許玉明 張賢金 鄭旭輝

摘要：科學本質(zhì)教育是新課標的要求，對學生的學習生活及后續(xù)發(fā)展有重要的意義。文章闡述了科學本質(zhì)的內(nèi)涵及功能價值，并提出化學教學課堂滲透科學本質(zhì)觀的策略，具體包括：創(chuàng)設情境，預設問題；品讀歷史，建構(gòu)概念；適時評價，領(lǐng)悟內(nèi)涵等。

關(guān)鍵詞：科學本質(zhì)觀；化學教學；化學史；實踐策略

文章編號：1008-0546（2021）12-0008-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.002

*本文系教育部福建師范大學基礎教育課程研究中心2021年度立項課題“基于變異理論的高中化學深度學習研究”（課題編號：KCZ2021127）及福建省教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度立項課題“促進高階思維能力發(fā)展高中化學教學研究（課題編于：FJJ？ KZX 21-557）”階段研究成果。

培養(yǎng)科學本質(zhì)觀是現(xiàn)代科學教育的重要任務，人們常將對科學本質(zhì)的理解稱為“科學本質(zhì)觀”。新修訂普通高中化學課程標準除了在多處章節(jié)出現(xiàn)一些如：“提出假設”“通過分析推理加以證實”“建立模型”“揭示本質(zhì)和規(guī)律”“敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新”等詞語，還多次提到“促進學生對科學本質(zhì)的理解”[1]，顯然這些都是科學本質(zhì)的范疇，新課標未對科學本質(zhì)的內(nèi)涵作具體闡述。本文通過對國內(nèi)外研究科學本質(zhì)的內(nèi)涵梳理，闡述其教育功能價值及化學教學的實踐策略，期待為科學本質(zhì)教學提供參考。

一、科學本質(zhì)觀的內(nèi)涵

1907年美國國家科學數(shù)學教師協(xié)會提出“科學本質(zhì)”一詞，當時并未對其進行明確的概念界定?？茖W本質(zhì)的內(nèi)涵是什么，從目前已有的文獻來看，很難給出一個統(tǒng)一的、精準的定義。因為科學本質(zhì)并非單一的觀點，有些問題還在探討。隨著科學事業(yè)的不斷發(fā)展，國外不同時期不同機構(gòu)和專家提出的觀點各不相同[2]（見表1）。

美國學者McComas，W.F和Olson，J.K.基于美國、英國等五個國家的八份教育研究文獻中有關(guān)科學本質(zhì)的分析，總結(jié)對科學本質(zhì)內(nèi)涵概括相同的觀點，認為與科學本質(zhì)與科學哲學等四個學科有關(guān)聯(lián)，如圖1所示，其中科學史的貢獻量最大[3]。

國內(nèi)學者王晶瑩將科學本質(zhì)分為“觀察和推論”“科學的創(chuàng)造性”“科學的暫時性”“科學以實證為基礎”“科學的主觀性”五個方面[4]；不同研究者對科學本質(zhì)觀的界定內(nèi)容不同，其原因是根據(jù)科學研究的基本方法和認識物質(zhì)的不同視角得出的，因此目前對科學本質(zhì)觀的界定是暫定性的，未來有可能會隨著科學思維的變化，對科學本質(zhì)觀的要素和結(jié)構(gòu)重新審視。雖然不同學者對科學本質(zhì)界定不同，但都認為基礎教育階段應該教授一些大眾認可的科學本質(zhì)的特征。例如：科學知識是暫時性的、基于實證的、主觀性的、負載理論的，同時還是人類推理、想象、創(chuàng)造的產(chǎn)物，是植根于社會和文化背景中的等，這些特征可以為我們化學教學中提供相對明確而穩(wěn)定的價值參照。

二、科學本質(zhì)觀的功能價值

培養(yǎng)和發(fā)展學生的科學本質(zhì)觀已經(jīng)成為各國教育教學目標之一。已有研究表明，由于我國的“尊權(quán)”“考試文化”等傳統(tǒng)社會文化的影響，對教師和學生的科學本質(zhì)觀形成起到不小的負作用，教師科學本質(zhì)觀大都處于較為樸素水平[5]，現(xiàn)新課標要求在化學教學中培養(yǎng)學生的科學本質(zhì)觀，具有十分重要的意義。

1.教師科學本質(zhì)觀：有助于發(fā)展學生核心素養(yǎng)

教學中要培養(yǎng)學生的科學本質(zhì)觀，首先需要教師樹立正確的科學本質(zhì)觀。如果化學教師對于科學本質(zhì)問題的認識比較膚淺，教學中存在著缺失甚至錯誤。例如，化合價是一個概念，并不是客觀存在的，但許多教師在教學中，都在讓學生記憶化合價，相當一部分學生都誤認為化合價是真實存在于物質(zhì)中，這些都說明我們教師因為科學本質(zhì)觀的理解模糊而影響教學行為。

王偉和王后雄認為化學核心素養(yǎng)與化學學科本質(zhì)有天然的內(nèi)在聯(lián)系。二者的關(guān)系所示的“冰山模型”（見圖2），化學學科本質(zhì)位于水面之下，化學核心素養(yǎng)是化學教學中需要達成的顯性目標，位于水面之上[6]。

理解學科本質(zhì)是發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的基礎和條件，如果教師理解了學科的本質(zhì)，同時在課堂教學中統(tǒng)籌好知識載體、方法引領(lǐng)和價值驅(qū)動三者之間的關(guān)系，就能發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)。

2.學生科學本質(zhì)觀：促進學生客觀欣賞、理解、評價及探索科學事業(yè)

已有研究表明，目前許多學生在思維方式上的思考主要是“知識是什么”以及“知識有什么用”，很少思考“知識是怎么產(chǎn)生的”和“知識是否具有合理性”等，科學本質(zhì)觀處在待提高的水平，學生的科學本質(zhì)觀對其將來融入社會后的生活方式將起著非常重要的影響。例如，若學會科學觀察和推理，將會形成實證意識；若滲透科學主觀性和創(chuàng)造性，今后將更懂得人與人之間相互尊重，努力發(fā)揮自身潛能；若認為所學的知識是絕對正確的，可能只是反復記憶書本上的知識，若有科學的暫時性的意識，就會對書本上的知識批判質(zhì)疑以及選擇吸收。如果具有良好的科學本質(zhì)觀，隨著科學技術(shù)的進步而不斷更新，就能正確理解新科學知識和產(chǎn)品，做出科學的決策。因此，培養(yǎng)科學本質(zhì)觀，能幫助學生客觀欣賞、理解、評價及探索科學事業(yè)，即便他們將來從事科學研究之外的事業(yè)，在日常生活中對與科學有關(guān)的一些議題也能做出更理性的判斷。

三、化學教學中培養(yǎng)科學本質(zhì)觀的實踐策略

科學本質(zhì)觀本身并不是知識，是個人在學校教學和社會文化中潛移默化而形成的。如果我們利用一節(jié)化學課為學生講述科學本質(zhì)觀，學生只能了解科學本質(zhì)觀是什么，但學生不會因此成為一個具備科學本質(zhì)觀的人，因此促進化學學科本質(zhì)觀教學策略的探索有著重要的意義。新課標多次強調(diào)將化學史與促進學生對科學本質(zhì)的理解聯(lián)系起來，國內(nèi)也有許多學者關(guān)于這方面的探索和實踐，畢華林和劉冰認為科學的本質(zhì)蘊涵于科學的發(fā)展過程中，避開化學史研究科學本質(zhì)內(nèi)容比較空洞，化學史素材是發(fā)展學生對科學本質(zhì)理解的重要手段[7]；白建娥認為促進科學本質(zhì)的教學的策略是設計驅(qū)動性任務以及探究問題，讓學生在解決問題中體驗科學的本質(zhì)[8]。

筆者研究發(fā)現(xiàn)高中“化學鍵”內(nèi)容蘊藏科學本質(zhì)豐富的內(nèi)涵（見表2），基于以上設計思路，下面提供以“化學鍵”教學為案例的具體策略，教學設計如下：

1.創(chuàng)設情境，預設問題

“化學鍵”教材內(nèi)容呈現(xiàn)給學生的都是結(jié)論性的敘述，比較枯燥，引不起學習興趣，不容易建構(gòu)化學鍵概念，也不利于培養(yǎng)科學本質(zhì)觀。為了更有效幫助學生建構(gòu)概念，引入新課時聯(lián)系生活的真實情境，設置分組實驗，有利于培養(yǎng)學習興趣，激發(fā)學生的求知欲，從而滲透觀察與推理、基于實證等科學本質(zhì)觀。

【展示】NaCl晶體結(jié)構(gòu)的模型、金剛石模型和CO2（干冰晶體）的模型。

【教師】構(gòu)成自然界中化合物的微粒是什么？這些微粒之間存在怎樣的相互作用構(gòu)成物質(zhì)的？

【學習任務】設計實驗比較氯化鈉溶液、熔融氯化鈉、鹽酸的導電性。

【教師】為什么同樣是電解質(zhì)，液態(tài)HCl不能導電而NaCl在熔融狀態(tài)能導電呢？

心理學研究表明，思維來自于疑問。問題情境的創(chuàng)設，不只是挖掘?qū)W生身邊生活中的現(xiàn)象，而是通過“組成NaCl晶體、金剛石和CO2（干冰晶體）微粒是什么”引發(fā)學生積極思考，引導學生從科學的視角去觀察思考問題，探究化學鍵概念的本質(zhì)。

2.品讀歷史，建構(gòu)概念

化學鍵有關(guān)理論的發(fā)展是曲折的，材料非常豐富，我們根據(jù)化學鍵發(fā)展史挖掘其后面蘊藏的科學本質(zhì)內(nèi)涵，讓學生品讀化學鍵發(fā)展史，調(diào)動學習興趣，明白化學鍵發(fā)展的歷程，同時創(chuàng)設問題情境，設計驅(qū)動性任務，建構(gòu)化學鍵概念，以促進學生形成正確的科學本質(zhì)觀。

史實1：著名的“八隅律”理論?？茖W家們對微粒之間作用的探索和研究中，經(jīng)歷了一個漫長的過程。1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子后，使人們認識到原子是由更小的微粒構(gòu)成的，才致力于研究化學鍵的理論。1918年德國的W.Kossel根據(jù)湯姆遜發(fā)現(xiàn)的電子來解釋離子化合物，認為原子穩(wěn)定存在的基本條件是最外層軌道上保持有8個電子的狀態(tài)，這就是著名的“八隅律”理論。

【問題1】請根據(jù)“八隅律”理論，思考Na原子與Cl原子是怎樣形成氯化鈉的？

【教師】Na送給Cl一個電子后，形成的離子Na+和Cl-，最外層都是8個電子。像氯化鈉這樣帶相反電荷離子（陰、陽離子）之間的相互作用稱為離子鍵。

【觀點】八隅律理論只能解釋離子穩(wěn)定性，對許多的共價化合物如H2O中H原子最外層不需要8個電子卻也穩(wěn)定存在現(xiàn)象，卻無法作出解釋，但是八隅律理論的提出啟發(fā)了美國路易斯的研究。

史實2：共價鍵理論。1923年美國的路易斯根據(jù)研究提出“原子間通過共用電子對作用形成共價化合物，符合八隅律”的共價鍵理論，這個理論指出了化學鍵的本質(zhì)。

【問題2】請根據(jù)路易斯共價鍵理論，思考氫原子與氯原子是怎樣形成HCl的？

【教師】共價鍵的形成因素。

【觀點】共價鍵理論解釋了共價鍵的飽和性，卻對共價鍵的方向性無法作出回答。比如水分子的氫氧鍵應該成90度，而不是104.5度。也不能解釋許多化合物的中心原子的外圍電子超過8個仍然很穩(wěn)定的事實，如PCl5分子中的磷原子的外圍電子是10個而不是8個。

史實3：雜化軌道理論。1927年薛定諤等科學家用量子力學的觀點解釋了化學鍵的本質(zhì)。隨后逐漸發(fā)展為兩個分支理論：鮑林提出的雜化軌道理論以及Sidgwick NV等人提出的價層電子對互斥理論。價層電子對互斥理論成功地解釋了水的鍵角是104.5度，而不是109度。

【展示】多媒體展示水分子模型。

【問題3】比較離子鍵、共價鍵的組成微粒是什么？用電子式表示NaCl和HCl的形成過程。離子鍵與共價鍵之間有怎樣的關(guān)系？

【教師】比較離子鍵、共價鍵的特征。

傅鷹曾說“化學給人以知識，化學史給人以智慧”。如果教師直接介紹離子鍵和共價鍵的概念，學生不易理解化學鍵的形成過程和本質(zhì)特征，但在教師的引導下，通過W.Kossel提出的的“八隅律”理論來說明離子鍵、路易斯的共價鍵理論事例，思考化學鍵概念的起源背景，了解其發(fā)展過程中所面臨的問題，體驗化學家探究的歷程，有利于培養(yǎng)學生發(fā)展科學探究與創(chuàng)新意識核心素養(yǎng)，同時也加深學生對化學科學本質(zhì)的理解。

3.適時評價，領(lǐng)悟內(nèi)涵

通過對金屬的冶煉的電解分析和教師引導，學生進一步理解化學反應的本質(zhì)，完成了自我認識和構(gòu)建化學鍵概念的過程，通過學生交流，領(lǐng)悟科學本質(zhì)內(nèi)涵。

【問題1】閱讀下列工業(yè)冶煉鈉、鎂、鋁等金屬的資料卡信息。思考其原料的選擇有什么不同？

【生1】冶煉鈉和鎂的生產(chǎn)原料應該要考慮熔點較低的化合物，經(jīng)濟成本低，而冶煉鋁的原料是氧化物。

【生2】離子化合物才可用于電解冶煉金屬，AlCl3是共價化合物，所以只能選擇Al2O3作為原料。

【教師】兩位同學能較好地依據(jù)物質(zhì)物理性質(zhì)，判斷所含化學鍵的類型，確定生產(chǎn)原料。

【問題2】閱讀下列“化學鍵發(fā)展年代表”資料卡（見圖3），結(jié)合本節(jié)課的學習，請同學們思考最能凸顯科學本質(zhì)“觀察和推論”“科學的創(chuàng)造性”“科學的暫時性”“科學以實證為基礎”“科學的主觀性”五個方面等內(nèi)涵的哪些方面？

【生3】我覺得最能體現(xiàn)“科學觀察和推論”，從冶煉鈉、鎂、鋁等金屬原料的選擇中，我們觀察原料物質(zhì)的性質(zhì)，推斷是否為離子化合物問題，再考慮熔點低經(jīng)濟成本問題，這就是一個科學的研究過程。

【生4】我認為最能體現(xiàn)“科學的暫時性”，我從化學鍵發(fā)展年代表就感覺科學知識和理論在一個時期是正確的，但過一段時間又有可能不完善，所以科學是暫時的，是不斷發(fā)展的。

【生5】……

【教師】對于剛才同學們的回答，我覺得都講得很好。這邊我再補充一點，從化學鍵發(fā)展年代表中，還體現(xiàn)了“科學的主觀性”。面對同樣的任務，科學家們的想法不盡相同，所以，科學既然是認識世界的一種方式，就一定具有主觀性，同時每個人的思維過程還體現(xiàn)了創(chuàng)造性。

化學鍵的概念形成以后，如何利用化學鍵概念解決生產(chǎn)生活中的問題，也影響化學鍵概念的鞏固，同時教師理解了教材內(nèi)容中蘊含的科學本質(zhì)，不能說明學生也能夠理解。教師要營造民主寬松的課堂，鼓勵學生交流討論，如選擇工業(yè)冶煉鈉、鎂、鋁等金屬的原料以及表達自己對科學本質(zhì)觀的理解，這種以思維外顯的方式引導學生分析，不僅可以發(fā)現(xiàn)學生在認知過程中的障礙，而且在交流過程中促進他們深入的思考問題，本身就是滲透科學本質(zhì)觀的一種途徑。

對于上述三條教學策略，在不同的環(huán)節(jié)中發(fā)揮獨特的作用。教是為了引導學生的學習，評是為了促進學生更好地學習，教和評都是為了學服務的，整個教學過程以化學鍵的發(fā)展科學史為明線，以科學本質(zhì)內(nèi)容為暗線，通過實驗探究、學生交流、適時評價等教學方法，將課堂教學中教、學、評緊密聯(lián)系在一起，促進了學生領(lǐng)悟科學本質(zhì)內(nèi)涵。

總之，教育教學活動的本質(zhì)是一種喚醒，是一種點燃，也是一種提升。科學的本質(zhì)不是科學知識，而是產(chǎn)生知識的方法與過程。在化學教學中埋下科學本質(zhì)觀的種子，有利于積極啟迪學生思維，提升學生的核心素養(yǎng)，這也是化學教學的本源和價值所在。我國教育改革持續(xù)向前，培養(yǎng)科學本質(zhì)觀的教學還處于探索階段，期待更多的探討和研究指向引領(lǐng)科學本質(zhì)的化學教學。

參考文獻

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