潘振蓓 姜建文

摘要： 元探究即為“探究的探究”，科學(xué)史為元探究的進(jìn)行提供了豐富的素材。嘗試挖掘元探究的內(nèi)涵，界定什么是元探究教學(xué)，以及探討如何進(jìn)行元探究教學(xué)。并通過具體的化學(xué)學(xué)科案例設(shè)計(jì)來進(jìn)一步闡明觀點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上提出進(jìn)行元探究教學(xué)的優(yōu)勢和局限性。

關(guān)鍵詞： 元探究; 科學(xué)史; 課堂教學(xué); 化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)： 1005-6629（2018）11-0056-05中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

從上世紀(jì)五六十年代起，探究作為一種科學(xué)教學(xué)方式被越來越多的人接受。施瓦布[1]認(rèn)為科學(xué)應(yīng)被視作一種概念結(jié)構(gòu)，它隨時(shí)可能因發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)而被修改。施瓦布還認(rèn)為，探究性教學(xué)中包含兩種探究。一是對(duì)科學(xué)知識(shí)本身的探究，科學(xué)被看作探究過程的指導(dǎo)，“科學(xué)即探究”;二是教與學(xué)這個(gè)過程的教學(xué)方法、方式上的探究，教與學(xué)的過程本身是一種探究，“探究性教與學(xué)”。這兩層含義是完整形式科學(xué)探究教學(xué)思想的組成部分。他指出，一方面，它的材料要展現(xiàn)科學(xué)作為探究;另一方面，學(xué)生要被引導(dǎo)在這些材料中進(jìn)行探究，他要學(xué)會(huì)辨認(rèn)它們的組成部分，檢查這些部分間的關(guān)系，注意到每個(gè)部分所扮演的角色，通過研究發(fā)現(xiàn)探究的一些優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。簡而言之，課堂應(yīng)該參與到探究的探究中[2]。這種“基于探究的探究”，也是探究的一種形式，可以稱其為“元探究”。

1 元探究與元探究教學(xué)

1.1 何謂元探究

元探究教學(xué)，是基于科學(xué)研究問題下，對(duì)該問題的科學(xué)研究的探究過程再次進(jìn)行探究的一種教學(xué)方式，旨在幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)知識(shí)的構(gòu)成和獲得過程。

元探究的探究對(duì)象為對(duì)研究某科學(xué)問題而進(jìn)行的各探究活動(dòng)。對(duì)于中學(xué)教學(xué)來說，這類探究活動(dòng)多為科學(xué)史上科學(xué)家所進(jìn)行的探究。因此，豐富的科學(xué)史正是最適合使用元探究教

學(xué)的素材。

其實(shí)，這種教學(xué)方式并不罕見。在課堂上往往運(yùn)用科學(xué)史來融入某個(gè)教學(xué)片段，或進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的教學(xué)[3～6]，這種已經(jīng)包含科學(xué)家探究過程的教學(xué)，對(duì)其某個(gè)片斷重溫時(shí)，也就是在進(jìn)行一次“元探究”。但是，它與元探究教學(xué)方式的區(qū)別在于，元探究教學(xué)方式更加注重提供科學(xué)家探究過程的完整性，通過對(duì)其完整的探究過程的探討，進(jìn)而明確探究的問題，明確探究過程中各要素之間的關(guān)系。

當(dāng)然，元探究的教學(xué)不僅可以基于科學(xué)史，還可以結(jié)合當(dāng)今科技發(fā)展的新進(jìn)展。在提供素材時(shí)對(duì)同一問題的不同假說都是可以被提供的，重點(diǎn)是要包含探究的過程，以方便學(xué)生進(jìn)行分析。這種基于探究過程的對(duì)比分析，可以幫助學(xué)生集中認(rèn)識(shí)科學(xué)知識(shí)的構(gòu)成和獲得過程，關(guān)注探究應(yīng)注意的問題，提高探究能力，從而提升科學(xué)素養(yǎng)。

1.2 元探究教學(xué)

元探究教學(xué)，以呈現(xiàn)包含探究過程的材料為探究載體，一方面呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)即探究，一方面在于關(guān)注探究教與學(xué)過程，是兩者的結(jié)合，是包含兩個(gè)維度的完整的探究教學(xué)。元探究教學(xué)通過不同的探究材料，更能體現(xiàn)科學(xué)知識(shí)本身即為探究，更注重引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注探究的組成部分。

從課堂環(huán)節(jié)來看，元探究的教學(xué)應(yīng)包括以下方面（見圖1）： 第一，確定研究的主題。第二，師生收集該教學(xué)內(nèi)容下包含探究過程的多樣化素材。第三，確定需要明晰的問題，如研究問題、收集的證據(jù)、技術(shù)的作用、研究使用的方法、數(shù)據(jù)的解釋、得到的結(jié)論等。第四，思考分析。第五，討論總結(jié)，判斷本質(zhì)，分析成功或失誤的原因，從中得到經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。第六，分析是否有新的問題，在該探究過程中是否產(chǎn)生新的不明確的想要探究的問題。

確定需要明晰的問題是元探究教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。不同的探究過程，探究的側(cè)重點(diǎn)會(huì)有所不同，探究過程也很少會(huì)包含所有的探究活動(dòng)要素。典型的活動(dòng)要素主要包括研究的問題、收集的證據(jù)、對(duì)證據(jù)的解釋、所用技術(shù)及作用、得到的結(jié)論幾個(gè)環(huán)節(jié)。在不同環(huán)節(jié)需要關(guān)注不同的元探究問題。

對(duì)于研究問題維度，元探究問題應(yīng)包括： 提出了怎樣的問題、為何會(huì)提出這樣的問題、針對(duì)研究問題提出怎樣的假說、對(duì)同樣的問題為何會(huì)提出不同的假說、這種假說是基于何種證據(jù)提出的等。

對(duì)于收集證據(jù)維度，元探究問題應(yīng)包括： 如何收集證據(jù)、證據(jù)是否可分為不同類型（來源等）、證據(jù)是否需要進(jìn)一步處理、證據(jù)可信度如何、證據(jù)的收集方法有哪些、是否采取合適的收集方法、是否采用合理的方法和工具對(duì)證據(jù)進(jìn)行處理、對(duì)證據(jù)是否持有批判的態(tài)度等。

對(duì)于證據(jù)的解釋維度，元探究問題應(yīng)包括： 證據(jù)起到了什么作用、能否正確認(rèn)識(shí)并理解證據(jù)的作用、證據(jù)是否與假說相關(guān)（證據(jù)與假說的關(guān)系如何，是否支持假說）、證據(jù)與解釋有何關(guān)系、是否充分、解釋過程中是否尊重證據(jù)等。

對(duì)于探究過程中所用的技術(shù)及作用維度，元探究問題應(yīng)包括： 用何種技術(shù)手段、起到了怎樣的作用、是否有更佳的方式等。

對(duì)于得出結(jié)論維度，元探究問題應(yīng)包括： 得出了怎樣的結(jié)論、結(jié)論是如何得出的、結(jié)論的合理性如何、原因是什么、結(jié)論與證據(jù)是否一致等。

2 案例分析

我們以氯氣的發(fā)現(xiàn)為例進(jìn)行元探究教學(xué)。

2.1 確定研究主題

氯氣的本質(zhì)是什么？對(duì)一種未知的物質(zhì)是如何確定其本質(zhì)的？

2.2 收集素材

由學(xué)生查閱資料，教師進(jìn)行補(bǔ)充，找出氯元素的發(fā)現(xiàn)史[7]。師生共同提煉出如下主要內(nèi)容。

2.2.1 舍勒對(duì)軟錳礦的分析

從1771～1774年，舍勒花費(fèi)三年時(shí)間，對(duì)軟錳礦進(jìn)行了認(rèn)真分析。他發(fā)現(xiàn)該礦石不溶于稀硫酸和稀硝酸，但卻能溶于鹽酸中。在對(duì)其沉淀物進(jìn)行分析過程中，他預(yù)言有一種新金屬（錳）存在。但在前期處理過程中，常常使他感到十分難受的是，每次在軟錳礦粉中倒入鹽酸后，就會(huì)立即冒出一種令人窒息的黃綠色氣體，使他“肺部極為難受”。于是，在預(yù)言了錳元素之后，他著手于這種氣體的研究，發(fā)現(xiàn)它能使藍(lán)色紙條變白，也能使有色花朵和綠葉褪色;另外，還能腐蝕金屬;更奇怪的是在這種氣體中昆蟲會(huì)立刻死亡，火也立即熄滅。由此，舍勒斷定這是一種新物質(zhì)（氯氣）。舍勒相信燃素說，認(rèn)為是由于“脫燃素的錳”（MnO2）從鹽酸中奪去了燃素而產(chǎn)生了這種氣體，所以稱它為“脫燃素的鹽酸”。

2.2.2 貝托雷的氯水光解實(shí)驗(yàn)

1774年，當(dāng)貝托雷了解到舍勒的發(fā)現(xiàn)后，就著手對(duì)這一新氣體進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)黃綠色氣體確實(shí)如舍勒所言，具有漂白作用，于是將其介紹給紡織工業(yè)，以代替日曬漂白法，從而推動(dòng)了漂染工業(yè)的迅速發(fā)展。在生產(chǎn)過程中，人們發(fā)現(xiàn)氯氣盡管具有漂白作用，但真正對(duì)漂白質(zhì)量起關(guān)鍵作用的是次氯酸鹽的濃度。為進(jìn)一步研究氯氣水溶液的性質(zhì)，1785年貝托雷將黃綠色氣體溶于水后露置在日光下進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)生成了鹽酸并放出了氧氣。據(jù)此，他認(rèn)為這是氯氣的簡單分解過程，如下式所示： 氯——鹽酸+維持生命的空氣（氧）。認(rèn)為氯是鹽酸和氧之間“聯(lián)合松弛的化合物”。

2.2.3 蓋·呂薩克的鹽酸氣合成實(shí)驗(yàn)

1809年，蓋·呂薩克和泰納合作，總結(jié)了前人有關(guān)氯研究的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不從分解的角度進(jìn)行思考，而將純黃綠色氣體與氫氣混合，結(jié)果無論是靜置數(shù)日還是稍稍加熱或露置日光下，發(fā)現(xiàn)都生成了鹽酸氣，并且無任何水分產(chǎn)生，從而否定了貝托雷的觀點(diǎn)。他認(rèn)可拉瓦錫的氧化理論中“一切酸中均含有氧”的觀點(diǎn)，認(rèn)為氯氣是某種“基”的氧化物，與氮、硫、碳生成的酸根相似，仍然堅(jiān)持氯不是一種元素而是一種化合物。后來，化學(xué)家想盡各種辦法，利用金屬、紅熱木炭、磷等任何一種吸氧劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，企圖從氯中分解出氧來，以證明蓋·呂薩克見解的正確性。不過，均沒有從黃綠色氣體的分解中見到氧的蹤跡。那么，這究竟是元素還是化合物？

2.2.4 戴維的氯氣分解實(shí)驗(yàn)

1810年，戴維在發(fā)現(xiàn)了堿類和堿土類一系列元素之后，也試圖用電解法來探討氯的本質(zhì)。最初，他在銅管中用電池將木炭燒至白熱，讓氯氣通過其表面，結(jié)果沒有得到氧氣。于是，他分析了以前有關(guān)這方面的所有研究工作，感到只有認(rèn)為氯是一種元素，才能合理地解釋所有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。經(jīng)過一番認(rèn)真研究之后，他在英國皇家學(xué)會(huì)上發(fā)表了自己的新觀點(diǎn)，以大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)論證了氯是一種元素，而不是什么化合物，結(jié)束了長達(dá)半個(gè)多世紀(jì)以來的爭論。同時(shí)，他也對(duì)酸的本質(zhì)問題進(jìn)行了思考，認(rèn)為鹽酸的主要成分是氫，氯氣中并不含有氧，氫有可能是使物質(zhì)顯酸性的主要原因。

1813年，法國人庫特瓦從海藻植物中發(fā)現(xiàn)碘之后，戴維和蓋·呂薩克先后又獨(dú)立地確證它是一種元素，其性質(zhì)與氯相似。于是，氯和碘分別是一種元素，鹽酸和氫碘酸都是無氧酸便很快得到了科學(xué)界的認(rèn)可。

2.3 確定需要明晰的問題

通過表格設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)收集的素材進(jìn)行分析，展示需要關(guān)注的問題，重點(diǎn)關(guān)注證據(jù)的收集、對(duì)證據(jù)的解釋以及得到的結(jié)論之間的關(guān)系是否符合科學(xué)原則。表1呈現(xiàn)了對(duì)舍勒、蓋·呂薩克和戴維實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果（因篇幅關(guān)系，省略對(duì)貝托雷實(shí)驗(yàn)的分析）。

2.4 思考分析

在教師引導(dǎo)下，學(xué)生分組對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中各科學(xué)家的工作圍繞元探究問題展開思考和分析。如表2提供了在研究問題維度、收集證據(jù)維度、證據(jù)解釋維度、得出結(jié)論維度，引導(dǎo)學(xué)生深入分析元探究問題下的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程?？梢园l(fā)現(xiàn)，元探究過程是一個(gè)充滿反思，不斷叩問的過程。

2.5 討論總結(jié)

引導(dǎo)學(xué)生分析以上過程，發(fā)現(xiàn)氯的本質(zhì)是單質(zhì)。整個(gè)過程是一個(gè)不斷反思的過程。學(xué)生可以關(guān)注到科學(xué)家在收集證據(jù)與得出結(jié)論方面的關(guān)系，從而認(rèn)識(shí)到氯是一種元素的認(rèn)識(shí)是如何得來的。如果給你一種未知的物質(zhì)，你如何去判斷其存在和本質(zhì)。意識(shí)到科學(xué)發(fā)展的曲折性，意識(shí)到得到正確的結(jié)論不僅需要嚴(yán)密的論證，需要基于證據(jù)的解釋，還要敢于相信事實(shí)。

3 元探究教學(xué)的優(yōu)勢和局限性

3.1 優(yōu)勢

運(yùn)用元探究的探究教學(xué)，學(xué)生由于處于一個(gè)相對(duì)開放的外部環(huán)境，沒有太多指向性問題，能夠集中關(guān)注探究的過程，關(guān)注探究各要素之間的關(guān)系，因而能更加理解知識(shí)的構(gòu)成與獲得更多知識(shí)形成過程的體驗(yàn)。并且由于問題答案需要學(xué)生自己從素材中提煉，還能夠培養(yǎng)學(xué)生閱讀和分析的能力素養(yǎng)。

元探究教學(xué)旨在解決目前探究式課堂中存在的探究僵化、探究形式化的問題，旨在引導(dǎo)師生關(guān)注探究組成部分及各部分之間的聯(lián)系，如不僅僅是停留在收集證據(jù)上，而在于更關(guān)注證據(jù)與解釋之間的聯(lián)系、解釋與結(jié)論的關(guān)系等等，達(dá)到關(guān)注探究各部分之間緊密聯(lián)系的導(dǎo)向作用的目的。

3.2 局限性

同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，與實(shí)驗(yàn)探究相比較，學(xué)生的部分能力，如獨(dú)立提出猜想與假設(shè)的能力、制定計(jì)劃的能力、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力沒有得到訓(xùn)練和培養(yǎng)。元探究教學(xué)因其特殊的載體需要，在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，與化學(xué)史結(jié)合是一條有效的途徑。因此在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，應(yīng)挖掘含有豐富研究過程的內(nèi)容。

要使得這種探究方法行之有效，其關(guān)鍵在于教師所提供的素材要盡可能多樣化，要設(shè)置具有引領(lǐng)作用的問題來充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思考、發(fā)言，對(duì)一系列相關(guān)問題進(jìn)行“辯論”，所謂“理不辯不明”。但要注意不要淪為聲高的較量，既要“辨”，又要“辯”?！氨妗笔恰稗q”的基礎(chǔ)。關(guān)鍵是在思考的基礎(chǔ)上關(guān)注探究過程中各要素的關(guān)系。

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