科学探究四维进阶模型在教学中的应用

毛杰

摘要：科学探究是培养化学核心素养的学习方式，也是第一单元的知识核心。以“木炭和氧化铜成分的探究”为载体进行单元复习，避免了传统复习形式的枯燥，有利于培养学生探究能力，提高学习兴趣;以构建“科学探究四维进阶模型”为学法指导，指导学生学习化学探究的方式，并持续应用于后续进阶的学习任务中;通过各维度的进阶模型显化科学探究的各级能力要素，帮助教师明确学生探究能力的培养方向，深化探究能力的层级发展。

关键词：科学探究;四维进阶模型;学科能力;核心素养;单元复习

1 问题的提出

学习进阶（learning progressions，简称LPs）也称学习进程，是近几年的美国科学教育改革中的一个新兴的概念。是对学生在各学段学习同一主题的概念时所遵循的连贯的、典型的学习路径的描述，一般呈现为围绕核心概念展开的一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列[1]。科学探究作为化学学习的核心概念，在学习过程中表现出探究方法、探究技能、创造能力的一系列进阶，在学习的不同阶段，对教师的探究能力培养方向，学生的探究水平达成目标提出了不同的要求。因此在化学学习的初始阶段，构建科学探究四维进阶模型，为教学提供参考工具，具有积极意义。

1.1以科学探究为手段开展单元复习，促进学科核心素养发展

科学探究是培养学生核心素养的一种重要学习方式，也是第一单元的知识核心。第一单元的整体认识（见图1）表明：第一单元的中心和重点在课题2，课题1和课题3都是为课题2服务的，而课题2也是后续科学探究进阶的基础。所以单元复习的中心就在实验探究。在复习课的设计上就要围绕着这个中心来开展把其他内容融合到这个中心上来。

1.2教学设计的已有研究和本研究的关键问题

第一单元已有的教学研究有：常爱珠的“三法指导我们走进化学世界”[2]，白福秦的“实验分析与实验教法建议”[3]。以上文献对第一单元的研究主要集中在知识层面，缺乏对科学探究的方法指导。因此构建模型指导探究、进行单元复习，值得进一步研究。

本研究的关键问题：①创设真实切题的探究情境;②构建学生自主探究模型。因此，本研究以“木炭和氧化铜成分探究”为载体，结合“科学探究四维进阶模型”设计第一单元复习教学内容，以期更好地实现单元复习课的教学价值，达到理想的教学效果。

2 设计基础

2.1实验基础--木炭和氧化铜成分的探究

2.2理论基础--科学探究四维进阶模型

基于现阶段学生对科学探究的认知水平和第一单元的知识体系（见图2），从“科学探究能力构成体系” [4]中提取与学生现有认知水平相契合的要素构建科学探究四维进阶模型，（见图3）。

模型可以从“探究步骤、实验装置、实验操作、实验方法”四大维度进行刻画。各维度对应的“能力体系构成要素”与教学功能如下表。

以上四个维度在能力要素中存在交叉关系，但整体的建构顺序“探究步骤→实验装置→实验操作→实验方法”是符合学生对科学探究的心理认知规律的。通过模型指导学生对真实情境进行探究，也有助于学生体会化学研究的对象：物质的性质和变化。在复习课中应用模型，可加强学法指导，提高学生学习能力，促进科學探究的进阶学习。

3 教与学的过程设计

4 教学设计反思

该教学设计主要从两个方面入手：（1）以“碳和氧化铜成分探究”为载体，复习单元知识;（2）通过“科学探究四维进阶模型”，指导学生自主探究，提高探究能力。

4.1以真实探究情境为载体，有助于激发学习兴趣，提高单元复习教学效率

好的复习需要精心设计和选取具有丰富教学功能的情境素材和学生学习活动任务。现有单元复习教学的学生活动主要以总结、归纳、练习为核心任务，利用知识树、思维导图等形式，对核心考点进行梳理，再辅以习题训练。这样的设计虽有利于学生对知识的整体掌握，但并未充分体现科学探究的教学价值。而且单纯以习题作为情境，难以激发学习兴趣，导致复习课枯燥乏味。本研究以“物质成分探究”为载体创设真实探究情境，给学生真实的体验，可以激发学习兴趣，培养合作意识，发展学科素养，提高复习效率。

4.2科学探究四维进阶模型的应用有助于学生探究能力的层级发展

学习化学的起始阶段，学生对科学探究的认知是片面的，面对探究情境缺乏解决问题的方法。而模型可以对学生进行方法指导，帮助学生从整体上认识科学探究的过程及能力要素，指导学生理清思路，按步骤进行有序实验，培养探究的各级能力，促进学生探究能力的层级发展。

4.3科学探究四维进阶模型的应用有助于教师明确学生探究能力的培养方向

模型的第一维度体现的是科学探究的能力系统，其他三个维度体现的是能力系统中的各级要素。随着学习的不断深入，可以变换模型中的部分能力要素以适应学生各阶段的能力发展水平。通过对模型概括的“科学探究能力构成要素”的解构，可以帮助教师发现学生在探究中存在的薄弱环节，及时调整教学目标和问题任务，进一步明确中学生探究能力的培养方向。

参考文献：

[1]刘晟，刘恩山.学习进阶——关注学生认知发展和生活经验：教育学报，2012年4月：81-87.

[2]常爱珠，石国栋.“三法”指导我们“走进化学世界”[J].数理化学习（初中版），2008，（07）：53-54.

[3]白福秦.义务教育课程标准实验教科书《化学》实验分析与实验教法建议（Ⅰ） 第一单元 走进化学世界[J].教学仪器与实验，2006，（06）：3-5.

[4]刘东方，王磊.科学探究能力的构成要素——基于国外科学课程文件的分析[J].化学教育，2012，33（09）：44-49.