IBDP化学新大纲的实验教学与评价

摘 要：  介绍国际文凭课程化学学科实验教学的基本情况，介绍其新大纲中实验技能教学中实验工具和探究思维两个模块的教学内容，分析内部评估与外部评估的变化和评分方式，探讨这些变化如何促进学生的实验技能和科学探究能力的发展，并提出对我国高中化学实验教学的启示。

关键词：  IBDP化学； 大纲变化； 实验教学； 实验评估

文章编号： 10056629（2024）10009206

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

国际文凭大学预科课程（International Baccalaureate Diploma Programme，简称IBDP）自1968年由国际文凭组织开发，是一项专为16至19岁学生设计的两年制预科课程。该课程由三门核心课程和六门学科课程构成，旨在全面培养学生的能力。核心课程包括认识论（TOK）、拓展性论文（EE）以及“创新、行动与服务”（CAS）项目。六门学科课程则涵盖语言文学、外语学习、社会科学、自然科学、数学和艺术领域。化学作为自然科学领域的重要组成部分，提供高水平（240小时）和标准水平（150小时）两种学习难度，以满足学生的个性化需求［1］。

化学作为一门实验科学，其IBDP课程设计强调理论与实践结合，鼓励学生将理论知识应用于实践，并利用数学工具解决实际问题。基于化学学科特点及IBDP的教育理念，IBDP化学学科课程设计了相应的实验教学环节，即分别为60小时（高水平）和40小时（标准水平）的化学实验技能培养课程。

随着2023年9月IBDP化学新大纲的实施，实验教学和评价迎来新的变化。新大纲更加注重概念理解、科学探究和科学知识的实际应用，对实验部分提出了更高的要求。本文将探讨在新大纲下IBDP化学实验教学的策略和评价方法，特别是内部评估（IA）和外部评估（EA）如何全面考查学生的实验技能和科学探究能力，以及该课程设计对我国高中化学实验教学的启发。

1 IBDP化学实验教学

在IBDP化学课程中，实验教学占据了整个教学课时的四分之一以上，这一比例凸显了IBDP化学学科实验教学的重要性。实验教学不仅仅是对理论知识的实践应用，还是培养学生科学探究能力、批判性思维和创新能力的关键环节。IBDP化学实验教学主要分为三个部分：分别为40小时（高水平）和20小时（标准水平）的课内实验实践、10小时的跨学科项目（Collaborative sciences project）以及10小时的独立探究实验（Individual Investigation）。

本轮调整后的大纲去除了之前规定的十个必做实验［2］，增加了一个“实验技能模块”，该变化的目的是允许教师根据自己的教学计划和学校的具体条件，设计一系列更加符合学生需求和学校资源的实验活动，增加了实验教学的适应性和灵活性。同时，新引入的实验技能模块被划分为“实验工具”和“探究思维”两大领域，旨在同时培养学生的实验操作能力和科学探究能力。“实验工具”技能服务于实验构建和开展，“探究思维”技能则作为思维工具服务于实验的规划和分析，具体架构如图1所示。实验技能模块的教学贯穿课程的整个教学过程，在相应的知识主题中融入日常教学，而非作为独立的课程来进行。

1.1 实验工具模块（Tools）教学

实验工具模块由三个方面构成：实验技术、科技工具和数学工具。这些工具的引入，为学生提供一个全面的实验技能框架，使他们能够在化学实验中进行更深入的探究和更准确的分析。在IB网站提供的教学辅助材料中，详细列出了每个模块的教学建议和建议的教学内容［3］，因为版面问题，表1仅列出实验技术模块涉及的具体实验内容。

实验技术（Experimental techniques）的主要内容是关于学生如何安全地进行实验操作，包括正确使用各种实验仪器、处理化学废弃物以及采取适当的安全预防措施。学生将学会如何准确测量质量、体积、时间和温度等变量，如何进行十余种不同的实验操作，这些技能对于获取可靠的实验数据至关重要，也是实验教学的基础。

科技工具（Technology）的主要内容是关于学习如何使用传感器、数据采集系统和计算机软件来收集和分析数据。学生还将掌握如何从数据库中提取信息，以及如何运用实验模拟和数字模型搭建来生成数据和预测实验结果。

数学工具（Mathematics）作为化学实验中不可或缺的工具，用以帮助学生进行精确的计算和数据分析。学生将学习如何运用基本的数学运算和统计学方法来处理实验数据，包括使用科学记数法、进行单位转换、绘制图表和线性回归分析等。

这些实验工具不仅在化学实验中有直接的应用，它们还是学生未来理科学习和研究课题的必要基础。通过这些工具的学习和应用，学生能够在实验中提高解决问题的能力，发展创新思维。

1.2 探究思维模块（Inquiry process）教学

探究思维模块着重于培养学生的科学探究能力和批判性思维，覆盖探究过程的三个阶段：探索和设计、收集和处理数据、总结和评估。每个阶段都涉及了一系列的技能，通过这些技能的培养，学生将能够在化学研究中独立思考提出研究问题、设计实验、收集和分析数据，并得出科学合理的结论，具体涉及的思维技能和课堂实例见表2。这种探究式学习不仅有助于学生深入理解化学概念，而且能够培养他们的创新能力和解决问题的能力，为未来的学术研究和职业生涯奠定坚实的基础。

在探索和设计（Exploring and Designing）阶段，学生将学习如何独立思考并提出研究问题，通过查阅资料确定探究方向，尝试提出假说，确定自变量、因变量和控制变量，设计实验步骤。

在收集和处理数据（Collecting and Processing Data）阶段，学生将学习如何收集整理定性和定量数据，如何操作和使用各种测量工具和技术。结合具体实验实例，学习如何系统有条理地记录数据，处理和分析收集到的数据，使用图表和图形来展示数据以及运用数学分析来阐释数据。

在总结和评估（Concluding and Evaluating）阶段，学生将学习如何从数据分析中得出结论，并将其与科学文献进行比较。他们将评估自己的假说，识别可能的误差来源，并讨论这些误差对实验结果的影响。此外，学生还将学会如何评价实验方法的有效性，并提出改进实验的方案。

教师在教学过程中应鼓励学生积极参与探究活动，并提供反馈和指导意见，帮助学生发展这些关键技能。通过动手实践，学生将能够更好地理解化学知识的实际应用，并能独立开展科学探究。

2 IBDP化学实验教学的评价方法

在IBDP化学课程中，评估作为教学中一个不可分割的部分，不仅衡量学生的学习成果，也是教师开展日常教学和选择教学方法的重要依据。为了全面考查学生对化学概念的理解、实验技能的掌握以及科学探究能力的发展，评价框架由外部评估（EA）和内部评估（IA）两部分组成，各有其侧重点和实施方式。

2.1 外部评估中的化学实验部分

外部评估是全球统考的标准化考试，题型包括选择题、数据分析题和简答题，占学生总成绩的80%，考查学生对化学概念的理解和实验技能的掌握。在此次新大纲的改革后，考卷形式有较大调整，具体调整见表3。以高水平考卷为例，在旧版大纲中，实验考察主要分布在卷三的A部分，以数据分析题和实验简答题为主，分值为15分；而在新大纲中，实验考察部分移至卷一的B部分，以数据分析题为主，分值变为35分，题目设计更加注重学生的实验设计能力、数据解读能力和科学推理能力。这一变化不仅提高了实验技能在总成绩中的比重，也体现出IBDP化学课程对学生实验素养的更高要求。

在调整大纲后，IB官网同时给出了一套样卷来展示这一变化，下面以高水平卷一的B部分第三大题为例来分析新版试题考察的侧重点［4］。

一位同学设计了一个探究压力对碳酸饮料释放二氧化碳体积影响的实验。通过改变放置在注射器上砝码的质量，可以改变碳酸饮料上方的压力，实验装置如图2所示，实验结果如图3所示。

（a） 通过图像分析，计算在实验1中二氧化碳释放的起始速率，单位为cm3/s。（1分）

（b） 预测当使用600克的砝码时，活塞开始移动的时间。（1分）

（c） 为什么增加砝码的质量会导致二氧化碳释放体积变小，写出两个原因。（2分）

（d） 对比实验1和实验3在100秒时的结果，计算每多放置100克砝码，二氧化碳体积减少的百分比。（1分）

（e） 绘制实验1中装置的总质量随时间变化的图表，并解释。（2分）

从这道例题可以看出，化学实验部分试题的考察紧紧围绕了实验技能模块中实验工具和探究思维两个方面。例题虽然涉及了课内化学反应速率等知识，但是并非直接考查化学知识的记忆或复述，而是把其作为背景知识考察学生如何进行实验设计、数据分析和科学探究，具体技能包括图形分析（a问）、科学推理能力（b问）、现象解释（c问）、实验数据处理与计算（d问）和推理预测（e问）等。

2.2 内部评估论文

IBDP化学课程要求学生利用10小时的时间，选择一个与课程难度水平相符的课题进行自主研究，完成一篇不超过3000字的论文。论文研究的选题方向不仅包括学生动手操作的实验，还包括利用数字软件进行数据建模和分析、从数据库中提取分析数据进行图形化展示、设计具有交互性的模拟实验等。

由于论文是由学生的任课教师进行内部评估打分，故称作内部评估论文，但其评分结果由IB考官外部审核，以保证其分数的客观性，该论文占学生最终化学总成绩的20%。虽然学生的内部评估论文是学生独立完成的工作，但在学生进行实验设计和实验操作过程中教师应给予一定的指导，并确保学生遵守学术规范，例如动物实验的伦理规范和学术诚信等相关政策。

新大纲允许学生以小组合作研究的形式完成内部评估论文，以培养他们的团队协作能力，但小组成员不能多于三人。学生可以在选题初期共同讨论实验课题和方案，并在实验中相互帮助，但必须独立提出自己的研究问题，自主进行实验操作撰写论文，图4提供了一个内部评估论文小组合作的形式。教师在这个过程中必须及时提供必要的指导，确保所有学生都能积极参与到合作活动中。在小组合作中，学生需要通过选择不同的自变量、不同的因变量，或从共同采集的大数据库中选择不同范围的数据进行解读，来确保自己研究的独立性，自主规划完成实验并收集数据，最终提交一份展示个人研究成果的报告。

此次大纲更新也改变了其评分细则，由原来的个人参与、课题探索、数据分析、结论评估和文章表达五个方面［5］，变为对研究设计、数据分析、实验结论和实验评估四个方面进行评分，每个方面满分均为6分，总分仍为24分。对于这四个方面，评分采用的是最佳拟合法，即教师将根据学生的内部评估论文与评分标准中的分段描述进行比较，选择最符合学生实际表现的分数。以“实验评估”的6分为例，得分描述详见表4。

3 对我国高中化学实验教学的启发

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出“化学学科核心素养是学生必备的科学素养，是学生终身学习和发展的重要基础”，基本理念中“重视开展素养为本的教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种研究活动，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力”［6］。这些理念和IB化学实验教学与评价方式高度契合。根据IB化学的教学经验，总结以下几点化学实验教学及评价的建议。

第一，将培养化学学科核心素养的需求融入每节课的教学目标中，教师可以设计一些既涵盖化学知识的理解，又包括科学探究、创新思维和问题解决能力培养的学习活动。这种教学设计鼓励学生在解决实际问题的过程中，主动探索和学习，激发他们的学习动机和兴趣。

第二，在创设真实的学习情境方面，教师可以通过将化学实验与现实生活中的问题相结合，让学生在真实的环境中学习和体验化学。不仅增强了学习的实践性和应用性，而且促进了学生从被动接受知识向主动探究知识的转变。教师可以让学生寻找生活中的化学情境，借鉴IBDP化学中内部评估的要求，启发学生独立设计探究实验。

第三，在校内可以组织学生进行实验探究课题，要引导学生以小组合作、团队协作的形式开展实验探究，完成课题。此时教师的角色不应单纯是知识传递者，更应成为学习活动的组织者、引导者和合作伙伴。教师需要引导他们进行科学探究，并与学生共同参与实验设计和问题解决。此外，教师还需要利用信息技术和现代教育技术，如传感器在实验中的创新应用、在线模拟实验和虚拟实验室等，来丰富教学内容和提高教学效率。

我国高中化学的实验教学可以积极借鉴IBDP化学实验教学的经验，尤其是在实验教学和评价方面，结合我国的具体实践，培育出具有创新思维和实践能力的化学人才，为学生的全面发展和未来学术探索打下更为坚实的基础。

参考文献：

［1］International Baccalaureate. Chemistry guide First assessment 2025［M］. International Baccalaureate Organization， 2023： 24～25.

［2］周琦峰. IBDP化学实验课程引介［J］. 教育研究与评论（中学教育教学版）， 2022， （6）： 45～49.

［3］International Baccalaureate. Chemistry teacher support material 2025［M］. International Baccalaureate Organization， 2023： 1～4.

［4］International Baccalaureate. Chemistry specimen papers and markschemes （first exams 2025）［M］. International Baccalaureate Organization， 2023：28～29.

［5］陈晓辉， 赵爱慧. 新大纲下的IBDP物理实验教学与评价研究［J］. 中学物理， 2023， 41（15）： 17～19.

［6］中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020.