許虹宇 王蕾 曹寶 王靜姝 張顏濤 周興偉

摘要：實驗教學(xué)、實踐活動對發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)有著不可替代的意義和價值。研究團隊運用認(rèn)知學(xué)習(xí)理論深度剖析了當(dāng)前實驗活動中存在的問題，積極尋找解決問題的策略方法。探索建構(gòu)學(xué)習(xí)認(rèn)知過程模型、實踐活動行動學(xué)習(xí)模式，建立實驗活動實施策略工程體系，挖掘多種實驗教學(xué)策略，為發(fā)展學(xué)生科學(xué)精神、認(rèn)知能力和實踐能力進行實踐應(yīng)用和探索，以解決利用實驗活動突破認(rèn)知障礙、提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實驗活動；認(rèn)知能力；行動策略

《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》從三個領(lǐng)域（社會參與、自主發(fā)展和文化基礎(chǔ)）、六大素養(yǎng)（責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、科學(xué)精神、人文底蘊）和十八個要點的層面對核心素養(yǎng)框架進行了描述[1]$$。2019年教育部發(fā)布《關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》，對實驗教學(xué)與實踐能力提出了要求，實驗教學(xué)再次受到關(guān)注[2]$$。如何開展實驗教學(xué)以真正提高學(xué)生的認(rèn)知能力、實踐能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維；如何將實踐育人的理念轉(zhuǎn)化為人才培養(yǎng)的動力，是理科課堂教學(xué)人才培養(yǎng)的核心任務(wù)。

通過文獻梳理發(fā)現(xiàn)，關(guān)于認(rèn)知能力和教學(xué)研究主要有以下兩個方面：一是心理學(xué)層面認(rèn)知理論的研究；二是教學(xué)中認(rèn)知能力培養(yǎng)策略的研究。教學(xué)中認(rèn)知能力培養(yǎng)主要集中在基于學(xué)科教學(xué)的宏觀性培養(yǎng)，對于具體某項認(rèn)知能力培養(yǎng)的研究還不多見，更缺少針對認(rèn)知活動表現(xiàn)的研究；對于基于實驗活動的認(rèn)知能力、認(rèn)知能力水平層級的深入研究較為鮮見，開展基于實驗活動問題的認(rèn)知行為研究、基于思維能力的優(yōu)化升階研究變得極其重要而迫切。

從2002年科研立項“探究性學(xué)習(xí)教學(xué)方式研究”開始，在后續(xù)的“中學(xué)化學(xué)實驗設(shè)計與創(chuàng)新的研究”“真實情境的化學(xué)核心素養(yǎng)考查及教學(xué)策略研究”，再到全國教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃教育部專項課題“立德樹人背景下義務(wù)教育階段香港與內(nèi)地學(xué)生價值素養(yǎng)培育路徑比較研究”的調(diào)研之中，我們注意到實驗教學(xué)各階段存在諸多的問題：①學(xué)生在實驗中的參與度不高，還存在講實驗、看實驗、想實驗的情況。②實驗活動對學(xué)習(xí)內(nèi)容知識建構(gòu)的支撐力不足，還不能起到幫助學(xué)生深層次理解知識、體會原理的作用。③實驗問題的設(shè)置缺乏對于學(xué)生實驗素養(yǎng)培養(yǎng)的系統(tǒng)性。④缺少針對實踐活動實施的行動模型，缺乏科學(xué)合理的實驗環(huán)節(jié)建構(gòu)，科學(xué)合理的實驗流程管理、環(huán)節(jié)規(guī)范和實驗績效評價體系。⑤缺乏對實驗活動多元課程資源的開發(fā)。⑥缺少實驗活動的學(xué)業(yè)質(zhì)量評價體系。⑦學(xué)生參與實踐活動的機會過少，給學(xué)生創(chuàng)新實踐的空間還不足等問題。

為落實好課程育人任務(wù)，完成素養(yǎng)育人的培養(yǎng)要求，對基于化學(xué)實驗活動發(fā)展學(xué)生認(rèn)知能力的研究進行總結(jié)梳理，確定了解決問題的過程與方法（見表1）。

基于化學(xué)實驗活動發(fā)展學(xué)生認(rèn)知能力的研究與探索以實踐觀為統(tǒng)領(lǐng)，以認(rèn)知學(xué)習(xí)理論研究為基礎(chǔ)，以建構(gòu)學(xué)習(xí)認(rèn)知過程模型、實踐活動行動學(xué)習(xí)模式為抓手，以運用高效的實驗教學(xué)策略支持學(xué)生實踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以優(yōu)質(zhì)資源和課程體系為內(nèi)容承載工具而開展。用實驗活動實施策略工程來表征行動建構(gòu)模式、實施策略、行走路徑的成果與學(xué)科觀念、實踐能力、核心素養(yǎng)之間的脈絡(luò)關(guān)系。挖掘多種實驗教學(xué)策略，為發(fā)展學(xué)生科學(xué)精神、認(rèn)知能力和實踐能力進行有意義的實踐應(yīng)用和探索。運用調(diào)查研究、理論建構(gòu)、實驗對比、課題研究、實證分析、演繹推理等方法和手段，主要解決以下問題：

一是通過學(xué)習(xí)認(rèn)知過程模型、實踐活動行動模型建構(gòu)，解決學(xué)習(xí)過程與認(rèn)知過程、實驗活動與能力培養(yǎng)的割裂問題，強化對問題研究的理論指導(dǎo)性、科學(xué)性和規(guī)范性。

二是通過建立實踐活動實施策略工程圖，解決了育人能力指向不明確，研究方向、維度不清晰的問題。

三是通過實驗普及性開展研究，解決實驗活動中學(xué)生參與水平不高，動手實踐能力差的問題。

四是通過實驗優(yōu)化創(chuàng)新的研究，解決實驗對學(xué)生認(rèn)知深度的建構(gòu)、思維能力的高階培養(yǎng)效果發(fā)揮還不明顯的問題。

五是建課例群、案例庫、作品集，形成課程資源體系，解決了實驗實踐資源匱乏的問題。

六是開展實踐性實驗課程研發(fā)，解決了實驗活動路徑單一、內(nèi)容固化、形式單調(diào)的問題。

（一）提出了實驗活動普及性開展策略

1.開發(fā)生活代用品實驗箱

開發(fā)了學(xué)生的自主實驗箱，具有靈活性、便利性、自主性特點，彌補了實驗活動開展受限問題，增強學(xué)生實驗體驗。同時，實驗箱可以幫助學(xué)生完成興趣實驗、實驗作業(yè)，養(yǎng)成實驗思維，培養(yǎng)實驗信息感知能力和品質(zhì)。

2.構(gòu)建了“以賽評教”的實驗教學(xué)評價方式

通過診斷學(xué)生在做實驗過程中呈現(xiàn)出的知識、能力、情感等方面的綜合發(fā)展水平來確定教師的教學(xué)水平的評價模式。主要采取隨機性和限時性兩種評價方法。同時研制了實驗操作考核評價標(biāo)準(zhǔn)，實驗操作考核題目，制定了實驗教學(xué)評價考核方案。

（二）提出了發(fā)展認(rèn)知能力的實驗活動創(chuàng)新優(yōu)化策略

1.實驗創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計

研制了實驗創(chuàng)新設(shè)計評價標(biāo)準(zhǔn)。針對教材實驗、習(xí)題實驗、學(xué)生實驗，從實驗現(xiàn)象顯性化、提高實驗成功率、實驗結(jié)論得出邏輯層級結(jié)構(gòu)、實驗對知識理解建構(gòu)支持程度、實驗原理解析準(zhǔn)確度等進行改進、增設(shè)或替換的優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化后的實驗?zāi)軌驗閷W(xué)生知識建構(gòu)、能力培養(yǎng)、高階思維形成、問題解決提供更強的價值支持，也能更好地完成化學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)與達(dá)成。

2.數(shù)字可視化實驗研究

開展了利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)的實驗研究，同時探索了將手機、高清攝像機等數(shù)碼產(chǎn)品引入實驗中，借助數(shù)碼科技的連拍、灰度值等技術(shù)的應(yīng)用，增強實驗的可視性、數(shù)據(jù)性、圖像性轉(zhuǎn)化。幫助學(xué)生形成微觀想象力，建立微粒觀，建立宏觀現(xiàn)象和微觀本質(zhì)的聯(lián)系；同時將化學(xué)反應(yīng)的微觀過程轉(zhuǎn)化為數(shù)理分析，幫助學(xué)生分析和洞察微粒的變化和反應(yīng)過程，培養(yǎng)學(xué)科理解能力。以此成果研發(fā)的課例“測定補血劑中鐵元素含量的實驗設(shè)計”在全國多項大賽之中獲獎。

3.課堂實驗活動設(shè)計與實施

在實驗創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)上，研究優(yōu)化實驗在課堂上的應(yīng)用和實施。開發(fā)實驗在課堂學(xué)習(xí)的價值力，梳理實驗活動在課堂教學(xué)中開展策略，使實驗活動發(fā)揮對學(xué)生學(xué)習(xí)助力的最佳價值。探索了探究活動、小組活動、問題設(shè)置等組織實施策略。開展實驗教學(xué)“研課、研評、研展、研討”四研主題活動，評選出了優(yōu)秀案例、課例。

4.實驗習(xí)題的研究

通過構(gòu)建系統(tǒng)性、序列性的相關(guān)實驗問題、實驗習(xí)題體系，幫助學(xué)生建立深度思維邏輯[3]。開展凸顯實驗習(xí)題的學(xué)科特色人教版教材習(xí)題改編活動，建立實驗素養(yǎng)階梯性培養(yǎng)的習(xí)題邏輯設(shè)置策略。形成了“實驗基本技能———實驗方法了解———定性實驗———制備實驗———定量實驗———探究實驗———實驗實踐活動”的遞進設(shè)計思路，建立實驗習(xí)題庫，編制了《實驗導(dǎo)學(xué)》叢書，開展了“六技”教學(xué)技能展示大賽。

（三）開發(fā)了實踐型實驗活動實施路徑

1.跨學(xué)科實驗課程

以學(xué)科實驗研究為基礎(chǔ)，開展跨學(xué)科實驗融合課程研究。以基地校開展活動為主體，建立跨學(xué)科研究活動小組，通過確立相關(guān)主題，研制開發(fā)通過多學(xué)科整合，以實驗為基礎(chǔ)綜合性開展問題學(xué)習(xí)和研究?？鐚W(xué)科實驗綜合課程為學(xué)生提供實驗?zāi)M平臺和實踐空間，引導(dǎo)學(xué)生在解決實際問題的過程中建立問題意識、形成創(chuàng)新精神和實踐能力，進而內(nèi)化為學(xué)科素養(yǎng)。

2.實驗家庭作業(yè)

開展了學(xué)科課后實驗作業(yè)研究，拓展了學(xué)生的作業(yè)形式，發(fā)揮了實驗對學(xué)生學(xué)習(xí)助力作用。開發(fā)形成家庭實驗作業(yè)資源包，通過實驗作業(yè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)習(xí)思考，內(nèi)化學(xué)習(xí)能力，提高科研素養(yǎng)。

3.科普家庭實驗

將實踐活動與科普推廣相結(jié)合是課后拓展實驗活動的方向之一。選編部分符合學(xué)生認(rèn)知水平、引發(fā)學(xué)生深度思考的科普實驗、實踐活動，建立學(xué)生科普實驗實踐資源集，編寫了《實驗與實踐》科普專著。

4.項目化學(xué)習(xí)

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知能力水平，圍繞學(xué)科知識拓展、學(xué)科知識與生活實踐、學(xué)科知識與職業(yè)規(guī)劃、學(xué)科高新科技、跨學(xué)科知識融合項目等內(nèi)容。開發(fā)項目化學(xué)習(xí)主題，組織開展項目化學(xué)習(xí)。通過項目化學(xué)習(xí)，學(xué)生的實踐能力、問題解決能力、綜合分析能力、科研能力、團隊合作意識、社會責(zé)任感等顯著提高。項目化學(xué)習(xí)實踐讓學(xué)生從課上走向課下，從學(xué)科走向多元，從學(xué)校走向社會，凸顯實踐育人綜合價值。

實驗活動在實施研究過程中，積累了大量的實踐活動資源。例如：實踐活動課程、案例，如《家庭實驗作業(yè)》《跨學(xué)科實踐課程案例》《項目化學(xué)習(xí)案例》《社會實踐活動案例》《校本課程案例》；科普活動成果資源，如《科普家庭實驗》《實驗與實踐》《健康與生活》《走進化學(xué)百科》科普叢書；教學(xué)案例、作品，如《實驗教學(xué)優(yōu)秀案例成果集》《實驗課堂教學(xué)大賽案例》《實驗創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計作品集》《實驗導(dǎo)學(xué)》；實施方案、制度、標(biāo)準(zhǔn)，如《實驗操作考評方案》《實驗優(yōu)化創(chuàng)新評價標(biāo)準(zhǔn)》《教學(xué)儀器裝備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》等。

2002年，學(xué)院課題“探究性學(xué)習(xí)教學(xué)方式研究”標(biāo)志著研究的起點，經(jīng)歷了從2004年課程教材研究所重點課題“在新課改形勢下教學(xué)模式研究”、省教育學(xué)會重點課題“中學(xué)化學(xué)實驗設(shè)計與創(chuàng)新研究”、中國教育學(xué)會“十三五”重點課題“真實情境的化學(xué)核心素養(yǎng)考查及教學(xué)策略研究”、黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃2017年度重點課題“核心素養(yǎng)視閾非連續(xù)文本功能與使用策略研究”，到全國教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度教育部專項課題“立德樹人背景下義務(wù)教育階段香港與內(nèi)地學(xué)生價值素養(yǎng)培育路徑比較研究”，在20余年的研究與積累中，研究成果在國家、省級的多種類型、多種模式的研討會、展示會展示，通過全省化學(xué)學(xué)科多層次、多角度賽事、項目、課題等交流活動的歷練，取得如下應(yīng)用效果：

（一）促進學(xué)習(xí)方式改變，有效提升了學(xué)生的認(rèn)知能力、思維水平

成果的應(yīng)用為學(xué)生提供了解決疑難問題、破解思維障礙、尋找科學(xué)答案的行動路徑。增強了學(xué)生的自主探究、協(xié)同發(fā)展的空間，幫助學(xué)生以行動學(xué)習(xí)的方式建構(gòu)關(guān)鍵能力和思維品質(zhì)。不僅成為學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、建構(gòu)科學(xué)理論的工具，還成為創(chuàng)造性解決問題的武器，得到廣大師生的高度認(rèn)同。近年來，中高考中實驗探究、推理分析、問題解決、設(shè)計優(yōu)化等試題的得分率有較大幅度提高。

（二）有力提升了教師實驗教學(xué)水平和研究能力

成果通過全省實驗課題研討會、“實驗五環(huán)節(jié)”大賽等主題教研活動，幫助教師建立用學(xué)科內(nèi)和學(xué)科外“行動思維”研發(fā)案例的思想、以實施流程和要素幫助教師開展個性化實踐研究，提升了教師的教學(xué)水平和研究能力。十幾名教師運用該成果在教育部基礎(chǔ)司、中國教育裝備行業(yè)協(xié)會舉辦的實驗說課大賽、實驗創(chuàng)新大賽上獲得優(yōu)異成績。項目主持人作為點評專家先后4次承擔(dān)實驗說課大賽的現(xiàn)場評審、6次網(wǎng)絡(luò)評審。

（三）建立了多元的優(yōu)質(zhì)資源，輻射作用及成效顯著

應(yīng)用該模式研發(fā)的化學(xué)實驗課例集、視頻資源、習(xí)題資源，被人民教育出版社出版的義務(wù)教育《化學(xué)》教材、教學(xué)用書采用，印證了成果的科學(xué)性和價值。創(chuàng)設(shè)的行動學(xué)習(xí)新模式、構(gòu)建的活動任務(wù)設(shè)計單、實踐課程體系和網(wǎng)絡(luò)空間資源，獲得廣大教師的認(rèn)可，說明成果可復(fù)制、可推廣。

“以課例為載體的系列化教研模式研究與實踐”“初中化學(xué)實驗課有效性研究與實踐”“高中化學(xué)實驗改進與實驗研究”分別獲得2015、2018年黑龍江省基礎(chǔ)教育教學(xué)成果一等獎。

依據(jù)研究成果，主編了系列科普叢書《走進化學(xué)百科———健康與生活》；《實驗與實踐》等系列科普書籍在化工出版社出版；主編參編的教材、教輔資料10本；發(fā)表論文20多篇。

（四）獲得國內(nèi)同行的高度認(rèn)可

該成果在省內(nèi)外得到廣泛推廣應(yīng)用，到省外交流發(fā)言10余次，展示課30余節(jié)。成果在教育部基礎(chǔ)教育司、中國教師發(fā)展基金會、中國教育裝備行業(yè)協(xié)會、中國知網(wǎng)聯(lián)合舉辦培訓(xùn)活動中做介紹；項目主持人作為專家參加高中理科及小學(xué)科學(xué)教學(xué)裝備配置標(biāo)準(zhǔn)8個學(xué)科制修訂項目結(jié)題鑒定會，參與2022版新課程方案、新課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，承擔(dān)義務(wù)教育學(xué)業(yè)質(zhì)量測評任務(wù)等。

參考文獻：

[1]林崇德.中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)：深入回答“立什么德、樹什么人”[J].人民教育，2016（19）.

[2]中華人民共和國教育部.關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見[EB/OL].（2019-11-28-）[2022-11-21].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/201911/t20191128_409958.html.

[3]許虹宇.實驗導(dǎo)學(xué)，初中、高中[M].哈爾濱：黑龍江教育出版社，2010：1-160.

見習(xí)編輯/張婷婷