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学生核心素养之实践创新素养培养探究

发表时间:2018-07-08 13:57

学生核心素养之实践创新素养培养探究

何拥军


高中化学新课程标准强调:“课程总目标是使学生保持对自然界的好奇,发展对科学的探究兴趣,在了解和认识自然的过程中有满足感和兴奋感;在解决问题或作出决定时能尝试运用科学原理和科学研究方法;经历基本的科学研究过程,具有初步的科学探究能力,乐于参与和科学技术有关的社会活动;具有创新意识,养成尊重事实,大胆想象的科学态度和科学精神,树立正确的科学观和价值观”。这就要求我们要以实验和科学探究为核心开展教学工作。通过教学实践和课题研究,我发现探究式实验是培养学生核心素养之实践创新素养的重要手段。


一、探究式实验的界定

探究式实验是指让学生站在一个研究者的角度亲自体验科学探究的过程,学习科学探究的方法,进行科学的探究活动。它能充分体现“认识起源于活动”,“教是为了发展”的现代教育理念和教育思想。探究式实验具有广泛性、自主性、新颖性、实践性、创新性等特点。让学生围绕科学性问题展开科学探究活动,通过教师、学生、课程、实验、环境等信息交流、活动交往,使学生体验“重新发现”规律,发展初步的科学探究能力,形成尊重事实、探索真理的科学态度,培养学生实践创新素养。


二、探究式实验的操作建模

通过探究式实验的研究和实践,建构起了如下的操作模式:


QQ截图20180708140043.jpg


提出问题   猜想与假设   设计方案   评价方案     进行实验和记录     分析与论证     交流与评价      拓展与创新


三、探究式实验的操作案例

(一).提出问题:以AlCl3溶液、NaOH溶液、盐酸、氨水、CO2为原料,探究Al(OH)3在不同条件下的形成过程和溶解过程,并画出图象。

(二).猜想与假设:Al(OH)3的形成可通过铝盐与碱反应;溶解Al(OH)3则可向Al(OH)3中加酸(强酸或者弱酸),加碱可能不会使Al(OH)3溶解。

(三).设计实验方案:(以下是学生设计的优秀方案)

方案1:AlCl3溶液与NaOH溶液反应后通入CO2

①、向1mlAlCl3溶液中逐滴加入NaOH至过量,然后通入CO2

②、向1ml NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液至过量,然后通入CO2

方案2:用盐酸酸化的AlCl3溶液与NaOH溶液反应。

①、向1ml盐酸酸化的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH至过量;

②、向2ml NaOH溶液中逐滴加入盐酸酸化的AlCl3溶液至过量。

方案3:AlCl3溶液与氨水溶液反应。                                      

①、向1mlAlCl3溶液中逐滴加入氨水至过量。

②、向1ml氨水溶液中逐滴加入AlCl3至过量。

方案4: 向1mlAlCl3溶液中逐滴加入氨水至过量,然后通入过量CO2。

方案5:向1mlAlCl3溶液中逐滴加入氨水至过量,然后加入过量盐酸。

(四).评价实验方案:学生自评和互评,老师点评,形成简单易行的多种方案。(如上述方案)  

五).进行实验和记录:学生根据评价后可行的方案进行实验探究,记录下实验过程的真实情况。

方案1:

①现象:产生白色沉淀,沉淀逐渐增多,后沉淀逐渐溶解。通入CO2后产生白色沉淀,沉淀逐渐增多到不变。  

有关反应:OA段:Al3+ +3OH- = Al(OH)3  

AC段:Al(OH)3+OH- =AlO2-+2H2O

CD段:2AlO2-+CO2+3H2O=CO32-+2Al(OH)3      

学生根据现象并结合方程式画出图象:(图一、1) 、(图一、2)

OB:BC=3:1    

QQ截图20180708140326.jpg          

②现象:先无现象,后产生白色沉淀,沉淀逐渐增多到不变,通入CO2后沉淀无变化。

有关反应:OA段:Al3+ + 4OH- = AlO2-+2H2O      

AC段:3AlO2-+6H2O+Al3+=4Al(OH)3

学生根据现象并结合方程式画出图象:(图二)

               OA:AB=3:1  

QQ截图20180708140556.jpg                  

方案2:

①:现象:先无现象,后产生白色沉淀,沉淀逐渐增多,最后沉淀逐渐溶解。                          

有关反应:OA段:H++OH-=H2O

AB段:Al3+ +3OH- = Al(OH)3            

BD段:Al(OH)3+OH- =AlO2-+2H2O

学生根据现象并结合方程式画出图象:(图三)

AC:CD=3:1  

QQ截图20180708140636.jpg

②、现象:先无现象,后产生白色沉淀,沉淀逐渐增多到不变。

有关反应:OA段:H++OH-=H2O          

Al3+ + 4OH- = AlO2-+2H2O      

AB段:3AlO2-+6H2O+Al3+=4Al(OH)3

学生根据现象并结合方程式画出图象:(图四)

QQ截图20180708140704.jpg

方案3:                                  

①、②现象:均产生白色沉淀,沉淀逐渐增多到不变。

有关反应:OA段:Al3++3NH3·H2O=3NH4++Al(OH)3

学生根据现象并结合方程式画出图象:(图五)

QQ截图20180708140722.jpg


方案4:

现象:产生白色沉淀,通入过量CO2后沉淀不溶解。

图象:同(图五)

方案5:

现象:产生白色沉淀,加入盐酸沉淀溶解。

图象:略

(六).分析与论证:学生根据不同方案出现的不同实验现象以及异常现象进行分析论证,形成合理的解释。比如:向NaAlO2溶液中通入CO2初期没有形成沉淀的原因的分析等等。通过分析论证,进一步修改或调整实验方案 ,让实验方案更科学、实验结果更准确。  

  (七).交流与评价 :学生对实验方案的设计、实验操作过程、实验现象、实验结论等环节进行交流和评价(包括学生之间、师生之间的交流与评价),学习别人的优点,弥补自己的不足,并就整个探究过程进行反思,有意识地训练自己思维的严密性、准确性、开放性等来提升自己的思维品质,养成实事求是的科学态度,进而培养学生的实践创新素养。

(八).拓展与创新:对研究的内容或结论可在学生能触及的范围内进行拓展,以培养学生实践创新素养。

例如:探究AlCl3和MgCl2的混合溶液与NaOH溶液反应过程。

设计实验方案:向1mlAlCl3和MgCl2的混合溶液中逐滴加入NaOH至过量。

认真分析评价实验方案后进行实验:

现象:产生白色沉淀,沉淀逐渐增多,后沉淀部分溶解。

有关反应:OA段:Mg2++2OH-=Mg(OH)2

Al3+ +3OH- = Al(OH)3      

AB段:Al(OH)3+OH- =AlO2-+2H2O

学生根据现象并结合方程式画出图象:(图六)

QQ截图20180708140757.jpg


四.探究式实验与传统学生实验的区别

通过探究式实验教学的研究和实践,我认识到它与传统学生实验存在着本质上的区别:

(1)目标不同。传统学生实验是把学生学过的知识进行重现,以加深印象;探究式实验是在学习新知识的过程中,把学生的认识过程与思维过程结合起来,让学生在探究过程中获取新知识,不断发展智力,进而培养学生的探究意识和创新能力等核心素养。

(2)侧重点不同。传统学生实验重在对已学理论知识的验证,即重结果;而探究实验重在对新知识的实验探究,通过实验探究获取新知识、新信息,重结果更重过程。

(3)特点不同。传统学生实验只具有参与性、实践性;而探究式实验除此之外,还具有广泛性(包括课内课外的不同形式的定性实验和定量实验)、自主性(实验多为学生自行设计和操作,充分体现学生主动参与及自我抉择)、新颖性、趣味性(打破以往填鸭式的教学模式,变枯燥、单调的被动接受为丰富多采的探究式学习,让学生深切体验成功的喜悦)、创新性(学生在探究过程中可以设计不同的实验方案,选择不同的设备,采取不同的途径获得有效的结果并进行拓展和创新)等。

(4)标高不同。传统学生实验是学生按教材写好的实验步骤进行一些简单的操作训练,学生很少思考和探索;而探究式实验是学生自己设计实验方案、选择实验设备,站在一个研究者的角度看问题,体现探究性、创新性。

(5)操作程序不同。探究式实验按照提出问题、猜想与假设、设计实验方案、评价方案、进行实验和记录、分析与论证、交流与评价、拓展与创新等八个基本程序进行科学的探究活动;而传统学生实验只有这八个程序中的一个(进行实验和记录),探究和创新基本没能体现。

可见,探究式实验能有效培养学生实践创新素养。


五、探究式实验培养学生实践创新素养需要树立的几个观念

(一)建立实验系统设计观

由于教育教学涉及层面广泛,是一个结构复杂的动态系统,教学不仅仅是授业解惑,更应该教会学生掌握科学的学习方法、思维方法、探究方法,学会学习;掌握学科发展方向,提升实践创新能力,促进学生终身发展,所以在实验教学中,要采用系统论的观点来规划、设计、组合实验教学资源,选择具有创新性的教学模式、教学手段和教学方法才能取得满意的效果。探究式实验设计就是“用系统论的观点和方法,按照教学目标与教学对象的特点,系统安排组织各种学习资源和实验资源,使之最优化、序列化”。这就保证了学生最优的学习条件,为学生思维创新与发展提供广阔的平台与空间,为学生思维的起飞插上翅膀。

(二)建立综合发展观

实验教学目标上的综合观,经过上海、浙江 “3+6选3” 等高考模式的探索与推广,已被众多教师所接受。新课改后,将文、理科实验的程序和方法进行一个综合的穿插,互相渗透,能使学生对认识事物的各个方面进行有机结合,达到一个更新更高的层次。

(三)、建立学生主体观

学生的主体观集中体现在学生不仅是学习的主人、也是社会的主人,是社会的未来。未来的社会是知识高度集中、知识日新月异的社会,教师的责任在于教会学生如何主动探索,如何获取知识,如何发展知识,如何创新知识,确立这样的学生主体观念,不仅反映了社会发展对人才的客观要求,同时也是学生自身发展的客观要求。

施教之初,贵于引导、妙在开窍。教师必须充分利用已有的或动手自制的实验器材,巧妙地提出问题,让学生猜想和假设,再让学生设计实验,设计记录表格,正确有序地进行实验,通过交流评价,得出现象和规律,最后进行知识应用和拓展。教师要充分理解“引导”的内涵,这是贯彻学生主体地位的关键。其次,教师必须充分唤醒学生的主体认识,使之积极探究事物的运动变化、发展规律,在教师精心设计的平台上进行探究,自然生成新的观点。


六、探究式实验培养学生实践创新素养应该注意的几个问题

(1)目标问题

“实验目标”是实验活动的指向问题,必须符合现行的教育改革方向和改革目标。针对教学的知识、技能、能力等目标,来制定相应的符合学生实际的实验操作目标,教师搭建思维拓展的平台,以此开发学生的探究创新能力,达到培养创新人才的目标。

(2)谐振问题

一般说来,教师在探究式实验活动中的知识层面、思维广度上高于学生,因此教师如何在实验中通过引导,找准学生知识的最新发展区,激活发展区,使学生的知识在教师的带动下谐振起来,自觉地进入一个新的思维空间。

(3)中介问题

实验教学只有建立在学生的生理和心理基础上,对学生进行多中介因素作用,才能实现教学的最优化。学生、实验器材、教师是一个有机的整体,只有在实验器材的整体优化,合理分配运用下,才能起到授业、解惑、创新的作用。在探究式实验教学过程中,实验器材就是一个拓展学生思维的很好中介。教师在实验教学中,合理地选择器材的组合,给予学生一个良好的刺激,用器材搭建一个知识的拓展创新平台,开启学生想象的翅膀。

(4)抽象层次问题

“抽象层次法”是从学生认识论的角度来阐述教育活动过程,是受教育者在教育者的指导和帮助下,由低级到高级的发展变化过程。教育者必须遵守具体和抽象的关系,选择传递信息的方式和方法,指导受教育者认识水平的发展。在探究式实验教学中,通过提出问题,猜想与假设,设计方案,评价方案,再设计再评价方案,进行实验,分析与论证,交流与评价等环节的反复实践,得到可行的实验操作方案和结论,甚至迸发出新的想法,实现知识从表象到抽象、低级到高级的深化,达成知识的拓展与创新。

(5)最优效果问题

不管是理论教学还是实验教学,都要遵循最小代价原则。从探究式实验教学的模式来看,实验器材的选择、实验的设计必须遵从学生已有的知识结构、心理特点和思维发展特点,合理搭建实验平台,使学生能在利用最基本的实验器材的情况下获取大量知识,实现从“实践中来,再到实践中去”的认知飞跃。


七、探究式实验培养学生实践创新素养的效果反馈

探究式实验教学模式,激发了学生学习化学的兴趣,培养了学生学习化学的亲近感,调动了学生学习的内部动机,培养了学生细致、准确地进行观察及观察与思考紧密结合的品质,提升了学生独立进行实验与设计实验的能力,这是从教师“带着知识走向学生”到“带着学生走向知识”的质的变化,是学生从被动学习到主动学习的变化过程。

从研究前后的两次调查中看出:

(1)学生学习化学的兴趣有较大的提高,学习目标有了可喜的变化。认为有必要做实验的比例由79%上升到96%;认为实验对启发思维、培养探究精神作用很大的比例由41%上升到68%;喜欢学习化学的比例由41%上升到72%;最喜欢探究式实验的比例由46%上升到78%;想要终生学习化学的比例由28%上升到57%。

(2)学生的实验能力有了较大提高。认为学习化学的难度不大的比例由27%上升到51%;我校高二实验操作考试合格率100%,优生率达92%。

(3)学生实践创新素养得以提高。能独立完成探究式实验的比例由55%上升到80%;想持续探究问题的比例由42%上升到76%;敢于怀疑权威,提出自己的观点,寻找实验结果与条件之间的差异,甚至提出一些自己新颖的看法,主动创新实验的比例由7%上升到28%。

探究式实验模式就是在不断产生新问题——寻找新方法——解决新问题——迸发新观点——开拓新境界的过程中,有效培养学生的实践创新素养的。


八、探究式实验培养学生实践创新素养的反思

探究式实验教学具有长远意义是无容置疑的,但也存在一些局限。由于学生个体差异引起完成实验的速度和质量差异性大;由于主观和客观上的原因,如考试制度、应试题型、操作费时等,实施探究式实验与之有一定的冲突,受到一定的限制;实验中预设与生成的关系还需进行深入的研究等。

总之,探究式实验是素质教育的要求,核心素养的培养是人才培养的需要。这些都与学生的主动参与、亲自经历的各种活动有着十分密切的关系,因此,重视探究式实验在教学中的作用,设计组织好各种课内外探究实践活动,疏通和拓宽学生获取认知、提升能力的渠道,对于全面提高教学质量,促进学生身心和谐发展,发展学生核心素养,无疑具有重要意义。


参考文献:

[1] 黄光雄.蔡清田.《核心素养:课程发展与设计新论》[M].华东师范大学出版社

[2] 杨九诠.《学生发展核心素养三十人谈》[M]. 华东师范大学出版社

[3] 林崇德.《21世纪学生发展核心素养研究》[M].北京师范大学出版社。.

[4] 王云生.《课堂转型与学科核心素养培养:中学化学课堂教学改革探索》[M].上海教育出版社


作者单位:成都市田家炳中学    610061

(责任编辑:史  玉金  蓉)


成都市教育局《成都求学》编辑部

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