IBDP化學課程實驗體系探析

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ibdp(InternationalBaccalaureateDiplomaProgramme)課程是國際文憑組織(IBO)在綜合各國課程優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，為具有較強學習動機的全世界高中學生設計的。它致力于培養(yǎng)具有終生學習能力的國際公民，具有和諧均衡的課程體系、嚴格的評估，是現(xiàn)今影響最大的國際化課程。IBDP化學課程是由兩年時間來完成，分為兩個教學模塊:理論部分(80%)與實驗部分(20%)。理論部分:包括核心內(nèi)容、提高內(nèi)容和選修內(nèi)容三部分。本文對IBDP化學課程實驗部分內(nèi)容進行研究，希望能對我國高中化學實驗課程改革提供借鑒與啟示。

1、IBDP化學課程概述

化學課程屬于IBDP課程體系第四組“實驗科學”，提供高水平(HL)、標準水平(SL)兩個不同層級供學生選擇，這兩個層級在學習的深度、廣度和課時安排上有明顯差異。以高水平(HL)為例，其課時安排，見圖1。其中核心內(nèi)容屬于兩個層級的必修內(nèi)容，包含化學計量、原子結(jié)構(gòu)、元素周期律、化學鍵、化學動力學、化學熱力學、化學平衡、酸堿體系、氧化還原、有機化學、測量與數(shù)據(jù)處理11個主題。提高內(nèi)容僅為高水平層級的必修內(nèi)容，在核心必修11個主題內(nèi)容基礎(chǔ)上，進行更深入和更廣泛的進階學習。選修內(nèi)容包含材料、生物化學、能源和藥物化學四個主題，任選其中一個主題學習。選修部分對學生的綜合能力和化學學科素養(yǎng)要求比較高。因此，對于標準水平層級學生，是在完成核心內(nèi)容學習后才能進行選修學習。而對于高水平層級學生，則是完成核心內(nèi)容和提高內(nèi)容的基礎(chǔ)上，再進行選修學習［1］。課程評價是由外部評價(ExternalAssessment，簡稱EA)和內(nèi)部評價(InternalAssessment，簡稱IA)兩部分構(gòu)成。其中EA占80%，IA占20%，按權(quán)重計算總分，再參照標準轉(zhuǎn)化為7分制(1～7分)。外部評價(EA)為紙筆測試，分為卷1(Paper1)、卷2(Paper2)和卷3(Paper3)，共3場測試(詳見表1)。每年IBO將組織兩次全球統(tǒng)考，分別在5月和11月。而我國考生將在學習IBDP化學課程的第二年參加5月份的全球統(tǒng)考，類似于國內(nèi)高考。內(nèi)部評價(IA)為獨立探究實驗，每位學生無論高水平還是標準水平層級都需獨立完成“提出問題—設計實驗—獨立實驗—采集數(shù)據(jù)—分析數(shù)據(jù)—得出結(jié)論—撰寫實驗論文”這一完整的探究實驗流程。學生提交實驗論文后，先由授課教師依據(jù)參考標準評分并上傳分數(shù)。IBO將依據(jù)學校的考生數(shù)目，抽取樣本，由IBO閱卷人員進行二次評分，如果兩次評分存在差異，則全部考生分數(shù)進行調(diào)整，保證了全球考生內(nèi)部評價(IA)分數(shù)的公平與公正。

2、IBDP化學課程實驗部分及評價方式述評

2．1課內(nèi)實驗

IBDP化學課程中包含了9個必修課內(nèi)實驗，要求時長共40h。由圖2可以看出，9個IBDP化學必修實驗中有7個我國高中化學必修教材中也有涉及，但是國內(nèi)高中對于實驗的開設情況差異很大，大多數(shù)實驗僅為課堂演示或理論分析，學生動手機會很少。而在IBDP化學課程中，學生必修需完成40h實驗，并完成相應實驗報告以作業(yè)形式上傳，最后生成學生化學課程文件，并由授課教師遞交實驗記錄清單(PSOW)上傳IBO，只有達到了課時要求，才能參加最后的全球EA統(tǒng)考。從實驗類型分析，IBDP化學必修實驗主要為原理探究，以探究實驗突破知識障礙。而我國側(cè)重的許多性質(zhì)實驗在IBDP化學課程中僅為高水平層級的必修實驗，學生可以從眾多的性質(zhì)實驗中選擇感興趣的來完成。IBDP化學課程安排課內(nèi)實驗課時40h，完成9個必修實驗后，剩余課時可安排課堂拓展實驗，由授課教師設定研究內(nèi)容或?qū)W生自主開發(fā)探究實驗。每個學生最終的實驗記錄清單(PSOW)都是極具個性化的，這同時也給予了學生很大的自主空間發(fā)展他們的獨立思考能力、實驗操作能力、觀察能力、數(shù)據(jù)處理能力等各項實驗技能，在高中時期就逐步習得與大學相適應的能力水平。同時，這對于授課教師也提出了更高的要求，輔助學生開發(fā)實驗項目，指導學生進行實驗操作，每個學生或獨立或形成合作小組，授課教師進行針對性指導，這無疑需要不斷提升自我，終身學習與成長。例如，筆者開設了公園采集水樣分析溶解氧達標情況的實驗。學生實地采集多處水樣，對水樣進行預處理，氧化還原滴定，數(shù)據(jù)處理，誤差分析，結(jié)合生物環(huán)境等跨學科知識，給出公園不同水樣溶解氧達標情況的分析結(jié)論報告。又如，結(jié)合生活中的常見蔬菜水果，開發(fā)新的酸堿指示劑和電解質(zhì)，完成中和滴定實驗、電解池探究實驗等。讓學生自由發(fā)揮，在實踐中充分理解酸堿的概念、電解池的原理、電解池與原電池的異同等核心化學知識。真正實現(xiàn)做中學，提升學生化學思維、動手實踐能力，培養(yǎng)學生濃厚的學習興趣，這和我國教學改革的指導方針不謀而合。

2．2跨學科合作課題研究

IBDP課程體系的第四小組為“實驗科學”組，包括化學、物理、生物學、環(huán)境系統(tǒng)、計算機、設計等。IBDP課程要求選修這組課程的每位學生都應完成一個跨學科合作項目。學生自由組合，形成4～6人的合作小組，在同一個戶外地點，針對感興趣的內(nèi)容共同設計一個研究課題，這個課題會涉及學生選修學科的內(nèi)容，并提出和學科相關(guān)的問題，開展探究活動，總時長為10h，包括課題設計2h，課題實施6h，成果展示和課題評價2h。例如:筆者所在學校，開展了以“游樂園環(huán)境與安全”為主題的探究項目，學生5～6人組成一個隊伍，含三個學科的成員。組隊后，每個隊伍自定選題，如“游樂園中的設備研究”。學化學的學生研究“設備老化后物質(zhì)成分”、學生物的學生研究“設備表面的細菌滋生”，學物理的學生研究“設備運行加速度”。同組學生針對研究內(nèi)容現(xiàn)場采集樣本，在校內(nèi)完成相關(guān)實驗，跨學科分析、研討實驗結(jié)果，共同探尋設備老化的起因、設備老化后物質(zhì)成分的變化、涉及反應與原理、設備表面的細菌滋生情況、設備成分與細菌滋生間的關(guān)系及影響、設備運行加速度情況、設備老化后是否出現(xiàn)裂紋，其結(jié)構(gòu)、零部件形狀及大小是否發(fā)生相對變化而誘發(fā)疲勞載荷，對運行造成的影響等，并共同撰寫實驗報告，完成成果匯報展示。項目的宗旨是強調(diào)跨學科間的聯(lián)系，有利于學生產(chǎn)生知識碰撞，構(gòu)建跨學科的學習視野，讓學生關(guān)注科學探究的過程而非結(jié)果，培養(yǎng)學生的科學思維能力、探究實踐能力和團隊協(xié)作能力。項目實施后，學生需要每組提交一份報告、一篇項目反思記錄在個人成長檔案中，并在展示課上分享交流。團隊成員從問題生成到科學實驗、從數(shù)據(jù)分析到結(jié)論分享。每一個環(huán)節(jié)緊密相扣，協(xié)作交流，攻克困難，共同成長。在探尋科學真理的過程中，不斷提升個人與團隊素養(yǎng)，收獲共享學習的快樂與成就。

2．3內(nèi)部評價(IA)

IA占IBDP化學課程總成績的20%，要求學生依據(jù)興趣愛好設計一個完整的探究實驗，“提出問題設計實驗獨立實驗采集數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論”，并撰寫一份6～12頁的實驗論文。這對學生的綜合能力提出了很高的要求，是極具挑戰(zhàn)的評價考核。學生自行選題，可以源于課本又高于課本，可以從生活中獲得科學問題的靈感，提出含自變量與因變量的問題，開展正式的實驗探究，圍繞問題設計多組平行實驗，獲取實驗數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行誤差分析、信度與效度分析，再對數(shù)據(jù)進行詳盡的分析解讀，從不同角度演繹實驗數(shù)據(jù)，尋求與探究問題間的關(guān)系，該結(jié)論未必是一個確定的結(jié)果，但一定是具體的、清晰的、與數(shù)據(jù)緊密關(guān)聯(lián)的。旨在培養(yǎng)學生鉆研科學的精神、多維度的科學思維素養(yǎng)、實驗探究能力和數(shù)據(jù)分析能力。IBDP課程對IA論文評分有具體的評價標準，見表2。總分為24分，由五個評分維度構(gòu)成。由表可知，高質(zhì)量的IA論文并不在于選題內(nèi)容的高深，而是在于研究問題的創(chuàng)新性、可探究性，研究方法的匹配性、對數(shù)據(jù)科學準確的處理與解讀、與數(shù)據(jù)緊密關(guān)聯(lián)的結(jié)論等方面。關(guān)于創(chuàng)新性要求，學生的選題不能與課內(nèi)實驗相同，應探索研究未知，由學生自己設計，教師指導幫助，結(jié)論可以是不確定的、發(fā)散的。在此過程中，授課教師的角色主要是給予學生一定程度的選題指導，然而并不直接肯定或否定。在學生實驗過程中給予一定操作上的技術(shù)支持，并對學生提交的論文初稿給予評價，而且只能為學生的初稿給予指導，后期如再進行過度的指導和評價都是不符合IB規(guī)則的。

3、對我國高考改革和化學實驗課程設置的啟示

IB對學習者提出了十項必備的素養(yǎng)———“積極探究、學識淵博、善于思考、善于交流、要講原則、頭腦開明、關(guān)心他人、勇于挑戰(zhàn)、身心平衡和善于反思”。顯示出其重視培養(yǎng)學生全面發(fā)展和具備科學素養(yǎng)的教育理念。IB化學實驗課程的特點主要表現(xiàn)為以下三個方面:

3．1注重化學原理的理解

IBDP化學課程設置的9個必修實驗中更多為化學原理的探究實驗，原理部分恰好也是化學學習的難點，學生往往存在迷思概念，難以突破。以做代講，從實驗中去領(lǐng)悟抽象的概念和原理，不失為一個妙計。EA統(tǒng)考時，會給學生發(fā)一本小冊子，列出需要用到的化學公式等，供答題和計算時查閱。可以看出，IBDP化學教學更注重化學原理的理解而不是記憶。從課內(nèi)實驗40h時長設置來看，教學中十分注重實驗技能的培養(yǎng)，要求學生具有辯證思維、獨立思考及動手實踐的能力，而這正是學習化學的根本。

3．2培養(yǎng)學生科研能力和論文寫作能力，為進入大學打好基礎(chǔ)

從IBDP化學課程的評價體系中，IA占20%，可以看出IB組織十分注重綜合實驗探究能力的培養(yǎng)，在此過程中，學生要獨立設計完整的探究實驗，設置自變量和因變量，完成實驗探究，采集數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)處理分析。這里不得不說，在化學實驗課程中，有一個主題為“測量和數(shù)據(jù)處理”，討論了系統(tǒng)性誤差、隨機誤差、精確度和準確度，結(jié)合具體的實驗探究，使學生同時在理論和實踐的層面理解誤差產(chǎn)生的原因以及如何正確地處理誤差，能夠合理地使用有效數(shù)字，確定實驗結(jié)果的合理性，做好信度和效度分析。深層次地培養(yǎng)了學生的科研基本功，提高了學生的科學素養(yǎng)和論文寫作能力，為進入大學做好了充足的能力儲備，這也是IBDP能成為最具國際影響力的課程，且深受世界一流大學歡迎的原因。

3．3培養(yǎng)跨學科的科學視野和團隊協(xié)作能力

IB組織要求所有學習第四小組“實驗科學”的學生都要參加合作課題研究，選題可以與科學技術(shù)、社會倫理、環(huán)境保護等相關(guān)，并結(jié)合學生的學科背景，將問題拆解成各學科的子問題，進行深度挖掘與實驗探究。匯總各子問題所得的初成果，組員進行跨學科思維碰撞，逐步理解科學規(guī)則與科學方法間的關(guān)系，嘗試從多學科角度對初成果進行綜合分析，得到研究結(jié)論。最后小組共同完成一份實驗報告與成果展示。IB課程強調(diào)了跨學科間的協(xié)作，幫助學生構(gòu)建學科間的聯(lián)系，鼓勵學生積極溝通配合，增強對科技和環(huán)境、倫理和道德等方面的認識，從個人思考延伸至團隊鉆研，單一學科上升至跨學科視野，團隊合作給予了學生全方位提升自我的機遇，讓一切未知化身可能，指引了對未來教育的探索。

參考文獻:

［1］InternationalBaccalaureateOrganization:DiplomaProgramChemistryguide-Firstassessment2016．Cardiff，Wales，2014．［EB/OL］．

［2］唐盛昌，李英主編．高中國際課程的實踐與研究總論卷［M］．上海:上海教育出版社，2011．

作者:曹璨 單位:深圳市高級中學