）選擇水的凈化、硬水和軟水的檢驗等實驗活動。具體的實驗活動內容如下：

（1） 實驗名稱：水的組成及變化的探究

（2） 實驗用品：燒杯、鐵架臺（帶鐵夾）、石棉網、酒精燈、滴管、玻璃棒、漏斗、蒸餾燒瓶、溫度計、冷凝管、錐形瓶、承接管、試管、濾紙、帶單孔橡皮塞的玻璃導管、水電解器（帶鐵電極和石墨電極）、導線、直流電源、火柴、小木條；含有少量泥土的渾濁的天然水（井水等硬水懸濁液）、品紅固體粉末、稀硫酸、蒸餾水

（3） 實驗步驟：

① 取一圓形濾紙，折疊后放入漏斗，使之緊貼漏斗壁，并使濾紙邊緣略低于漏斗口，用少量水潤濕濾紙。按圖1所示架好漏斗，使漏斗下端緊靠燒杯內壁，將大半燒杯含有少量泥土的渾濁的天然水沿玻璃棒慢慢傾倒入漏斗中，注意使液面始終低于濾紙邊緣。

② 按圖2所示連接好裝置，并檢查裝置的氣密性。往蒸餾燒瓶中加入約1/3體積的上述過濾得到的水，再加入幾粒碎瓷片，加熱燒瓶，收集約80mL水，停止加熱。將所得的水分別倒入一支試管和一小燒杯中。

③ 用肥皂水檢驗蒸餾前后水的硬度。往小燒杯里的水中加入少量品紅粉末，觀察其擴散情況。

④ 按圖3所示連接好裝置，往電解器中的玻璃管中加滿蒸餾水（預先加入幾滴稀硫酸），并檢查氣密性。連接好導線，接通電源，觀察現象。

⑤ 當玻璃管中產生較多氣體后，關閉電源，用燃著的木條檢驗尖嘴管中產生的氣體。

⑥ 記錄實驗現象，完成實驗報告。

（4） 問題和交流：

① 過濾時，為何要將玻璃棒靠在三層濾紙處？如果加入天然水時的液面高于濾紙邊緣，會出現什么后果？

② 蒸餾時，加入碎瓷片的作用是什么？

③ 電解水時往水中加入幾滴稀硫酸的目的是什么？

④ 如何檢驗電解水中產生的氣體？將這些實驗活動內容進行課時化整合即為學生實驗課的實驗活動內容。實驗活動內容的課時化整合就是將實驗的總時間固定在45分鐘內，再根據實驗內容、實驗操作的相關要求確定實驗的先后順序、操作方法、實驗用品、實驗報告等。本實驗的課時化整合過程如圖4所示。

本實驗活動是以實驗目標中的過濾、蒸餾、電解三個實驗為主要實驗活動，將渾濁的天然硬水通過過濾、蒸餾等方法凈化得到軟水，最后將水電解得到氫氣和氧氣，讓學生體驗水的凈化和研究水的組成的全過程，既能了解水的凈化、水的軟化、分子的運動、

物理變化、化學變化、水的組成等相關的化學知識，又能掌握固體藥品的取用、液體藥品的取用、氣密性檢查、過濾、蒸餾、電解等實驗操作方法。有條件的學校也可用蒸餾得到的水來直接進行電解，讓學生體驗凈水和軟化水的意義，熟悉探究水的組成全過程。

2.2? 根據實驗教學目標，選擇家庭作業內容

課程標準中指出：“在完成必做實驗的基礎上，努力創造條件，為學生提供更多的動手實驗的機會?！辈贾脤嶒灱彝プ鳂I也是一種重要的學生動手實驗的機會，可大大提高學生的實驗探究興趣。學生實驗家庭作業即學生家庭實驗，不僅大大提高學生的實驗興趣，而且也激勵其他學生進行實驗制作，這對培養學生科學探究精神和提升學科核心素養是大有好處的。

根據學生實驗活動“水的組成及變化的探究”實驗教學目標“學會水電解裝置的連接方法；掌握水的凈化的方法，自制凈水器”的要求，設計一些實驗家庭作業內容，讓學生自主進行實驗探究。作業有“自制凈水器”和“自制水電解器”。如自制凈水器時的作業要求是：先讓學生進行查閱有關凈水器制作的知識和資料，并設計制作凈水器的實驗方案，畫出凈水器的草圖；然后對設計方案進行小組討論并修改；最后由學生收集碎石子、沙子、活性炭、棉花和塑料瓶等實驗用品，開展制作活動；制作好的凈水器帶到學校實驗室進行展示、交流和評價。

3? 分析實驗活動內容，構建實驗評價方案

在實驗活動教學中，對學生的評價主要是過程性評價，即觀察、記錄學生在實驗活動過程中的實驗操作的規范、實驗儀器藥品的選擇、實驗現象的觀察和記錄、實驗報告的書寫情況等，對學生的參與意識、動手能力、合作精神、實驗操作技能、分析問題解決問題能力、知識的理解和數據處理技能等進行評價［4］。

3.1? 遴選實驗評價要點，制定實驗評價指標

制定實驗評價指標就是以實驗活動的內容為基礎，分析其中的實驗操作、實驗現象、實驗數據等，結合實驗教學目標，確定評價內容和評價要點，從核心素養的相關方面，確定實驗評價指標。學生必做實驗“水的組成及變化的探究”實驗評價指標的制定流程見圖5。

3.2? 制作實驗評價量表，探索增值評價方法

學生必做實驗“水的組成及變化的探究”的評價應注重學生實驗活動的表現，開展自我評價、同學或小組評價、教師評價等，可以依據實驗評價指標制訂實驗活動評價量表（見表3），用于學生的自評、組評和師評。制作實驗活動評價量表時應體現實驗評價指標和核心素養的要求［5］。

通過每一次實驗的量化評價，評價學生的實驗操作能力和化學素養增進情況；通過對每個操作的量化評價，評價學生每個操作的熟練程度。通過多個實驗的量化評價，關注學生實驗評價中的“增加值”，為結果評價提供重要的依據。

總之，“水的組成及變化的探究”學生實驗活動教學策略的建構應以學習科學的實驗方法為基礎，培育創新能力為理念，培養學生實驗操作技能、實驗探究能力、提升學科核心素養為目標。

參考文獻：

［1］［2］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022： 6～7，13～17.

［3］陸建源. 新課標下化學分組實驗教學策略的研究［J］. 化學教育（中英文）， 2010， 31（2）： 21～25.

［4］陸建源， 楊劍春. 初中化學學業評價的實施策略初探［J］. 化學教學， 2019，（5）： 39～44.

［5］袁靈珍. 網絡環境下初中物理分組實驗的模式［J］. 課程教育研究， 2018， （32）： 135～136.