九年級(jí)化學(xué)教學(xué)中的科學(xué)論證啟蒙

黃媛媛 陳凱 丁小婷

摘要： 基于論證的科學(xué)教學(xué)活動(dòng)注重證據(jù)的收集與獲取，強(qiáng)調(diào)社會(huì)交互過程中的知識(shí)建構(gòu)，有利于學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)。以人教版初中化學(xué)“我們周圍的空氣”部分內(nèi)容為基點(diǎn)進(jìn)行拓展，以國(guó)際上倡導(dǎo)的科學(xué)論證模式為結(jié)構(gòu)框架展開“氮?dú)狻毙再|(zhì)和用途關(guān)系的論證活動(dòng)，創(chuàng)新性地在中學(xué)生初學(xué)化學(xué)時(shí)滲透科學(xué)論證啟蒙教育。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)論證; 證據(jù); 空氣; 氮?dú)? 啟蒙教育

文章編號(hào)： 10056629（2018）12005505中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1?關(guān)于科學(xué)論證

論證是一種推理的過程，運(yùn)用具有合理性的理由支持所闡述的觀點(diǎn)，說明數(shù)據(jù)與結(jié)論之間的合理聯(lián)系;通過對(duì)話互動(dòng)來建構(gòu)知識(shí)、達(dá)成共識(shí)或解決問題與爭(zhēng)辯。傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，太注重操作技能和程序化的活動(dòng)過程，容易忽略對(duì)證據(jù)和理由的深度思考。學(xué)生在化學(xué)課堂上不僅需要學(xué)習(xí)運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)等方法獲取信息，還需要主動(dòng)與他人進(jìn)行交流討論，論證并明確地表達(dá)自己的觀點(diǎn)，促進(jìn)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，通過科學(xué)活動(dòng)的實(shí)踐感知科學(xué)文化。

國(guó)外的課程改革較早注重培養(yǎng)學(xué)生的論證能力，例如美國(guó)在“下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)”（Next Generation Science Standards，以下簡(jiǎn)稱NGSS）里，已經(jīng)將論證練習(xí)作為培養(yǎng)科學(xué)家活動(dòng)的中心環(huán)節(jié)。英國(guó)國(guó)家科學(xué)課程（National Science Curricufum）十分重視“觀點(diǎn)和證據(jù)（Ideas and Evidence）”和“科學(xué)如何運(yùn)作（How Science Works）”，培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)和具備論證能力已經(jīng)成為教育目標(biāo)，明確提出學(xué)生需要了解更深層次科學(xué)知識(shí)的意義，課標(biāo)需要理解科學(xué)觀點(diǎn)是如何被提出、修改和評(píng)價(jià)——這些都是通過論證環(huán)節(jié)獲得[1]?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》首次將“證據(jù)推理”確立為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成，表明我國(guó)化學(xué)課程改革開始重視論證教學(xué)[2]。

王磊教授指出，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在初中化學(xué)啟蒙課程和高中化學(xué)的必修課程（包括選擇性必修課程）、選修課程的學(xué)習(xí)過程中逐步形成和發(fā)展的，所以“證據(jù)推理”不只限于高中階段的化學(xué)課程，同樣適用于義務(wù)教育階段的化學(xué)課程，區(qū)別在于各學(xué)段核心素養(yǎng)的具體內(nèi)涵和發(fā)展水平上的差異[3]。

目前我國(guó)科學(xué)論證教學(xué)課例常見于高中化學(xué)教學(xué)，我們?cè)噲D在九年級(jí)化學(xué)課程中嘗試進(jìn)行科學(xué)論證教學(xué)的設(shè)計(jì)與組織。

2?基于科學(xué)論證的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1?教學(xué)設(shè)計(jì)思路初探

人教版初中化學(xué)第二單元第一節(jié)“空氣”主要關(guān)注三點(diǎn)：“空氣是由什么組成的”、“空氣是一種寶貴的資源”和“保護(hù)空氣”。教師用書建議2課時(shí)完成。時(shí)間有限，所以在教學(xué)實(shí)際中重點(diǎn)往往落在空氣中氧氣含量的測(cè)定上，對(duì)于空氣的組成只要求初步認(rèn)識(shí)混合物和純凈物。氧氣的性質(zhì)作為重要的考點(diǎn)，往往和后面章節(jié)相關(guān)內(nèi)容合并詳加探討，而氮?dú)?、稀有氣體的主要用途及相關(guān)性質(zhì)往往略過。由于在中考化學(xué)試題中這部分考點(diǎn)往往簡(jiǎn)單甚至不重要，在“以考定教”的觀念之下，許多“好玩”和有教育價(jià)值的學(xué)習(xí)內(nèi)容會(huì)被忽視。如果化學(xué)學(xué)習(xí)的啟蒙階段，新授課教學(xué)就直奔中考化學(xué)考點(diǎn)而去，將帶給學(xué)生乏味、機(jī)械、模糊的科學(xué)學(xué)習(xí)氛圍，只怕學(xué)習(xí)效果會(huì)適得其反[4]。

我們將“氮?dú)狻敝黝}放大、強(qiáng)化，挖掘出豐富多彩的素材進(jìn)行有效組織，既有生活中實(shí)用的知識(shí)又有對(duì)社會(huì)性科學(xué)議題的思索。教學(xué)設(shè)計(jì)融入國(guó)際上流行的科學(xué)論證模式——圖爾敏論證模型[5]和基于波普爾科學(xué)發(fā)展模式的論證式探究教學(xué)框架。

圖爾敏論證模型中的主張、資料和根據(jù)是論證模型的核心成分，也將其稱為基本模式。它還包括支援、限定詞和反駁三成分組合的拓展模式。一個(gè)典型的論證往往由一系列的主張組成。主張也是觀點(diǎn)，是由證據(jù)支持的陳述;論證的資料即為支持主張的根據(jù);根據(jù)即為理由，用于清晰地說明主張和資料之間的關(guān)系;支援用于解釋為什么根據(jù)是有效的;限定詞指定論證是在何種前提下有效;反駁需要舉出例子說明根據(jù)沒有必然權(quán)威，或者舉出例子說明主張不是有效的，反駁可以針對(duì)主張，也可以針對(duì)根據(jù)。圖爾敏論證模型強(qiáng)調(diào)論證的普遍程序性結(jié)構(gòu)，更關(guān)注論證的過程而不是論證的具體內(nèi)容[6]。

波普爾論證教學(xué)框架由問題、猜想、理性批判、結(jié)論構(gòu)成，其核心是理性批判。理性批判表現(xiàn)為通過討論、評(píng)價(jià)，否定不合理的猜想，為合理的觀點(diǎn)提供辯護(hù)的行為[7]。

在“氮?dú)庥惺裁从谩边@部分教學(xué)設(shè)計(jì)中，論證環(huán)節(jié)1與論證環(huán)節(jié)3采用了圖爾敏論證模型，分別以學(xué)科主題和社會(huì)性科學(xué)議題為載體開展論證教學(xué)實(shí)踐活動(dòng);在論證環(huán)節(jié)2中，則借鑒了基于波普爾科學(xué)發(fā)展模式的論證式探究教學(xué)框架，幫助學(xué)生將已有知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際情境中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活、社會(huì)中的化學(xué)問題進(jìn)行深入思考并體驗(yàn)科學(xué)思維。

由于空氣是學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)中首次專題學(xué)習(xí)的化學(xué)物質(zhì)，并且由于學(xué)生積累的自然科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)目前多來自于小學(xué)科學(xué)以及初中物理和生物課程學(xué)習(xí)，學(xué)科思維的差異和已有方法的訓(xùn)練尚不能支撐學(xué)生很好地融入化學(xué)課程的科學(xué)論證學(xué)習(xí)。因此，一開始主要由教師盡可能提供較多的證據(jù)給學(xué)生，讓學(xué)生從中選取利用，隨后引導(dǎo)學(xué)生嘗試提出觀點(diǎn)并進(jìn)行論證，逐步構(gòu)建證據(jù)與觀點(diǎn)之間的聯(lián)系。

2.2?教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2.2.1?引入氮?dú)獾姆€(wěn)定性

[教師提問]空氣中氧氣含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，為什么汞和紅磷都只能消耗體積分?jǐn)?shù)為五分之一的氧氣？

[學(xué)生活動(dòng)]列表對(duì)比氮?dú)夂脱鯕獾幕瘜W(xué)性質(zhì)。

[教師提問]根據(jù)對(duì)這兩種成分的已有了解，還可以設(shè)計(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)比較它們的化學(xué)性質(zhì)？

[學(xué)生活動(dòng)]圍繞氮?dú)夂脱鯕饪赡芫哂械幕瘜W(xué)性質(zhì)，提出驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方案。例如，能否使帶火星的木條復(fù)燃，能否支持小白鼠呼吸、蠟燭燃燒等。

[教師反饋]提供證據(jù)和理由，闡明學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是否可行。

[教師提問]聯(lián)系生活實(shí)際，這些性質(zhì)有什么用？

[學(xué)生活動(dòng)]舉例回答。

[教師提問]組成空氣的成分還有二氧化碳、稀有氣體，你認(rèn)為它們的化學(xué)性質(zhì)跟氧氣、氮?dú)庀啾仁欠€(wěn)定還是活潑？請(qǐng)嘗試給出證據(jù)。

設(shè)計(jì)意圖： 由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過空氣中氧氣含量的測(cè)定，對(duì)于初學(xué)化學(xué)的學(xué)生來說，這部分內(nèi)容學(xué)科知識(shí)的交叉與滲透強(qiáng)、思維要求高，所以有必要在本課一開始以表格的形式梳理對(duì)氮?dú)夂脱鯕獾囊延姓J(rèn)識(shí)，并嘗試引導(dǎo)他們結(jié)合證據(jù)和理由解決疑難問題。同時(shí)開始啟蒙“性質(zhì)決定用途、用途反映性質(zhì)”的認(rèn)識(shí)，為后面設(shè)計(jì)中的多元活動(dòng)打下基礎(chǔ)。

2.2.2?氮?dú)庥惺裁从猛?/p>

[教學(xué)過渡]氮?dú)怆m然穩(wěn)定，但是不意味著沒有實(shí)用價(jià)值;除了同學(xué)們提出的以上觀點(diǎn)，我們補(bǔ)充幾條幫助大家深入思考。

論證環(huán)節(jié)1?跨學(xué)科主題的論證啟蒙

[引出論點(diǎn)]網(wǎng)上流傳汽車輪胎充氮?dú)飧茫脤W(xué)過的理化知識(shí)加以判斷，支持還是不支持？

[教師演示]提供網(wǎng)絡(luò)搜集的信息如下：

觀點(diǎn)1： 支持

（1） 充入氮?dú)夂笃囕喬ゲ灰谉崦浝淇s，不會(huì)頻繁出現(xiàn)“熱炸了”的現(xiàn)象;

（2） 平常充入的壓縮空氣中含有水分，而充入的氮?dú)鈳缀醪缓?

（3） 充入氮?dú)夂笃囕喬ゲ灰桌匣粫?huì)頻繁出現(xiàn)裂痕;

（4） 氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，氧氣化學(xué)性質(zhì)活潑，輪胎易氧化;

（5） 充入氮?dú)夂?，可以降低耗油?

（6） 充入氮?dú)夂笃囕喬毫υ龃?，同時(shí)氮?dú)夥肿哟?，不易漏氣，輪胎氣足足的，減少了與地面之間的滾動(dòng)摩擦;

（7） 充入氮?dú)饽苡行p少輪胎在行駛過程中的噪音。

觀點(diǎn)2： 不支持

（1） 我們平常充入的是壓縮空氣，其中78%是氮?dú)?，不必耗費(fèi)物資獲取高純度的氮?dú)?，即便跟空氣相比有差異，?yīng)該也是極小的;

（2） 充入氮?dú)饨档驮胍舨豢茖W(xué)，噪音主要是通過外界空氣傳播而不是通過輪胎內(nèi)部傳播;

（3） 氮?dú)獾姆肿邮潜瓤諝庵衅渌肿由源笮?，但?duì)泄漏的影響微乎其微，而且氣體泄漏的速度也與輪胎胎壁有關(guān);

（4） 沒有理論支撐輪胎出現(xiàn)裂痕、老化是由于氧化，應(yīng)該是長(zhǎng)期使用后磨損導(dǎo)致的。

[教師提問]判斷哪些是證據(jù)，哪些是理由？哪些屬于物理研究范疇，哪些是化學(xué)問題？

[小結(jié)啟發(fā)]網(wǎng)絡(luò)上獲取的解釋和證據(jù)一定是正確的嗎？請(qǐng)?jiān)谡n后思考上述說法的科學(xué)性，并思考如何才能獲取權(quán)威的解釋或證據(jù)。

設(shè)計(jì)意圖： 該主題聯(lián)系物理、化學(xué)以及汽車制造等多學(xué)科領(lǐng)域，雖然學(xué)生未必都明白，但教師提供已經(jīng)搜集好的信息，請(qǐng)學(xué)生閱讀并從中了解論證的基本概念，區(qū)別證據(jù)和理由，也強(qiáng)化了上一單元的核心概念——“化學(xué)變化”。

論證環(huán)節(jié)2?基于生活主題的論證訓(xùn)練

[教學(xué)過渡]南京鹽水鴨馳名中外，一般有兩種包裝： 充氣包裝和真空包裝。包裝袋里充入的可能是什么氣體？

[學(xué)生猜想]氧氣;氮?dú)?二氧化碳;稀有氣體;氫氣。

[教師引導(dǎo)]請(qǐng)?zhí)峁┳C據(jù)和理由，論證你的觀點(diǎn)。

（準(zhǔn)備必要的實(shí)驗(yàn)儀器和藥品： 注射器、木條、酒精燈、火柴、小燒杯、小氣球、澄清石灰水等，按照學(xué)生尋找證據(jù)的實(shí)驗(yàn)手段需要來做相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)）

[學(xué)生活動(dòng)]見表1。

[師生合作]針對(duì)學(xué)生的觀點(diǎn)、尋找證據(jù)的方法提供必要的實(shí)驗(yàn)支持，并對(duì)學(xué)生反駁的理由進(jìn)行肯定和補(bǔ)充。

[腦洞大開]氫氣是世界上已知的最輕的氣體，如果往鹽水鴨或薯片包裝袋里充入氫氣，包裝袋可能會(huì)滿天飛，非常有趣，或許能開發(fā)出一種新式的食品包裝模式，但是氫氣易燃易爆，也給這種創(chuàng)意帶來了安全隱患。

[進(jìn)階問題]薯片和蛋糕包裝袋常常是充氣包裝，能否真空包裝？

[教師總結(jié)]食品包裝袋里一般充入氮?dú)猓獨(dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無害，可以營(yíng)造缺氧環(huán)境，抑制細(xì)菌、霉菌的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。

設(shè)計(jì)意圖： 用實(shí)驗(yàn)手段研究生活中的化學(xué)問題，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又突出了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性;提出大膽有趣的開創(chuàng)性問題，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。本環(huán)節(jié)的論證教學(xué)，試圖引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)主張和觀點(diǎn)，形成論證思路和方法，而不是傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中對(duì)于教師的講授全盤接受與肯定。

論證環(huán)節(jié)3?基于社會(huì)性科學(xué)議題的論證思考

[教學(xué)過渡]如圖1所示，食品包裝氣應(yīng)該具備怎樣的特征？

[教師提問]如何得到高純度的氮?dú)猓?/p>

[教師補(bǔ)充]化學(xué)方法： 向純度較低的氮?dú)庵屑尤胍欢ㄎ镔|(zhì)（不能和氮?dú)夥磻?yīng)）與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水，進(jìn)行干燥;物理方法： 低溫液化。

[播放視頻]（1）液氮在醫(yī)療、飲食等方面的應(yīng)用，展示液氮冰淇淋的制作過程;（2）關(guān)于液氮的趣味實(shí)驗(yàn)（有條件可以現(xiàn)場(chǎng)完成）。

設(shè)計(jì)意圖： 承上啟下，從食品包裝用氮?dú)獾募夹g(shù)要求過渡到高純度氮?dú)獾闹苽?，引出氮?dú)獾墓I(yè)制法。生活氣息濃厚的情境，豐富多彩的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有利于活躍學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

[情境創(chuàng)設(shè)]霧霾是近年來全國(guó)普遍的環(huán)境問題。有媒體報(bào)道，將液氮泵入空中，使之在地面上方形成高度至少達(dá)10米的薄霧。液氮在塵埃和其他污染物的細(xì)小顆粒上形成晶體，隨后掉落到地面，同時(shí)還能阻止被污染的空氣降落到街道上。

[教師提問]科學(xué)家正在研究向大氣中注入超冷氣體能否幫助減少空氣污染。你是否支持這一研究方向？請(qǐng)說出你的理由，必要時(shí)提供證據(jù)。

[學(xué)生活動(dòng)]見表2。

設(shè)計(jì)意圖： “大氣污染”是經(jīng)典的社會(huì)性科學(xué)議題之一，向大氣中注入超冷氣體的措施能否幫助減少霧霾，這個(gè)問題絕非是僅靠中學(xué)生的知識(shí)與能力就能解決的，所以在教學(xué)過程中不強(qiáng)求標(biāo)準(zhǔn)答案，而注重在論證過程中學(xué)生所能收獲的舉證能力與批判性思維。在本環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以從他人的反駁中發(fā)現(xiàn)自己觀點(diǎn)和證據(jù)的不足，意識(shí)到化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的復(fù)雜性。

2.2.3?氮?dú)庹娴氖恰岸栊浴钡膯?/p>

[教學(xué)過渡]上述氮?dú)獾挠猛敬蠖嗬昧说獨(dú)狻安换顫姟钡幕瘜W(xué)性質(zhì)。氮?dú)庹娴氖恰岸栊浴钡膯幔?/p>

[補(bǔ)充資料]（1）放電條件下，氮?dú)饪梢院脱鯕夥磻?yīng);（2）點(diǎn)燃條件下，氮?dú)饪梢院玩V條反應(yīng)等;（3）氮?dú)夂蜌錃庠谝欢囟?、壓?qiáng)和催化劑作用下反應(yīng)。

[教學(xué)小結(jié)]化學(xué)物質(zhì)的“惰性”不絕對(duì)，條件改變，物質(zhì)可能表現(xiàn)出不一樣的化學(xué)性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖： 學(xué)生越來越能體會(huì)到科學(xué)知識(shí)的不確定性，意識(shí)到在九年級(jí)階段所學(xué)到的化學(xué)知識(shí)是發(fā)展中的、片面的，由此構(gòu)建自身科學(xué)知識(shí)觀。

3?基于科學(xué)論證進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)補(bǔ)充說明

整個(gè)論證過程表現(xiàn)為支持觀點(diǎn)的推理建立在證據(jù)的基礎(chǔ)之上，鑒于學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)科視野有限，所以需要教師提供盡可能多的證據(jù)給學(xué)生，讓他們從中選取利用;學(xué)生需要在學(xué)習(xí)中積極表達(dá)自己的理解和意見，構(gòu)建證據(jù)與觀點(diǎn)之間的聯(lián)系;此外，“性質(zhì)決定用途、用途反映性質(zhì)”是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要思路，也是尋找證據(jù)的突破口。同時(shí)，在本節(jié)課整個(gè)推進(jìn)過程中，師生合作，逐步繪制、完善氮?dú)獾乃季S導(dǎo)圖，既強(qiáng)化建構(gòu)過程體驗(yàn)，又避免太多活動(dòng)堆砌容易導(dǎo)致部分主動(dòng)性欠缺的學(xué)生收獲浮于表面。

本文是南京曉莊學(xué)院職前科學(xué)教師工作室組織的九年級(jí)化學(xué)深度備課活動(dòng)成果之一，以“準(zhǔn)教師（化學(xué)師范生）高?；瘜W(xué)教學(xué)論教師初高中化學(xué)一線教師”為學(xué)習(xí)共同體，針對(duì)一定主題展開創(chuàng)新備課的教學(xué)研修，以期對(duì)職前職后化學(xué)教師提供必要的支持。本設(shè)計(jì)各在一家民辦教育集團(tuán)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和一所公辦學(xué)校九年級(jí)的化學(xué)課程班講授實(shí)施。

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