魏壯偉 周青

摘要：幫助學(xué)生適當(dāng)理解科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)教育的重要目標(biāo)之一?；瘜W(xué)教育作為科學(xué)教育的一個(gè)重要分支，理應(yīng)承載科學(xué)本質(zhì)教育任務(wù)。在已構(gòu)建的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合元素化合物內(nèi)容自身的特點(diǎn)，提出了以元素化合物內(nèi)容為載體的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)模式——EC-NOS教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì)；元素化合物；EC-NOS教學(xué)模式

文章編號：1005–6629（2013）9–0018–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

幫助學(xué)生適當(dāng)理解科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)教育的重要目標(biāo)之一，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的核心成分之一[1]?；瘜W(xué)教育作為科學(xué)教育的一個(gè)重要分支，理應(yīng)承載科學(xué)本質(zhì)教育的任務(wù)，主動幫助學(xué)生樹立科學(xué)本質(zhì)的基本觀念[2]。為了更好地完成科學(xué)教育中的科學(xué)本質(zhì)教育任務(wù)，研究者在堅(jiān)定“構(gòu)建一套統(tǒng)一的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵體系不僅是可能的，而且是必要的”這一信念的基礎(chǔ)上，以“科學(xué)活動”為主線，以真實(shí)性、可接受性、完整性和認(rèn)識論為原則，圍繞科學(xué)活動的發(fā)生、過程、方法、結(jié)果、評價(jià)和主體六個(gè)方面，系統(tǒng)構(gòu)建了一套立體式、全方位的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵體系[3]。以上述觀點(diǎn)與研究結(jié)論為依據(jù)，研究者在分別構(gòu)建了基于化學(xué)史內(nèi)容和化學(xué)概念原理的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)模式（即HOC-NOS模式和CCP-NOS模式）之后，進(jìn)一步分析構(gòu)建了以元素化合物內(nèi)容為載體的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)模式——Element Compound-Nature of Science（簡稱EC-NOS）教學(xué)模式[4][5]，并希望借此進(jìn)一步促進(jìn)一線教師更好地實(shí)施科學(xué)本質(zhì)教學(xué)。

1 EC-NOS教學(xué)模式構(gòu)建的思路與方法

同HOC-NOS和CCP-NOS兩種科學(xué)本質(zhì)教學(xué)模式的構(gòu)建思路一樣，研究者先是利用史料分析和邏輯分析相結(jié)合的方法，客觀而又真實(shí)地揭示出元素化合物內(nèi)容所蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)觀念，并以此為依據(jù)分析確定中學(xué)階段中利用元素化合物內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的可能性與可行性；緊接著再利用文獻(xiàn)分析和文本分析兩種具體研究方法，歸納總結(jié)出中學(xué)階段元素化合物內(nèi)容（element compound，簡稱EC）的六個(gè)主要特點(diǎn)（即直觀性、經(jīng)驗(yàn)性、客觀性、重現(xiàn)性、規(guī)律性和雙貼性）；最后，再將元素化合物內(nèi)容自身特點(diǎn)與研究者前期構(gòu)建的科學(xué)本質(zhì)具體內(nèi)涵，統(tǒng)一于研究者第一步分析確定的可能性和可行性范疇之內(nèi)，以最終實(shí)現(xiàn)集元素化合物內(nèi)容特點(diǎn)和科學(xué)本質(zhì)觀念于一身的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)新模式——EC-NOS教學(xué)模式的合理構(gòu)建。

1.1 元素化合物內(nèi)容所蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)觀念

經(jīng)史料分析（主要指化學(xué)史料的分析）和邏輯分析，我們認(rèn)為元素化合物內(nèi)容所蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)觀念，主要包括以下十點(diǎn)[6][7][8]：①在科學(xué)活動的方法中，觀察和推論之間存在著區(qū)別，從觀察到推論的認(rèn)識過程并不是一個(gè)連續(xù)的認(rèn)識序列；②科學(xué)知識必須依賴實(shí)驗(yàn)和觀察的證實(shí)或證偽；③科學(xué)是極為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，它建立在?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上；④科學(xué)具有解釋和預(yù)測的功能；⑤科學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀察是可重復(fù)的；⑥科學(xué)知識的獲得基于人們對自然界的觀察，但人的推理、想象和創(chuàng)造性起著重要作用；⑦科學(xué)充滿挑戰(zhàn)，從事科學(xué)活動從來不是一件容易的事，科學(xué)又充滿奧秘，從事科學(xué)活動也決不是一件痛苦的事；⑧充足、確定、可信的證據(jù)（事實(shí)證據(jù)和邏輯證據(jù)）與不斷地質(zhì)疑和批判在科學(xué)社群評價(jià)科學(xué)活動結(jié)果時(shí)有著絕對重要的地位；⑨科學(xué)研究中有普遍接受的道德規(guī)范，保持記錄的準(zhǔn)確性、公開性、可重復(fù)驗(yàn)證性是多數(shù)科學(xué)家恪守的職業(yè)道德；⑩科學(xué)知識只能在一定范圍內(nèi)適用，科學(xué)不能解決所有問題。

1.2 元素化合物內(nèi)容六個(gè)主要特點(diǎn)的具體內(nèi)涵

經(jīng)文獻(xiàn)和文本分析（主要指教材文本），我們認(rèn)為元素化合物內(nèi)容六個(gè)特點(diǎn)的具體內(nèi)涵如下：①直觀性，也就是元素化合物內(nèi)容最易為人們感覺器官感知和把握的特性；②經(jīng)驗(yàn)性，也就是元素化合物內(nèi)容作為人們建構(gòu)、驗(yàn)證或推翻化學(xué)科學(xué)各類抽象概念與理論最基本素材的特性；③客觀性，也就是元素化合物內(nèi)容作為化學(xué)基本事實(shí)的真實(shí)存在性；④重現(xiàn)性，也就是元素化合物內(nèi)容作為直觀而又客觀的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)能夠在一定條件下多次重復(fù)出現(xiàn)的特性；⑤規(guī)律性，也就是看似雜亂的元素化合物內(nèi)容所具有的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性；⑥雙貼性，也就是元素化合物內(nèi)容與生產(chǎn)生活的密切關(guān)聯(lián)性。

2 EC-NOS教學(xué)模式的構(gòu)成與流程

綜合以上分析，我們構(gòu)建了EC-NOS教學(xué)模式，它的構(gòu)成與流程如圖1所示：

2.1 分析主題內(nèi)容，確定教學(xué)目標(biāo)

本環(huán)節(jié)屬于活動定向階段，其核心任務(wù)就是通過確定元素化合物某一特定主題教學(xué)所能實(shí)現(xiàn)的科學(xué)本質(zhì)目標(biāo)，為該主題所有教與學(xué)的活動指明方向。而確定某一特定主題所能實(shí)現(xiàn)的科學(xué)本質(zhì)目標(biāo)的核心依據(jù)，主要包括“元素化合物內(nèi)容所蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)觀念”和“該主題元素化合物的主要內(nèi)容與具體特點(diǎn)”兩個(gè)方面。關(guān)于第一方面，前文已做過論述，在此不再贅述。關(guān)于“該主題元素化合物的主要內(nèi)容與具體特點(diǎn)”，一線教師則需要在宏觀把握中學(xué)階段元素化合物基本內(nèi)容和主要特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具體問題具體分析。

為了幫助一線教師從宏觀上把握中學(xué)階段元素化合物的基本內(nèi)容，我們對現(xiàn)階段化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和各版本中學(xué)化學(xué)教材進(jìn)行了較為客觀的文本分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①中學(xué)階段元素化合物的基本內(nèi)容主要包括：物質(zhì)組成（定性與定量兩個(gè)角度）、物質(zhì)性質(zhì)（包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)）或者物質(zhì)變化、物質(zhì)結(jié)構(gòu)（包括原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)）、物質(zhì)制備與相互轉(zhuǎn)化等的分析與探索以及物質(zhì)用途或危害的常識性介紹等五個(gè)方面。②每一個(gè)元素化合物的主題，都包含以上五方面內(nèi)容的某一或某幾個(gè)方面。

事實(shí)上，中學(xué)階段元素化合物的五個(gè)基本內(nèi)容，并不是同樣份額，同等重要。對大多數(shù)元素化合物的主題來說，最能體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)觀念的理想內(nèi)容都是有關(guān)“物質(zhì)性質(zhì)（包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)）或物質(zhì)變化分析與探索”的部分。這一方面是因?yàn)闊o論哪個(gè)版本化學(xué)教材在呈現(xiàn)元素化合物時(shí)都必然包含“物質(zhì)性質(zhì)（包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)）或物質(zhì)變化分析與探索”這一部分內(nèi)容；另一方面也是因?yàn)檫@部分內(nèi)容自身蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)觀念是最多的。與之相對應(yīng)，分析探索“元素化合物性質(zhì)”的教學(xué)活動也就是EC-NOS教學(xué)模式的最核心部分。

2.2 聯(lián)系生產(chǎn)生活，引出性質(zhì)教學(xué)

本環(huán)節(jié)屬于活動啟動階段，其核心任務(wù)就是通過對主題引入素材和引入方式的精心選擇與巧妙設(shè)計(jì)，促使教師和學(xué)生都把自身的注意力全部集中到ECNOS教學(xué)模式的最核心環(huán)節(jié)——元素化合物性質(zhì)教學(xué)上來，或者說，促使教師的教學(xué)活動和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動均得到適時(shí)、適度而有效的啟動?？紤]到元素化合物內(nèi)容具有“雙貼性”的特點(diǎn)，因此，“聯(lián)系生產(chǎn)生活”是教師精心選擇該類主題引入素材的最直接思路。至于如何巧妙設(shè)計(jì)引入方式，要視特定主題內(nèi)容與引入素材的實(shí)際情況具體確定。眾多有關(guān)教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)的理論與文獻(xiàn)，也會為一線教師巧妙設(shè)計(jì)提供思路與案例。

2.3 元素化合物性質(zhì)教學(xué)

本環(huán)節(jié)屬于活動運(yùn)行階段，其核心任務(wù)就是通過元素化合物性質(zhì)教學(xué)的有序、有效開展，幫助學(xué)生在經(jīng)歷、體驗(yàn)、感受“性質(zhì)知識”獲得過程中艱辛與樂趣的基礎(chǔ)上，自覺地去感知和領(lǐng)悟蘊(yùn)藏于這段教學(xué)活動中的科學(xué)本質(zhì)觀念。其中，“元素化合物性質(zhì)教學(xué)有序、有效開展”是本環(huán)節(jié)有效實(shí)現(xiàn)內(nèi)隱于該主題中的科學(xué)本質(zhì)目標(biāo)的關(guān)鍵。為此，一線教師在設(shè)計(jì)、組織這一片段教學(xué)時(shí)，理應(yīng)充分利用元素化合物“直觀性”、“經(jīng)驗(yàn)性”和“客觀性”等特點(diǎn)，盡可能讓學(xué)生在觀察、體驗(yàn)或回顧已有體驗(yàn)等直觀方法的幫助下，經(jīng)歷對觀察現(xiàn)象與各類體驗(yàn)（主要包括“貯存于記憶中已有的”和“當(dāng)場獲得的”兩大類）的客觀描述、記錄、分析、推理、討論，直至得出結(jié)論的全部過程，進(jìn)而形成對物質(zhì)性質(zhì)或變化的基本認(rèn)識。

2.3.1 物理性質(zhì)教學(xué)

（1）實(shí)物（或圖片）觀察和（或）介紹相關(guān)經(jīng)驗(yàn)

進(jìn)入物質(zhì)物理性質(zhì)教學(xué)以后，教師應(yīng)根據(jù)主題所涉物質(zhì)具體情況，能夠提供實(shí)物的，組織學(xué)生觀察實(shí)物；實(shí)物不易提供或?qū)嵨镉卸?、危險(xiǎn)性較強(qiáng)的，組織學(xué)生觀察圖片；如果受條件限制前兩者均不能提供的，教師應(yīng)充分利用語言技巧生動描述或設(shè)計(jì)問題幫助學(xué)生回憶已有經(jīng)驗(yàn)?？傊瑹o論怎樣設(shè)計(jì)，讓學(xué)生盡可能在感知覺的幫助下獲得物質(zhì)物理性質(zhì)的知識，是本片段教學(xué)的基本原則。

（2）描述記錄，分析推理，得出結(jié)論

引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)準(zhǔn)確的語言和術(shù)語，客觀描述并認(rèn)真記錄所看、所感、所想、所聽，是本片段教學(xué)的首要任務(wù)。隨后，組織學(xué)生依據(jù)記錄結(jié)果，分析推理，得出有關(guān)物質(zhì)物理性質(zhì)的初步認(rèn)識。

2.3.2 化學(xué)性質(zhì)教學(xué)

（1）回顧組成元素相關(guān)知識

進(jìn)入物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)教學(xué)以后，教師應(yīng)根據(jù)主題所涉物質(zhì)具體情況，是單質(zhì)但還沒有學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)知識的（這里主要指的是九年級上冊化學(xué)中的部分元素化合物內(nèi)容，如氧氣），省去這一環(huán)節(jié)直接進(jìn)入“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或提供經(jīng)驗(yàn)事實(shí)驗(yàn)證”環(huán)節(jié)；是單質(zhì)且已學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)知識的，組織學(xué)生回顧該單質(zhì)組成元素原子的原子結(jié)構(gòu)、元素化合價(jià)等知識；是化合物且已知曉其組成的，組織學(xué)生回顧常見化合物的主要類型以及該化合物組成各元素的相關(guān)知識。

（2）預(yù)測單質(zhì)或化合物的可能性質(zhì)

在上一片段教學(xué)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測單質(zhì)或化合物的可能性質(zhì)。在單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)教學(xué)時(shí)，我們可以利用該單質(zhì)組成元素的原子結(jié)構(gòu)將該單質(zhì)歸類，如金屬或非金屬，進(jìn)而預(yù)測該單質(zhì)可能的性質(zhì)，或可能發(fā)生的具體反應(yīng)；在化合物化學(xué)性質(zhì)教學(xué)時(shí)，我們同樣可以按照該化合物的元素組成將其歸類，如無機(jī)物（酸、堿、鹽、氧化物等）、有機(jī)物（烷烴、烯烴、醇、酚等），進(jìn)而預(yù)測該物質(zhì)可能的性質(zhì)，或可能發(fā)生的具體反應(yīng)。

總之，讓學(xué)生盡可能在回顧、加工已有知識和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開始學(xué)習(xí)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)，是上述兩個(gè)片段教學(xué)的基本原則。

（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在預(yù)測單質(zhì)或化合物的可能性質(zhì)以后，緊接著要進(jìn)行的就是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了。通常，中學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證主要存在兩種具體做法，即實(shí)驗(yàn)操作直接驗(yàn)證和提供事實(shí)間接驗(yàn)證。在具體的元素化合物教學(xué)中，這兩種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證往往結(jié)合使用。如果反映物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)操作簡單安全、現(xiàn)象明顯，則盡可能利用“實(shí)驗(yàn)操作直接驗(yàn)證”的方法；相反，如果反映物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜或存有安全隱患或無明顯現(xiàn)象，則最好采用“提供事實(shí)間接驗(yàn)證”的方法。

（4）描述記錄，分析推理，得出結(jié)論

如果上一環(huán)節(jié)采用的是“實(shí)驗(yàn)操作直接驗(yàn)證”法，那么這一環(huán)節(jié)教師就應(yīng)該：首先，引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)準(zhǔn)確的語言和術(shù)語，客觀描述并認(rèn)真記錄所看、所感、所想、所聽；其次，組織學(xué)生依據(jù)記錄結(jié)果，分析推理，得出有關(guān)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的初步認(rèn)識。

如果上一環(huán)節(jié)采用的是“提供事實(shí)間接驗(yàn)證”法，那么這一環(huán)節(jié)教師就應(yīng)該：首先，引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確理解并認(rèn)真總結(jié)有關(guān)本主題元素化合物的各種事實(shí)；其次，組織學(xué)生依據(jù)事實(shí)總結(jié)結(jié)果，分析推理，得出有關(guān)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的初步認(rèn)識。

2.3.3 概括總結(jié)，物質(zhì)性質(zhì)最終確定

這一環(huán)節(jié)是元素化合物性質(zhì)教學(xué)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)教學(xué)，一方面希望教師能以科學(xué)簡練的語言再次明確主題所涉物質(zhì)的物理與化學(xué)性質(zhì)，能用巧妙的設(shè)計(jì)促使元素化合物教學(xué)順利進(jìn)入下一環(huán)節(jié)；另一方面，希望教師能簡明扼要地概括和總結(jié)學(xué)生探究物質(zhì)性質(zhì)的過程、方法與結(jié)果，幫助學(xué)生在“性質(zhì)知識”獲得過程中經(jīng)歷、體驗(yàn)、感受艱辛與樂趣，讓學(xué)生自覺地去感知和領(lǐng)悟蘊(yùn)藏于這段教學(xué)活動中的科學(xué)本質(zhì)觀念。

2.4 物質(zhì)存在形式、制備、鑒定方法、用途或危害等其他元素化合物內(nèi)容的教學(xué)

本環(huán)節(jié)屬于活動拓展階段，其核心任務(wù)是為教師靈活處理不同類型的元素化合物教學(xué)預(yù)留出可以自由拓展的時(shí)間和空間。換句話說，并不是每一主題的元素化合物教學(xué)都必須涉及這一環(huán)節(jié)，都必須涉及這一環(huán)節(jié)中的每一個(gè)內(nèi)容，用不用這一環(huán)節(jié)、用這一環(huán)節(jié)中的哪一部分內(nèi)容，主要視具體主題內(nèi)容而定，視具體課時(shí)容量而定，視具體教材版本而定，視具體教師安排而定。

2.5 聯(lián)系整合，形成具體物質(zhì)概念

本環(huán)節(jié)屬于總結(jié)提升階段，其核心任務(wù)是通過對“活動運(yùn)行”和“活動拓展”兩階段教學(xué)的反思與總結(jié)，幫助學(xué)生在清晰再現(xiàn)本課題“物質(zhì)知識”（包括性質(zhì)知識和制備等其他拓展知識）及其獲得過程的基礎(chǔ)上，盡可能將這些“知識”與已有的知識經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來，將這些“知識”整合到自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)當(dāng)中，從而形成更加清晰、客觀而又穩(wěn)定的具體物質(zhì)概念。

3 EC-NOS教學(xué)模式的適用范圍與研究展望

本文構(gòu)建的EC-NOS教學(xué)模式，主要適用于“已知元素組成的某一單質(zhì)或化合物”的性質(zhì)教學(xué)。由于在中學(xué)階段還存在“分析探討物質(zhì)元素組成”或“分析探討某一類物質(zhì)性質(zhì)或變化”以及EC-NOS教學(xué)模式拓展環(huán)節(jié)中提到的“物質(zhì)存在形式、制備、鑒定方法、用途或危害”等其他各類元素化合物內(nèi)容的教學(xué)，因此，分析構(gòu)建適合這些元素化合物內(nèi)容的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)模式將是研究者今后需要進(jìn)一步研究和探索的重要課題。

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