教育共享|高中化学课程更新:从课程内容到学习方式的重新思考

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文:香港培正中学副校长、课程发展议会 — 香港考试及评核局化学委员会主席黄子荣博士

近年人工智能、绿色能源、先进材料及生物科技迅速发展,化学与科技及社会的关系愈来愈密切。高中化学课程经过多年实施,面对科学发展和学生学习需要的转变,我们认为是时候重新思考学生学习化学的内容和方式。今次高中化学课程及评估架构更新,并非单纯增删知识点,更重要的是让学生在掌握化学知识的同时,有更多机会运用知识进行科学探究、分析证据、作出推理,并了解化学与日常生活及社会议题的联系。

作为学校及学科教育的前线工作者,我们认为课程更新不能只从课程内容出发,也需要同时考虑课时、教学方法和评估。学生不仅需要掌握扎实的化学知识,更需要有机会运用所学知识分析资料、处理数据、解释现象和解决问题。这些能力并不是附加于知识之外,而是学生真正理解和运用化学的重要一环。

教育局于8月24日就更新高中物理(Physics)、化学(Chemistry)及生物(Biology)科发表课程及评估架构的咨询稿,目标于 2029/30 学年的中四级起逐级推行新课程,并于 DSE 2032 使用新课程考试。(政府新闻网图片)

由“做实验”到理解科学探究

化学是一门实验科学,实验在化学学习中一直占有不可替代的重要位置。然而,在传统课堂中,实验有时容易变成按照既定程序操作、记录现象与数据,再完成一些有固定答案的问题。学生虽然“做了实验”,却未必有足够机会思考实验设计的原因,以及数据和结果背后的意义。

今次课程更新进一步强调“科学探究实践”(Scientific Inquiry as Practice),包括提出问题、设计探究、控制变量、收集及分析数据、评估证据,以及根据证据作出合理解释。从前线教学的角度来看,这些能力并不一定要透过大型专题研习才能培养,而是可以逐步融入日常实验和课堂提问之中。

例如进行滴定实验时,除了取得浓度数值,教师可以引导学生讨论异常数据出现的原因、实验误差及改良方法;进行化学反应速率实验时,亦可以要求学生思考如何控制变量,以及实验结果是否足以支持所得的结论。这些看似简单的提问,其实能促使学生重新思考实验结果与化学概念之间的关系。

因此,现行课程所编配的20小时“化学的探究研习”,在更新课程中可以考虑采取“化整为零”的方式,逐步融入中四至中六的日常课堂和实验教学,而不一定需要另辟课外时间进行大型研究活动。同时,若由中四开始加入较多“动手”与“动脑”的实验活动,从“学习科学”(Learning Science)逐步走向“做科学”(Doing Science),并配合高阶思维提问(HOTQs),有助学生循序渐进建立科学推理和探究能力。

前线教师已有探究实践经验

推动以探究为导向的教学改革并非空中楼阁,亦绝非要求学校与前线教师由零开始。近年,不少学校积极参与教育局推动的化学实验及分析化学相关活动,透过让学生进行实验、处理及分析数据,并回应高阶思维问题,逐步培养学生的科学探究及推理能力。这些实践经验显示,探究元素其实可以自然融入日常化学教学,并不一定需要另设大型专题研习或额外课时。

今次课程更新可以在现有基础上逐步发展及优化,把已有的良好实践进一步融入日常课堂和实验教学,而不应视为一次由零开始的改变。当然,不同学校的课时安排、教师经验和学生需要各有不同,因此教师专业发展、教学示例和相关资源的提供,对落实探究学习十分重要。

DSE试场。(资料图片)

跨科学习可以减少重复学习 增加协同效应

学生同时修读两个或三个科学科目时,学习负担一直是学校需要考虑的问题。物理、化学和生物各有不同的学科内容,但亦共享不少科学学习的核心能力,例如变量控制、数据处理、图表分析、模型运用和科学推理。如果学生在不同科目中接触到相近的分析方法,并能将已有的学习经验应用到另一个学科,便有助巩固和迁移这些综合能力。

因此,在鼓励学生修读多于一科数理科目时,除了考虑各科的课程内容,也可以进一步思考跨科学习及能力迁移的可能性。例如化学科中的反应速率,与物理科涉及的分子运动,以及生物科中影响酶反应速率的因素,都可以从不同角度让学生理解“速率”及影响速率的因素。若不同科目能在课程设计和教学上作适当协调,学生便可以在不同学习情境中运用相近的科学思维方法,减少不必要的重复,并逐步建立较完整的科学知识和能力网络。

探究能力与公开试要求并不矛盾 考评亦应配合课程方向

前线教师另一个常见考虑,是增加科学探究活动和实验会否减少学生预备中学文凭考试的时间。从近年的评核发展来看,我们认为两者并没有必然冲突。

化学科评核除了考核学生掌握化学知识,亦重视学生在陌生情境中应用已知概念、分析和诠释数据、理解科学探究,以及根据资料和证据作出判断。然而,这类题目不能单靠背诵课本内容或套用熟悉的解题步骤来处理。

如果学生在日常课堂中经常有处理实验数据的机会,习惯检视结果是否合理,并思考实验限制及证据是否足够,当遇到陌生情境时,便更容易运用已有知识解决问题。因此,适当的探究经历不只是对应公开试的学习要求,同时亦可以加强学生的概念理解、科学推理及应用能力。

DSE试场。(资料图片)

另一方面,如果教师在课堂内逐步增加推理、分析证据和探究的训练,考评亦需要适当配合这个方向,让学生有机会在评估中展现相关能力。例如可以透过陌生情境、实验数据及图表,要求学生解释现象、分析结果、评估实验设计、判断证据是否足以支持结论,或提出合理的改进方法。

这并不只是单纯增加题目的难度,也不代表减少对化学知识的考核,而是让评估更全面地反映学生对化学知识的理解,以及运用知识进行科学推理和探究的能力。课程、教学与评估相互配合,学生才会更清楚理解,学习化学不只是记住答案,更重要的是理解证据、建立推理,并运用知识解决问题。

这亦与课程另一项重点“科学、科技、社会、环境的连系与可持续发展”(STSE Connections and Sustainability)有关。学生除了学习化学原理,也需要理解化学在能源、材料、环境及工业等方面的应用,并从科学证据和不同角度分析相关问题。这样的学习经历,有助学生理解化学并不是孤立的知识,而是与科技发展及社会生活息息相关。

在课程更新中取得合适平衡

课程更新的落实,需要在内容深度、课时及学生差异之间取得合适平衡。教师需要时间熟悉新的内容和教学要求,学校亦需要相应的专业支援和资源。学生今天未接触过某些课题,并不代表这些内容不适合高中学生学习。只要清楚界定学习成果和学习深度,配合适当的教学设计,学生亦可以逐步接触前沿及较具挑战性的科学概念。

对学校而言,课程更新的价值不只在于“教甚么”,也在于重新思考“学生应该怎样学”。在有限课时下,如何在基础知识、实验探究、科学推理和STSE学习之间取得平衡,是课程落实时需要共同思考的问题。

今次高中化学课程及评估架构更新,正好提供一个重新检视化学教学的机会。课程既要让学生掌握必要的基础化学知识,也要提供更多机会让学生进行科学探究、处理数据、作出推理,并理解化学与科技及社会的关系。我们期待在课程更新的过程中,能充分听取学校及前线教师的实践经验,在课程内容、教学及评估之间取得合适的配合,让学生在学习化学的同时,逐步建立面向未来所需要的科学素养和思考能力。

作者简介:

黄子荣博士
— 香港培正中学副校长
— 课程发展议会 — 香港考试及评核局化学委员会主席