初中化学“变量控制法”进阶框架与路径的建构

文/ 东莞市教育局教研室 卢名远

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）从教学角度指出“要进阶规划化学教学目标”，还指出“学生化学课程核心素养的发展是一个持续进步的过程，因此，教师应依据化学课程核心素养的内涵，结合学生的已有经验和认知特点，对化学教学目标进行整体规划，针对学生化学课程核心素养发展的不同阶段，设计与之相适应的教学目标”。从中可以看出，新课标明确要求从整体与进阶两个维度设计与规划教学。

一、当前教学中存在的问题

当前初中化学教学中，普遍存在欠缺整体分析与进阶规划的碎片化教学现状。主要表现在：部分授课者常常孤立地讲授每节课的知识点，不引导学生前后关联建构；或面面俱到、浅层次地关联一节课所涉及的所有的知识点。这种不能从整体与进阶两个维度设计与规划的教学，不利于学生深度理解或结构化核心知识，学生习得的是简单堆砌和碎片化的惰性知识，缺乏整合与迁移应用功能。

“变量控制法”是“科学探究”核心素养的构成要素，新课标明确要求“学习控制变量和对比实验的实验设计方法”。但新课标没有指明该核心素养在教材中的落点，也没有对“科学探究”及“变量控制法”划分进阶水平，因而不便于执行落实。并且初中化学教材中核心知识所承载的核心概念与核心素养是隐性的，其进阶也是隐性的。因此需要执教者梳理核心知识和核心素养在教材中的呈现顺序，然后规划出外显的、进阶的、易实施的教学框架。

下面以初中化学“变量控制法”为例，阐述如何在整体分析教材基础上构建进阶的框架和路径，及如何“合理地确定各阶段学生的认知特点和能力起点以及进阶学习目标，指导教师准确把握教学起点、教学目标与教学顺序，来调整和优化教学”。

二、“变量控制法” 进阶框架的分析与建构

变量控制法是指“科学研究中，对于多因素（多变量）的问题，常常采用只改变其中的某一个因素，控制其他因素不变的研究方法，使多因素的问题变成几个单因素的问题，分别加以研究，最后再将几个单因素的问题的研究结果加以综合。这种变量控制的方法是科学研究中常用的方法。”

控制变量能力几乎是科学探究所有阶段都需要的能力，它由变量识别、实验假设与设计、操作与数据分析等多重维度构成。

1.“变量控制法”进阶水平的划分

建构进阶框架的关键是划分进阶水平层次，包括进阶起点、进阶中间水平、进阶终点等。有人参照《普通高中化学课程标准（2017 年版2020 年修订）》中“化学学科核心素养水平划分”，将高中生控制变量能力划分为四个水平层次：认识变量、单因素控制、多因素转单因素控制、综合控制。笔者梳理了初中化学教材中“变量控制法”全部内容，在初中生认知层次的基础上，将初中化学控制变量能力也划分为四个水平层次：辨认变量及分析总结，理解简单控制变量方法，建构“变量控制法”模型，应用“变量控制法”模型设计实验。

2.整体分析教材构建学习进阶框架

只有在整体梳理教材的基础上，才能构建科学的学习进阶框架、确定合适的进阶教学策略。笔者全面梳理了2012 年版人教版初中化学教材中12 个涉及“变量控制法”的实验，并依据上述划分的“变量控制法”进阶水平，分析并统筹设定每个“变量控制法”实验所处的水平。具体见下表1。

表1 初中化学教材中“变量控制法”实验的梳理及进阶水平设定

三、确定合适的进阶教学策略

构建了进阶框架，就可以依此框架进行教学。然而仍然会有部分老师，不能恰当地处理每个进阶点的教学内容与方式，不能处理核心知识点、核心能力点、核心素养点之间的关系。

如以第七单元课题1《燃烧和灭火》中的“一、燃烧的条件”为例，该部分主要知识点“燃烧三条件”较简单，新课标明确提出“能运用变量控制思想设计燃烧条件等实验探究方案”，要求的能力层次较高。目前较多教师的教学流程大抵如下：先一次性播放完实验视频（或做完课本实验），然后师生描述实验现象，然后碎片提问与学生一起得出“燃烧三条件”结论，再要求学生记住结论，最后做几道试题巩固结论，15分钟内就完成教学任务。此处本应是进阶中间水平3 分析并建构单因素“变量控制法”模型，但仍然有教师还在强调酒精灯的使用等。我们设计此处的教学策略如下：

1.进阶分析

教材在“过氧化氢制氧气”处已呈现了水平2“理解简单控制变量方法”，在“二氧化碳与水反应”处进阶到水平3“建构‘变量控制法’模型”。至此，学生已具备基本的变量辨别分析能力，已有初步控制变量意识，初步理解控制变量的意义，已具备分析控制变量实验并得出结论的能力。

此处仍设为水平3“分析并建构单因素‘变量控制法’模型”，但比“二氧化碳与水反应”处的要求稍高。为后续第八单元课题3“铁制品锈蚀条件”水平4“应用模型设计‘变量控制法’实验”打基础。

2.教学目标

根据以上进阶分析，结合本节课知识特点，及学生生活常识与能力，设定本内容的教学目标为：（1）通过分析“变量控制”策略和变量控制法，建构单因素“变量控制法”模型；（2）初步学会应用“变量控制法”思想设计方案；（3）通过分析实验证据形成结论，深化对“燃烧三条件”的认识。

3.教学重点与难点

教学重点：1.引导学生分析与确定自变量、因变量和控制变量，2.运用“变量控制”策略设计实验方案，并通过分析实验现象和测得数据，得出正确结论。

教学难点：1.如何准确地确定自变量、因变量和控制变量；2.三因素实验，如何控制两个因素不变，只改变其中一个因素。

4.教学过程（见表2）

表2 “一、燃烧的条件”教学过程

四、教学效果与反思

经过研究与实践，我们发现学习的过程不可能只存在唯一的进阶路线，甚至不一定总是呈现进阶的状态，并且核心素养的拆解与进阶水平的科学设置，教材的梳理及进阶框架与路径的构建，要求骨干教师或专家有较高专业水平和大量时间。但欣慰的是，教师在经历了“变量控制法”水平划分、教材梳理、各实验水平确定，进而建构基于全教材的“变量控制法”的进阶框架与路径，教师在面对其他核心知识与能力点时，已能有意识地自主建构“整体与进阶规划”的教学框架，有效地促进“核心素养”有序落地。