在世界各國的科學教育改革文獻中，如美國的《新一代科學教育標準》（簡稱NGSS，2013年）和英國的《國家理科課程》（2000年）等，都將認識科學本質作為重要的課程目標之一。我國普通高中物理、化學、生物課程標準中提及的科學核心素養(yǎng)也涉及了科學本質的相關內容。要全面理解科學本質，單純從科學內部出發(fā)是難以實現(xiàn)的，需要與其他學科映射，如科學史、科學哲學、科學社會學等。其中，科學史是描繪和研究人類文明歷程的寶貴素材，深入剖析科學史，有助于學生深刻理解科學本質?；凇帮@性—反思性”科學本質教學，探討了將科學史融入科學本質教學的模式，將其分為引入呈現(xiàn)、歷史進程分析、提問引導、自主探究、分析討論、交流反思六個步驟，并以“氧化還原反應”為例，分析了具體的教學案例。

一、科學本質與“顯性—反思性”教學概述

科學本質，通常定義為“融合社會學與哲學的科學認識論，將科學視為一種認識方式，或源于科學發(fā)展中的價值觀與信念”。科學本質闡述了科學知識是如何生成與演進的，揭示了科學作為一種不斷發(fā)展和自我矯正的探究過程，解答了“什么是科學”的問題。關于科學本質的研究已有百年歷史，教育研究者對其內涵有著不同的看法。在基礎教育階段（K-12），科學本質具體可以概括為以下八個方面：暫時性，實證性，理論與定律具有區(qū)別，觀察與推理具有區(qū)別，主觀性（理論負載），社會與文化嵌入，創(chuàng)新力與想象力，科學方法多樣性。

研究表明，“顯性—反思性”教學模式能夠加深學生對科學本質的理解。這種教學模式要求教師精心設計能夠體現(xiàn)科學本質的教學內容，并將培養(yǎng)學生的科學本質觀作為課堂教學的認知目標，引導學生通過模擬科學家的活動進行反思。在這種模式下，“顯性”要求教師深入挖掘課程內容中的科學本質，通過巧妙的教學設計引導學生探索相關的科學本質；“反思性”則鼓勵學生從認識論的角度審視自己的學習經歷，或將自己的學習過程與科學家的研究活動相聯(lián)系。

二、基于科學史的“顯性—反思性”科學本質教學

Monk和Osborne提出的“六階段模型”較為成熟，主要包括“呈現(xiàn)”（學生對教師提供的科學史料展開討論、提問與猜想）、“啟發(fā)”（針對提問進行小組討論與交流分享）、“歷史學習”（針對問題與現(xiàn)象，教師提供歷史上的解釋或證明，并盡可能從多維度進行全方位的闡釋）、“設計實驗”（以小組為單位進行）、“科學觀點”（呈現(xiàn)當前公認的解釋）、“回顧和評價”（對歷史事件與自身參與的實驗進行回顧，并進行對比評價）六個環(huán)節(jié)。

在此基礎上，筆者進行了一定的調整改進，以凸顯“顯性—反思性”的科學本質教學特征。具體改進如下：第一，將第一個環(huán)節(jié)調整為“引入呈現(xiàn)”，以激發(fā)學生的主動性；第二，“六階段模型”未明確提及“學生反思”的環(huán)節(jié)，而“提問引導”“分析討論”和“交流反思”部分正是“顯性—反思性”科學本質教學的核心，因此，筆者將最后一個環(huán)節(jié)修改為“交流反思”；第三，將“歷史學習”改為“歷史進程分析”，以強調針對科學發(fā)展的過程，使學生對科學發(fā)展的連貫性有深入的理解。這也體現(xiàn)了將科學史融入“顯性—反思性”科學本質教學的深度內涵。總的來說，筆者將基于科學史的“顯性—反思性”科學本質教學模式分為以下六個環(huán)節(jié)：引入呈現(xiàn)、歷史進程分析、提問引導、自主探究、分析討論、交流反思。

三、將氧化還原史融入“顯性—反思性”科學本質教學

“氧化還原反應”是人教版高中化學必修教材中的內容。教師通過闡述氧化還原反應的發(fā)展史，可以引導學生初步構建氧化還原反應的認識模型。然而，教材僅僅將氧化還原反應的發(fā)展史作為一個補充部分，沒有明確表述其科學本質內涵。氧化還原反應的發(fā)展歷史悠久，基于此，筆者整理了氧化還原反應的發(fā)展史，深入剖析其背后的科學本質，以引導學生探究氧化還原反應的本質，為科學本質教學提供實例參考。具體教學如下。

第一，在“引入呈現(xiàn)”環(huán)節(jié)，設疑引入“氧化還原”。首先，筆者通過PPT展示史實：據資料記載，距今大約180萬年前，我國最早的古人類之一西侯度人已開始使用火。遺址發(fā)掘表明，他們利用火烹飪食物、取暖、驅趕野獸等。接著，筆者向學生提出問題：“經過以往的學習，同學們知道大部分燃燒均為氧化還原反應。那么什么樣的化學反應可以稱為氧化還原反應？氧化還原反應具有什么特點？”一名學生思考后回答：“氧化還原反應總是釋放光和熱，并生成一種新物質。”通過追溯燃燒反應的歷史源頭，筆者引導學生思考氧化還原反應的定義。

第二，在“歷史進程分析”環(huán)節(jié)，創(chuàng)設“氧化還原”情境。首先，筆者通過PPT展示了歷史進程中多名學者在燃燒領域的研究成果。例如，18世紀初，醫(yī)生斯塔爾把燃素看成一種元素，他對燃燒的解釋以有機物的燃燒為基礎。18世紀末，拉瓦錫在實驗室中分離出多種氣體，研究燃燒與焙燒現(xiàn)象，創(chuàng)立了以氧為核心的新燃燒學說。19世紀中葉，工業(yè)發(fā)展需要大量金屬，弗蘭克蘭提出化合價概念，通過化合價升降的外部特征定義了氧化還原反應。20世紀初，湯姆生在前人研究基礎上，設計陰極射線管并發(fā)現(xiàn)“電子”，從電子轉移角度定義氧化還原反應。接著，筆者引導學生深入思考“氧化還原”概念，使其了解氧化還原的定義并非某個學者提出的，而是由多名科學家經過長期探索總結而成的。在此過程中，筆者引導學生代入歷史背景，體會科學家所處的時代、經濟、文化等因素和科學家個人信仰、習慣等對其研究的影響。

第三，在“提問引導”環(huán)節(jié)，對科學本質及學科知識提問。筆者向學生提出一系列問題，如“科學家們是憑空定義氧化還原反應的嗎？關于氧化還原反應的定義是一直不變的嗎（實證性，暫時性）”“斯塔爾的職業(yè)是醫(yī)生，對氧化還原反應的研究有影響嗎（主觀性）”“當時的社會對氧化還原理論的發(fā)展是否有影響？哪些方面具有影響（社會文化的嵌入）”“科學家們是怎么進行推理的？觀察和推理是否具有區(qū)別（觀察與推理具有區(qū)別）”“科學家們可以看到氧化還原反應的真實發(fā)生嗎？科學家在對氧化還原反應進行定義的過程中是否用到了想象力和創(chuàng)造力（創(chuàng)造力和想象力）”“根據以上史實，我們怎么從元素角度和‘電子’角度去認識氧化還原反應（氧化還原概念）”等。筆者通過以上六個問題引導學生對科學本質進行思考，幫助他們深入地理解科學本質，從而使其認識到，科學是一個不斷演進的過程，科學家的認知過程是循序漸進的，科學知識并非固化的事實，而是持續(xù)發(fā)展的。

第四，在“自主探究”環(huán)節(jié)，通過活動培養(yǎng)探究能力。筆者引導學生對加熱條件下CuO+CO=Cu+CO2反應中涉及的氧化還原反應原理進行探討，并讓他們從化合價變化和電子轉移的角度出發(fā)，思考氧化還原反應的本質。學生梳理了科學家對氧化還原反應的認識發(fā)展，并將氧化還原定義為化合價升降和電子轉移的過程。通過分組討論或重復重要的實驗，學生可以鞏固知識點，并增強實踐能力。

第五，在“分析討論”環(huán)節(jié)，開展自主學習和合作學習。在前一階段，學生圍繞如何判斷氧化還原反應展開了熱烈的討論，提出了不同的判斷方法和觀點。接著，學生通過在高溫下還原CuO的實驗，從化合價變化和電子轉移兩個角度進行深入探究。他們發(fā)現(xiàn)，在實驗中化合價發(fā)生了變化，且代數(shù)和為0，說明有電子發(fā)生了轉移。通過小組討論的形式，學生積極參與其中，互相提問、解答，從而逐步完善對“氧化還原反應”的定義。這一過程使他們深刻認識到科學是一個不斷推翻舊觀點、逐步完善新觀點的過程。

第六，在“總結與反思”環(huán)節(jié)，強調反思，促進內化。筆者進行如下總結：“在歷史追溯過程中，反思使我們對科學本質的具體內涵有了更深入的理解?！蓖ㄟ^將“氧化還原反應”這一概念置于歷史背景中，了解其定義從模糊到精確、從錯誤到正確、從宏觀到微觀、從殘缺到完整的演變過程，學生逐漸認識科學具有主觀性、暫時性和實證性等。

四、啟示與建議

首先，教師需要調整對科學本質的認識，優(yōu)化教學設計。其次，教學過程中要強調“顯性—反思性”科學本質教學特點，教師應該通過問題引導學生轉變觀念，促使他們進行自我反思。最后，注重多元化情境的融合，除了科學史這一情境，科學本質教學還可以結合“社會性科學議題”和“科學探究”情境。

學習科學包括了解科學的歷史，即科學發(fā)現(xiàn)和科學理論的演變過程。然而，教科書呈現(xiàn)的往往是幾乎沒有爭議的科學結論。對于學生而言，這些結論僅僅是抽象的、靜態(tài)的定義。長久以往，這可能導致學生喪失懷疑和批判的能力，將課本知識視為教條。要理解科學的本質，教師就要讓學生了解科學史的發(fā)展，領悟科學發(fā)展中的價值觀和信念，并培養(yǎng)他們的興趣、批判能力、創(chuàng)新精神和責任感。

（作者單位：湖北大學化學化工學院）