促进学生核心素养发展的初中化学翻转课堂教学实践

喻永 李薇璐

摘要：翻转课堂是一种利用现代信息技术，以“深度学习”、“以学定教”为理念的教学模式。综述了翻转课堂在教学中的应用现状，建构了促进学生核心素养发展的2S-5C翻转课堂教学模式。选择“碳和碳的氧化物”单元中三个课例，分别进行了基于“实验探究”、“建构化学思维方法”、“利用化学知识解决实际问题”核心素养的教学设计和实践，通过调查访谈、测验等方法研究得出结论：翻转课堂能促进知识、能力、价值观三个维度核心素养的发展，尤其能显著提升学生的实验探究能力、化学学习能力。

关键词：翻转课堂;核心素养;初中化学;碳和碳的氧化物

文章编号：1008-0546（2019）01-0002-06 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.001

一、研究背景

中国学生发展核心素养，以“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六个素养 [1]。发展学生核心素养注重自主学习、合作探究、问题解决等方面的培养。

目前对于初中化学核心素养的研究还处于初级阶段，吴刚 [2]、吴静泓[3]、孙文忠 [4]等基于已有研究基础，对一线教师进行深入调研后，认为初中化学“核心素养”可分为三个维度：知识、能力和价值观。知识分为基本化学语言、微观宏观概念、元素知识和物质变化与守恒等;能力可分为处理信息的能力、化学学习能力和实验探究能力等;价值观则包括绿色化学思想以及科学态度。

《初中化学课程标准》（2011年版）明确提出以发展学生科学素养为宗旨的课程理念 [5]。在实践中不断培养学生的创新意识，增强学习的主动性。新课程背景下的初中化学教学迫切需要教师更新教学理念，转变教学方式，改变师生关系，优化教学策略等。

我国在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中明确提出实现信息技术与教育的全面深度融合将是推进教育信息化工作的一项重要任务 [6]。信息技术时代的高速发展要求学生具备相应的信息素养。

课堂教学依然以教师传授为主，学生主动学习的意识和能力薄弱。教师往往不能真正关注到学生的认知需求，更不会据此去设计驱动问题和教学过程，导致创设的教学情境不能很好激发学生的学习动机 [7]。

二、研究基础

通过综述国内大量翻转课堂的研究文献，笔者发现已有的研究以知识导向为主，较少考虑学生的认知发展规律及能力、素养的培养策略。基于翻转课堂的初中化学教学设计案例较多  [8]，但内容较分散，缺乏持续性评价。“碳和碳的氧化物”的翻转课堂单元教学研究几乎为空白点。

对于翻转课堂培养学生核心素养的研究，有从培养学生自主学习能力、激发学习兴趣的角度，研究如何改善初中化学实验教学 [9]。但对于促进初中学生核心素养发展的研究缺乏科学、详实的实证测查。所以笔者认为以“碳和碳的氧化物”单元教学为例，研究翻转课堂对于初中生核心素养的培养是非常有价值的。

三、研究整体框架

笔者基于所执教的中学大力推进翻转课堂教学改革的背景，尝试在初中化学实施翻转课堂教学，检验其对发展学生核心素养的意义（图1）。

四、2S-5C翻转课堂教学模式的构建

1.2S-5C教学模式的建构思路

知识是素养的载体，素养是知识内化的体现，思维活动则是内化知识的途径。2S-5C（取英文单词的首字母归纳而成）翻转课堂教学模式的建构是以“如何循序渐进地提高学生的核心素养？”为指导思想，基于分析问题链“核心知识所承载的核心素养有哪些？”、“我们需要培养学生哪些方面的核心素养？”、“通过怎样的思维活动才能发展学生的这些核心素养？”、“对应的课堂活动组织形式是什么？”等问题，将知识-素养-活动有机联系起来才得以建构，具体如图2。

教学环节越深入，对应的学生认知水平和核心素养层次要求越高，课堂活动是不同层次要求的多次知识内化的行为。

2.2S-5C教学模式的内涵

课前“2S”，自学微视频和自我检测，学生记忆、理解低阶基础知识，归纳出物质的种类、性质、反应等，形成比较典型的化学学科观，同时提出疑惑，并以此作为学情探测，增强教学设计的针对性。信息技术提供的數据统计分析功能实现了教师和学生的双向反馈 [10]。

课中“5C”，“我会建构”对知识进行网络建构，如通过联系和对比实验室制取氧气和二氧化碳的相关知识归纳出实验室制取气体的一般思路，这是对化学信息进行加工的过程。“我会合作”、“我会拓展”大多时候是基于综合问题的高阶主题式探究，需要学生交流讨论，建构化学思维框架，并利用它去解决实际问题。“我会提升”是对学习效果的阶段性检测，为学生高效的矫正活动提供反馈和依据。“我会反思”则是在发展学生的辩证思维。课堂中的知识内化是需要循序渐进，符合学生认知发展规律的。所以在建构课堂主题活动“5C”时，根据核心素养发展水平的具体要求，挖掘学习内容中蕴含的核心素养培养要素，从而科学、全面规划核心素养的从低到高水平的培养 [11]。

3.2S-5C翻转课堂教学模式实施的信息技术平台

笔者任教的中学是湖南省重点中学，教学设施先进、齐全，能够提供实施翻转课堂所需的录播教室、网络环境、iPad和Alschool学习平台等。该平台包含智能学练测、课堂投影、分组研讨、投票抢答等学习功能。

五、基于2S-5C翻转课堂教学模式的“碳和碳的氧化物”教学实践

“碳和碳的氧化物”单元中三个核心课题“二氧化碳制取的研究”、“二氧化碳的性质”、“一氧化碳的性质”都属于典型的元素化合物知识，下面以“二氧化碳制取的研究”课例为代表进行详细说明。

1.基于发展“实验探究”核心素养的翻转课堂教学研究——以“二氧化碳制取的研究”为例

注重实验探究活动既是实现教学方式、学习途径的转变，又是发展学生核心素养的重要途径。基于发展“实验探究”核心素养的翻转课堂教学设计具有以下特点：（1）课堂中有关“实验探究”素养培养具有明显的层次性。（2）这种模式下的课堂，教师对学生专业、针对的指导对于学生发展“实验探究”核心素养尤为重要。

（1）微视频《二氧化碳出生记》

本文以文字描述的方式介绍微视频《二氧化碳出生记》，并附上微视频的截图辅助理解（表1）。

（2）课堂教学设计

基于2S-5C翻转课堂教學模式，侧重发展学生“实验探究”核心素养的“二氧化碳制取的研究”教学设计具体实施过程如下 [2]：

①我会建构：任务一：以小组为单位，完成二氧化碳制取实验，教师采用四组同时投屏进行展示，主要目的是让学生形成基本的化学实验技能。任务二：结合氧气和二氧化碳的制取，自我建构实验室制取气体的一般方法。教师拍照上传至作品区，学生进行评价投票，系统自动展示票数最多的作品。

②我会合作：任务三：查看前测练习中的错题，讨论解惑。组内互助与教师的指导形成互补，对知识进行二次反馈与矫正，学习不断深化。

③我会拓展：从提供的仪器中进行选择，设计出你认为制取二氧化碳最好的装置，并说明理由。学生经过讨论设计出如下几套装置，并能分析出装置的优点，比如分液漏斗可以控制反应速率等。这个环节发展学生根据实验目的设计、优化并评价实验方案的核心素养，这也是实验中的一大重要化学思维方法。

④我会提升：经过知识的建构、巩固和应用之后，学生完成进阶练习检验学习效果。平台实时反馈正确率等信息。进阶练习依然聚焦于对课堂核心知识：“气体制取”的原理、装置、气体的检验、净化等实验知识的考查。

⑤我会反思：经过这节课，你有哪些新的收获或者疑惑？学生提出了双氧水和二氧化锰粉末能否用隔板型的可控装置制取氧气，教师组织全班同学进行思考、讨论、分析并得出结果。笔者发现，学生能够从装置、试剂、操作等方面进行分析，说明学生已经对“实验探究”的思维框架非常熟练。

（3）教学效果与反思

基于发展“实验探究”核心素养的翻转课堂教学需要注意几个问题：

①要引导学生将实验知识进行迁移和应用。学生归纳出气体制取的一般思路，将其迁移、应用于解决气体制取问题，如发生装置依据反应物状态和反应条件选择，收集装置则根据气体的性质，同时考虑干燥、除杂，这样一套实验思维程序下来，相关问题必将迎刃而解。

②要注重培养学生实验观察能力，实事求是的科学态度。检验二氧化碳时，由于通入气体时间过长，石灰水由浑浊变成澄清，部分小组观察到了该现象，并提出了质疑。笔者肯定了学生敢于质疑、实事求是的科学态度，并提供了碳酸钙与二氧化碳、水发生化学反应的相关资料，帮助他们解决疑惑。

③实验探究过程中，要充分发挥学生互帮互助、互评互疑作用。如图5左小组代表汇报时，有学生马上就提出：该装置有缺陷，长颈漏斗的导管没有伸到底部，不便于液封。所以右图小组代表汇报时，就强调了分液漏斗因有活塞不用伸到底部。对于隔板型可控装置控制反应随开随停的原理，学生理解比较困难，笔者采取的是互帮互助的教学方式，结合教师现场演示实验，难点得以突破。

④“实验探究”型的翻转课堂以学生为主体进行多种探究活动，所以课堂的开放性和自由度都相当大，教师需要给予相应的指导，帮助小组成员明确分工：汇报员、操作员，记录员等，确保课堂的有序性和高效性。

⑤教师要善于引导学生形成反思的学习习惯。比如有学生提出：双氧水和二氧化锰制取氧气能否采用隔板型可控装置？经过讨论发现，粉末状的二氧化锰会从隔板漏下，无法实现固液分离。学生能够从实验中主动发现并提出有研究价值的问题，“实验探究”核心素养早已超出基础要求！

2.2S-5C翻转课堂教学模式教学实验结果及其分析

（1）学生核心素养测查

上述笔者以“二氧化碳制取的研究”为例介绍了基于2S-5C模式下的翻转课堂教学实践，其他两个课题由于知识承载的核心素养培养要素具有较大差异，因此“二氧化碳的性质”进行了侧重“建构化学思维方式”核心素养的教学实践。“一氧化碳的性质”则进行了侧重“培养问题解决能力”核心素养的教学实践，因篇幅有限，不做详细说明。

选取长沙市某重点中学初三2016届的2个班级学生作为研究对象，分别进行翻转教学、常规教学的对比研究，并在单元教学后对学生开展访谈、问卷调查等，分析数据以评价翻转课堂教学是否利于学生核心素养的发展。

初中化学核心素养中与本文相关的主要有5个，知识维度：学习常见元素化合物;能力维度：实验探究能力、处理信息能力、化学学习能力;价值观。问卷内容主要包括：请学生对自己各核心素养的表现进行评分，并说出一些具体表现。例如：“化学学习能力”基本要点主要表现描述包括“运用比较、分类、概括等方法进行化学学习”，若直接将该描述列为问卷项目，势必会有不少学生难以对自己的实际表现进行准确评价，据此我们在“化学学习能力”测查部分编写了如下试题：“我会比较二氧化碳和一氧化碳的化学性质”等。问卷参考李克特量表的三个层次“完全不符合”、“比较符合”、“完全符合”，分别计为1分、2分、3分，反向题则反向计分。

采用自行编制的问卷调查，对实验班和对照班各30名学生进行了初中化学核心素养的问卷测查，并随机在实验班和对照班里各选取了10名学生进行了深入访谈。通过问卷星网上发布问卷，用SPSS软件对知识、能力、价值观3个维度，5个基本点，15个问题的表现情况进行分析，为了便于理解，笔者将分值统一换算成了百分制。

实验班学生的核心素养的发展水平更高，尤其是“实验探究”、“化学学习能力”核心素养具有明显的优势。这与课题1侧重发展“实验探究”核心素养是一致的，说明翻转课堂教学实践对于学生发展“实验探究”核心素养有较明显的促进作用。如“我能独立完成二氧化碳制取实验”，实验班学生得分明显高于对照班，这得益于翻转课堂教学中积极创设化学实验条件，关注培养学生的动手操作能力以及让学生体验探究的过程。访谈“我能设计简单实验验证某无色气体为二氧化碳”时，对照班的学生回答“用澄清石灰水检验”，而实验班的学生则回答“将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则气体为二氧化碳”。对照班的学生只关注到了实验原理，实验班的学生则是从实验方案的整体性和规范性进行考虑：操作-现象-结论。

（2）教学效果的测查和分析

本研究以基于翻转课堂的化学教学模式为自变量，以实验班和对照班学生平均成绩为因变量，前测数据来自初三第二次月考成绩，后测数据来自“碳和碳的氧化物”单元测试和第三次月考成绩。用SPSS软件进行统计分析实验班和对照班的前测、单元测试及后测成绩，得到如下结果：

根据统计分析化学前测成绩，即第二次月考，对应T检验的显著性概率P=0.750>0.05，没有显著性差异。经过“碳和碳的氧化物”单元教学，由单元测试成绩可以看出，对应T检验的显著性概率P=0.028<0.05，具有显著性差异，说明“碳和碳的氧化物”翻转课堂教学效果明显。通过分析后测成绩，即第三次月考，对应T检验的显著性概率P=0.047，略小于0.05，仍具有显著性差异，这说明翻转课堂教学实践对于学生的认知、综合能力素养有着较为长久的积极影响。

六、研究结论和展望

1.研究结论

翻转课堂能促进知识、能力、价值观三个维度核心素养的发展，尤其能显著提升学生的实验探究能力、化学学习能力，分析原因有：（1）翻转课堂将学习活动进行了更合理的设计。课前通过自学微视频，学习基本知识、概念及实验原理，以达到提取低阶知识的目的，课中通过探究活动让知识不断输出，从而内化高阶知识。（2）2S-5C翻转课堂教学模式的环节设置与学生的认知发展规律和核心素养层次要求高度匹配。

2.研究展望

教育改革之路永远充满曲折，翻转课堂应用于我国中学教学实践于近年来迅速发展，其倡导的“以学定教”、“先学后教”等理念受到教育界的广泛认可，但由于翻转课堂的实施对于学校硬件设备、教师能力、学生素养等方面有着较高的要求，因此国内鲜有类似全校范围内的教学改革实验。从长远角度看，翻转课堂对学生的学业水平，核心素养的发展到底有多大程度的影响？持续性怎样？這些都缺乏详实、持续的证据支撑。综上所述，翻转课堂教学实践要常态化，就要建立更持续性的评价机制，发展学生核心素养的同时形成过程性和结果性评价。

参考文献

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[2] 吴刚.初中化学核心素养的培养——以中考复习专题“常见物质的检验和鉴别”为例[J].化学教与学，2018（3）：56-57

[3] 吴静泓.基于初中化学“核心素养”的教学策略研究[D].福州：福建师范大学，2016

[4] 孙文忠.基于核心素养的初中化学实验教学策略[J].新课程（中），2017（11）：196

[5] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012

[6] 余胜泉.推进技术与教育的双向融合——《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》解读[J].中国电化教育，2012（5）：5-14

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[12] 李薇璐.翻转课堂在初中化学教学中的实践——以“二氧化碳制取的研究”教学为例[J].实验教学与仪器，2016， 33（Z1）：6-8