林 萍（福州城門中學(xué)，福建福州350018）

促進(jìn)化學(xué)教學(xué)中科學(xué)本質(zhì)觀的理解

林 萍
（福州城門中學(xué)，福建福州350018）

科學(xué)本質(zhì)觀教育逐漸成為當(dāng)今國內(nèi)外理科教育發(fā)展的重要理念，學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解是科學(xué)素養(yǎng)的核心成分之一，作為科學(xué)教育重要分支的化學(xué)教育，更應(yīng)在課堂實踐中有意識地培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀。文章嘗試從科學(xué)史、科學(xué)探究、三重表征和反思活動四個方面來探析化學(xué)教學(xué)中科學(xué)本質(zhì)觀的落實。

科學(xué)本質(zhì)；科學(xué)史；科學(xué)探究；三重表征

當(dāng)今各國都把提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)作為重要目標(biāo)之一，我國制定并實施的《全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃綱要（2006—2010—2020年）》中把“初步認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)”作為未成年人科學(xué)素質(zhì)行動的主要任務(wù)。化學(xué)教育作為科學(xué)教育的重要分支也不例外，《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》明確指出“引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識化學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的相互關(guān)系，理解科學(xué)的本質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”。［1］《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》也提出“有利于學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的基本方法，加深對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識”［2］，如何在實踐中切實把科學(xué)本質(zhì)教育落實到課堂中，是化學(xué)教師不容回避的課題。

一、回顧歷史，感悟科學(xué)發(fā)展歷程

建構(gòu)主義認(rèn)為：科學(xué)觀點受歷史和時代的影響，科學(xué)研究是不同個體在不同文化背景下的探索活動，科學(xué)知識是科學(xué)家基于已有理論和當(dāng)時實驗建構(gòu)而來，所以具備暫時性（階段性）和發(fā)展性?？茖W(xué)史這一重要的課程資源中蘊(yùn)涵著豐富的科學(xué)本質(zhì)觀，是學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的重要途徑。國外已有研究顯示：“學(xué)習(xí)一些科學(xué)史可以使學(xué)生們更好地了解科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)本身”。［3］不少化學(xué)教師也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了化學(xué)史的教育價值，知曉科學(xué)史料的豐富性和承載價值的多元性，但由于應(yīng)試的影響和課堂時間限制，加之沒有正確深刻的理解史料背后隱含的科學(xué)本質(zhì)要素，對化學(xué)史沒有足夠重視，而僅當(dāng)作調(diào)味劑或平鋪直敘化學(xué)家的貢獻(xiàn)，或以故事簡單呈現(xiàn)，沒有將化學(xué)史有效融入到課堂教學(xué)，沒有發(fā)揮其科學(xué)本質(zhì)的應(yīng)有功能。

在“人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識”設(shè)計中，大多數(shù)教師僅依次呈現(xiàn)道爾頓、湯姆生、盧瑟福、玻爾等的原子結(jié)構(gòu)模型演變過程，進(jìn)行結(jié)論性知識的教學(xué)，關(guān)注的落腳點只是學(xué)科知識，而忽視了引導(dǎo)學(xué)生建立課程內(nèi)容與科學(xué)本質(zhì)的聯(lián)系。教師應(yīng)深入挖掘有關(guān)化學(xué)史實的研究，巧妙地將科學(xué)史實融入到問題情境中：嘗試先以“原子構(gòu)成的微粒以及微粒間的關(guān)系”，講述原子結(jié)構(gòu)模型提出和發(fā)展的過程；再以“科學(xué)家是如何認(rèn)識原子構(gòu)成微粒及其相互關(guān)系”，配合呈現(xiàn)各位科學(xué)家提出的結(jié)構(gòu)模型；后通過“科學(xué)家提出的原子結(jié)構(gòu)模型有什么價值”，對解釋現(xiàn)象等方面的價值予以闡明，接著反思“對每個科學(xué)家的原子結(jié)構(gòu)模型的合理性如何評價”讓學(xué)生以歷史的視角評價每一次發(fā)展的合理性，最后反思“什么是科學(xué)”來設(shè)計教學(xué)主題。這樣立足于認(rèn)識論范式，嘗試對知識產(chǎn)生的范式、價值、評價其合理性為基本框架，不但有益于學(xué)生在特定的歷史背景中建構(gòu)學(xué)科知識的動態(tài)生成，同時也漸悟科學(xué)知識的誕生發(fā)展都?xì)v經(jīng)無數(shù)科學(xué)家的艱苦奮斗，新的理論替代已被普遍認(rèn)同的理論需要一個艱辛漫長而曲折的歷程，科學(xué)研究、科學(xué)發(fā)展是永無止境的。

二、科學(xué)探究，獲得直接經(jīng)驗證據(jù)

如果僅從外顯途徑如教材中的科學(xué)史為載體，嘗試使學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)觀是不夠的，有效地發(fā)展還需通過內(nèi)隱方式如教學(xué)方法的改進(jìn)與靈活運(yùn)用?？茖W(xué)的真正本質(zhì)是科學(xué)家采用一定的科學(xué)方法，不斷對前人質(zhì)疑批判，在已有知識的基礎(chǔ)上建立起來的理論或法則，是一種科學(xué)探究。建構(gòu)主義認(rèn)為科學(xué)探究有利于認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)，通過真實情景的探究過程，有利于主動生成科學(xué)知識和技能，理解科學(xué)的本質(zhì)，進(jìn)而培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。研究發(fā)現(xiàn)：越傾向于使用探究式教學(xué)的教師對科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識的程度越高。

如“元素周期律”的教學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出同一周期元素化學(xué)性質(zhì)的遞變規(guī)律的假設(shè)，設(shè)計探究鈉、鎂、鋁分別與氧氣、與水、與酸反應(yīng)的金屬性強(qiáng)弱對比實驗，利用物質(zhì)的經(jīng)驗性、直觀性和客觀性等特點，在實驗、觀察、推理分析直觀方法的指引下，客觀記錄并描述所聞、所見、所感、所想。教師重點指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用各種圖表處理實驗數(shù)據(jù)，嘗試以原子的原子序數(shù)為橫坐標(biāo)、最外層電子數(shù)為縱坐標(biāo)，分別畫出柱狀圖和折線圖，討論觀察圖表變化趨勢，進(jìn)而直觀簡潔地得出結(jié)論。有序、有效的探究活動，讓學(xué)生感受獲得過程中的艱辛與樂趣，體驗科學(xué)研究的過程與方法，明白分析實驗數(shù)據(jù)是科學(xué)研究的手段，主動感悟科學(xué)知識是基于現(xiàn)象的觀察，領(lǐng)悟科學(xué)知識是提出假設(shè)通過科學(xué)探究得到證實的科學(xué)本質(zhì)觀念。

三、三重表征，注重自主建構(gòu)概念

加強(qiáng)科學(xué)本質(zhì)教育，要立足于學(xué)科特點?；瘜W(xué)有別于其他學(xué)科的基本特征之一是從微觀的角度認(rèn)識研究物質(zhì)。人的肉眼無法直接觀察到微觀世界，微觀世界科學(xué)知識的產(chǎn)生過程并非真實的“發(fā)現(xiàn)”或“拷貝”過程，而是負(fù)載了人類的創(chuàng)造性與想象力，具有主觀性。故化學(xué)的微觀認(rèn)識是科學(xué)的假設(shè)，屬于科學(xué)理論知識，是人們建構(gòu)的描述微觀領(lǐng)域的可能性認(rèn)識，之所以相對合理是由于到目前為止較為滿意地解釋與預(yù)測了物質(zhì)的性質(zhì)，所以科學(xué)知識具有可錯性、暫定性和發(fā)展性。

“宏觀—微觀—符號”三重表征認(rèn)識理解并有機(jī)結(jié)合，是化學(xué)學(xué)科特有的思維方式，從知識產(chǎn)生方式上，如果學(xué)生無法在宏觀—微觀—符號三個認(rèn)知水平之間自如轉(zhuǎn)換，就不利于對化學(xué)科學(xué)本質(zhì)的加深理解。所以化學(xué)教學(xué)中，不但要從宏觀現(xiàn)象認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)變化規(guī)律，同時能以微觀視角把握宏觀變化的本質(zhì)，另外能夠自如運(yùn)用化學(xué)符號這一聯(lián)系宏觀與微觀的研究交流工具和特有的語言進(jìn)行表征。如氧化還原反應(yīng)的核心知識，貫穿于中學(xué)化學(xué)始終：初三階段依托鎂、木炭、硫分別在氧氣里燃燒等具體反應(yīng)，學(xué)生從宏觀視角，初步得出氧化反應(yīng)的概念。高中化學(xué)必修1的認(rèn)知則由元素化合價變化的特征與電子轉(zhuǎn)移的本質(zhì)，從微觀理論闡釋氧化還原反應(yīng)，同時通過電子轉(zhuǎn)移的表示方法（單線橋法和雙線橋法）進(jìn)一步分析，實現(xiàn)從微觀認(rèn)識到化學(xué)符號的升級。高中化學(xué)必修2“化學(xué)反應(yīng)與能量”圍繞氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用初步介紹了原電池原理，高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》則深入探究原電池與電解質(zhì)，進(jìn)一步建構(gòu)了氧化還原知識體系。這一認(rèn)識的產(chǎn)生方式，要求教師需要精致的認(rèn)識論理解，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到電子得失或偏移并非是直接觀察的，而是依托實驗測定組成，通過建構(gòu)的化合價知識和原子尋求8電子穩(wěn)定的“自覺性”做出的推論，多層次寬領(lǐng)域全方位地獲得了宏觀性質(zhì)，微觀認(rèn)識的產(chǎn)生與合理性，運(yùn)用模型化推理假設(shè)等思維，借助符號系統(tǒng)的分析描述，不僅促進(jìn)了概念的建構(gòu)，還發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀。

四、設(shè)置反思，深化科學(xué)本質(zhì)理解

對科學(xué)本質(zhì)目前的認(rèn)識，是人類基于“什么是科學(xué)”不斷反思的結(jié)果，已有研究表明，反思活動對于促進(jìn)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀具有明顯的效果。因此，教師盡可能設(shè)置各種反思活動，或反思科學(xué)家的認(rèn)識活動史，或反思自身的認(rèn)識活動過程，或嘗試由知識的“來龍去脈”（“來”即知識的產(chǎn)生方式，“去”是知識的解釋指導(dǎo)研究和預(yù)測功能）視角綜合反思知識的合理性。例如，初三學(xué)習(xí)了“原子”之后，為了強(qiáng)化學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，教師可設(shè)置以下的問題引發(fā)學(xué)生反思：想一想我們描述的“氧化汞分解的示意圖”，此過程我們?nèi)庋勰芊窨吹靡姡拷柚钕冗M(jìn)的儀器，可以看得見嗎？你如何理解氧化汞是按照教材中描述的情形發(fā)生分解的呢？

化學(xué)教學(xué)實踐中，教師可借助實驗、生活、網(wǎng)絡(luò)等渠道收集到的素材，指導(dǎo)學(xué)生就實驗的局限性、資料的可靠性、素材論據(jù)和結(jié)論間的合理性等深入思考，提出批判性的建議。例如，學(xué)生在探究“原電池”的實驗后，教師引導(dǎo)其對原電池裝置進(jìn)行反思評價，了解自行設(shè)計的原電池存在電流不穩(wěn)定，耗損快、效率低的缺陷。認(rèn)識到即使理論上可行但不一定實用，需要不斷改進(jìn)完善才能發(fā)揮出應(yīng)有的價值。進(jìn)而引導(dǎo)原電池的改進(jìn)方案，自然而然地引入雙液原電池。教學(xué)過程中對科學(xué)本質(zhì)的反思，不但明白了“為什么學(xué)，學(xué)有什么用”的科學(xué)的實用價值，同時漸悟科學(xué)認(rèn)識是在前人不懈研究的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，會不斷地被修正和改進(jìn)，從實驗室的成功到生活中的實用并非一蹴而就。

引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識理解科學(xué)本質(zhì)是教育改革的重要內(nèi)容之一，理科教師要多維度、多角度挖掘素材，精心思考合理設(shè)計，將科學(xué)本質(zhì)有效地根植于課程內(nèi)容中，融入到知識建構(gòu)和探究學(xué)習(xí)的過程中，促進(jìn)正確的科學(xué)本質(zhì)觀的形成與發(fā)展。

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）［S］.北京:北京師范大學(xué)出版社，2011.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)［S］.北京:人民教育出版社，2003.

［3］史紅霞，梁永平.化學(xué)史教學(xué)中的科學(xué)本質(zhì)觀培養(yǎng)研究［J］.化學(xué)教育，2008（5）.

（責(zé)任編輯：張賢金）

福建教育學(xué)院2015年度基礎(chǔ)教育研究課題“中學(xué)化學(xué)教學(xué)中落實科學(xué)本質(zhì)觀的研究”（項目編號：JYYB-2015156）。