化学实验教学“四要素设计模式”研究

贝伟浩 蓝仁敏 张金恒

【摘 要】本文提出以“探究点、品质点、异常点、生成点”四要素聚焦化学实验教学的目标、原则、策略和方法，构建化学实验教学“四要素设计模式”，有效指导化学教学聚焦化学学科核心素养，准确把握实验教学内涵，改变化学实验教学设计经验性、盲目性的现状，为今后化学实验教学设计提供可选择的新模式和路径。

【关键词】高中化学 实验教学 四要素 设计模式

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2021）02-0028-03

化学实验是化学探究的载体，评价一节化学课应该把“是否用实验教好化学”设为标准。化学实验本身的复杂性、动态性决定了实验教学的设计变量较多，难度较大，不易把握。已有文献中关于化学教学设计的研究案例多以“线”展开，譬如“活动线”“认知发展线”“情境线”“问题线”，等等。笔者认为，有点方可成线，把教学的“点”设计好了，线自然呈现。基于这样的认识，笔者所在课题组对实验教学的“点”设计展开了探索，尝试提出化学实验教学的设计模式。我们搜索了国内几大文献数据库，发现化学实验教学设计要素及设计模式等方面的研究成果尚属空白。在此情况下，课题组进行了艰难的摸索，取得了突破性的成绩。

一、研究目标和内容

研究目标：找到化学实验教学有价值的设计点，提炼实验教学设计要素，指导教师精准把握化学实验内容，形成化学实验教学的设计模式，解决化学实验教学设计经验性、盲目性和格式化，以及探究吸引力不强、创新能力培养针对性不足的问题。

研究内容：以动态视角抽取实验教学过程中“动”的因素，形成四个动态分析点：探究点、品质点、异常点、生成点。创设探究点，聚焦探究素养，提高实验效度;挖掘品质点，培育态度责任，托起实验高度;捕捉异常点，拔高学科思维，延伸实验深度;找准生成点，实现关联迁移，增加实验曲度，在教学实践中不断改进，形成指导范式。图1是针对化学实验特点的四要素设计，图2是四要素设计的课堂目标和课堂效果。

二、化学实验教学“四要素设计模式”的构建

实践过程中，我们以点为纲，致力于把点设计好。创造性提出四要素设计的目標、原则、策略和方法（见图3），并尝试结构化处理四要素，构建了“四要素设计模式”（见图4），为今后化学实验的教学设计提供一个可选择的新模式和路径。

（一）创设探究点，提高实验效度

探究点的教学目标：聚焦化学探究素养。探究素养是化学学科核心素养中“科学探究与创新意识”中的一级素养，我们把化学“科学探究素养”简称为“探究素养”。化学实验的基本价值在于科学探究的发现，借助实验推动学生探究素养发展是化学实验教学的重要目标。实验探究点创设的质量决定课堂教学的效度，通过探究点的有效选择提升实验效度，可以促进学生形成对化学学科知识及思维方式方法的深层次认识，驱动学生进行深度学习。

探究点的设计原则：抽提出化学学科本原性的典型实验问题。某一化学实验中可探究的点很多，有边缘性问题探究、本质性问题探究、系统性问题探究。基于促进学生化学理解走向高阶的视角，我们选择具有学科本原性的问题点展开探究，以本原性理解来推动思维发散和认知迁移。

探究点的设计策略：挖掘教材实验中自带的具有学科本原性知识的基础实验素材，对提升学生化学理解的根本性问题进行探究。重视化学原理性实验，原理性实验自带了更多促进化学学科理解的启发性认知原型，这些貌似基础、简单的实验所提供的养分却是学生未来化学素养发展的基石。

探究点的设计方法：氛围变换、载体变换、对象变换、条件变换。所谓“变换”指的是替换原实验的环境或条件等，通过对比分析，发现影响物质变化的决定因素，进而构建新知。过去，教师在实验教学中多采取演示的方式而不设计探究性实验。我们的调查发现，教师们在理念层面都认同探究性实验对培养学生学科素养的价值，但在实践操作层面对如何设计探究点却不得其法，空有理念无法践行。鉴于此，我们检索文献和观摩各级各类化学优质课、示范课，在实践中创新性地提炼出四个探究点设计方法，以帮助青年教师快速定位探究点并进行实验教学设计。（表1为探究点设计的四个案例）

（二）挖掘品质点，托起实验高度

品质点的设计目标：科学态度与社会责任。培养合格的社会主义接班人，是我们的根本追求。品德如帅，智体如军，高品质化学课堂要有思政育人味，把化学课堂学科知识教学和德育有机融合应当纳入教学评价指标体系。品质点设计的具化目标是科学态度与社会责任，这是化学学科核心素养维度之一，除此之外还要强化理想信念教育，引导学生树立正确的国家观、历史观、民族观、文化观，厚植爱党爱国爱人民的思想情怀。

品质点的教学原则：围绕必备品格设计。一节课堂的高度并非行云流水的学科知识教授，而是必备品格目标的有效落实。通过品质点的定向选择提升实验高度，从而实现化学学习更高层次的价值追求。

品质点的设计策略：实验教学中有机融入中华优秀传统文化、社会主义先进文化教育内容，努力呈现科技、生态等发展的新成果，培养学生社会责任感、创新精神，厚植爱国情怀。

品质点的设计方法：化学课程蕴含丰富的社会主义核心价值观和社会责任感教育内容，特别是化学实验中培养社会责任、科学态度的素材。建议教师以微型课题方式专项梳理教材内容或习题内容，总结关于中华优秀传统文化、科学探究创新精神、社会责任决策能力、绿色化学持续发展等品质的教育内容。（表2为品质点设计的四个案例）

（三）捕捉异常点，延伸实验深度

异常点的教学目标：化学高阶思维。高中化学学科核心素养中“证据推理与模型认知”是关于化学高阶思维的发展要求。化学实验的异常点往往成为搭建认知模型的“最后那一根梁”，是通向高阶思维的路径。设定异常点问题可以引导学生深度思考，延伸实验深度。

异常点的概念界定：异常点是指超越学生已有知识，貌似“错误”“不可能”却真实存在的现象事实，不是错误点。有时，异常点是科学发现的起点。

异常点的设计策略：纵向关联大学化学课程知识，甚至联合横向学科（物理、数学），抽提出学生在当前的知识背景下无法解释，但利用大学课程（或其他学科）相关知识可以解释的化学实验“异常”问题，将其适当简化补充衔接，用“最后那一根梁”完成学生认知模型的搭建。课堂无法处理的异常点也常常存在，可以作为课后探究活动，师生共同参与，撰写论文作为成果。

捕捉异常点的方法：关注三类冲突事实，即与“已有经验”冲突，与“应然现象”冲突，与“已知原理”冲突。所谓“已有经验、应然现象、已知原理”往往是学习阶段性的经验和认知，有局限性，属认知模型结构性缺失。敏锐捕捉和利用异常点，要求化学教师自身学科核心素养的匹配，不仅要有强烈的异常点意识，还能居高解读，有“搭建”的意识和操作。（表3为异常点预设的三類案例）

（四）找准生成点，增加实验曲度

化学实验的复杂性、动态性使实验过程中生成性资源难以预测、变化万千，不期而至的课堂生成会使教学主线受到影响，有“挫折”和“曲度”。化学实验过程中生成性资源的取舍是化学实验教学要面对的，取舍能力就是资源价值的判断力。高价值的生成性资源可为课堂教学主线服务，低价值的生成性资源要快速带过，不宜纠缠。

生成点的教学目标：强化知识关联，提升远迁移能力。生成点是突发的，貌似是游离、孤立的信息点。启发后，高价值的课堂生成信息可以成为强力的知识“黏合剂”，把有距离的、表面不相关的知识关联、组合起来，“桥接”形成新概念。生成性信息的“陌生”在于学生无法抓住其本质特征，故而无法把新信息纳入认知模型，即迁移能力欠缺。

生成点的处理原则：生成资源应为探究主线服务。化学实验课堂景象万千，问题防不胜防。低效的实验课堂完不成教学任务，教学往往由于课堂阶段节奏的把握出现问题，各种生成性资源的处理策略失当而偏离主线。

处理生成点的策略：特征迁移、模型迁移、关系迁移。特征迁移指的是利用新信息（概念）的特征和目标信息（概念）的交叉（或重叠）特征而进行“桥接”;模型迁移指的是从已知模型（原模型—— 新信息所在的模型）和目标模型（新认知模型）中找到它们之间共享的参数信息（要素、空间结构），以实现迁移的方法;关系迁移指的是新信息（概念）和目标信息（概念）具有相似性或层级结构关系而进行“桥接”。简言之，抓住课堂生成信息的特征、原认知模型要素特征、概念的关系，可以实现知识关联，提升远迁移能力。

捕捉生成点的艺术：将错就错—刨根问底，别出机杼—刨根问底。不期而至的生成性课堂较难以把握，为了促进教学主线探究实验的顺利展开，教学策略上可以将错就错地刨根问底，启发关联;或别出机杼地刨根问底，再启发关联。（表4为生成点迁移教学设计案例）

三、结论

在静态设计要素提取困难的情况下，课题组以四个动态要素进行化学实验教学内容设计和过程控制。探究点是实验教学的主线，是核心要素;品质点是必设教学目标，是核心要素;异常点可在化学实验创新设计中预设，应根据学情处理，异常点设计是科学新发现的起点，要给予充分重视;生成点为推进教学主线服务，侧重知识关联，提升远迁移能力。教学设计按探究点—品质点—异常点—生成点先后展开，前三者是可预设内容;教学评价重视学生认识思路的结构化、外显化，聚焦学科核心素养。

总之，课题组开创性地提出“探究点、品质点、异常点、生成点”四要素聚焦实验课堂教学，是新的研究视角和方法。所构建的“四要素设计模式”聚焦四点四度设计，即以探究点提效度、品质点托高度、异常点延深度、生成点增曲度，把握关键，精准发力，解决了化学实验因动态复杂性缺少设计抓手的问题。同时，有效指导了教学设计聚焦化学学科核心素养，准确把握实验教学内涵，改变了化学实验教学设计经验性、盲目性的现状。

注：本文系2019年广西教育科学规划课题“新高考背景下普通高中课程设置和教学改革的实践探索——以南宁市第三中学为例”（编号：2019A056）;广西基础教育教学改革质量提升项目“新高考背景下普通高中课程与教学改革的实践研究”研究成果。

【作者简介】贝伟浩（1972— ），男，广西昭平人，硕士，高级教师，研究方向为中学教育教学及教育管理;蓝仁敏（1992— ）女，广西都安人，二级教师，研究方向为化学教学;张金恒（1989— ），男，四川合江人，二级教师，研究方向为化学教学、研究性学习。

（责编 文 煜）