在国际教育背景下的中学化学实验教学实践与反思

摘要   实验室中学化学课堂中必不可少的一部分,也是学生感兴趣的一部分,本文就在实验课堂中完成三维一体的教学目标,培养学生的数据处理,反思能力,形成合理的评价标准等几个问题进行探讨.
关键词   中学化学实验  三维一体教学目标  IB评价准则  反思

一．背景
 化学是一门以实验为基础的自然科学,多年的教学实践证明: 化学实验不仅是使学生获取化学知识、认识化学规律、形成化学概念、提高各种能力的重要途径，因此中学化学实验教学是中学科学教育的重要组成部分，也是各个学校化学教学改革的一个突破口。
 在国际文凭组织（之后用IB来代替）的科学大纲中对科学学科进行了这样的介绍，学习中学项目科学课程是主动学习的过程，是"动脑"与"动手"体验合一的过程。学生必须积极参与科学调查，运用于确切的科学解释有关的技能。要求学生把学习观察当作亲身体验的活动，描述他们所做的，而不是别人做后告诉他们的。①
 上述这段文字中，提到了动脑与动手的有机结合，强调了在学习过程中，学生的主动参与和亲身体验，不难发现，在Ib科学学科教学中，实验教学是当重要的一部分。
 因此，在日常的教学中，我积极的推动实验教学，在实验教学中，实现IB科学学科的目标以及二期课改中提出的三维一体的课堂目标。在实验教学中，不仅教会学生知识，同时重视学生多项能力技能的养成，培养学生具备一个科学家应该具备的基本素养，以下就是我在国际部化学实验教学实践中的一些经验与反思。
二．目前本地中学化学实验教学现状与思考
 在高考以及课堂教学时间有限的压力下，广大教师们积极致力于课堂演示实验的改革，着力于微量实验等方面的研究，这些努力关注的是实验结论或结果，实验教学的目的也是让学生更好的记住实验现象和实验现象背后的化学知识，换言之，教师的课堂演示实验，是为学生更好的掌握化学知识服务的，当然这无可厚非，并且实践证明，也取得了一定的成果。然而，更多教师却忽视了教学过程中学生能力的培养，对于教学实验过程的探索，反而不太引起注意，至于素质教育中提倡的科学思想、科学品质，科学态度等素质的培养在实验中则很少涉及到，在知识经济爆炸的时代，教会学生利用网络，拓展课堂知识，更是随口一提，如何在实验中实现知识、能力、情感三维一体的教学目标，这个问题值得我们讨论与深思，教师应该为学生选择哪种类型的实验？除了做实验本身，学生还需要在课堂外的时间思考什么？如何通过实验达到三维一体的教学目标？学生通过完成这些实验，可以获得哪些能力？教师将用什么准则去评价学生？笔者就以上几个问题，谈谈个人的经验。
三．化学实验能力内涵的重新定位
1、制定三维一体的实验目标。实现二期课改的课堂目标。
 一位诺贝尔奖获得者曾经这样说过，中国国内不乏尖端人才，如果在科研过程中具备与科研相匹配的仪器装备，加强逻辑推演，诺贝尔奖不久将光临中国。
设想，如果能在高中阶段的学习中，尤其是理科学习的过程中，培养学生发现问题，探究问题，解决问题能力，能够激起学生对科学的好奇心、兴趣和快乐感，能够形成坚忍不拔的科学探究精神，必然能够对将来从事的科学研究工作有所帮助。
 二期课改的新课标中，提出了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三从目标，IB课标中，也从这三面方面，定下了11条教学目标，在实验教学实践中，我将它们具体细化如下：
知识与技能
1．掌握实验原理、实验步骤、实验仪器、操作方法及要点
2．学会分析处理实验中的误差
过程与方法
将信息技术应用于科学课的学习，上网查找资料、设计实验
能够交流各种科学信息，用文字、图表和化学语言处理实验数据，初步学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工
能主动与他人进行交流和讨论，清楚地表达自己的观点，逐步形成良好的学习习惯和学习方法
学会反思，在反思中寻找新的问题
情感态度与价值观
学术诚实，诚实的记录数据，诚实的引用资料
形成科学是一项人际之间的合作活动的意识
形成一个关心健康状况及增强体质的意识
认识到科学方法的实用性和有限性，重视他在日常生活中的应用性
笔者认为，只有以下这一类实验才是真正意义上的体现三维一体的教学目标。请看如下实例：
 学生实验---维生素C含量的测定
 设计作业背景
 近两年来，泡腾片一直风靡，然而还有一种说法，过量的补充维生素，会导致维生素在身体内沉淀，引起人体的不良反应。我们学校的食堂，每天中午会提供不同的品牌的橙汁饮料，而化学课中，也正好讲到中和滴定这一章节，因此，结合这个章节的教学内容，设计测定不同品牌橙汁中维c含量这一实验，通过完成这份作业，学生了解了维c的作用机理、中和滴定实验的操作、及数据处理。
 指导性问题
 维生素c对人体的作用？
 如何测定食物中的维生素c的含量？
 作业要求
 本次作业必须包含四个部分1）介绍Vc作用机理；2）调查部分 3）实验部分4）反思。
 实验调查部分需设计10个左右的问题，尽最大的可能就你自己的问题进行民意调查，整理调查结果，并且根据调查结果得出结论，并且设立实验目的和假设。
 必须上网寻找恰当的实验原理，如果没有合适的，需要与教师或小组讨论将其加以改进。
 必须自己设计实验时记录数据的表格。（同一个滴定实验，必须达到平行实验三次以上，在设计记录数据的表格的时候，应该考虑到这个因素）
 将调查部分、实验部分的数据用EXCEL生成更能表达信息的图表。根据实验数据及调查结论得到进一步的信息，得出进一步的结论。
 全文必须用科学的语言描述，不允许出现口语化的词汇。
 所有资料出处必须在全文的最后罗列出来。

实例分析：
我们来看一下，在具体的实施过程中，学生如何实现预先设定的三维一体的目标。知识与技能方面：
 这个实验是建立在教师已经讲述了中和滴定的原理和方法，学生能够比较熟练操作中和滴定的基础上的，并且也要求学生在实验报告中，加以体现。
 在设计实验记录表时，学生已经注意到了每个实验都达到平行三次，以减少误差，因此，可以认为学生已经理解了实验中的误差处理方法。
过程与方法方面：
 学生在了解了中和滴定的实验原理和实验方法的基础上，自己上网以及在《上海市中学生实验手册》中查找并且设计实验方案，分组讨论，得到一个有效可行的方案。这一个过程学生学会了充分的利用互联网以及书本寻找信息，其中最关键的是学生通过在网络寻找信息的过程中，学会了对信息进行删选；在和同学们进行信息交流的过程中，学生学会了用科学语言表达科学的信息，最终，在确定方案的时候，学生们学会了客观的来看待事物，用事实说话，而非主观的一定要坚持自己的看法。与此同时，教师不失时机地向学生们灌输学术诚实的重要性，在书写实验报告的时候，必须要将资料的来源注明清楚。
 实验过程中，让学生理解了操作过程必须准确、严谨，必须用求实的科学态度对待实验问题和实验结果；在目前的实验设备下，达到相对准确，尽量减少误差，对实验操作引起的误差或失败的原因作出客观的判断与合理的解释；能够将以上定量实验的过程与方法，适当迁移运用到某些类似的定量实验中去，解决一些原理和操作较简单的定量问题。在实验操作的过程中，学生亲身体验了这个实验中可能产生的误差。例如：有的是一开始未能很好的找到标准液的浓度，经过几次尝试才得出结论。有的是称取得碘未能完全溶解，或者是放置一段时间后，碘单质析出，导致标准液浓度偏低。有的是在滴定的时候，无法很好的掌握滴定终点，滴定过程中，滴定管出现漏液现象等等。学生没有气馁，一次次作出新的尝试，经历过很多次的失败后，学生品尝到了成功的喜悦。在这个过程中，学生亲身体会到科学探究的过程与不易，学生也学会了在科学研究过程中，不断反思总结不足，提出问题、解决问题的科学方法。
 本次实验报告与传统的实验报告一个很大的区别在于除了要求学生详实的记录实验数据外,还要求学生对于实验数据进行比对思考,我们可以看到经历了这一过程,学生的思维有了质量,在学生的实验报告中,提出了很多问题:
 维生素C对人体有什么作用？人一天到底应该补充多少维生素C？
人们在日常生活中是否有过多或者过少的摄入维生素C?
其他饮料例如西柚汁、葡萄汁均标有含有一定量的维生素C，是否也可以用这样的方法来测定呢？
都说新鲜水果中的维C含量较高，是真的吗？
等等，而且有了之前的理论基础和实验基础，当学生提出这些问题后，并不直接来找老师，而是自己着手通过网络，调查报告或者重回实验室一一着手解决。
 无论是实验初期,实验的过程中,还是在处理实验报告的时候,学生都有思考的空间,有能力培养的重点,在整个实验的过程中，学生已经不仅仅停留在按照老师的要求,一步一步的完成实验,落实知识目标,而是自主设计实验,不断改进实验,通过实验的手段解决问题。
情感态度与价值观方面：
 首先,这个题目的选题来自于生活,根据指导性问题以及作业布置要求，学生在做实验之前，会上网查找维生素C的作用机理，会设计调查问卷，了解一般人的摄入维生素C的习惯。通过这两部分工作，学生会发现很多人通过喝橙汁来摄取维生素C，进一步想到，能不能通过实验的手段，判定一下，“喝橙汁摄取维生素C”这一方法是否科学。进而，自发的设计一个实验。这一个过程，相信学生充分体会到了科学的实用性，以及他在实际生活中的应用，激发学生学习科学知识的兴趣和激情。
 这是一个定量实验,实验中有很多原因会导致误差,通过这个实验,学生养成了诚实记录数据客观的面对错误的科学态度,形成实事求是客观的看待事物的科学观.
 新课标中已明确把培养学生的实践能力作为中学教学的主要目标之一，指出化学教学的目的不仅仅是获得知识，还要了解化学与社会科学以及科学技术的关系，化学实验不仅是感性活动，还是一种理解的、逻辑思维活动过程。在上述实验中，学生不仅可以达到熟练掌握中和滴定的操作原理和操作过程的知识目标，同时也具备了信息处理能力，知识迁移能力，提出问题、解决问题的能力，并且，学生还学会了辩证的看待问题，开始关注学术诚实。这些都是一个科学家或者完成一项科学研究都必须具备的基本素养，然而这些素养恰恰是我们在传统的课堂实验或者学生实验容易疏忽的.
2．充分落实有关技能的培养，重视数据的处理。
 在国际文凭组织中学项目（IBMYP）科学学科的评价准则中，专门有一项就是评价数据处理的。
 科学探究的过程应该是提出问题→讨论问题→设计实验→解决问题→提出新的问题，而新的问题往往产生于数据处理的过程中。如果在一个实验结束后，学生仅仅得到一组数据，或者仅仅按照老师的要求利用数据画一张图，或利用excel完成一个表格，这些都不能算作数据处理，这个实验对这些学生而言，意义也不大，所谓的数据处理其实包含了三个层次，最低层次就是学生将数据资料组织和转化成数字与图表形式，并采用了适当的交流方式，有逻辑性和清晰地加以展示。第二层次指学生解释了数据资料中的趋势、模式或关系，评论了数据资料的可靠性。最高层次则是学生需要根据对数据资料的正确解读得出明确的结论，并运用科学推理对结论做出解释。只有完成这三个层次，才能称得上数据处理。②
 在维C含量测定这一实验中，数据处理方面，我们要求学生将两种不同橙汁中维C含量进行比对，学生在利用excel表格比对数据的过程中，就想到了上述罗列的一些问题，并且在后续实验中，用同样的方法对数据进行处理，得出了饮料中的维C是后来添加的，因为它远远大于新鲜水果中的维C含量。在社会调查环节，学生也想到了数据处理，经过一系列的数据分析，学生认为大部分人不能够合理的选择饮料以补充每天身体必须的维C，因此，他们给出了一个合理选择饮料和水果的建议书。
 这个案例证明了，学生在处理数据的时候，会自主思考，化被动学习为主动学习，学生在完成实验任务的基础上，能对实验做出进一步探索，对知识进行迁移，探讨实验的内涵和外延。让学生长期处于一种主动探索知识的状态，对他们智力的发展、能力的提高和科学方法的形成必然有很大的促进。
3．培养学生科学探究的精神，重视实验反思
 化学作为自然科学的重要组成部分，是在发现问题、解决问题的过程中逐渐发展起来的。在当前人类面临的能源危机、环境危机、粮食危机、资源危机等一系列重大危机的挑战中，化学家需要更多的勇气，解决更复杂的问题；随着化学应用领域的不断拓宽，化学走进了千家万户，人们衣食住行的各个方面离不开化学，运用化学知识认识周围的自然现象，解决与化学有关的生活问题，成为生存和发展的基本条件之一。因此，无论是为体现化学学科的价值，还是公民科学素养的要求，帮助学生养成反思的习惯，培养学生反思的能力是很有必要的。③
学生可以在以下几个方面进行反思：
反思实验失败的教训。
 实验失败的原因有很多种，实验药品、实验仪器的选用，实验操作的生疏等等都有可能引起实验失败或者不够精确，虽然学生在实验的过程中将这些问题均一一解决，但是，如果在实验报告反思部分，可以再次评论、总结，甚至提出进一步改进意见，于以后参考这份实验报告的人而言，是一种经验教训，对学生本身而言，是将知识的一次再落实。
（2）反思实验的成功之处
 问题解决的价值不在于答案本身，而在于“如何想到解决问题的方法?”、“什么原因促使你这样想?”，从中我们能学到新的东西，特别是策略化的知识和灵活思维的方法，这才是问题解决过程最重要而最有教益的方面。“如果不重新探索或重新考虑已完成的解答，则可能失去某些最好的效果。”学生必须回顾问题解决的过程，反省问题的关键和难点，以及如何作出努力和跨越障碍，思考这种解法为什么行得通，不成功的解法症结又在哪里，以及获得什么有益的启示等。对问题解决的方法、策略、步骤、程序也需进行评价，以提高对解答过程的理解水平。概括出同一类型问题的一般解法规则，并把这个法则迁移到同一类型问题的其他变式上。实践证明，在解决化学问题时，有意识地进行自我反思，能促使学生在解题过程中更好地监视、评价、调节和修正自己的认知活动，大大提高解决问题的能力，使知识结构更趋合理。
经过反思，提出进一步深入开展探究的建议。
 一位学生在完成化学反应速率影响因素实验报告反思部分这样写道：“我认为除了浓度、温度、反应物接触面积以外，催化剂也应该是影响反应速率的因素之一，但是，由于实验室条件有限，这个实验只能等到以后去研究了。”从这段反思报告中，我们可以看到，学生通过反思，能够更加完整的思考问题，提出了进一步实验探究的方向。说明反思帮助学生有意识的、主动的完成一个完整的科学探究的过程，学生有能力独立的完成一个完整的科学探究，只是实验室条件有限，学生可以在今后的大学生涯中将之补充完整。
4．建立完整的实验评价体系
 目前我们实验的评价体系无非就是高考中的实验题，可以负责任的说，如果这个学生从来没有进入过实验室，没有独立思考完成过实验，只要他做了足够多的练习，也可以将高考中的实验题答个八、九不离十。
 从这个角度来说，我们目前的评价体系是不完善、不完整的。评价无非就是过程评价和结果评价，个人认为，结果评价只是一种知识的评价，而过程评价则是一种能力，一种学习态度的评价，更能够完整的评价一个实验。
 一个完整的评价体系应该和三维一体的教学目标相吻合，从知识、能力、态度这三个层面来进行。
 就知识角度而言，我们可以评价学生是否掌握了这个实验的原理，是否能够熟练的操作这个实验。
 从能力角度而言，我们可以评价学生是否具备设计一个实验的能力，学生是否拥有发现问题解决问题的能力，学生是否具有数据处理的能力，学生是否具有反思的能力以及学生是否具有交流科学信息的能力。
 学生能力有高低，本身的知识结构也各不一样，因此，态度评价显得非常重要，通过态度评价，让能力中等的同学也可以得到比较理想的分数，最大程度的肯定学生努力的过程，态度评价还应该包含团队合作以及尊重他人这两个方面的评价，有助于学生形成正确的价值观。
 当然，所有的评价标准，必须在开始实验之前就给学生讲清楚，让学生有据可依。
四．结论
 在实践的过程中，我们发现定量实验比定性实验更能够体现三维一体的教学目标，更能够培养学生的能力，开放式的实验课题，更能激发学生的兴趣。特别需要指出一点：我以上介绍的案例是我遵循IB理念设计的一种尝试，从实验方案设计一直到实验结果的评价，无不渗透着IB理念，我觉得这次尝试的结果是值得肯定的，我甚至觉得，如果能将IB的理念渗透到我们的教改中去，必能推动教改前进一大步。
 化学是一门以实验为基础的自然科学,多年的教学实践证明: 化学实验不仅是使学生获取化学知识、认识化学规律、形成化学概念、提高各种能力的重要途径，相信广大的中学教师和我有相同的感受。
 
 参考文献
①国际文凭组织IB科学学科简介
②国际文凭组织科学手册
③高中化学新课程课堂教学的若干思考  蒋学勤