學(xué)科核心素養(yǎng)視域下“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程育人模式探索

摘

要：推進核心素養(yǎng)引導(dǎo)下的教育教學(xué)改革已經(jīng)成為了當今基礎(chǔ)學(xué)科教育的熱點。學(xué)科核心素養(yǎng)視域下，“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”教學(xué)改革的本質(zhì)是實現(xiàn)教學(xué)真正服務(wù)于學(xué)生的成長和發(fā)展。通過深化學(xué)科核心知識理解，問題情景教學(xué)法實現(xiàn)轉(zhuǎn)知成智、化識為能，夯實學(xué)科素養(yǎng)基礎(chǔ)；“證據(jù)推理”和“四重表征”思維方式的培養(yǎng)，構(gòu)建學(xué)生基于學(xué)科特點思考問題、分析問題和解決問題的方法與模式；學(xué)科精神、社會責任培養(yǎng)與課程教學(xué)深度融合，鑄就學(xué)生精神品質(zhì)，彰顯價值引領(lǐng)在課程改革中的核心作用。關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng)；現(xiàn)代分析測試技術(shù)；育人模式；教學(xué)改革化學(xué)學(xué)科經(jīng)歷了從“雙基”到“三維目標”，再到“學(xué)科核心素養(yǎng)”三個發(fā)展階段，其變遷過程體現(xiàn)了從學(xué)科知識到學(xué)科本質(zhì)再到學(xué)科育人的價值轉(zhuǎn)變，使得化學(xué)教育真正服務(wù)于學(xué)生的成長和發(fā)展。“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程作為化學(xué)學(xué)科的重要分支，其對于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展既具有共性貢獻，又具有個性貢獻。在學(xué)科核心素養(yǎng)視域下，基于“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程自身的規(guī)律和特點，明晰該課程在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和提升過程中的特定作用，才能充分發(fā)揮其育人價值。一、知識是核心素養(yǎng)之“本”“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)實踐中，長期秉持事實本位知識論和間接經(jīng)驗論，課堂教學(xué)主要以學(xué)科事實與信息傳授為主。然而，隨著現(xiàn)代分析測試技術(shù)的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普遍應(yīng)用，“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源和教學(xué)方式都發(fā)生了深刻變革，課堂教學(xué)已經(jīng)不再是學(xué)生獲取現(xiàn)代分析測試技術(shù)知識的唯一渠道，其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革已勢在必行。盡管事實本位知識論的負面影響日益凸顯，但缺少了學(xué)科事實與信息，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)便成為無源之水、無本之木。將知識內(nèi)容積淀為學(xué)科修養(yǎng)，將知識形式轉(zhuǎn)化為學(xué)科能力，將知識旨趣升華為學(xué)科情感。學(xué)科知識學(xué)習和理解過程本身就是學(xué)科素養(yǎng)積淀與形成的過程[1]。因此，“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)改革不是淡化甚至否定知識在學(xué)科核心素養(yǎng)中的根本作用，而是面對高速發(fā)展更新“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”方法和紛繁龐雜的網(wǎng)絡(luò)資源，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方式，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。（一）構(gòu)建合理的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)盡管學(xué)科知識飛速發(fā)展，但構(gòu)成學(xué)科體系基底的學(xué)科核心知識和知識結(jié)構(gòu)依舊相對穩(wěn)定。學(xué)科核心知識和知識結(jié)構(gòu)是該學(xué)科實質(zhì)內(nèi)容的集中體現(xiàn)，只有深入理解核心知識，構(gòu)建合理的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，才能真正提升該學(xué)科的核心素養(yǎng)。化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科。化學(xué)學(xué)科對于化學(xué)現(xiàn)象的主要研究方式是自下而上，即從原子、分子角度來詮釋物質(zhì)性質(zhì)和變化規(guī)律。化學(xué)學(xué)科知識本質(zhì)上不是讓學(xué)生了解學(xué)科事實或現(xiàn)象，而是“看”清物質(zhì)的本質(zhì)。因此，物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的理解是化學(xué)核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容。光譜是“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程的重要組成部分，更是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的“信使”，光譜分析是連接物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的紐帶。近年來，隨著先進科學(xué)儀器方法的發(fā)展，借助“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”方法，從分子和量子角度認識反應(yīng)本質(zhì)的研究方法已經(jīng)被普遍采用。紫外、紅外、核磁分析的本質(zhì)是分子中電子排布、運動以及它們相互作用的反映，是推導(dǎo)物質(zhì)間反應(yīng)的規(guī)律、預(yù)測分子的理化性質(zhì)的重要依據(jù)。這部分內(nèi)容在定性定量分析中直接應(yīng)用性不強，且較為抽象，通常在教學(xué)中易被忽視。但基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，合理增加難度，拓展課程深度，深入理解現(xiàn)代分析測試技術(shù)所反映的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)特點是“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)的重要內(nèi)容。（二）間接經(jīng)驗教學(xué)向問題情景教學(xué)轉(zhuǎn)化“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)除分析物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)外，還包括儀器構(gòu)造、儀器特點、應(yīng)用范圍和設(shè)備使用。現(xiàn)有教學(xué)中，這些知識基本是學(xué)科事實與信息，是間接經(jīng)驗或現(xiàn)成知識，多停留在了解、記憶層面。原本充滿生機與活力的儀器研發(fā)過程，進入教材之后變得靜止、教條和僵化，學(xué)生缺乏參與儀器研制、完善和實際應(yīng)用的親身體驗，難以深刻體會到儀器發(fā)展中所蘊含的科學(xué)思想和研究方法。學(xué)生在這種“寄生”性的過程中，獨立思維能力、創(chuàng)新能力、判斷能力、質(zhì)疑能力、遷移能力很難被提高，甚至于被弱化。教育的目的不是培養(yǎng)間接經(jīng)驗接收者，而是培養(yǎng)知識的思考者、創(chuàng)造者。教學(xué)過程不是簡單的口耳相傳過程，而是讓學(xué)生經(jīng)歷知識的再現(xiàn)，像科學(xué)家一樣去重新“發(fā)現(xiàn)”知識的過程[2]?！艾F(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)的重點由以知識內(nèi)容學(xué)習轉(zhuǎn)向?qū)W科事實所蘊含的科學(xué)思想和研究方法的深層把握。在實際教學(xué)中，摒棄間接結(jié)論的灌輸，代之以問題情境的探究，復(fù)演“儀器、分析方法的形成和發(fā)展的過程”：采用沉浸式情景教學(xué)方法，讓學(xué)生置身于儀器研究的歷史背景之中，通過提供指導(dǎo)性問題、討論和團隊合作等方式，“親身經(jīng)歷”儀器、分析方法的誕生、發(fā)展和完善的過程；還原教材隱去的知識探索過程中的生機與活力，感受到科學(xué)探索的魅力與神奇，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和主動性。在這個情境過程中，學(xué)生針對儀器、分析方法在不同發(fā)展階段面臨的問題，認真分析，深入思考，提出解決問題的方法，保證認知向真實情景遷移，實現(xiàn)轉(zhuǎn)知成智、化識為能，核心素養(yǎng)得到發(fā)展和提升。創(chuàng)設(shè)合適的教學(xué)情境，啟發(fā)學(xué)生思考，使學(xué)生在掌握知識技能的同時，感悟知識的本質(zhì)，積累思維和實踐的經(jīng)驗，培養(yǎng)核心素養(yǎng)[3]。二、思維方式是學(xué)科核心素養(yǎng)之“道”學(xué)科思維方式是基于學(xué)科核心素養(yǎng)，思考問題、分析問題和解決問題時表現(xiàn)的本能、專業(yè)的思維模式。學(xué)科思維方式植根于學(xué)科內(nèi)容之中，是學(xué)生世界觀與方法論最直接的表現(xiàn)。學(xué)科思維方式對學(xué)生的終身發(fā)展具有重要而長遠的影響。（一）強化“證據(jù)推理”思維模式科學(xué)探究通常都是從情境中發(fā)現(xiàn)問題，再根據(jù)原始資料或數(shù)據(jù)等對問題形成假設(shè)，通過觀察和實驗獲得事實性證據(jù)，基于證據(jù)進行推理并對假設(shè)進行修正，最終得到科學(xué)結(jié)論[4]。科學(xué)探究過程中，基于證據(jù)提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實或證偽，建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間邏輯關(guān)系的“證據(jù)推理”扮演著重要角色?！白C據(jù)推理”不僅是科學(xué)研究的基本思維方法，更是學(xué)科核心素養(yǎng)的主要組成部分。在實際教學(xué)和科研中，學(xué)生往往根據(jù)一個檢測數(shù)據(jù)就會得出某個結(jié)論，缺少檢測數(shù)據(jù)和結(jié)論兩者關(guān)系的建構(gòu)，大多數(shù)學(xué)生存在證據(jù)意識和推理能力薄弱的問題。強化“證據(jù)推理”思維模式，其核心是實現(xiàn)數(shù)據(jù)向證據(jù)的轉(zhuǎn)換。分析測試獲得的是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)滿足準確性、充分性、相關(guān)性材料成為獲得事實性證據(jù)。數(shù)據(jù)的準確性是指測試結(jié)果與實際情況的一致性程度，是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為證據(jù)的前提和基礎(chǔ)，其對于結(jié)論的可靠性和科學(xué)價值具有重要影響。為確保數(shù)據(jù)的準確性，一方面，應(yīng)使用經(jīng)過驗證的標準方法進行測試，并經(jīng)過嚴格的評估和驗證，保證檢測結(jié)果準確可靠。在缺少標準方法的情況下，需要對測試方法進行重復(fù)性、回收率、穩(wěn)定性、精密度、檢測限、準確度、線性范圍等指標的評估和控制，以確保分析方法的準確性、可靠性和可重復(fù)性。另一方面，檢測過程要在質(zhì)量管理體系下完成，應(yīng)采用校準、質(zhì)控樣品、重復(fù)測量、空白樣品、樣品標識和追蹤等質(zhì)量控制措施確保數(shù)據(jù)的準確性。數(shù)據(jù)的充分性指能夠提供全面、詳盡的信息，以支持所要得出的結(jié)論，數(shù)據(jù)的數(shù)量和多樣性對于得出結(jié)論的充分性至關(guān)重要。在樣本選擇時遵循科學(xué)的原則和方法，數(shù)據(jù)的數(shù)量能夠代表所研究對象的整體特征，支持所要得出的結(jié)論。此外，檢測方法需要具有多樣性，從不同角度、不同條件、不同方法層面獲得能夠相互支持、相互驗證的檢測數(shù)據(jù)，才能得出更加全面和準確的結(jié)論。數(shù)據(jù)的相關(guān)性主要是數(shù)據(jù)和結(jié)論之間的相關(guān)性。通過分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和趨勢，驗證假設(shè)，得出結(jié)論。結(jié)論應(yīng)該基于數(shù)據(jù)的分析和解釋，且能夠合理解釋數(shù)據(jù)的趨勢、關(guān)系或模式。學(xué)生往往只停留在簡單地收集和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的階段，而缺乏深入的分析和解釋。這種表面化的處理方式不僅限制了他們對數(shù)據(jù)的理解，還限制了他們對所研究問題的深入思考和推斷能力。在科研和教學(xué)實踐中，培養(yǎng)學(xué)生分析證據(jù)之間的關(guān)系和趨勢，根據(jù)證據(jù)的特點和邏輯規(guī)律進行推斷，并能夠合理解釋研究結(jié)果的能力，不僅有助于學(xué)生理解科學(xué)原理，還有助于其邏輯思維能力的培養(yǎng)。（二）構(gòu)建四重表征的思維方式思維可視化是一種將抽象的思維過程轉(zhuǎn)化為可見形式的技術(shù)，通過使用圖表、符號、文字、模型等輔助工具來展示思維中隱藏的信息，從而使思維過程更加明確和易于理解。在教學(xué)實踐中，思維可視化使原本模糊不清的概念和規(guī)律變得清晰可見?；诂F(xiàn)代分析測試技術(shù)進一步提出“宏觀—微觀—符號—譜圖”四重表征的思維方式?！昂暧^表征”是物質(zhì)的物理化學(xué)變化、物理性質(zhì)和相應(yīng)性能的表征?！拔⒂^表征”的對象是包括分子、原子、電子微觀物質(zhì)或其相互作用，是宏觀現(xiàn)象所反映的微觀本質(zhì)?！胺柋碚鳌笔且曰瘜W(xué)用語的形式表達物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成方式，是連接宏觀和微觀的“形式”紐帶?！白V圖表征”是以譜圖的形式來表現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是連接宏觀和微觀的“實質(zhì)”紐帶，是構(gòu)效關(guān)系更加透徹的表述。通過“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”教學(xué)熟練掌握四種表征的相互切換來解決化學(xué)中的實際問題。例如同系物紫外教學(xué)中，物質(zhì)顏色的變化（宏觀）、分子軌道和帶隙的差異（微觀）、物質(zhì)結(jié)構(gòu)式（符號）和紫外吸收峰的移動（譜圖）。在分析問題方面：共軛體系小的物質(zhì)（符號）顏色淺（宏觀）的原因是HOMO和LUMO間的能量差大（微觀），吸收峰藍移（譜圖）。在解決問題方面：將紫外光吸收材料轉(zhuǎn)換為可見光吸收材料（宏觀）的設(shè)計思路是吸收峰紅移（譜圖），HOMO和LUMO間的能量差?。ㄎ⒂^），設(shè)計具有更大共軛體系（符號）材料。通過“四重表征”思維方式的培養(yǎng)，提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。學(xué)科思維非自然形成，知識的積累未必帶來學(xué)科思維方式的發(fā)展，學(xué)科思維是在學(xué)科的學(xué)習中逐步養(yǎng)成。倘若秉持僵化、凝固的知識觀，并以灌輸、訓(xùn)練的方式教授知識，知識的積累反而可能導(dǎo)致邏輯素養(yǎng)的衰減甚至泯滅[5]?！艾F(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)過程中，通過探究式實驗代替驗證式實驗，構(gòu)建學(xué)科思維模式，提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)。針對實際問題，從學(xué)科視角出發(fā)，鼓勵學(xué)生運用學(xué)科知識提出科學(xué)假設(shè)，重點培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并將問題轉(zhuǎn)化為可測變量問題的能力[6]。設(shè)計實驗，檢測分析，培養(yǎng)學(xué)生收集、整理和分析數(shù)據(jù)的技能；強化“證據(jù)推理”思維模式，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為驗證假設(shè)和得出結(jié)論有力的證據(jù)，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。三、“學(xué)科精神和社會責任”是學(xué)科核心素養(yǎng)之“魂”一個學(xué)科的發(fā)展不僅僅是知識技能、思維方式的延續(xù)和革新，更是精神、品質(zhì)的傳承與發(fā)展。一種教育缺少科學(xué)理想和社會責任感只能是技能訓(xùn)練和謀取個人利益的工具，因此“科學(xué)精神”“社會責任感”是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的核心和靈魂。然而，大量思政內(nèi)容的簡單引入，容易形成“兩張皮”的困境，因此結(jié)合“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程特點，基于核心素養(yǎng)進行課程頂層設(shè)計，實現(xiàn)核心知識傳授、思維方式培養(yǎng)與學(xué)科精神、社會責任深度融合，寓責于教，春風化雨，潤物無聲，方能實現(xiàn)知識思維和品質(zhì)精神同向同行。（一）課程科學(xué)精神培養(yǎng)“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”作為一門“古老而又年輕”的學(xué)科蘊含著豐富的科學(xué)精神，在教學(xué)實踐中發(fā)揮著潤物細無聲的教育作用?，F(xiàn)代分析測試技術(shù)植根于“古老”的分析化學(xué)，其長期積淀的科學(xué)嚴謹、規(guī)范準確的科學(xué)精神在現(xiàn)代分析測試技術(shù)中進一步彰顯。誤差分析、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備校準、結(jié)果討論、分析方法學(xué)都是對于科學(xué)嚴謹、規(guī)范準確的科學(xué)精神的詮釋，且貫穿整個“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”教學(xué)。并且，理論教學(xué)、情境教育、作業(yè)習題、實驗實訓(xùn)共同構(gòu)成了科學(xué)嚴謹、規(guī)范準確的科學(xué)精神養(yǎng)成的環(huán)境。同時，“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”作為一門“年輕”的學(xué)科，不拘泥于傳統(tǒng)束縛，勇于創(chuàng)新，兼容并蓄，接受各種先進的技術(shù)成果。底蘊深厚、特色鮮明的學(xué)科精神，讓學(xué)生身在其中、耳熏目染，并內(nèi)化為學(xué)科素養(yǎng)。（二）社會責任培養(yǎng)現(xiàn)代分析測試技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品、藥品、環(huán)境和能源等多個領(lǐng)域，在社會責任方面可以挖掘大量素材。因此，大多課程都把社會責任作為課程思政的重要內(nèi)容，但實際效果有待進一步提升。其原因一方面，是社會責任的教育過于空泛，僅是價值觀的說教或觀念的灌輸，學(xué)生缺少感知、咀嚼、反思、認同的過程，缺乏發(fā)自內(nèi)心的認同感。另一方面，大量社會責任內(nèi)容的填加沒有和具體的教學(xué)內(nèi)容有效結(jié)合，事件背景介紹過多，甚至于將課程思政轉(zhuǎn)化為思政課程。在教學(xué)實踐中，社會責任融入課程教學(xué)“無形化”，學(xué)生感知“有形化”，其重點提升學(xué)生社會貢獻認識和情感認同度。教學(xué)內(nèi)容選取色譜分析奶粉中三聚氰胺的含量，原子吸收法測試飲用水中重金屬是否超標，質(zhì)譜檢測水果中農(nóng)藥殘留等熱點事件作為教學(xué)案例、課后習題。教學(xué)方式采用學(xué)生作為實際測試人員的情境教學(xué)法，除了常規(guī)的計算求解外，